23647

ساخت و بررسي عملكرد كاتاليست اسپينلي CuO-Al2O3 در فرايند ريفرمينگ مرطوب متانول

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي گرايش طراحي فرايند

1397-1399

12/12/1399

دكتر مهران رضايي ودكتر سيد مهدي غلوي

مهندسي شيمي-نفت و گاز

توليد گاز هيدروژن با استفاده از واكنش ريفرمينگ مرطوب متانول، هم از لحاظ صنعتي و هم از نظر زيست محيطي از اهميت بسيار زيادي برخوردار است و مهم¬ترين مشكل اين فرايند، غير فعال شدن كاتاليست¬هاي مورد استفاده بر اثر تشكيل كك و كلوخگي مي¬باشد. به دليل فعاليت بالا و عملكرد بهتر فلز مس در مقايسه با فلزات گروه 8-10 جدول تناوبي، مس متداول¬ترين فلز مورد استفاده در فرايند ريفرمينگ مرطوب متانول است. در اين پژوهش، روش مكانيكي-شيميايي جهت تهيه نانو كاتاليست¬ CuO-Al2O3 با نسبت هاي مولي CuO:Al2O3 برابر 1:1، 1:2، 1:3و 1:4 به كار گرفته شد. كاتاليست CuO/Al2O3با نسبت مولي 1:1 بالاترين ميزان فعاليت (80%) و گزينش پذيري نسبت به هيدروژن (82%) را از خود نشان داد. نتايج نشان دادند كه با كاهش مقدار اكسيد آمس به اكسيد آلومينيوم، ميزان تبديل متانول در دماي C ֯ 450 از 80% به 42% كاهش مي يابد. همچنين ميزان افت تبديل متانول براي كاتاليست بهينه ، در مدت زمان واكنش در حدود 10% بوده است. به منظور مقايسه روش سنتز، كاتاليست CuO-Al2O3 با دو روش تلقيح و مكانيكي-شيميايي تهيه گرديد و مقايسه شد. نتايج نشان دادند كه كاتاليست تهيه شده به روش تلقيح داراي ميزان تبديل 75% مي باشد، كه در مقايسه با روش تهيه مكانيكي (80%) ميزان فعاليت كمتري دارد. همچنين ميزان افت تبديل متانول در كاتاليست تهيه شده به روش تلقيح در مدت زمان 600 دقيقه از واكنش در حدود 40% مي باشد كه نشان از عدم پايداري مناسب اين روش تهيه مي باشد. بخش نهايي اين پژوهش به بررسي تأثير استفاده از اكسيد كبالت (به عنوان ارتقادهنده) با ميزان بارگذاري¬هاي 5% ،10% و 15% وزني مي¬پردازد. نتايج نشان دادند كه افزودن اكسيد كبالت به يك مقدار وزني بهينه(10%) منجر به كاهش كك گرفتگي و افزايش ميزان تبديل (85%) مي گردد. همچنين در مدت زمان 600 دقيقه از واكنش ميزان تبديل متانول بدون افت مي باشد. علاوه بر اين كاتاليست بهينه مورد بررسي شرايط عملياتي از قبيل سرعت فضايي ، نسبت خوراك (CH3OH/H2O)، دماي كلسيناسيون و دماي احيا قرار گرفت و تعيين مشخصات شيميايي وفيزيكي كاتاليست هاي تهيه شده با استفاده از آناليز هاي FTIR ،TG/DTA ،BET ،TPR ،XRD و FESEM صورت گرفت.

1400/02/29

Preparation and Evaluation of CuO-Al2O3 Nanocatalysts in Steam Reforming of Methanol

1/1/1900 12:00:00 AM

Recently, considerable attention has been paid to hydrogen production by steam reforming of methanol (SRM). The major drawback of this process is the rapid deactivation of the catalysts caused by sintering of the metal active sites and carbon deposition. In this work, CuO-Al2O3 nanocatalysts with various CuO/Al2O3 molar ratios were prepared by the solid-state method and the effect of copper content, feed ratio, WHSV, reduction temrature and cacination temprature was investigated on the catalystic performance. The characteristic properties of the prepared catalysts indicated that the samples possessed high specific surface area (about 190 m2.g-1) and nanocrystalline structures. The results demonstrated that the methanol conversion, hydrogen rate and selectivity incraesed with increasing of the alumina content and the sample with a CuO/Al2O3 molar ration of one exhibited the highest conversion and selectivity among the prepared catalysts. In addition, all these prepared catalysts exhibited a high stability with 10% decline in CH3OH conversion over the 600 min time on stream. To compare the synthesis method, CuO-Al2O3 catalysts was prepared by the impregnation method and employed in SRM. The results revealed that the sample prepared with the impregnation method showed lower activity and stability than the sample prepared with the solid-state synthesis method. In this work, the effect of Co3O4 loading was also studied and the results showed that the addition of an optimum content of Co3O4 reduced the coke formation and degree of sintering and enhanced the conversion and stability of the prepared catalysts.

گاز هيدروژن، ريفرمينگ مرطوب، كاتاليست مس، مكانيكي-شيميايي، تلقيح ،اكسيد كبالت

Hydrogen , steam reforming, copper catalyst, solid-state , impregnation, sintering, promoter, cobalt oxide