لایه نشانی کاتالیست LaNiO3/Al2O3 در راکتور میکروکانالی جهت استفاده در رفرمینگ خشک متان

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده نفت و پتروشیمی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

تا به حال پژوهش ­های زیادی روی عملکرد کاتالیست­ های گوناگون به صورت پودری یا شکل داده شده در رفرمینگ خشک متان با استفاده از میکرو­راکتور­های بستر ثابت صورت گرفته است، ولی در راکتورهای میکرو­کانالی، از روش ­های لایه ­نشانی کاتالیست که محدودیت انتقال جرم و گرما­ی کمتری دارند گزارش­ های کمی ارائه شده است. اخیراً روش اسپاترینگ و تبخیرگرمایی در راکتورهای میکروکانالی برای لایه نشانی کاتالیست مورد بررسی قرار گرفته است اما این روش ­­ها شامل مشکلاتی نظیر هزینه­ ی بالا و عدم کنترل در مقدار بارگذاری کاتالیست می­ باشند. در این پژوهش، کاتالیست روی دو طرف صفحه­ ی استیل سند­­بلاست شده، لایه نشانی می­ شود. کاتالیست­ ها بعد از لایه نشانی در راکتور میکروکانالی آزمایش و محصولات توسط دستگاه کروماتوگرافی شناسایی شدند. دراین پژوهش کاتالیست­ های پروسکایتی LaNiO3  در دو حالت با پایه­ ی آلومینا و بدون پایه، سنتز و لایه­ نشانی شدند و جهت شناسایی و بررسی کاتالیست­ ها از آنالیز­های EDX، FTIR ،XRD ، SEM  استفاده شده است. نتایج عملکردی نشان داد که کاتالیست همراه با پایهAl2O3، پایداری و درصد تبدیل بهتری نسبت به کاتالیست بدون پایه دارد. همچنین پایداری کاتالیست در دمای C◦800 به مدت 28 ساعت مورد آزمایش قرار گرفت. در دمای C◦800 برای کاتالیست LaNiO3  نسبت متوسط 91/0 H2/CO= وبرای کاتالیست با پایه آلومینا نسبت متوسط 97/0= H2/CO حاصل شد. در نتیجه استفاده از راکتورهای میکرو­کانالی دارای مزایاِیی زیادی در قیاس با راکتور­های بستر ثابت، نظیر میزان کاتالیست مصرفی کمترو انتقال جرم و حرارت بهتر است همچنین روش لایه­ نشانی این پژوهش از لحاظ عملکرد و پایداری، قابل رقابت با روش­ های پر هزینه لایه­ نشانی نظیراسپاترینگ در رفرمینگ خشک متان، می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Cormier J.M., Rusu I., Syngas Production Via Methane Steam Reforming with Oxygen: Plasma Reactors Versus Chemical Reactors, J. Phys. D: Appl. Phys, 34(18): 2798 (2001).
[2] Rostrup-Nielsen J.R., New aspects of Syngas Production and Use, Catal.Today., 63(2-4): 159-164 (2000).
[3] Xu J., Yeung.C. M.Y., Ni J., Meunier F., Acerbi N., Fowles M., Tsang S. C., Methane Steam Reforming for Hydrogen Production Using Low Water-Ratios Without Carbon Formation Over Ceria Coated Ni Catalysts, Appl. Catal A: Gen, 345(2): 119-121 (2008).
[4] Prettre M., Eichner C., Perrin M., The Catalytic Oxidation of Methane to Carbon Monoxide and Hydrogen, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 42: 335-339 (1946).
[5] Richardson J.T., Paripatyadar.S.A., Carbon Dioxide Reforming of Methane with Supported Rhodium, Appl. Catal, 61(1): 293-309 (1990).
[6] Abdollahifar M., Haghighi M., Babaluo A.A., Syngas Production Via Dry Reforming of Methane Over Ni/Al2O3–MgO Nanocatalyst Synthesized Using Ultrasound Energy, J. Ind. Eng. Chem, 20(4): 1845-1851 (2014).
[7] Barroso-Quiroga M.M., Castro-Luna A.E., Catalytic Activity and Effect of Modifiers on Ni-Based Catalysts for the Dry Reforming of Methane, Int. J. Hydrog, 35(11): 6052-6056 (2010).
[8] Curry-Hyde H. E., Howe R. F. (Eds.)., "Natural Gas Conversion II" ,Elsevier (1994).
