Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ WATER GAS SHIFT(WGS) ΣΕ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΕΥΓΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΑΘΑΝΑΣΙΑ ΣΠΗΛΙΩΤΗ ΠΟΛΥΞΕΝΗ ΜΗΤΡΟΠΟΥΛΟΥ Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Χημικων Μηχανικών.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ WATER GAS SHIFT(WGS) ΣΕ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΕΥΓΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΑΘΑΝΑΣΙΑ ΣΠΗΛΙΩΤΗ ΠΟΛΥΞΕΝΗ ΜΗΤΡΟΠΟΥΛΟΥ Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Χημικων Μηχανικών."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ WATER GAS SHIFT(WGS) ΣΕ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΕΥΓΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΑΘΑΝΑΣΙΑ ΣΠΗΛΙΩΤΗ ΠΟΛΥΞΕΝΗ ΜΗΤΡΟΠΟΥΛΟΥ Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Χημικων Μηχανικών Εργαστήριο Ετερογενούς Κατάλυσης Πάτρα,

2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 Χαρακτηριστικά της αντίδρασης: Χαρακτηριστικά της αντίδρασης: Υψηλές μετατροπές CO μπορεί να ληφθούν σε χαμηλές θερμοκρασίες Η κινητική της αντίδρασης ευνοείται σε υψηλές θερμοκρασίες Πραγματοποίηση της αντίδρασης σε δύο στάδια: Κατέχει σημαντική θέση στη χημική βιομηχανία σε διεργασίες παραγωγής NH 3 και H 2 Αναζωπύρωση του ενδιαφέροντος τα τελευταία χρόνια λόγω της ανάπτυξης της τεχνολογίας των στοιχείων καυσίμου ένα σε υψηλές θερμοκρασίες ( O C) ένα σε χαμηλές θερμοκρασίες ( O C) Εξάρτηση της σταθεράς ισορροπίας της αντίδρασης WGS από τη θερμοκρασία Εισαγωγή Εισαγωγή – Η αντίδραση WGS

3 Οι διαθέσιμοι εμπορικοί καταλύτες (Cu-ZnO, Fe-Cr) δεν πληρούν τις προδιαγραφές: o o όγκου, βάρους, κόστους (30-50% του fuel processor) o δυναμικής απόκρισης σε αλλαγές της σύστασης τροφοδοσίας o είναι πυροφορικοί (αναφλέγονται παρουσία οξυγόνου) o απενεργοποιούνται παρουσία περίσσειας υδρατμών o απαιτείται μακρόχρονη προκατεργασία για να ενεργοποιηθούν Στόχος ανάπτυξη καινοτόμων καταλυτών με τα εξής χαρακτηριστικά: o o υψηλή ενεργότητα και εκλεκτικότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες (<250 0 C) o μεγάλη σταθερότητα Εισαγωγή Εισαγωγή – Καταλύτες της αντίδρασης WGS

4 CO + Ox  CO 2 + Red Η 2 Ο + Red  H 2 + Ox Το CO που ροφάται στο μέταλλο οξειδώνεται από τον φορέα που με τη σειρά του οξειδώνεται από το νερό: Μηχανισμός Μηχανισμός – Καταλύτες ευγενών μετάλλων Οξειδοναγωγικός (redox) μηχανισμός X. Wang, R.J. Gorte, J.P. Wagner, J. Catal. 212 (2002) 225. Το CO που ροφάται στο μέταλλο αντιδρά με υδροξύλια του φορέα προς σχηματισμό ενδιαμέσου το οποίο διασπάται προς CO 2 και H 2 : Intermediate (HCOOH) Acidic oxide CO 2 +H 2 Συνδυαστικός (associative) μηχανισμός CO (M) + Η 2 Ο (S)  CO + H 2 O Metal / metal oxide Shido, Y. Iwasawa, J. Catal. 141 (1993) 71. (π.χ. CeO 2  Ce 2 O 3 )

5 Πειραματικό μέρος – Πειραματικό μέρος – Παρασκευή και χαρακτηρισμός καταλυτών 0.5% Pt/oxide Μέθοδος υγρού εμποτισμού Παρασκευή καταλυτών Χαρακτηρισμός καταλυτών Εκλεκτική χημειορόφηση Η 2 (NH 3 ) 2 Pt(NO 2 ) 2 οξείδια μετάλλων οξείδια μετάλλων οξείδια εναποτιθέμενα σε Al 2 O 3 και ΤiΟ 2 οξείδια εναποτιθέμενα σε Al 2 O 3 και ΤiΟ 2 SnO 2, CaO, MoO 3 Cr 2 O 3, Ta 2 O 5, Nb 2 O 5 Y 2 O 3,Nd 2 O 3, WO 3 MnO,Cr 2 O 3, NiO, Fe 2 O 3, CuO,TiO 2,ZrO 2, La 2 O 3, CoO,CeO 2,V 2 O 5, Er 2 O 3, Gd 2 O 3 Οξείδια μετάλλων (φορείς) Πρόδρομες ενώσεις Υπολογισμός της θερμότητας ρόφησης του CO (0.5%Pt/1%CaO-TiO 2 ) Υπέρυθρη φασματοσκοπία (FTIR)

