22159

استفاده از تقويت‌كننده‌هاي اكسيد فلزي بر كاتاليست‌هاي حاوي كبالت در تبديل كاتاليستي كربن‌دي‌اكسيد به محصولات باارزش افزوده

كارشناسي ارشد

ترموسينتيك و كاتاليست

1396

1399/02/19

دكتر سيد مهدي علوي - دكتر مهران رضايي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

تبديل كاتاليستي CO2به عنوان يك گاز گلخانه‌اي به سوخت‌ها و مواد شيميايي با ارزش از اهميت فراواني برخوردار است. در اين ميان فرآيند متان‌سازي كربن‌دي‌اكسيد يكي از مهمترين روش‌هاي حذف و تبديل كربن‌دي‌اكسيد مي‌باشد. همچنين اين فرآيند به عنوان يكي از روش‌هاي حذف اكسيد‌هاي كربن از مخلوط گازها در واحد‌هاي توليد هيدروژن يا آمونياك و براي خالص‌سازي جريان هيدروژن در پالايشگاه‌ها، واحدهاي توليد اتيلن و در پيل‌هاي سوختي به كار برده مي‌شود. از ميان كاتاليست‌هاي مورد استفاده در اين واكنش، كاتاليست نيكل بر پايه آلومينا داراي عملكرد مناسب، همچنين برمبناي دو ماده‌ي اقتصادي است و مورد توجه بسياري قرار گرفته است. در اين پژوهش ابتدا تاثير بارگذاري درصدهاي 5، 10، 15 و 20 درصد نيكل بر عملكرد كاتاليستي كاتاليست‌ Ni-Al2O3 تهيه شده به روش نوين و ساده مكانيكي-شيميايي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان دادند كه سنتز مكانيكي-شيميايي جهت ساخت كاتاليست‌هاي Ni-Al2O3 مؤثر بوده و اين نمونه‌ها داراي سطح ويژه‌ي m2/g 5/296-4/175بودند. كاتاليست ساخته شده با 15% نيكل بالاترين تبديل23/75% و گزينش‌پذيري 8/96% را براي توليد حداكثر متان در دماي C°400 دارد و به عنوان نمونه كاتاليست بهينه انتخاب گرديد. سپس اثر افزودن درصدهاي مختلف فلز دوم كبالت مورد بررسي قرار گرفت. افزودن فلز كبالت پراكندگي ذرات را بهبود مي‌بخشد. نمونه‌ي 15Ni-12.5Co-Al2O3 با سطح ويژه‌ي m2/g96/129، ميزان تبديل CO2 2/76% و انتخاب‌پذيري CH4 39/96% را در دماي C°400 نشان داد. پس از مشخص شدن ميزان بهينه فلز كبالت، كاتاليست‌ دوفلزي 15Ni-12.5Co-Al2O3 با ارتقاءدهنده‌هاي مختلف Ce ,La ,Ba Mn ,Fe و Zr ساخته شده و مورد تست راكتوري قرار گرفتند كه از ميان آنها نمونه‌ي حاوي آهن بيشترين و بهترين عملكرد را در دماهاي پايين‌تر نشان داد و ميزان تبديل CO2 و انتخاب‌پذيري CH4 در دماي C°300 به ترتيب 2/61% و 87/98% بود. اثر بارگذاري‌هاي مختلف آهن نيز بررسي شد و كاتاليست ارتقايافته‌ي Ni-Co-Fe-Al2O3 با بارگذاري 5% آهن و 5/12% كبالت و 15% نيكل بر پايه آلومينا به عنوان كاتاليست بهينه انتخاب شد. همچنين تاثير دماي كلسيناسيون، اثر نسبت خوراك، GHSV و پايداري نيز بر نمونه‌هاي دوفلزي 15Ni-12.5Co-Al2O3 و نمونه ارتقاءيافته با آهن بررسي شد. خواص شيمي فيزيكي كاتاليست‌هاي تهيه شده نيز با استفاده از آناليز‌هاي مختلف شامل XRD،BET ،TGA ،TPR ،FTIR ،Fe-SEM ،EDX-maping مورد ارزيابي قرار گرفت.

1399/04/14

Use of metal oxide promoters on cobalt-containing catalysts in catalytic conversion of carbon dioxide to value-added products

5/8/2020 12:00:00 AM

One way to remove CO2 as a greenhouse gas, is to convert catalytic CO2 into fuels and chemicals. Methane is one of the main products of this conversion, which is one of the main components of natural gas and can be separated and burned for energy production. Therefore, the CO2 methanation process has been investigated. This process is also used as a method of removing carbon oxides from gas mixtures in hydrogen or ammonia production units and to purify the hydrogen flow in refineries, ethylene production units and in the use of fuel cells. Many catalysts have been studied for CO2 methanation reaction, including Ni, Fe, Co, Rh, Ru, Pt, etc. Among these common catalysts, nickel catalysts are used due to their high activity, good selectivity and satibility, and most importantly, their low cost. Al2O3 support has high surface area, low price and more basity sites to absorb carbon dioxide and special electronic structure and features. This support is resistant to high pressure and temperature and is the most suitable support for nickel catalysts. In this study, the effect of nickel loading on the catalytic performance of Ni-Al2O3 catalysts prepared by novel and simple mechanochemical methods. This method is known to be a suitable method due to the use of simpler reactors, faster reaction at room temperature with high efficiency and minimizing the use of solvents and waste production compared to other synthesis methods. The results showed that nickel alumina catalyst with 15% nickel loading has the highest activity and selectivity to produce maximum methane and was selected as the optimal catalyst. The Ni-Co-Al2O3 catalyst was synthesized and tested by various Ce, La, Ba, Mn, Fe and Zr promoters, of which iron had the highest and best performance. The effect of different iron loadings was also investigated and the promoted Ni-Co-Fe-Al2O3 catalyst with 5% iron loading, 12.5% cobalt and 15% nickel supported on alumina was selected as the optimal catalyst and showed CO2 conversion 71.90% and 99% CH4 selectivity at 400 °C were due to higher dispersion of nickel particles. The physical chemistry properties of the prepared catalysts were also evaluated using various analyzes including XRD, BET, TGA, Fe-SEM, FTIR and EDX-maping.