[9] Chen Y. Hu C.,  Gong M., Zhu X., Chen Y., Tian A., Chemisorption of Methane Over Ni/Al2O3 Catalysts, J. Mol. Catal. A:Chem, 152(1-2): 237-244 (2000).
[10] فیروزی، محمد؛ بقالها، مرتضی؛ اسدی، موسی، سنتز زئولیت ZSM-5 به عنوان کاتالیست فرایند تبدیل متانول به پروپیلن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران 31(2): ۲۱ تا ۲۶ (1391).
[11] Hou Z., Chen P., Fang H., Zheng X., Yashima T., Production of Synthesis Gas Via Methane Reforming with CO2 on Noble Metals and Small Amount of Noble-(Rh-) Promoted Ni Catalysts, Int. J. Hydrog. 31(5): 555-561 (2006).
[12] پرنیان، محمدجواد؛ مرتضوی، یداله؛ طاهری نجف آبادی، علی؛ خدادادی، عباسعلی، استفاده از روش ترسیب شیمیایی فاز بخار برای لایه نشانی روتنیوم از پیش ماده Ru3(CO)12 بر روی کاتالیست Co/Al2O3 و بررسی عملکرد کاتالیست در واکنش فیشر تروپش، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران 32(4): ۱۷ تا ۳۲ (۱۳۹۲).
[13] Rostrupnielsen J.R., Hansen J.B., CO2-Reforming of Methane Over Transition Metals, J. Catal, 144(1): 38-49 (1993).
[14] Zhou Y., "Platinum Group Metals Catalyzed Steam Methane Reforming Via Micro-Channel Reactor " (Master's thesis, University of Cape Town) (2014).
[15] Ruckenstein E., Wang H.Y., Carbon Deposition and Catalytic Deactivation During CO2 Reforming of CH4 Over Co/γ-Al2O3 Catalysts, J. Catal, 205(2): 289-293 (2002).
[16] Amin R., Liu B., Ullah S., Biao H. Z., Study of Coking and Catalyst Stability Over CaO Promoted Ni-Based MCF Synthesized by Different Methods for CH4/CO2 Reforming Reaction, Int. J. Hydrog,s 42(34): 21607-21616 (2017).
[17] Gandia L. M., Arzamedi G., Dieguez. P. M.(Eds)., "Renewable Hydrogen Technologies: Production, Purification, Storage, Applications and Safety", Newnes (2013).
[18] Sangsong S., Phongaksorn M., Tungkamani S., Sornchamni T., Chuvaree R., Dry Methane Reforming Performance of Ni-Based Catalyst Coated Onto Stainless Steel Substrate, Energy Procedia, 79: 137-142 (2015).
[19] Moradi G. R., Rahmanzadeh M., Sharifnia S., Kinetic Investigation of CO2 Reforming of CH4 Over La–Ni Based Perovskite, Chem. Eng. Sci, 162(2): 787-791 (2010).
[20] Rezaei R., Moradi G., Study of the Performance of Dry Methane Reforming in a Microchannel Reactor Using Sputtered Ni/Al2O3 Coating on Stainless Steel, Int. J. Hydrog, 43(46): 21374-21385 (2018).
[21] Moradi G., Hemmati H., Rahmanzadeh M., Preparation of a LaNiO3/γ‐Al2O3 Catalyst and Its Performance in Dry Reforming of Methane, Chem. Eng. Technol, 36(4): 575-580 (2013).
[22] Fang C.K, Chuang T.H, Surface Morphologies and Erosion Rates of Metallic Building Materials After Sandblasting, Wear, 230(2): 156-164(1999).
[23] Irvine J. T., Neagu D., Verbraeken M. C., Chatzichristodoulou C., Graves. C., Mogensen M. B., Evolution of the Electrochemical Interface in High-Temperature Fuel Cells and Electrolysers, Nat. Energy, 1(1): 1-13 (2016).
[24] Khettab M., Omeiri S., Sellam D., Ladjouzi M. A., Trari. M., Characterization of LaNiO3 Prepared by Sol–Gel: Application to Hydrogen Evolution Under Visible Light, Mater. Chem. Phys, 132(2-3): 625-630 (2012).
[25] Fernandes J. D., Melo D. M. D. A., Zinner L. B., Salustiano C. D. M., Silva Z. R., Martinelli A. E., Bernardi M. I. B., Low-Temperature Synthesis of Single-Phase Crystalline LaNiO3 Perovskite Via Pechini Method, Mater. Lett, 53(1-2): 122-125 (2002).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار