30349

بررسي اثر بهبوددهنده ها بر عملكرد كاتاليزگر پايه مگنتيت براي سنتز آمونياك

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1400

1402/10/13

دكتر قنبري

دكتر سرپولكي

مهندسي مواد و متالورژي

كاتاليزگرهاي بر پايه¬ي اكسيد آهن، يكي از پركاربردترين كاتاليزگرهاي سنتز آمونياك در صنايع پتروشمي هستند. بهبوددهنده¬هايي مانند SiO2، Al2O3، MgO، CaO و K2O از جمله قديمي¬ترين و پركاربردترين اكسيدهايي هستند كه در توليد كاتاليزگر سنتز آمونياك به كار مي¬روند. در اين پژوهش، سازوكار اثر بهبوددهنده¬هاي لانتانيوم و كبالت بر كاتاليزگر پايه مگنتيت بررسي شده¬است. ساخت كاتاليزگرها، با روش ذوب و ريخته¬گري انجام شد. در گام نخست، پودر مواد اوليه شامل مگنتيت و ساير بهبوددهنده¬ها با يكديگر مخلوط و سپس در كوره قوس الكتريكي ذوب شدند. پس از اطمينان از ذوب كامل مواد، با استفاده از يك گيره، بوته از كوره خارج شد و مذاب بر روي تخته فولادي ريخته شد. مذاب ريخته شده با جريان باد سرد شد. پس از سرمايش، قطعات كاتاليزگر، خرد و با الك مش 8 دانه بندي شدند. براي تحليل سازوكار اثر بهبوددهنده¬ها، از آناليزهاي پراش پرتو ايكس، احيا با برنامه¬ي دمايي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف¬سنجي فوتوالكترون پرتو ايكس، اندازه¬گيري سطح ويژه و آزمون عملكرد كاتاليزگري استفاده شد. نتايج آناليزها نشان داد لانتانيوم، سرعت احيا را نسبت به كاتاليزگر تجاري KM1، تغييري نداده و دماي احيا را از 939 به 1000 درجه سانتي¬گراد افزايش داده¬است. سطح ويژه در حضور بهبوددهنده¬ي لانتانيوم، از m2.g-1 97/11 به m2.g-1 95/12 افزايش و فعاليت كاتاليزگري، از 25/4 به 92/3 درصد مولي NH3 كاهش مي¬يابد. كبالت، سرعت احيا را به ميزان 04/0 ميلي مول بر گرم بر دقيقه افزايش مي¬دهد و سطح ويژه در حضور بهبوددهنده¬ي كبالت، به m2.g-1 12/12 افزايش مي¬يابد. فعاليت كاتاليزگري به 11/4 درصد مولي NH3، كاهش مي يابد. از مجموع نتايج، مي¬توان ادعا كرد كه لانتانيوم در دسته¬ي بهبوددهنده¬هاي ساختاري براي كاتاليزگر پايه مگنتيت قرار مي¬گيرد و افزودن كبالت اثر چشمگيري بر فعاليت كاتاليزگري نداشته و در مقابل سينتيك واكنش احيا را افزايش مي¬دهد. افزودن همزمان كبالت و لانتانيوم به كاتاليزگر، دماي احياي كاتاليزگر M-K را به مقدار 20 درجه سانتي گراد كاهش مي¬دهد. با توجه به آنكه اثر بهبوددهنده¬ها بر اساس فرمولاسيون نمونه تجاري KM1 مطالعه شد، از اين رو، نتايج حاصل از اين پژوهش، به طور مستقيم قابل استفاده در واحدهاي صنعتي توليد كاتاليزگر است.

1402/10/24

Investigating the effect of promoters on the performance of magnetite-based catalyst for ammonia synthesis

1/2/2025 12:00:00 AM

Iron oxide-based catalysts are one of the most widely used ammonia synthesis catalysts in the petrochemical industry. Promoters such as SiO2, Al2O3, MgO, CaO and K2O are used in the production of ammonia synthesis catalyst. In this research, the effect of lanthanum and cobalt improvers on KM1 commercial catalyst was investigated. Catalysts were synthesized by melting and casting method. XRD, TPR, SEM, XPS, XRF, BET and catalytic activity tests were used to investigate the effect of promoters. The results showed that lanthanum did not change the reduction speed compared to the KM1 and increased the reduction temperature from 939 to 1000 ˚C. In the presence of lanthanu, BET increases from 11.97 m2.g-1 to 12.95 m2.g-1 and the catalytic activity decreases from 4.25 to 92.3 % mole of NH3. Cobalt increases the rate of reduction by 0.04 mmol/g.min, which is equivalent to reducing the reduction time in proportion to the initial time of 0.8. From an industrial point of view, a 24-minute reduction in reduction process in an industrial unit under high pressure and temperature is significant. In the presence of cobalt promoter, BET increases to 12.12 m2.g-1 and the catalytic activity decreases to 11.4 % mole of NH3. From all the results, it can be claimed that lanthanum is in the category of structural improvers for magnetite-based catalysts, and the addition of cobalt does not have a significant effect on the catalytic activity, and on the contrary, it increases the kinetics of the reduction reaction. The simultaneous addition of cobalt and lanthanum to the catalyst, reduces the reduction temperature of the M-K catalyst to 20 ˚C. This achievement is a significant number in ammonia production industry. Because it significantly reduces energy consumption and costs. In addition, the effect of improvers was studied on the most widely used catalyst in the petrochemical industry, therefore, the results of this research can be directly used in catalyst production industry.

كاتاليزگر , سنتز آمونياك , بهبوددهنده , لانتانيوم , كبالت

Catalyst , Ammonia Synthesis , Promoters , lanthanum , Cobalt

sara bagheri

hajar ghanbari