25200

ساخت كاتاليست‌هاي نانو ساختار مزوحفره نيكل با روش مكانيكي-شيميايي و ارزيابي عملكرد آن‌ها در واكنش متان سازي دي‌اكسيد كربن جهت خالص‌سازي هيدروژن

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

14 تير 1400

آقاي دكتر سيد مهدي علوي و آقاي دكتر مهران رضايي

دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده كاهش غلظت دي اكسيد كربن در اتمسفر به وسيله تبديل آن به مواد شيميايي با ارزش، در دهه‌هاي گذشته مورد توجه قرار گرفته است. متان به عنوان محصول فرآيند متان سازي دي اكسيد كربن در واحد توليد هيدروژن و براي خالص سازي جريان هيدروژن در پالايشگاه‌ها و همچنين در پيل‌هاي سوختي كاربرد دارد. فرآيند متان سازي دي اكسيد كربن از نظر سنتيكي به كندي صورت ميگيرد بدين منظور به كاتاليست با فعاليت بالا نيازمند است. فاز فعال نيكل روي پايه آلومينا يكي از كاتاليست‌هاي پركاربرد در اين فرآيند است. در اين پژوهش كاتاليست‌ها با روش نوين مكانيكي-شيميايي سنتز شده‌اند. ابتدا بارگذاري مختلف نيكل روي پايه آلومينا سنتز شده و سپس عملكرد آنها در فرآيند متان سازي دي اكسيد كربن بررسي شد. كاتاليست NiO-Al2O3 بارگذاري 20 درصد وزني نيكل با سطح ويژه m2/g 74/240، 45/71 درصد تبديل دي اكسيد كربن و 82/94 درصد انتخاب پذيري متان در دماي 450 درجه سانتي گراد، بهترين عملكرد را نشان داد و به عنوان كاتاليست بهينه انتخاب شد. سپس جهت بهبود عملكرد كاتاليست 20NiO-Al2O3، فلزات دوم آهن، منگنز، كروم و كبالت به اين كاتاليست افزوده شده و عملكرد آنها نيز مورد بررسي قرار گرفت. منگنز با بهبود احيا پذيري و افزايش تبديل دي اكسيد كربن در دماهاي پايين به عنوان فلز دوم براي كاتاليست 20NiO-Al2O3 انتخاب شد. سپس بارگذاري مختلف منگنز (5/2 تا 5/17 درصد وزني) مورد بررسي قرار گرفت. بارگذاري 15 درصد وزني منگنز با 32/85 درصد تبديل دي اكسيد كربن و 27/99 درصد انتخاب پذيري متان در دماي 350 درجه سانتي گراد فرآيند، بهترين عملكرد را نشان داد. خواص فيزيكي و شيميايي كاتاليست‌هاي سنتز شده NiO-Al2O3، ارتقادهنده‌ها و 20NiO-Mn2O3-Al2O3 با استفاده از آناليز‌هاي XRD، BET، TPR و FE-SEM مورد ارزيابي قرار گرفتند. اثر تغيير GHSV، نسبت خوراك، دماي احيا، دماي كلسيناسيون و پايداري براي كاتاليست‌هاي 20NiO-Al2O3 و 20NiO-15Mn2O3-Al2O3 مورد بررسي قرار گرفت.

1400/06/21

Preparation of mesoporous nanostructured nickel catalysts by mechanical-chemical method and evaluation of their performance in carbon dioxide methanation reaction for hydrogen purification

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Reducing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere by converting it to valuable Chemical compounds has been considered in recent decades. Methane is used as a product of the carbon dioxide methanation in the hydrogen production unit and to purify the hydrogen flow in refineries as well as in fuel cells. The CO2 methanation is kineticly slow, requiring a high-performance catalyst. The nickel as active phase supported on alumina is one of the most widely used catalysts in methanation process. In this research, catalysts have been synthesized by a new mechanical-chemical method. First, different loads of nickel were synthesized on alumina support and then their performance in carbon dioxide methanation process was investigated. The NiO-Al2O3 catalyst showed the best performance with 20wt% nickel and specific surface area of 240.74 m2/g, 71.45% carbon dioxide conversion and 94.82% methane selectivity at 450 ° C. The 20NiO-Al2O3 selected as optimal catalyst. Then, to improve the performance of 20NiO-Al2O3 catalyst, iron, manganese, chromium and cobalt metals were added to this catalyst and their performance was also investigated. Manganese was selected as the second metal for the 20NiO-Al2O3 catalyst by improving the reduction and increasing the conversion of carbon dioxide at low temperatures. Then different manganese loading (2.5 to 17.5 wt%) were investigated. Loading of 15wt% of manganese with 85.32% of carbon dioxide conversion and 99.27% of methane selectivity at 350 ° C process showed the best performance. The physical and chemical properties of the synthesized NiO-Al2O3 catalysts, promoters and 20NiO-Mn2O3-Al2O3 were evaluated using XRD, BET, TPR and FE-SEM analyses. The effect of GHSV change, feed ratio, reduction temperature, calcination temperature and stability was investigated for 20NiO-Al2O3 and 20NiO-15Mn2O3-Al2O3 catalysts.

كاتاليست , فلز نيكل , دي اكسيد كربن , متان سازي

Catalyst , Nickel metal , Carbon dioxide , Methanation