27307

بررسي اثر بهبود دهنده هاي فلزات واسطه به كاتاليست نيكل آلومينا در ريفرمينگ بخار استون به منظور توليد هيدروژن

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- ترموسينتيك و كاتاليست

1398

1401/7/17

سيد مهدي علوي - مهران رضايي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

كاهش سوخت هاي فسيلي علاوه بر افزايش نگراني هاي مربوط به محيط زيست منجر به علاقه زيادي به تبديل كارآمد و استفاده از منابع انرژي تجديدپذير شده است. در اين مطالعه، ريفرمينگ بخار استون بر روي كاتاليست‌هاي Ni/Al2O3 با محتواي نيكل 5، 5/7، 10، 5/12، 15، 5/17 و20 درصد وزني، كه به روش تلقيح بر روي پايه آلوميناي صنعتي( m2/g5/157) بارگذاري شده اند، مورد بررسي قرار گرفت. با افزايش محتواي نيكل از 5 تا 20 درصد وزني سطح ويژه كاتاليست از 8/145 به m2/g 9/126 كاهش يافت و اندازه بلوري ذرات از 3/5 به 6 نانومتر افزايش يافت. بارگذاري نيكل بر فعاليت كاتاليست، پايداري و تشكيل كربن بر روي سطح كاتاليست تأثيرگذار است. كاتاليست 20 درصد وزني نيكل بر پايه آلومينا با ميزان تبديل استون 86 درصد و بازده هيدروژن 74 درصد در دماي °C550 به عنوان كاتاليست مناسب انتخاب گرديد. سپس بارگذاري 5 درصد وزني از فلزات كروم، كبالت، منگنز و سريم براي تعيين فلز ارتقادهنده مناسب صورت گرفت و كروم به عنوان فلز ارتقادهنده انتخاب گرديد. مقادير 3، 5 و7 درصد وزني كروم بر روي كاتاليست 20 درصد وزني نيكل بر پايه آلومينا بارگذاري شدند. با افزايش محتواي كروم از 3 درصد وزني به 7 درصد وزني، سطح ويژه كاتاليست از 6/123 به m2/g 7/112 كاهش يافت. كاتاليست با محتواي 5 درصد وزني كروم با تبديل استون 96 درصد و بازده هيدروژن 76 درصد در دماي °C 550 به عنوان كاتاليست مناسب انتخاب گرديد. انتخاب كروم به عنوان ارتقادهنده موجب بهبود پايداري كاتاليست و كاهش ميزان كربن تشكيل شده نسبت به كاتاليست 20 درصد وزني نيكل بر پايه آلومينا شد. آزمون هاي فرايندي در دماهاي احيا و كلسينه مختلف و همچنين سرعت فضايي (GHSV) و نسبت بخار به استون متفاوت با كاتاليست 20 wt.%Ni/Al2O3 انجام شد و نتايج بررسي شد. براي بررسي تاثير دماي كلسيناسيون نمونه ها در سه دماي 600 ،700 و °C800 با شرايط يكسان سنتز شدند. نتيجه تست هاي فرايندي نشان داد كه نمونه كلسينه شده در دماي °C600 بهترين عملكرد را با تبديل 100% در دماي °C 550 از خود نشان مي دهد. از نتايج آناليز BET مشخص شد كه با افزايش دماي كلسينه سطح ويژه كاتاليست كاهش مي يايد. براي بررسي تاثير دماي احيا نمونه ها در سه دماي 500 ، 600 و °C 700 به مدت 2 ساعت احيا شدند و كاتاليست احيا شده در دماي احياي °C700 با تبديل استون 86 درصد عملكرد بهتري را نشان داد. عملكرد كاتاليست با نسبت هاي مولي بخار به كربن 4 ،6 و 8 مورد مقايسه قرار گرفت و بهترين عملكرد در نسبت مولي 8 با تبديل 100 درصد در دماي °C 550 حاصل شد. همچنين فعاليت كاتاليست در سه سرعت فضايي 12000 ،18000 و(mL/g.h)24000 مورد بررسي قرار گرفت. عملكرد كاتاليست در سرعت فضايي (mL/g.h)12000 با تبديل 90 درصد در دماي °C550 بالاتر بود. براي تعيين مشخصات فيزيكي و شيميايي كاتاليست هاي سنتز شده از آناليز هاي XRD، TPR، TPO وBET استفاده شد.

1401/08/17

Investigation of the effect of transition metal promoters in nickel alumina catalyst in acetone steam reforming for hydrogen production

10/9/2023 12:00:00 AM

The reduction of fossil fuels, in addition to increasing environmental concerns, has led to great interest in efficient conversion and use of renewable energy sources. In this study, acetone steam reforming on Ni/Al2O3 catalysts with nickel content of 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, and 20% by weight, which was inoculated on industrial alumina base (g5/m2) /157) have been loaded, it was examined. With the increase of nickel content from 5% by weight to 20% by weight, the specific surface area of the catalyst decreased from 145.8 m2/g to 126.9 m2/g and the crystal size of the particles increased from 5.3 nm to 6 nm. Nickel loading affects catalyst activity, stability and carbon formation on the catalyst surface. 20 wt% nickel catalyst based on alumina with 86% acetone conversion rate and 74% hydrogen yield at 550°C temperature was selected as the optimal catalyst. Then, loading of 5% by weight of chromium, cobalt, manganese and cerium metals was done to determine the appropriate enhancing metal and chromium was selected as the enhancing metal. Amounts of 3, 5 and 7% by weight of chromium were loaded on the catalyst of 20% by weight of nickel based on alumina. By increasing the chromium content from 3 wt% to 7 wt%, the specific surface area of the catalyst decreased from 123.6 m2/g to 112.7 m2/g. The catalyst with 5 wt% chromium content with 96% acetone conversion and 76% hydrogen yield at 550 °C temperature was selected as the optimal catalyst. Choosing chromium as an enhancer improved the stability of the catalyst and reduced the amount of carbon formed compared to the 20 wt% nickel catalyst based on alumina. Process tests were performed at different reduction and calcination temperatures, as well as space velocity (GHSV) and different steam-to-acetone ratio with 20 wt.%Ni/Al2O3 catalyst and the results were analyzed. To investigate the effect of calcination temperature, the samples were synthesized at three temperatures of 600, 700 and 800 °C under the same conditions. The result of process tests showed that the sample calcined at 600°C shows the best performance with 100% conversion at 550°C. From the results of BET analysis, it was found that the specific surface area of the catalyst decreases with the increase of calcination temperature. To investigate the effect of regeneration temperature, the samples were regenerated at 500, 600 and 700°C for 2 hours and the regenerated catalyst showed better performance at 700°C regeneration temperature with 86% acetone conversion. The performance of the catalyst was compared with steam to carbon molar ratios of 4, 6, and 8, and the best performance was obtained in the molar ratio of 8 with 100% conversion at 550 °C. Also, the activity of the catalyst was investigated in three space velocities of 12000, 18000 and (mL/g.h) 24000. The performance of the catalyst was higher at a space velocity (mL/g.h) of 12000 with 90% conversion at a temperature of 550°C. XRD, TPR, TPO and BET analyzes were used to determine the physical and chemical characteristics of the synthesized catalysts.

ريفرمينگ بخار , توليد هيدروژن , استون , ارتقادهنده كروم , Ni/Al2O3

steam reforming , Hydrogen production , Acetone , Cr promoter , Ni/Al2O3

Hossein Hassanloo

Dr. Alavi