بررسی اثر رفتار کلسیناسیون و شرایط احیاء کاتالیست های دو فلزی کبالت-نیکل تهیه شده به روش سل- ژل با ساپورت آلومینا

اولین مرحله کار تعیین دمای مناسب برای انجام واکنش است، دمای مطلوب دمایی ست که بیشترین مقدار اتیلن و پروپیلن را همزمان با کمترین مقدار متان بدهد. داده ها به شرح زیر است: جدول3-3. اثر دمای واکنش بر عملکرد کاتالیست ساخته شده به روش سل- ژل reaction temperature (? c) conversion (%) selectivity (%) ch4 c2h4 c2h6 c3h6 c3h8 c4+ 100 20 60 - - - 40 - 120 30 51.2 4.9 14.2 5.8 23.9 - 140 42 44.6 4.2 11.3 21.8 10.2 7.9 160 45 54.7 7.1 14.4 11.5 12.3 - 170 48 61.3 7.2 14.6 11.5 5.4 - 190 52 71.3 1.4 13.1 4.1 10.1 - 210 74 82.2 - 8.5 0.9 6.5 1.9 220 97 97.8 - 1.2 - 0.8 0.2 230 100 100.0 - - - - - 240 100 100.0 - - - - - بر طبق داده ها دمای مطلوب 170 درجه سانتیگراد است. جهت تعیین دمای بهینه کلسیناسیون، 5 دما انتخاب شد. داده ها در جدول زیر آورده شده است: جدول3-4. اثر دمای کلسیناسیون بر عملکردکاتالیست ساخته شده به روش سل- ژل calcination temperature ( co conversion (%) selectivity (%) ch4 c2h4 c2h6 c3h6 c3h8 c4+ 500 41 62.7 6.9 14.2 9.8 6.4 - 550 48 61.3 7.2 14.6 11.5 5.4 - 600 50 56.5 10.2 15.5 11.3 6.5 - 650 49 53.6 11.2 15.6 12.3 7.3 - 700 47 55.1 9.9 15.9 13.2 5.9 - دمای بهینه کلسیناسیون، 650 درجه سانتیگراد است. جهت تعیین زمان بهینه کلسیناسیون، کاتالیست در زمان های مختلفی کلسینه شد. داده ها در جدول زیر می باشد: جدول 3-5. اثر زمانهای کلسیناسیون بر عملکرد کاتالیست ساخته شده به روش سل- ژل calcination time (hr) co conversion (%) selectivity (%) ch4 c2h4 c2h6 c3h6 c3h8 c4+ 4 52 55.1 10.9 14.5 10.4 9.1 - 6 49 53.6 11.2 15.6 12.3 7.3 - 8 48 52.4 9.2 14.8 11.9 6.9 4.8 10 45 52.5 10.2 13.6 11.5 5.8 6.4 زمال بهینه کلسیناسیون، 6 ساعت می باشد. در این پایان نامه جو کلسیناسیون نیز مورد مطالعه قرار گرفت. داده ها در جدول زیر می باشد: جدول3-6. اثر جوهای مختلف کلسیناسیون برعملکرد کاتالیست ساخته شده به روش سل- ژل calcination agent co conversion (%) selectivity (%) ch4 c2h4 c2h6 c3h6 c3h8 c4+ air 49 53.6 11.2 15.6 12.3 7.3 - n2 23 55.2 9.2 16.1 12.8 6.7 - جو بهینه کلسیناسیون، جو هوا می باشد. مرحله بعد تعیین دمای بهینه احیاء می باشد. داده ها در جدول زیر آورده شده است: جدول3-7. اثر دماهای مختلف احیاء بر عملکرد کاتالیست ساخته شده به روش سل- ژل reduction temperature ( co conversion (%) selectivity (%) ch4 c2h4 c2h6 c3h6 c3h8 c4+ 250 49 55.5 8.1 13.7 7.2 15.5 - 300 52 53.8 10.7 18.1 8.4 9.7 - 350 53 56.1 11.8 16.7 8.5 6.9 - 400 49 53.6 11.2 15.6 12.3 7.3 - 450 48 53.5 9.8 16.9 12.2 7.1 0.5 دمای بهینه احیاء، 400 درجه سانتیگراد است. با وجه به داده های زیر، زمان بهینه احیاء، 4 ساعت است: جدول 3-8. اثر