17206

17206

بررسي عملكرد كاتاليست Ni/ZnAl2O4 در فرايند ريفرمينگ خشك متان

كارشناسي ارشد

ترموديناميك و سينتيك

دي ماه 1395

دكتر سيد مهدي علوي املشي

دكتر گلشن مظلوم

مهندسي شيمي،نفت و گاز

فرايند ريفرمينگ متان با دي¬اكسيد¬كربن به دليل مصرف دو گاز گلخانه¬اي و توليد گاز سنتز با نسبت H2/CO نزديك به 1، داراي اهميت است. مهم‌ترين مشكل اين واكنش، غيرفعال شدن سريع كاتاليست در اثر كلوخه شدن و يا تشكيل رسوب كربن است. روش¬هاي متعددي براي كاهش رسوب كربن و افزايش فعاليت كاتاليست وجود دارد كه مي¬توان به استفاده از پايه و ارتقادهنده¬هاي مناسب اشاره كرد. در اين پژوهش، اسپينل آلومينات ¬روي با داشتن ويژگي¬هاي منحصربه‌فرد از قبيل پايداري حرارتي بالا، مقاومت مكانيكي بالا و اسيديته¬ي سطحي پايين به‌عنوان پايه¬ي كاتاليست نيكل استفاده شد و براي نخستين بار در فرايند ريفرمينگ خشك متان موردبررسي قرار گرفت. ZnAl2O4 با ساختار نانوكريستال از روش هم رسوبي سنتز و مقادير وزني متفاوتي از نيكل تلقيح شد. كاتاليست با 5/12 % وزني نيكل بالاترين تبديل اوليه (70%) را در واكنش ريفرمينگ با دماي C˚ 700، ml/(h.gcat)18000=GHSV و 1:1:1=CO2:CH4:N2 داشت اما پس از گذشت 8 ساعت از واكنش به دليل رسوب بالاي كربن (مطابق با آناليز TG)، تبديل مقدار زيادي كاهش پيدا كرد. به‌منظور حذف رسوب كربن و افزايش پايداري كاتاليست¬ها، از ارتقادهنده سريم با مقادير 3، 5 و 7% وزني استفاده شد. افزودن سريم، موجب بهبود پخش نيكل و پيوند بين فاز فعال و پايه شد و تبديل اوليه¬ي كاتاليست را افزايش داد. سريم با دارا بودن خاصيت تبادل بالاي اكسيژن، موجب گاز سازي كك شده و ميزان رسوب كربن را كاهش داده و درنتيجه موجب بهبود پايداري كاتاليست شد. عملكرد كاتاليست به‌طور قابل‌توجهي تحت تأثير مقدار سريم بود. اگرچه كاتاليست با 7% وزني سريم، تبديل اوليه¬ي بالاتري (75%) را نشان داد، اما كاتاليست با 5% وزني سريم پايدارتر بوده (ميزان افت فعاليت 6/3 %) و به‌عنوان كاتاليست بهينه انتخاب شد. در مرحله¬ي بعد تأثير دما در محدوده¬ي C˚800-650 بر تبديل كاتاليست¬هاي Ni(12.5)/ZnAl2O4 و Ni(12.5)/Ce(5)-ZnAl2O4 بررسي شد. با افزايش دما ميزان تبديل اوليه كاتاليست¬ها افزايش‌يافته و در تمامي دماها تبديل كاتاليست ارتقا يافته با سريم بيشتر بود. در دماي C˚ 800 بالاترين تبديل (حدود %82) حاصل شد.

1396/02/09

1/1/1900 12:00:00 AM

Methane dry reforming with CO2 attract much attention by converting two greenhouse gases to syngas with H2/CO ratio close to 1. The catalyst sintering an​d deactivation due to carbon deposition are the major drawback of DRM reaction. There are many solution to remove carbon such as use of proper support an​d promoters. In this thesis, Zinc aluminate spinel with specific features as the high thermal stability, high mechanical resistance an​d low surface acidity, was used as the support of Nickle catalyst an​d eva​luated in methane dry reforming for the first time. ZnAl2O4 with nano-crystalline structure was synthesized by co-precipitation method an​d further impregnated by different amounts of Ni. Catalyst with 12.5%wt Ni, showed the highest initial conversion (69.8%) in DRM at 700˚C temperature, GHSV=18000 ml/(h.gcat), CO2:CH4:N2=1:1:1 , but after 8 hours of reaction the conversion was reduced due to a large amount of coke deposition (according to TG analysis). In order to control carbon deposition an​d increase catalyst stability, Ce promoter was used with 3,5 an​d 7% wt loading. The conversion was increased with addition Ce due to the modification of the nickle dispersion an​d active phase-support interaction. High oxygen mobility of Ce enhanced coke gasification an​d reduced the carbon deposition an​d therefore improved catalyst stability. Catalyst performance was significantly affected by the amount of cerium. Although catalyst with 7%wt Ce showed the higher initial conversion (75%), but catalyst with 5%wt Ce was more stable (loss activity=3.6%) an​d it was selected as the optimal catalyst. After that, the effect of temperature at 650-800˚C range was investigated on the conversion of Ni(12.5)/ZnAl2O4 an​d Ni(12.5)/Ce(5)-ZnAl2O4 catalyst. The conversion of both catalysts was increased with increasing reaction temperature an​d Ce modified catalyst exhibited higher conversion rather than un-doped catalyst in all temperature examined. The highest conversion (82%) was achieved over the sample with 5 wt.% of cerium at 800 ˚C .