شماره ركورد
33866
پديد آورنده
علي نوريان
عنوان
ساخت و ارزيابي كاتاليست نيكل مبتني بر تركيباترسي در فرآيند متانسازي كربندياكسيد
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/07
استاد راهنما
دكتر مهران رضائي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
تبديل كاتاليستي كربندياكسيد به عنوان يك گاز گلخانهاي به سوختها و مواد شيميايي باارزش از اهميت فراواني برخوردار است. در اين ميان فرآيند متانسازي كربندياكسيد يكي از مهمترين روشهاي حذف و تبديل كربندياكسيد ميباشد. همچنين اين فرآيند يكي از روشهاي حذف اكسيدهاي كربن از مخلوط گازها در واحدهاي توليد هيدروژن يا آمونياك و براي خالصسازي جريان هيدروژن در پالايشگاهها، واحدهاي توليد اتيلن و در پيلهاي سوختي به كار برده ميشود. از ميان كاتاليستهاي مورد استفاده در اين واكنش، كاتاليست نيكل بر پايه كائولن داراي عملكرد مناسب، همچنين بر مبناي دو مادهي اقتصادي است. در اين پژوهش ابتدا نوع پايه رسي از ميان چندين كائولن تعيين گرديد. از بررسي روشهاي مختلف سنتز (تلقيح و رسوبدهي-تهنشيني)، تهيه نمونه با بكارگيري از روش رسوبدهي-تهنشيني، بهعنوان روش سنتز بهينه اتخاذ شد. سپس تاثير بارگذاري درصدهاي 5، 10، 15، 20و 25 نيكل بر فعاليت كاتاليستي كاتاليست Ni-MTK در محدوده دماي متوسط واكنش متانسازي (250 تا 550 درجهسانتيگراد) مورد ارزيابي قرار گرفتهاست. كاتاليست ساخته شده حاوي 20% نيكل داراي سطح ويژه 46.44 داراي تبديل دياكسيدكربن 77.25 درصد و انتخابپذيري متان93.06 درصد در دماي 450 درجه سانتيگراد بهترين عملكرد را نشان داد و بهعنوان كاتاليست منتخب انتخاب شد. در فاز نهائي بخش اول، جهت دستيابي به پارامترهاي بهينه سنتزي اثرگذار (pH، دما و زمان پيرسازي) بر روي تبديل كاتاليستي، طراحي آزمايش اتخاذ شد. مقادير متغيرهاي بهينه براي دماي پيرسازي (°C)، زمان پيرسازي(hr) و pH به ترتيب برابر با 60، 6 و 11 بدست آمد. در بخش دوم اين پژوهش جهت بهبود عملكرد كاتاليست در دماهاي پايين به اين كاتاليست با بارگذاريهاي مختلف حاوي 1-3 درصد وزني اكسيد آهن افزوده شد. كاتاليست حاوي 2 درصد وزني اكسيد آهن با سطح ويژه m2.g-1 95.03 داراي تبديل دياكسيدكربن 80.71 درصد و انتخابپذيري متان 94.02 درصد، در دماي 450 درجه سانتيگراد بهترين عملكرد را نشان داد و بهعنوان كاتاليست مناسب انتخاب شد، همچنين كاتاليست ارتقايافته توانست در دماهاي پايين عملكرد كاتاليستي بهتري از خود نشان دهد. در هر دو بخش اين پژوهش اثرات عاملهاي مؤثر فرآيندي نظير دماي احيا، دماي كلسيناسيون، نسبت خوراك، سرعت فضايي گاز و آزمون پايداري طولانيمدت نيز بر روي كاتاليست منتخب مورد بررسي قرار گرفت. عملكرد تمام كاتاليستها در فرآيند متانسازي دياكسيدكربن تحت شرايط عملياتي ml.grcat-1.h-1 18000GHSV= و 4 H2/CO2= و احيا به مدت دو ساعت در دماي 650 درجه سانتيگراد مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين خواص فيزيكي و شيميايي كاتاليستهاي سنتز شده با استفاده از تحليلهاي XRD , BET ، TPR مورد ارزيابي قرار گرفتند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/27
عنوان به انگليسي
Fabrication and evaluation of nickel catalyst based on clay compounds in the carbon dioxide methanation process
تاريخ بهره برداري
9/30/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
علي نوريان
چكيده به لاتين
The catalytic conversion of carbon dioxide, a major greenhouse gas, into valuable fuels and chemicals is of great importance. Among various processes, CO₂ methanation is considered one of the most significant methods for both the removal and conversion of carbon dioxide. This process is also used for eliminating carbon oxides from gas mixtures in hydrogen or ammonia production units, for hydrogen stream purification in refineries, ethylene production units, and in fuel cells. Among the catalysts used in this reaction, the nickel-based catalyst supported on kaolin shows promising performance while being based on two economically feasible materials. In this study, the type of clay-based support was first selected from several kaolin samples. Among different synthesis methods (impregnation and co-precipitation), the co-precipitation method was adopted as the optimal synthesis route. Then, the catalytic performance of Ni-MTK catalysts containing 5, 10, 15, 20, and 25 wt% nickel was evaluated in the medium temperature range of the methanation reaction (250–550 °C). The catalyst containing 20 wt% nickel, with a specific surface area of [value to be added], showed the best performance with 77.25% CO₂ conversion and 93.06% methane selectivity at 450 °C, and was selected as the optimal catalyst. In the final phase of the first section, in order to optimize synthesis parameters (pH, aging temperature, and time) affecting catalytic conversion, a designed experiment approach [method to be specified] was employed. The optimal values for the synthesis variables were found to be 60 °C for aging temperature, 6 hours for aging time, and pH 11. In the second part of the study, to enhance catalyst performance at lower temperatures, various loadings (1–3 wt%) of iron oxide were added to the selected catalyst. The catalyst containing 2 wt% Fe₂O₃, with a specific surface area of [m²/g], showed the best performance with 80.71% CO₂ conversion and 94.02% methane selectivity at 450 °C, and was selected as the improved catalyst. Moreover, this modified catalyst demonstrated better catalytic activity at lower temperatures.In both sections of the study, the effects of key process parameters such as reduction temperature, calcination temperature, feed ratio, gas hourly space velocity (GHSV), and long-term stability were investigated on the selected catalyst. The performance of all catalysts in the CO₂ methanation process was evaluated under operational conditions of GHSV = 18000 ml·g_cat⁻¹·h⁻¹, H₂/CO₂ = 4, and reduction at 650 °C for 2 hours. Additionally, the physical and chemical properties of the synthesized catalysts were characterized using XRD, BET, and TPR analyses.
كليدواژه هاي فارسي
متان سازي , كربن دي اكسيد , پايه رسي , كاتاليست نيكل-آهن , رسوب دهي_ته نشيني
كليدواژه هاي لاتين
methanation , carbon dioxide , clay-based support , nickle- iron catalyst , deposition precipitation
Author
Ali nooriyan
SuperVisor
Mehran rezaee