27356

اثر فلز Mg به عنوان تقويت كننده همزمان جزء فعال و پايه در كاتاليست Ni/Al2O3 در فرآيند ريفرمينگ بخار اتانول

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي، نفت و گاز-گرايش ترموسينتيك و كاتاليست

1398

1401/07/18

دكتر سيد مهدي علوي املشي-دكتر مهران رضايي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

هدف از اين پژوهش ساخت و بررسي كاتاليست‌هاي نانوساختار نيكل بر پايه آلومينا براي ريفرمينگ بخار اتانول به منظور توليد هيدروژن بوده است. در قسمت اول اين پژوهش، ساخت و بررسي عملكرد كاتاليستي كاتاليست‌هاي Ni/Al2O3 با بارگذاري 10 درصد وزني نيكل تهيه شده با دو روش سنتز مكانيكي-شيميايي و تلقيح مرطوب مورد مطالعه قرار گرفت. روش مكانيكي-شيميايي به عنوان يك روش جديد، ساده و سريع براي ساخت پايه آلومينا در نظر گرفته شد. ساختار نمونه‌ها با استفاده آناليزهايXRD ،BET ،TPR ، TPO و FESEM مورد مطالعه قرار گرفت. پس از انجام تست‌هاي راكتوري در شرايط مختلف، كاتاليست تهيه شده به روش تلقيح مرطوب با ميزان تبديل 5/88%، بازده هيدروژن 3/72% و نسبت H2/CO=5 در دماي °C600 به عنوان كاتاليست مناسب شناخته شد. اين كاتاليست در مقايسه با كاتاليست‌هاي معرفي شده در منابع مختلف از عملكرد قابل قبولي برخوردار بود. در قسمت دوم اين پژوهش، اثر بارگذاري مقادير 5/2، 5، 5/7، 10، 5/12، 15 و 20 درصد وزني نيكل، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج آناليز BET نمونه‌هاي تهيه شده با بارگذاري¬هاي مختلف نيكل نشان داد كه نمونه¬ي بارگذاري شده با 5/12 درصد وزني نيكل سطح ويژه ( m2.g-129/198) بالاتري را دارا بوده و با افزايش بيشتر بارگذاري نيكل، سطح ويژه كاهش مي‌يابد. در نهايت كاتاليست با تبديل 100% درصدي اتانول، بازده هيدروژن 86% و H2/CO=5.2 در دماي °C600 به عنوان كاتاليست مناسب انتخاب شده و تست پايداري نشان داده است كه اين كاتاليست عملكرد مناسب خود را در مدت زمان500 دقيقه از زمان فرآيند حفظ كرده است. در قسمت سوم اين پژوهش، اثر بارگذاري مقادير 10، 30، 50، 70 و 90 درصد وزني اكسيد منيزيم به عنوان ارتقادهنده در پايه كاتاليست، مورد بررسي قرار گرفت. با افزايش بارگذاري MgO از 10 تا 90 درصد وزني سطح ويژه از m2.g-15/180 به m2.g-125/75 به دليل مسدود شدن حفرات كاهش مي¬يابد. همچنين سبب كاهش احياپذيري كاتاليست‌ها گرديد كه به دليل افزايش در ميزان برخورد متقابل نيكل با پايه كاتاليست و تشكيل محلول جامد NiO-MgO در دماهاي بالا بود. نتايج آناليز اكسايش برنامه ريزي شده دمايي (TPO) حاكي از كاهش ميزان كربن تشكيل شده بر روي سطح كاتاليست‌ها با افزايش در محتواي MgO به دليل افزايش در قدرت بازي كاتاليست‌ها بود. نتايج نشان دادند كه افزايش محتواي منيزيم تا 50% وزني موجب كاهش ميزان قابل توجهي از كربن بر روي سطح كاتاليست و همچنين بالاترين ميزان توليد هيدروژن به مقدار 48% گرديد. علاوه بر اين، تأثير شرايط عملياتي فرآيند از قبيل نسبت خوراك، سرعت فضايي (GHSV)، دماي احيا و همچنين تأثير دماي كلسيناسيون بر روي نمونه مناسب مورد بررسي قرار گرفته است. در قسمت چهارم اين پژوهش، افزودن ارتقادهنده‌ي منيزيم حاوي 3 و 5 درصد وزني بر روي جزء فعال كاتاليست 12.5Ni-xMg/50MgO-50Al2O3 موجب كاهش تبديل اتانول و بازده هيدروژن و همچنين افزايش ميزان تشكيل كربن خواهد شد. در نتيجه تاثير منفي در عملكرد كاتاليستي خواهد داشت.

1401/08/29

The Effect of Mg metal as a simultaneous Promoter of the active component and the base in the Ni/Al2O3 catalyst in the Ethanol Steam Reforming process

10/10/2023 12:00:00 AM

The purpose of this research was to manufacture and investigate nickel nanostructure catalysts based on alumina for ethanol steam reforming in order to produce hydrogen. In the first part of this research, the fabrication and investigation of the catalytic performance of Ni/Al2O3 catalysts with 10% wt nickel loading prepared by two methods of mechanical-chemical synthesis and wet inoculation were studied. The mechanical-chemical method was considered as a new, simple and fast method for making alumina base. The structure of the samples was studied using XRD, BET, TPR, TPO and FESEM analyses. After conducting reactor tests in different conditions, the catalyst prepared by wet inoculation method with conversion rate of 88.5%, hydrogen efficiency of 72.3% and ratio of H2/CO=5 at 600°C temperature was recognized as the optimal catalyst. This catalyst had an acceptable performance compared to the catalysts introduced in different sources. In the second part of this research, the effect of loading 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15 and 20% wt of nickel was investigated. The results of BET analysis of the samples prepared with different loadings of nickel showed that the sample loaded with 12.5 %wt of nickel has a higher specific surface area (198.29 m2.g-1) and with a further increase in nickel loading, the surface area decreases. Finally, the catalyst with 100% ethanol conversion, 86% hydrogen efficiency and H2/CO=5.2 at 600°C temperature was selected. as The stability test has shown that this catalyst has maintained its proper performance during 500 minutes of the process time. In the third part of this research, the effect of loading amounts of 10, 30, 50, 70 and 90% wt of magnesium oxide as a promoter in the catalyst base was investigated. With the increase of MgO loading from 10 to 90% wt, the specific surface area decreases from 180.15 m2.g-1 to 75.125 m2.g-1 due to the blocking of pores. It also caused a decrease in the reducibility of the catalysts, which was due to an increase in the amount of nickel interaction with the catalyst base and the formation of NiO-MgO solid solution at high temperatures. The results of temperature programmed oxidation (TPO) analysis indicated a decrease in the amount of carbon formed on the surface of the catalysts with an increase in the MgO content due to an increase in the playing power of the catalysts. The results showed that increasing the magnesium content up to 50% wt causes a significant reduction of carbon on the surface of the catalyst and also the highest amount of hydrogen production. In addition, the effect of the operational conditions of the process such as feed ratio, space velocity (GHSV), reduction temperature and also the effect of calcination temperature on the optimal sample has been investigated.

ريفرمينگ بخار اتانول , توليد هيدروژن , نيكل , ارتقادهنده¬هاي منيزيم

ethanol steam reforming , hydrogen production , nickel , magnesium Promoters

hamidreza alipour

seyed mehdi alavi amlashi-mehran rezaei