زمان های مختلف احیاء بر عملکرد کاتالیست ساخته شده به روش سل- ژل reduction time (hr) co conversion (%) selectivity (%) ch4 c2h4 c2h6 c3h6 c3h8 c4+ 2 54 46 13.9 14.51 15.8 6.99 2.8 4 55 45.67 15.33 13.59 18.04 7.366 - 6 53 49.9 16 13.2 13.9 6.9 0.1 8 52 51.3 12.6 13.8 13.1 5.7 3.5 10 50 52 11 12.9 14.6 4.5 5 و همچنین با توجه به داده های جدول زیر، عامل احیا کننده بهینه، هیدروژن است: جدول3-9. اثر عوامل احیاء کننده مختلف بر عملکرد کاتالیست ساخته شده به روش سل- ژل reduction agent co conversion (%) selectivity (%) ch4 c2h4 c2h6 c3h6 c3h8 c4+ h2 55 45.6 15.4 13.5 18.2 7.3 - co 61 52.4 13.1 14.8 12.6 6.9 0.2 h2 + co 72 59.1 10.4 13.5 9.1 7.2 0.7 برای تعیین فازهای مختلف کاتالیست، از پیش ساز کاتالیست، کاتالیست کلسینه شده قبل و بعد از تست راکتوری، طیف xrd گرفته شد: بر طبق داده های حاصل از xrd، پیش ساز کاتالیست شامل فازهای زیر می باشد: co(no3)2.4h2o, co(no3)2.6h2o, ni(no3)3.2h2o, al2o3.3h2o کاتالیست کلسینه شده قبل از تست دارای فازهای متفاوت زیر می باشد: co3o4 (fcc) coo (fcc), nico2o4 (fcc ), و کاتالیست کلسینه شده بعد از تست شامل فازهای زیر می باشد: c (hexagonal), co (fcc), ni (fcc), co3c (hexagonal), co3o4 (fcc), ni3c (hexagonal) نتایج حاصل از xrd نشان داد که: پیش ساز کاتالیست، شامل نمک نیترات فلزات و ساپورت مورد استفاده می باشد. فازهای شناسایی شده برای کاتالیست های کلسینه شده قبل از تست راکتوری مخلوطی از فازهای اکسیدی کبالت و نیکل می باشند. فازهای شناسایی شده برای کاتالیست های بعد از تست راکتوری، فاز کاربیدی، فلزی و اکسیدی هستند. مساحت سطح کاتالیست ها در حالت پیش ساز، کلسینه شده قبل و بعد از تست راکتوری توسط تکنیک bet مورد بررسی قرار گرفت که نتایج آنها در جدول (4-1) آورده شده است. جدول 4-1. مساحت سطح کاتالیست بهینه به روش سل- ژل specific surface area (m2/gr) sample 57.1227 precursor 6.3399 fresh calcined 32.5450 used calcined نتایج bet نشان داد که: نمونه پیش ساز دارای بیشترین مساحت سطح است، این حالت به دلیل خروج آب همراه در پیش ساز می باشد که ایجاد حفره نموده و باعث افزایش مساحت سطح می گردد. همچنین بالا بودن مساحت سطح کاتالیست بعد از تست، نسبت به نمونه بعد از کلسیناسیون را می توان مربوط به حضور فازهای کاربیدی و کربن دانست. تعیین بافت کاتالیست های ساخته شده در ادامه به منظور بررسی بافت کاتالیست بهینه نهایی، از تکنیکsem استفاده گردید. نتایج حاصل از sem نشان میدهد که: بافت ذرات در پیش ساز و نمونه کلسینه شده بسیار متفاوت است. همانگونه که گفته شده اندازه ذرات در کاتالیست کلسینه شده به دلیل تجزیه شدن در طی فرآیند کلسیناسیون، از نمونه پیش ساز کوچک تر است. مقایسه تصویر sem نمونه کلسینه شده قبل و بعد از تست، افزایش مساحت سطح کاتالیست بعد از تست را نشان می دهد (همخوانی با داده های bet).