کاتالیست پایدار فرایند ریفرمینگ خشک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

پودرهای نانو کریستالی اکسید زیرکونیوم، با ساختار مزو حفره، با مساحت سطحی ویژه بالا و فاز پایدار کریستالی تتراگونال، پتانسیل بالایی به عنوان پایه کاتالیست‌های ریفرمینگ گاز طبیعی با دی‌اکسیدکربن دارند. نتایج استفاده از این نانو پودرها به عنوان پایه کاتالیست نشان دادند که اکسید زیرکونیوم نانوکریستالی تهیه شده با روش رسوب‌گیری همراه با افزودن ماده فعال سطحی پتانسیل خوبی به عنوان پایه کاتالیست دارد. اکسید زیرکونیوم نانوکریستالی تهیه شده با این روش مساحت سطح ویژه بالا، فاز پایدار تتراگونال و ساختار مزو حفره دارد. بررسی‌های کاتالیستی نشان دادند که کاتالیست حاوی 5 درصد نیکل عملکرد خوبی در این واکنش دارد و کاهشی 4 درصدی را در مقدار تبدیل متان بعد از گذشت 50 ساعت از زمان واکنش نشان می‌دهد. افزودن ارتقا دهنده‌های  K2O ،CeO2 ،La2O3 و MgO به کاتالیست حاوی 5 درصد وزنی نیکل سبب افزایش پایداری و فعالیت کاتالیست و پراکندگی نیکل و کاهش تشکیل کربن روی کاتالیست‌ها شد. بررسی پایداری کاتالیست 5%Ni-3%CeO2/ZrO2 بعد از گذشت 1550 ساعت از زمان واکنش و در شرایط واکنشی که ریسک تشکیل کک بالاست، نشان داد که این کاتالیست پایداری و عملکرد بسیار خوبی در این واکنش دارد و پایدارترین کاتالیست سنتز شده در فرایند ریفرمینگ خشک متان است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Stable Catalyst for Dry Reforming Process

چکیده [English]

Mesoporous nanocrystalline zirconia powders with high specific surface area and stable tetragonal crystallite phase were prepared by surfactant assisted precipitation method. The obtained results showed that the nanocrystalline zirconia powders have a good potentional as catalyst support in natural gas reforming with carbon dioxide. The activity results indicated that the nickel catalyst with 5 wt.% nickel loading showed stable activity for syngas production with a decrease of about 4% in methane conversion after 50 h of reaction. Addition of promoters (CeO2, La2O3, MgO and K2O) to the catalyst improved both the activity and stability of the nickel catalyst and increased the nickel dispersion and had a positive effect in preventing coke formation. The nickel catalyst (5% Ni–3% CeO2/ZrO2) showed high catalytic stability under severe reaction conditions for more than 1550 h on stream. Based on our knowledge, there is no prior documentation for a nickel catalyst that is  comparable to this catalyst in catalyst stability under the reaction conditions employed in this study.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dry Reforming
  • Synthesis Gas
  • Nickel Catalyst
  • Zirconium Oxide

[1] Nielsen J.R., “New aspects of syngas production and use”, Catal. Today, Vol. 63, pp. 159-164, 2000.

[2] Lemonidou A.A. & Vasalos I.A., “Carbon dioxide reforming of methane over 5 wt.% Ni/CaO-Al2O3 catalyst”, Appl. Catal. A, Vol. 228, pp. 227-235, 2002.

[3] Richardson J.T., Garrait M. & Hung J.K., “Carbon dioxide reforming with Rh and Pt–Re catalysts dispersed on ceramic foam supports”, Appl. Catal. A, Vol. 255, pp. 69-82, 2003.

[4] Hou Z., Yokota O., Tanaka T. & Yashima T., “Surface properties of a coke-free Sn doped nickel catalyst for the CO2 reforming of methane”, Applied Surface Science, Vol. 233, pp. 58-68, 2004.

[5] Wang S. & Lu G.Q., Energy and Fuels, No. 10, pp. 896, 1996.

[6] Laosiripojana N. & Assabumrungrat S., “Catalytic dry reforming of methane over high surface area ceria”, Appl. Catal. B, Vol. 60, pp. 107-116, 2005.

[7] Xu Z., Li Y., Zhang J., Chang L., Zhou R. & Duan Z., “Bound-state Ni species- a superior form in Ni-based catalyst for CH4/CO2 reforming”, Appl. Catal. A, Vol. 210, pp. 45-53, 2001.

[8] Takehira K., Shishido T., Wang P., Kosaka T. & Takaki K., “Autothermal reforming of CH4 over supported Ni catalysts prepared from Mg–Al hydrotalcite-like anionic clay”, J. Catal., Vol. 221, pp. 43-54, 2004.

[9] Clifford Y.T., Hsiao B.Y. & Chiu H.Y., “Preparation of spherical hydrous-zirconia nanoparticles by low temperature hydrolysis in a reverse microemulsion”, Colloids and Surfaces A: Physicochem and Eng. Aspects, Vol. 237, pp. 105-111, 2004.

[10] Ma T., Huang Y., Yang J., He J. & Zhao L., “Preparation of spherical zirconia powder in microemulsion system and its densification behavior”, Materials and Design, Vol. 25, pp. 515-519, 2004.

[11] Lee M.H., Clifford Y.T. & Lu C.H., “Synthesis of spherical zirconia by precipitation between two water/Oil emulsions”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 19, pp. 2593-2603, 1999.

[12] Cao Y., Hu J.C., Hong Z.S., Deng J.F. & Fan K.N., Catal. Lett., No. 81 [1-2], pp. 107, 2002.

[13] Kongwudthiti S., Praserthdam P., Silveston P. & Inoue M., “Influence of synthesis conditions on the preparation of zirconia powder by the glycothermal method”, Ceramics International, Vol. 29, pp.807-814, 2003.

[14] Su C., Li J., He D., Cheng Z. & Zhu Q., “Synthesis of isobutene from synthesis gas over nanosize zirconia catalysts”, Appl. Catal. A, Vol. 202, pp. 81-89, 2000.

[15] Mrowiec-Bialon J., Pajak L., Jarzebski A.B., Lachowski A.I. & Malinowski J.J., “Preparation effects on zirconia aerogel morphology”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 225, pp. 115-119, 1998.

[16] Wang J.A., Valenzuela M.A., Salmones J., Vázquez A., Garcia-Ruiz A. & Bokhimi X., “Comparative study of nanocrystalline zirconia prepared by precipitation and sol–gel methods”, Catal Today, Vol. 68, pp. 21-30, 2001.

[17] Liu X.M., Lu G.Q. & Yan Z.F., J. Phys. Chem. B, No. 108, pp. 15523, 2004.

[18] Kim J.H., Suh D.J., Park T. & Kim K.L., “Effect of metal particle size on coking during CO2 reforming of CH4 over Ni–alumina aerogel catalysts”, Appl. Catal. A, Vol. 197, pp. 191-200, 2000.