6 Πειράματα καταλυτικής ενεργότητας Θερμοκρασιακή περιοχή: 150 – 550 o C Μάζα καταλύτη: 100 mg Μέγεθος σωματιδίων: 0.18

7 0.5%Pt/MO x 0.5%M/TiO 2 Καμπύλες μετατροπής του CO σε καταλύτες Pt, Rh, Ru και Pd υποστηριγμένους σε TiO 2. Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Επίδραση της φύσης του μετάλλου και του φορέα 1. P. Panagiotopoulou, D.I. Kondarides, J. Catal. 225 (2004) P. Panagiotopoulou, D.I. Kondarides, Catal. Today 112 (2006) 49.

8 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y 3% CO, 10% H 2 O Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt.

9 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y Διάγραμμα Arrhenius του ειδικού ρυθμού (TOF) της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. 3% CO, 10% H 2 O 0.5% Pt Oxide carrier Metal dispersion (%) Activation energy (kcal/mol) Y2O3Y2O Nb 2 O Nd 2 O Cr 2 O Ta 2 O CaO SnO WO MoO

10 Catalyst (0.5%Pt/10%Me x O y -Al 2 O 3 ) Metal dispersion (%) Activation Energy (kcal/mol) Al 2 O MnO Cr 2 O NiO Fe 2 O CuO TiO ZrO La 2 O CoO CeO V2O5V2O Nd 2 O Y2O3Y2O Er 2 O Gd 2 O Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y -Al 2 O 3 Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. 3% CO, 10% H 2 O

11 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y -Al 2 O 3 3% CO, 10% H 2 O Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Διάγραμμα Arrhenius του ειδικού ρυθμού (TOF) της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Ε a (kcal/mol) < < CeO 2 > CoO >TiO 2 >Nd 2 O 3 > Gd 2 O 3 ~La 2 O 3 ~Y 2 O 3 ~NiO ~ZrO 2 >CuO> Er 2 O 3 ~V 2 O 5 > Fe 2 O 3 >Cr 2 O 3 >MnO>Al 2 O 3

12 Catalyst (0.5% Pt/10%Me x O y -Al 2 O 3 ) Activation Energy (kcal/mol) Al 2 O MnO 12.6 Cr 2 O NiO - Fe 2 O CuO 8.6 TiO ZrO La 2 O CoO 20.3 CeO V2O5V2O Nd 2 O Y2O3Y2O Er 2 O Gd 2 O Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y -Al 2 O 3 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2 Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt.

13 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y -Al 2 O 3 Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Διάγραμμα Arrhenius του ειδικού ρυθμού (TOF) της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2 Ε a (kcal/mol) < < CeO 2 > La 2 O 3 >Nd 2 O 3 > Fe 2 O 3 ~ TiO 2 ~ Gd 2 O 3 >Y 2 O 3 > ZrO 2 >V 2 O 5 > Er 2 O 3 ~ Cr 2 O3>MnO>Al 2 O 3 >CuO

14 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y -TiO 2 Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. 3% CO, 10% H 2 O Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. CeO 2 > Nd 2 O 3 > Gd 2 O 3 > Ho 2 O 3 >TiO 2

15 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/M X O Y -TiO 2 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2 Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. CeO 2 > Nd 2 O 3 > Gd 2 O 3 > Ho 2 O 3 >TiO 2

16 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/x%CeO 2 -TiO 2 3% CO, 10% H 2 O Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Ε a (kcal/mol) < 21.4 < 15.4

17 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/x%CeO 2 -TiO 2 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2 Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Ε a (kcal/mol) < 15.8 < 9.2

18 Επίδραση της φύσης του φορέα-Pt/x%Nd 2 O 3 -TiO 2 Καμπύλες μετατροπής του CO σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. Διάγραμμα Arrhenius του ρυθμού της αντίδρασης σε υποστηριγμένους καταλύτες Pt. 3% CO, 10% H 2 O Ε a (kcal/mol) < 21.4 < 15.6

19 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2 Επίδραση του W/F στη μετατροπή του CO στους 250 o C και 300 o C. Επίδραση του W/F στην καμπύλη μετατροπής του CO. Επίδραση του χρόνου επαφής (W/F) στη καταλυτική συμπεριφορά

