بررسی تأثیر پایه‌های مختلف بر فعالیت کاتالیزگر نیکل در واکنش انتقال آب-گاز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

واکنش انتقال آب-گاز یک واکنش گرمازاست که برای غنی‌سازی هیدروژن و کاهش میزان CO در گاز سنتزی استفاده می‌شود. در این تحقیق به بررسی تأثیر کاتالیزگر نیکل با پایه‌های TiO2 ،Al2O3 ،CeO2 ،ZrO2 و SiO2 بر میزان تبدیل مونوکسیدکربن و تولید دی‌اکسیدکربن پرداخته شده است. نیکل با روش تلقیح مرطوب به پایه‌ها اضافه شده است.به منظور بررسی ساختار و مورفولوژی کاتالیزگرهای ساخته شده، آزمایش‌های SEM ،XRD ،BET و TEM انجام و آزمایش‌های راکتوری درراکتور لوله‌ای از جنس کوارتز انجام شده است. شدت جریان کل برابر با cc/min 300 در نظر گرفته شد و mg 150 کاتالیزگر در داخل راکتور بارگذاری گردید. کارایی کاتالیزگرها در محدوده دمایی C° 500-300 و با نسبت خوراک‌های (بخار آب به مونوکسید کربن) 1، 2 و 4 مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین آزمایش پایداری کاتالیست‌ها به مدت min 570 انجام شده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهند که بالاترین فعالیت در دمای C° 450 رخ می‌دهد. با توجه به ظرفیت بالای ذخیره‌سازی اکسیژن اکسید سریم، بالاترین تبدیل CO و گزینش‌پذیری CO2، مربوط به کاتالیزگر و Ni/CeO2 مقدار بهینه بارگذاری نیکل، 13% وزنی کاتالیست است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Different Supports on Activity of Nickel Catalysts in Water-gas Shift Reaction

نویسندگان [English]

  • Ali Eslami
  • Seyed Mehdi Alavi Amlashi
School of Chemical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Water gas shift is an exothermic reaction used to enhance hydrogen content and reduce CO concentration in synthesis gas. In this study, the effect of nickel catalysts supported on CeO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, and SiO2 on carbon monoxide conversion and producing carbon dioxide was investigated. Nickel was loaded taking the advantage of wet impregnation. In order to investigate the structure and morphology of the as prepared catalysts, BET, XRD, SEM, and TEM tests were employed. The test reactor was a tabular reactor made of quarts. Total flow rate was considered 300 ml/min and 150 mg mass of catalyst was loaded in the reactor. The performance of catalysts was investigated in the temperature range of 300-500 °C and at steam to carbon monoxide ratio of 1, 2, and 4. In addition, catalyst stability test was performed for 570 minutes. The results indicated that both catalysts had the maximum activity at 450 °C. The most conversion of CO and CO2 selectivity was observed for Ni/CeO2 due to high oxygen capacity of cerium oxide. The optimized loading of nickel was 13% of catalyst weight. Increasing steam to carbon monoxide ratio leaded to enhance activity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Water-Gas Shift Reaction
  • Nickel Catalyst
  • Carbon Monoxide Conversion
  • Cerium Oxide

[1]. Hou Xi. D., Zhao Y., and Xiang Zha W., “Effect of CeO2 Doping on Structure and Catalytic Performance of Co3O4 Catalyst for Low-Temperature CO Oxidation” Catal. Lett. Vol. 123, pp.321–326, 2008.##

[2]. Jacobs G. and Chenu E., “Water-gas shift: comparative screening of metal promoters for metal/ceria systems and role of the metal” Appl. Catal. A, Vol. 258, pp. 203–214, 2004.##

[3]. Trovarelli A., “Properties of ceria and ceria-containing materials” Catal. Rev. Vol. 38, pp. 439–520, 1996.##

[4]. Ladebeck J. R. and Wagner J. P. “Catalyst development for water gas shift”, In Handbook of Fuel Cells—Fundamentals, 2003.##

[5] A.Montoya J. and Romero Pascal G., “Methan reforming with CO2 over Ni/ZrO2-CeO2 catalysts prepared by sol-gel” Catal. Today, Vol. 63, pp.71-85, 2000.##

[6] Shaobin Wang and G. Q. Lu, “Reforming of methane with carbon dioxide over Ni/Al2O3 catalysts: effect of nickel precursor” Appl. Catal. A, Vol. 169, pp. 271-280, 1998.##

[7]. O. Sh. Joo, Wang K., and Jung D., “Dry reforming on the Al2O3 supported Ni catalyst” Bull, Korean Chem, Soc. Vol. 23, pp. 1149-1153, 2002.##

[8]. Łaniecki M., MałeckaGrycz M., and Domka F., “Water–gas shift reaction over sulfided molybdenum catalyst” Appl. Catal. A, 196, pp. 293–303, 2000.##

[9]. DeCanio E. C. and Storm D. A., Determination ofzero-valent molybdenum after moderate temperature reduction of alumina-supported catalysts, J. Catal. Vol. 130, 653, 1991.##

[10]. AgusHaryanto Sandun D. Fernando S. D., Filip Philip H., and Steele, “Hydrogen Production through the Water-Gas Shift Reaction: Thermodynamic Equilibrium versus Experimental Results overSupported Ni Catalysts” Energy &Fuels23, pp. Vol. 3097–3102, 2009.##

[11]. Sung Ho Kim, JiHye Chung, “SiO2/Ni and CeO2/Ni catalysts for single-stagewater gas shift reaction” Hydrogen Energy 35, pp. Vol. 3136 –3140, 2010.##

[12]. Chayakul K., Srithanratana T., and Hengrasmee S., “Catalytic activities of Re–Ni/CeO2 bimetallic catalysts for water gas shift reaction” Catal.Today, Vol. 175, pp. 420-429, 2011##

[13]. Callaghan C., Fishtik I., Datta R., Carpenter M., Chmielewski M., and Lugo A., “An improved microkinetic model for the water gas shift reaction on copper”, Surf. Sci. 541, pp. 21-30, 2003.##

[14]. AgusHaryanto, Producing Hydrogen through Water Gas ShiftReaction over Nickel Catalysts, Annual International Meeting Providence, Rhode Island, June 29 – July 2, 2008.##

[15]. Salehi Rad A. R., Behzadkhoshgouei M., Rezvani A. R. “Water gas shift reaction over Zn–Ni/SiO2 catalyst prepared from [Zn(H2O)6]2[Ni(NCS)6]•H2O/SiO2 precursor” Mol.Catal. A, Vol. 344, pp. 11– 17, 2011.##

[16]. Ralph R. and Hogarth M. P., “Catalysis for low temperature fuel cells. Part II: The anode challenges”, Platinum Met. Rev. Vol. 46, pp. 117–135, 2002.##

[17]. Si Y., Jiang R., Lin J.-C., Kunz H. R., and Fenton J. M,. “CO toleranceof carbon-supported platinum-ruthenium catalyst at elevated temperature and atmospheric pressure in a PEM fuel cell”, J. Electrochem. Soc. Vol. 151, pp. 1820–1824, 2004.##