بهینه سازی و بررسی سینتیکی کاتالیست la-ni در ریفرمینگ خشک متان

چکیده رفرمینگ خشک متان، فرایندی است که در آن از دو گاز گلخانه ای متان و دی اکسید کربن محصول با ارزش گاز سنتز تهیه می شود. یکی از اهداف اصلی از این تحقیق بهینه سازی کاتالیست lanio3 می-باشد. سه مسیر اصلی برای انجام این کار انتخاب شد. اول اینکه با استفاده از تقویت کننده و اضافه کردن آنها به ساختار کاتالیست، بتوان عملکرد آن را بهبود داد. دوم اینکه روشهای مختلف ساخت و تاثیر آنها بر روی عملکرد کاتالیست بررسی شود. سوم اینکه با نشاندن کاتالیست بر روی پایه ضمن افزایش سطح ویژه کاتالیست عملکرد آن را بهبود داد. قبل از هر تغییری در ساختار کاتالیست جهت بهینه سازی لازم است لازم است که عملکرد و ساختار کاتالیست را به خوبی بشناسیم. بنابراین به بررسی عملکرد و مکانیسم کاتالیست lanio3 در واکنش ریفرمینگ خشک متان پرداختیم. و یک معادله سینتیکی برای آن ارایه شد. بعد از آشنا شدن با عملکرد کاتالیست برای بهینه سازی کاتالیست از تقویت کننده استفاده شد. بطور کلی تقویت کننده ها به دو دسته تقسیم می شوند. 1. عناصری که بجای لانتانیوم به صورت جزیی جایگزین می شوند. 2. عناصری که بجای لانتانیوم به صورت جزیی جایگزین می شوند. در مورد دسته اول عناصری که جرم مولکولی کمتر از لانتانیوم دارند بررسی شد. مهمترین تاثیر این تقویت کننده ها ایجاد تغییر فاز در کاتالیست بود که این تغییر فاز هم از طریق تست های xrd و هم tpr دیده شد. در آنجا دیدیم که زمانی غلظت تقویت کننده و یا موقیعت آن از بالای جدول تناوبی به پایین تغییر می کند آنگاه غلظت فاز تشکیل شده la2nio4 نیز افزایش می یابد که این مطلب را می توان از روی تست های tpr پی برد. در این تحقیق دیده شد که عنصر باریم با غلظت 1/0 در بین عناصر قلیایی خاکی بهترین عملکرد را از خود نشان داد و توانست درصد تبدیل گاز متان را در حدود 30 درصد نسبت به کاتالیست lanio3 افزایش دهد. بهینه سازی از طریق مسیر دوم یعنی بررسی روش های ساخت کاتالیست، روش جدیدی با استفاده از حلال اتانول و به روش تلقیح در این پایان نامه معرفی شد به علاوه این کاتالیست بر روی پایه ?-al2o3 با دو روش قرار گرفته و رفتار آن بررسی شده است. برای بررسی رفتار این کاتالیست از راکتور بستر ثابت استفاده شد. نتایج حاصل از تست xrd کاتالیست بدون پایه نشان داد، نانو ذره نیکل، دارای قطر 17 نانومتر است که نسبت به نانو ذره تهیه شده از سایر روش ها کوچک تر می باشد. کاتالیست بدون پایه فعالیت مناسبی در دمای800 درجه سانتی گراد دارد. نسبت هیدروژن به منوکسید کربن تولیدی در این دما 9/0 می باشد. کاتالیست محتوی 20 درصد وزنی نیکل دارای بهترین فعالیت برای واکنش رفرمینگ خشک متان می-باشد. این کاتالیست با استفاده از اسید پروپیونیک و به روش سل - ژل نیز تهیه شده و فعالیت آن ها مقایسه شده است. نتایج حاصل از تست این دو کاتالیست نشان داد، کاتالیست 20 درصد وزنی نیکل تهیه شده به روش جدید دارای فعالیت بهتری در هر سه دمای واکنش نسبت به کاتالیست تهیه شده به روش اسید پروپیونیک می باشد. بهترین کاتالیست این تحقیق یعنی، کاتالیست پروسکایتی پایه دار محتوی 20 درصد وزنی نیکل همچنین پایداری مناسبی در دمای 800 درجه سانتی گراد داشته و میزان رسوب کربن بر روی آن بسیار ناچیز می باشد. همچنین کاتالیست بر روی پایه های مختلف زئولیت قرار داده شد و تاثیر این پایه ها بر روی خواص سطحی از جمله سطح ویژه، توزیع عناصر بر روی سطح کتالیست و اندازه ذرات نیکل و همچنین بر روی فعالیت کاتالیست بررسی شد. در این راستا از سه زولیت h-mordenite, h-mfi, zsm-5 به عنوان پایه استفاده شد که بهترین عملکرد مربوط به پایه h-mfi می باشد. بعد از انتخاب پایه مناسب درصدهای مختلب جرمی از کاتالیست lanio3 بر روی این پایه قرار گرفت که بهترین مقدار مربوط به 3/13 درصد جرمی می باشد.