20 Επίδραση του W/F στη μετατροπή του CO 300 o C 250 o C 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2 0.5%Pt/TiO 2 < 0.5%Pt/1%CaO-TiO 2 < 1% Pt/1%CaO-TiO 2 < Εμπορικός

21 Επίδραση του W/F στη καμπύλη μετατροπής του CO W/F=0.075 g.s/ cm 3 Επίδραση του W/F στην καμπύλη μετατροπής του CO. 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2

22 Πειράματα μακροχρόνιας σταθερότητας Επίδραση του χρόνου αντίδρασης στη μετατροπή του CO 0.5%Pt/TiO 2 W/F=0.075g.s/cm 3, T=300 o C 0.5%Pt/1%CaO-TiO 2 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2

23 Πειράματα μακροχρόνιας σταθερότητας W/F=0.075g.s/cm 3, T=300 o C εμπορικός εμπορικός 1%Pt/1%CaO-TiO 2 Επίδραση του χρόνου αντίδρασης στη μετατροπή του CO 3% CO, 10% H 2 O, 20% Η 2, 6% CO 2

24 Υπολογισμός της θερμότητας ρόφησης του CO με χρήση της τεχνικής FTIR 1. O. Dulaurent, D. Bianchi, Appl.Catal. 196 (2000) Clausius-Clapeyron Πειράματα FTIR Καταλύτης : Pt/1%CaO-TiO 2 Θερμοκρασιακή περιοχή: 25 – 450 o C x % P co : % υπολογισμός E o

25 Υπολογισμός της θερμότητας ρόφησης του CO με χρήση της τεχνικής FTIR Φάσματα FTIR που ελήφθησαν σε θερμοκρασίες OC μετά από ρόφηση 1% CO/He. Wavenumber (cm -1 ) Assignment 2117, 2089Pt δ+ - CO 2072 Pt 0 -CO (linear bonded CO) 1826 CO Pt 0 (bridge- bonded CO) Pt/1%CaO-TiO 2 P CO =1%

26 Φάσματα FTIR που ελήφθησαν σε θερμοκρασίες OC μετά από ρόφηση x% CO/He. Υπολογισμός της θερμότητας ρόφησης του CO με χρήση της τεχνικής FTIR Pt/1%CaO-TiO 2 P CO =0.03% P CO =0.1%

27 Υπολογισμός της θερμότητας ρόφησης του CO με χρήση της τεχνικής FTIR Φάσματα FTIR που ελήφθησαν σε θερμοκρασίες OC μετά από ρόφηση x% CO/He. Pt/1%CaO-TiO 2 P CO =0.5% P CO =10%

28 Μεταβολή της κάλυψης με την μερική πίεση του CO για θερμοκρασίες ρόφησης o C Μεταβολή της κάλυψης των συναρτήσει της θερμοκρασίας ρόφησης για δεδομένη μερική πίεση CO Υπολογισμός της θερμότητας ρόφησης του CO με χρήση της τεχνικής FTIR E o = 54.8kcal/mol

29 Συμπεράσματα o Η καταλυτική ενεργότητα του Pt εξαρτάται σημαντικά από τη φύση του φορέα στον οποίο τον έχουμε διασπείρει. o Η καταλυτική ενεργότητα Pt βελτιώνεται σημαντικά με την εναπόθεση ενός οξείδιου του μετάλλου στους φορείς Al 2 O 3 ή TiO 2 για όλες τις συστάσεις τροφοδοσίας που εξετάστηκαν o Βέλτιστη συμπεριφορά παρουσίασαν οι καταλύτες Pt/10%Nd 2 O 3 -TiO 2 και Pt/10%CeO 2 -TiO 2. o Αύξηση του χρόνου επαφής (W/F) από 0.03 έως 0.20, στους 250 και 300 O C, οδηγεί σε σταδιακή αύξηση της μετατροπής του CO. o Αύξηση του χρόνου επαφής (W/F) οδηγεί σε μετατόπιση της καμπύλης μετατροπής του CO προς χαμηλότερες θερμοκρασίες. o Οι καταλύτες που εξετάστηκαν παρουσίασαν ικανοποιητική σταθερότητα μετά από την έκθεση τους στο μίγμα της αντίδρασης για περίπου 60 ώρες.


Κατέβασμα ppt "ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ WATER GAS SHIFT(WGS) ΣΕ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΕΥΓΕΝΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΑΘΑΝΑΣΙΑ ΣΠΗΛΙΩΤΗ ΠΟΛΥΞΕΝΗ ΜΗΤΡΟΠΟΥΛΟΥ Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Χημικων Μηχανικών."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google