تأثیر درصد فلز فعال نیکل بر پایه آلومینا در فرایند ریفرمینگ خشک

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

آزمایشگاه کاتالیست و مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در این پژوهش، تأثیر درصدهای گوناگون فلز فعال نیکل (5 ، 10 و 15) در ویژگی­ های ساختاری و عملکردی کاتالیست Ni/10%Sr-Al2O3 که به روش تلقیح تهیه شدند در طی فرایند ریفرمینگ خشک متان مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تعیین ویژگی­ های ساختاری کاتالیست­ ها، از آزمون ­های XRD، BET، TPR، TPO و SEM بهره گرفته شد. نتیجه ­های به­دست آمده از آزمون XRD بیانگر آن است که افزایش درصد فلز فعال نیکل منجر به کاهش پراکندگی NiO روی پایه شده است. نتیجه­ های به دست آمده از BET نشان می­ دهد که مساحت ویژه کاتالیست 5%Ni/10%Sr-Al2O3 نسبت به دو کاتالیست دیگر بیش ­تر است و کاتالیست­ ها دارای ساختار مزوحفره هستند. همچنین درصد تبدیل متان و کربن دی ­اکسید کاتالیست 5%Ni/10%Sr-Al2O3 در همه دماهای عملیاتی بیش ­تر است. از نتیجه­ های آزمون TPO می­ توان دریافت که با افزودن درصد فلز فعال نیکل از 5 به 15، کک تشکیل شده (کربن رشته­ ای) در زمان فرایند ریفرمینگ خشک روی سطح کاتالیست افزایش یافته است که منطبق با نتیجه­های SEM می باشد.کاتالیست 5%Ni/10%Sr-Al2O3 تبدیل متان پایداری در حدود 70 درصد در 13 ساعت و در دمای 650 را نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Alves H.J., Junior C.B., Niklevicz R.R., Frigo E.P., Frigo M.S., Coimbra-Araújo C.H., Overview of Hydrogen Production Technologies from Biogas and the Applications in Fuel Cells, International Journal of Hydrogen Energy, 38(13): 5215-5225 (2013).

[2] Moradi G., Hemmati H., Abbasi G. Investigation and Comparison of Modified Catalyst Supported Zeolite ZSM-5 in Dry Reforming of Methane, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 35(2): 53-62 (2016).

[3] Sousa H., Silva N., Castro A., Campos A., Filho J., Oliveira A., Mesoporous Catalysts for Dry Reforming of Methane: Correlation between Structure and Deactivation Behavior of Ni-Containing Catalysts, International Journal Hydrogen Energy, 37(17): 12281-12291 (2012).

[4] Zangouei M., Moghaddam A.Z., Arasteh. M., The Influence of Nickel Loading on Reducibility of NiO/Al2O3 Catalysts Synthesized by Sol-Gel Method, Chemical Engineering Research Bulletin, 14(2): 97-102 (2010).

[5] خواجه نوری مجید، رضایی مهران، مشکانی فرشته، بررسی تأثیر مواد فعال سطحی بر ساختار و فعالیت کاتالیست نیکل بر پایه منیزیم اکسید در فرایند ریفرمینگ خشک متان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران،(1) 35: 71 تا 81 (1395).

[6] Barroso-Quiroga M.M., Castro-Luna A.E., Catalytic Activity and Effect of Mdifiers on Ni-Based Ctalysts for the Dry Reforming of Methane, Int. J. Hydrogen Energy, 35(11): 6052-6056 (2010).

[7] Damyanova S., Pawelec B., Arishtirova K., Fierro J.L.G., Ni-Based Catalysts for Reforming of Methane with CO2, International Journal of Hydrogen Energy, 37(21): 15966-15975 (2012).

[8] Li G., Hu L., Hill J.M., Comparison of Reducibility and Stability of Alumina-Supported Ni Catalysts Prepared by Impregnation and co-Precipitation, Applied Catalysis A: General, 301(1): 16-24 (2006).

[9] Alipour Z., Rezaei M., Meshkani F., Effect of Alkaline Earth Promoters (MgO, CaO, and BaO) on the Activity and Coke Formation of Ni Catalysts Supported on Nanocrystalline Al2O3 in Dry Reforming of Methane, J. Industrial and Engineering Chemistry, 20(5): 28582863 (2014).

