شماره ركورد
33209
پديد آورنده
عليرضا جهاني پور
عنوان
ريفرمينگ سهگانه متان بر مبناي نيكل بر روي پايهها ارتقايافته كربن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1403/12/15
استاد راهنما
دكتر سيد مهدي علوي املشي، دكتر مهران رضايي
استاد مشاور
/
دانشكده
مهندسي شيمي،نفت و گاز
چكيده
يكي از روشهاي كارآمد براي توليد گاز سنتز، فرايند ريفرمينگ سهگانه متان است كه به دليل استفاده از دو گاز گلخانهاي متان و دياكسيدكربن، بهعنوان يك فناوري سازگار با محيطزيست شناخته ميشود. در اين فرايند، كاتاليستهاي مبتني بر نيكل به طور گسترده مورداستفاده قرار ميگيرند. در اين پژوهش، كربن فعال با ساختار مزوحفرهاي و سطح ويژه بالا (673 مترمربع برگرم) بهعنوان پايه كاتاليست به كار گرفته شد و جهت بهبود ويژگيهاي ساختاري آن، اصلاح سطحي با HNO3 انجام شد. كاتاليستهاي نيكل با درصدهاي مختلف (5، 5/7، 10 و 5/12 درصد وزني) بر پايه كربن فعال اصلاحشده و با روش تلقيح مرطوب سنتز شدند. تأثير مقدار نيكل و دماي كلسيناسيون به صورت مجزا بر روي ويژگيهاي ساختاري و عملكرد اين كاتاليستها مورد بررسي قرار گرفت. براي تحليل مشخصات كاتاليستها از آناليزهاي H2-TPR، XRD و BET استفاده شد.
نتايج نشان داد كه تمامي كاتاليستها داراي سطح ويژه بالا (51/521 تا 64/599 مترمربع بر گرم)، ساختار مزوحفرهاي و توزيع اندازه حفرات در محدوده 17/2 تا 35/2 نانومتر هستند. آزمايشهاي راكتوري نشان داد كه با افزايش ميزان نيكل از 5 تا 10 درصد وزني، بازده كاتاليستي افزايش مييابد. كاتاليست 10%Ni/AC در دماي 750 سانتي گراد عملكرد بهتري نسبت به ساير نمونهها نشان داد، به طوري كه تبديل متان و دياكسيد كربن در تركيب خوراك CH4:CO2:H2O:O2: = 1:0.75:0.75:0.2:0.4 به ترتيب 2/87% و 3/80% اندازه شده است و پس از 5 ساعت واكنش، افت تبديل متان تنها 0/3% مشاهده گرديد.
در بخش دوم تحقيق، تأثير اكسيدهاي فلزات SrO، La2O3، MgO و ZrO2 بهعنوان ارتقادهنده در كنار كربن فعال بررسي شد. در ميان اين ارتقادهندهها، كاتاليست حاوي ZrO2 بهترين عملكرد را داشت و همچنين، افزايش مقدار اكسيد زيركونيم تا 7% وزني موجب افزايش 7 درصدي ميزان تبديل متان در دماي 750 سانتيگراد شد و در دماي 750 سانتيگراد، در تركيب خوراك CH4:CO2:H2O:O2: = 1:0.75:0.75:0.2:0.4 ميزان تبديل متان و كربندياكسيد به ترتيب 2/92% و 3/80% بدست آمد و همچنين كاتاليست پايداري حرارتي بالايي را از خود نشان داد (با تنها 5/0% افت در تبديل متان). در هر دو بخش تحقيق، تأثير نسبت خوراك، دماي احيا و مقدار GHSV بر عملكرد كاتاليست ارزيابي شد و همچنين دماي كلسيناسيون بهصورت مستقل بر ويژگيهاي ساختاري و فعاليت كاتاليستي مورد بررسي قرار گرفت.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/01/18
عنوان به انگليسي
Nickel based Tri reforming of methane on modified carbon supports
تاريخ بهره برداري
3/5/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
عليرضا جهاني پور
چكيده به لاتين
One of the efficient methods for syngas production is the tri-reforming of methane process, which is recognized as an environmentally friendly technology due to its utilization of two greenhouse gases, methane and carbon dioxide. In this process, nickel-based catalysts are widely used.
In this study, mesoporous activated carbon with a high specific surface area (673 m²/g) was employed as the catalyst support. To enhance its structural properties, surface modification with HNO₃ was performed. Nickel catalysts with different weight percentages (7.5%, 10%, and 12.5%) were synthesized using the wet impregnation method on modified activated carbon. The effect of nickel content and calcination temperature on the structural characteristics and catalytic performance was investigated separately. The catalysts were analyzed using H₂-TPR, XRD, and BET techniques.
The results showed that all catalysts had high specific surface areas (521.51 to 599.64 m²/g), mesoporous structures, and pore size distributions ranging from 2.17 to 2.35 nm. Reactor experiments indicated that increasing the nickel content from 5% to 10% improved the catalytic efficiency. The 10%Ni/AC catalyst exhibited superior performance at 750°C, achieving 87.2% methane conversion and 80.3% carbon dioxide conversion with a feed composition of CH₄:CO₂:H₂O:O₂ = 1:0.75:0.75:0.2:0.4. After 5 hours of reaction, the methane conversion loss was only 3.0%.
In the second part of the study, the effect of metal oxides (SrO, La₂O₃, MgO, and ZrO₂) as promoters alongside activated carbon was investigated. Among these promoters, the ZrO₂-containing catalyst exhibited the best performance. Additionally, increasing the Zirconium oxide (ZrO₂) content up to 7 wt% led to a 7% increase in methane conversion at 750°C. Under the same conditions (CH₄:CO₂:H₂O:O₂ = 1:0.75:0.75:0.2:0.4), methane and carbon dioxide conversions reached 92.2% and 80.3%, respectively, while the catalyst demonstrated high thermal stability, with only 0.5% loss in methane conversion.
In both sections of the study, the effects of feed ratio, reduction temperature, and GHSV on catalyst performance were evaluated. Furthermore, the calcination temperature was independently analyzed concerning the structural properties and catalytic activity of the catalysts.
كليدواژه هاي فارسي
ريفرمينگ سهگانه متان , گاز سنتز , كربن فعال , توليد هيدروژن , كاتاليست بر مبناي نيكل
كليدواژه هاي لاتين
Tri-reforming of methane , Syngas , Activated carbon , Hydrogen production , Nickel-based catalyst
Author
Alireza Jahanipour
SuperVisor
Dr. Seyyed Mahdi Alavi Dr. Mehran Rezae