28712

استفاده از كاتاليست نيكل بر پايه آلومينا-سيليكاء ارتقاء يافته در فرايند ريفرمينگ خشك متان

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- ترموسينتيك و كاتاليست

1399

1402/6/20

سيد مهدي علوي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

استفاده بيش از حد مناب فسيلي و ازدياد گازهاي گلخانهاي در اتمسفر زمين موجب استفاده از فرايندهاي سازگار با محي زيست براي توليد انرژي و كاهش الودگي هوا شده است. يكي از واكنش هاي دوستدار محي - زيست براي توليد انرژي پاك، به دليل استفاده از گازهاي متان و دياكسيد كربن، واكنش ريفرمينگ خشك است. كاتاليستهاي بر مبناي نيكل داراي فعاليت كاتاليستي مناسب و ويمت ارزان ميباشند، لذا بهطور گسترده در اين فرايند استفاده ميشوند. اين در حالي است كه تشكيل كربن و كلوخه شدن اجزاي فعال در اين دسته از كاتاليستها ممكن است منجر به غيرفعال شدن كاتاليستها در طول واكنش شود. در اين پهوهش از آلومينا سيليكا مزو حفره با سطح بالا ن )180/87 m2.g-1و نسبت Al2O3/SiO2برابر يك، بهعنوان پايه براي تهيه كاتاليستهاي نيكل استفاده شد. در وسمت اول پهوهش، تأثير مقادير مختلف نيكل ن % 5،10،15،20وزني) و دماي كلسيناسيون، روي خصوصيات ساختاري و عملكرد كاتاليستها در فرايند ريفرمينگ خشك متان بررسيشده است. مشاهدهشده است كه كاتاليستها داراي سطح زياد و ساختار نانو كريستالي بوده و با افزايش اكسيد نيكل از 5به 20درصد وزني به دليل پر شدن حفرات نمونهها از 180به 48m2/grكاهشيافته است. با افزايش محتواي نيكل، ميزان تبديل واكنشگرها افزايش پيدا كرد كه اين به دليل احيا پذيري بهتر نيكل و وجود سايتهاي فعال بيشتر روي سطح كاتاليستها ميباشد. بالاترين ميزان تبديل متان و دياكسيد كربن نبه ترتيب 75و )%80براي كاتاليست 15درصد وزني نيكل به دست آمد. تمام كاتاليستها داراي پايداري بالايي در دماي 700oCو به مدت 300 minبودند، بهجز كاتاليست 15درصد وزني اكسيد نيكل كه داراي 2درصد افت فعاليت متان بوده است. با افزايش دماي كلسيناسيون از 550به 750°Cبه دليل كلوخه شدن ذرات نيكل عملكرد كاتاليست كاهش مييابد. در بخش دوم پروژه بهمنظور كاهش ميزان كربن تشكيلشده بر روي كاتاليست، از ارتقادهندههاي اكسيد فلزات وليايي خاكي ) (MgO,CaO,SrO,BaOبه ميزان 6درصد وزني در كنار پايه آلومينا-سيليكا استفاده، و خصوصيات ساختاري و عملكرد كاتاليستي آنها بررسي شد. نتايج نشان داد كه افزودن ارتقادهندهها تأثيري بر ميزان فعاليت كاتاليست نداشت. در ميان اين ارتقادهندهها، اكسيد كلسيم ميزان كربن كمتر نسبت به ساير ارتقادهندهها را از خود نشان داده است. در هر دو بخش پروژه تأثير نسبت خوراك، دماي احيا و ميزان GHSVبر ميزان فعاليت كاتاليست بررسي شد. با افزايش ميزان GHSVاز 12000 به ) 30000ml/(h.gcatبه دليل زمان تماس كم ميان واكنشدهندهها و كاتاليست افت فعاليت مشاهده ميشود همچنين با افزايش نسبت متان به CO2فعاليت متان كاهش و فعاليت CO2افزايش مييابد.

1402/06/28

Application of enhanced alumina-silica supported nickel catalyst in dry reforming of methane

9/10/2024 12:00:00 AM

Reduction of energy resources and global warming are vital phenomena that affect human life. The dry reforming of methane reaction, which uses methane and carbon dioxide to produce synthesis gas, is environmentally friendly. Catalysts that have indicators such as relatively high activity and cheap price, so they are directly used in this process. But these catalysts are prone to sintering at high temperature and carbon deposition, which may lead to the deactivation of the catalysts during the reaction. In this study, alumina silicate mesoporous with high surface area (180.87 m2. g-1) and with Al2O3/SiO2 ratio equal to one is used as a catalyst support, which was utilized to produce catalysts by impregnation method. In the first part, the effects of nickel and calcination temperature on the structural properties and performance of the catalyst have been investigated. It can be seen that the catalysts have a large surface area and a nanocrystalline structure, and with the increase of nickel, the surface area of the samples decreased from 180 to 48 m2/gr. With different percentages of nickel, feed conversion increased, which is due to the better reducibility of nickel and the presence of more active sites on the surface of catalyst. The highest conversion rates (XCH4= 80 % and XCO2= 85 %, respectively) were obtained for catalyst with 15 wt.% nickel. All catalysts have high stability at 700oC and for 300min. All catalysts have high stability at 700 °C during 300 min of reaction, but the 15wt.% nickel catalyst has the lowest percentage of methane activity loss. By increasing the calcination temperature, the performance decreases due to the agglomeration of nickel particles. In the second study, alkaline earth metal promoters (MgO, CaO, SrO, BaO) were used in the support, and their structural properties and catalytic performance were investigated in order to reduce the coke formed. The addition of the promoter did not affect the activity of the catalyst. Among these promoters, support with calcium oxide has been formed lower carbon compared to other promoters. In both projects, the effect of feed ratio, GHSV rate, reduction temperature on yield has been studied. By increasing the GHSV, due to the short contact time between the reactant and the catalyst, a decrease in activity is observed. As the CH4/CO2 ratio increases, the methane conversion decreases and the CO2 conversion decreases. Also, by increasing the reduction temperature, no change has been observed on reactive activities.

ريفرمينگ خشك متان , كاتاليست مبني بر نيكل

Dry reforming of methane , Nickel based catalyst

Mohammad Reza Baratzade

Dr. Alavi