[10] Al-Fatesh A.S., Naeem M.A., Fakeeha A.H., Abasaeed A.E., CO2 Reforming of Methane to Produce Syngas over γ-Al2O3-Supported Ni–Sr Catalysts, Bulletin of the Chemical Society of Japan, 86(6): 742-748 (2013).

[11] San José-Alonso D., Illán-Gómez M.J., Román-Martínez M.C., K and Sr Promoted Co Alumina Supported Catalysts for the CO2 Reforming of Methane, Catalysis today, 176(1): 187-190 (2011)

[12] Jiao  Y., Zhan, J., Du Y., Li F., Li C., Lu, J., Wang J. and Chen Y. ,Hydrogen Production by Catalytic Steam Reforming of Hydrocarbon Fuels over Ni/Ce–Al2O3 Bifunctional Catalysts: Effects of SrO Addition , International Journal of Hydrogen Energy, 41(31): 13436-13447 (2016).

[13] Jing Q., Lou H., Fei J., Hou Z. and Zheng X., Syngas Production from Reforming of Methane with CO2 and O2 over Ni/SrO–SiO2 Catalysts in a Fluidized Bed Reactor, Int. J. hydrogen energy, 29(12): 1245-1251 (2004).

[14] Al-Fatesh A., Suppression of Carbon Formation in CH4–CO2 Reforming by Addition of Sr into Bimetallic Ni–Co/γ-Al2O3 Catalyst, Journal of King Saud University-Engineering Sciences, 27(1): 101-107 (2015).

[15] San José-Alonso D., Illán-Gómez M.J., Román-Martínez M.C., K and Sr Promoted Co Alumina Supported Catalysts for the CO2, Reforming of Methane. Catalysis Today, 176(1): 187-190 (2011).[16] 4

[17] Jing Q, Lou H, Fei J, Hou Z, Zheng X., Syngas Production from Reforming of Methane with CO2 and O2 over Ni/SrO/SiO2 Catalysts in a Fluidized Bed Reactor, Int J Hydrogen Energy, 29: 1245-1251 (2004).

[18] Sutthiumporn K, Kawi S., Promotional Effect of Alkaline Earth over Ni/La2O3 Catalyst for CO2 Reforming of CH4: Role of Surface Oxygen Species on H2 Production and Carbon Suppression, Int J Hydrogen Energy, 36: 14435-14446 (2011).

[19] Ryu J-H., Lee K-Y., Kim H-J., Yang J-I., Jung H., Promotion of Palladium-Based Catalysts on Metal Nolith for Partial Oxidation of Methane to Syngas, Appl Catal B, 80: 306-312 (2008).

[20] Ma D., Mei D., Li X., Gong M., Chen Y., Partial Oxidation of Methane to Syngas over Monolithic Ni/g-Al2O3 Catalyst Effects of Rare Earths and other Basic Promoters, J Rare Earths, 24: 451-452 (2006).

[21] Amir E., Rezaei M., Meshkani F., Investigation of the Catalytic Performance and Coke Formation of Nanocrystalline Ni/SrO-Al2O3 Catalyst in Dry Reforming of Methane, Iranian Journal of Hydrogen & Fuel Cell, 3(4): 315-322 (2017).

[22] Shekhawat D., Spivey J.J. Berry D.A. (eds.), “Fuel Cells: Technologies for Fuel Processing, Elsevier (2011).

[23] Ranjbar A., Rezaei M., Preparation of Nickel Catalysts Supported on CaO.2Al2O3 for Methane Reforming with Carbon Dioxide, International Journal of Hydrogen Energy, 37: 6356-6362 (2012).

[24] Amin M. H., Tardio J., Bhargava S. K., An investigation on the Role of Ytterbium in Ytterbium Promoted γ-alumina-supported Nickel Catalysts for Dry Reforming of Methane, International Journal of Hydrogen Energy, 38: 14223-14231(2013).

[25] Rahmani S., Rezaei M., Meshkani F., Preparation of Highly Active Nickel Catalysts Supported on Mesoporous Nanocrystalline γ-Al2O3 for CO2 Methanation, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(4): 1346-1352(2013).

[26] Ding R.G., Yan Z.F., Characterization of the Structure Features of Nickel Catalysts for Carbon Dioxide Reforming of Methane, Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 47: 108-110 (2002).

[27] Meshkani F., Rezaei M., Andache M., Investigation of the Catalytic Performance of Ni/MgO Catalysts in Partial Oxidation, Dry Reforming and Combined Reforming of Methane, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(4): 1251-1260(2014).