27692

بررسي اثر بهبود سطح در پايداري و فعاليت كاتاليست نيكل آلومينا در فرآيند ريفرمينگ تركيبي خشك و بخار متان

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1398

1401/06/30

دكتر سيد مهدي علوي-دكتر مهران رضايي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

ريفرمينگ سوخت‌هاي فسيلي براي تبديل گاز طبيعي به گاز سنتز يك فرآيند مهم در صنعت پالايش مي‌باشد. ريفرمينگ تركيبي بخار و خشك متان يك عمليات جايگزين براي توليد گاز سنتز با نسبت مناسب H2/CO است كه داراي مزايايي از جمله جلوگيري از هزينه‌هاي اضافي مورد نياز براي جداسازي O2 از هوا و‌ يا جداسازي CO2 از زيست‌توده و كاهش تشكيل كربن بر روي كاتاليست مي‌باشد. فلز فعال نيكل به علت فعاليت بالا، انتخاب پذيري مناسب، در دسترس و ارزان بودن و طول عمر بالا در كنار‬ اكسيد آلومينيوم كه به پايداري حرارتي و مكانيكي و جذب بالا كمك ميكند به عنوان كاتاليست اين فرآيند‬ انتخاب شده است. در اين پژوهش ابتدا كاتاليست 10درصد وزني نيكل بر پايه آلومينا به 4 روش مكانيكي-شيميايي، هم‌رسوبي، تلقيح و احتراقي سنتز شده است. روش مكانيكي-شيميايي با سطح ويژه m2/gr 14/229 و درصد تبديل متان 85% در دماي 750 درجه سانتي‌گراد و نسبت خوراك 5/0/5/0/1 H2O=/CH4/CO2، داراي بالاترين فعاليت كاتاليستي بوده و به عنوان روش سنتز مناسب براي ادامه كار انتخاب شده است. سپس مقادير مختلف 5، 10، 15 و 20 درصد وزني نيكل روي پايه آلومينا به روش مكانيكي-شيميايي بارگذاري شد. كاتاليست Ni/Al2O315% در دماي 750 درجه سانتي‌گراد، با ميزان تبديل متان 91% بالاترين ميزان فعاليت را از خود نشان داد. سپس جهت بهبود عملكرد ميزان 5 درصد وزني فلزات آهن، كروم و منگنز به عنوان ارتقاءدهنده در كنار نيكل 15%، در نسبت خوراك 5/0/25/0/1 H2O=/CH4/CO2 مورد بررسي قرار گرفت. در ميان اين تركيبات، ارتقادهنده كروم به علت تشكيل كربن كمتر به عنوان ارتقا دهنده مناسب انتخاب شد. سپس مقادير مختلف بارگذاري كروم (5،3 و 7) بررسي شد. بارگذاري 7 درصد وزني كروم با ميزان تشكيل كربن كمتر و بالاترين تبديل متان با ميزان 74/80 در دماي 750 درجه سانتي‌گراد بهترين عملكرد را نشان داد. تعيين مشخصات شيميايي و فيزيكي كاتاليست‌هاي تهيه شده با استفاده از آناليز‌هاي TPR، TPO، XRD و BET صورت گرفت. علاوه بر اين كاتاليست‌هاي منتخب مورد بررسي تحت شرايط عملياتي از قبيل سرعت فضايي گاز، نسبت خوراك، دماي احيا، دماي كلسينه و هم‌چنين پايداري قرار گرفتند. واژه‌هاي كليدي: ريفرمينگ، گاز سنتز، فلز فعال نيكل، كاتاليست، كاتاليست نيكل آلومينا، مكانيكي-شيميايي، هم‌رسوبي، تلقيح و احتراقي

1401/10/13

Investigating the effect of surface improvement on the stability and activity of nickel alumina catalyst in combined dry and steam reforming of methane

9/21/2023 12:00:00 AM

Reframing fossil fuels to convert natural gas into synthesis gas is an important process in the refining industry. Combined steam and dry reforming of methane is an alternative operation for producing synthesis gas with a suitable ratio of H2/CO, which has advantages such as avoiding the additional costs required for separating O2 from air or separating CO2 from biogas and reducing the formation of carbon on the catalyst..The active metal nickel has been chosen as the catalyst of this process due to its high activity, suitable selectivity, availability, cheapness, and long life, along with aluminum oxide, which contributes to thermal and mechanical stability and high absorption. In this research, 10 wt% nickel catalyst based on alumina has been synthesized by 4 methods: mechanical-chemical, co-precipitation, impregnation and combustion. Mechanical-chemical method with specific surface area of 229.14 m2/gr and methane conversion percentage of 85% at 750 °C and feed ratio of 5/0/5/0/1 H2O=/CH4/CO2 has the highest catalytic activity and has been chosen as the suitable synthesis method for further work. Then different amounts of 5, 10, 15 and 20% by weight of nickel were loaded on the alumina base by mechanical-chemical method. 15%Ni/Al2O3% catalyst showed the highest activity at 750°C with a methane conversion rate of 91%. Then, in order to improve the performance, the amount of 5% by weight of iron, chromium and manganese metals as enhancers along with 15% nickel, in the feed ratio of 0.5/0.5/1 H2O=/CH4/CO2 was investigated. Among these compounds, chromium promoter was chosen as a suitable promoter due to less carbon formation. Then different amounts of chromium loading (5,3 and 7) were investigated. The loading of 7% by weight of chromium showed the best performance with less coke formation and the highest methane conversion with a rate of 80.74 at a temperature of 750 degrees Celsius. The chemical and physical characteristics of the prepared catalysts were determined using TPR, TPO, XRD and BET analyses. In addition, the optimal catalysts were examined under operating conditions such as gas space velocity, feed ratio, reduction temperature, calcination temperature and also stability. Key words: reforming, synthesis gas, nickel active metal, nickel alumina catalyst, mechanical-chemical, co-precipitation, impregnation and combustion

ريفرمينگ , گاز سنتز , كاتاليست نيكل آلومينا

reforming , synthesis gas , nickel active metal

Mona Orangian

Dr. Alavi