Biyogazın oksidatif buhar reformlaması için Ni-CeO2/MgAl hidrotalsit benzeri katalizörün hazırlanması

Yıl 2019, Cilt: 34 Sayı: 3, 1127 - 1142, 29.05.2019

Merve Doğan Özcan , Orhan Özcan Murat Efgan Kibar , Ayşe Nilgün Akın

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.460508

Öz

Bu çalışmada, biyogazın oksidatif buhar reformlama tepkimeleri ile sentez gazı elde etmek için yeni ve aktif katalizör geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, literatürde biyogazın oksidatif buhar reformlamasında kullanılmayan, farklı seryum (Ce) miktarlarında (ağ.%2,5/5/7,5/10,0) ve Mg:Al mol oranlarında (1:1, 2:1, 3:1) Ni-CeO₂/MgAl hidrotalsit benzeri katalizörler hazırlanmıştır. Hidrotalsit benzeri destek malzemeleri birlikte çöktürme yöntemi ile hazırlanırken, katalizörler ıslak emdirme yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Katalizörlerin yapısal ve fiziksel özellikleri, X-ışını kırınımı (XRD), Brunauer Emmett Teller (BET), İndüktif Eşleşmiş Plazma/Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri ile belirlenmiştir. Biyogazın oksidatif buhar reformlama tepkimeleri sabit yataklı kuvars reaktörde 800 ^oC’de ve atmosferik koşullar altında gerçekleştirilmiştir. Katalizörler gaz besleme mol oranları CH₄/CO₂/O₂/H₂O = 1,0/0,67/0,1/0,3 ve boşluk hızı 45000 mL/gkat.h olacak şekilde biyogazın oksidatif buhar reformlama tepkimelerinde denenmiştir. En iyi katalitik aktivite, Ni₁₀Ce_2,5/MgAl_(2:1) katalizörü ile CH₄ dönüşümü %96, CO₂ dönüşümü %82, H₂ verimi %92 ve H₂/CO mol oranı 1,57 olacak şekilde elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Biyogazın oksidatif buhar reformlaması, Sentez gazı; Ni-CeO2/MgAl hidrotalsit benzeri katalizör

Kaynakça

• Alves H. J., Bley Junior C., Niklevicz R. R., Frigo E. P., Frigo M. S., Coimbra-Araújo C. H., Overview of hydrogen production technologies from biogas and the applications in fuel cells, International Journal of Hydrogen Energy, 38(13), 5215–5225, 2013.
• Lo Faro M., Vita A., Pino L., Aricá A. S., Performance evaluation of a solid oxide fuel cell coupled to an external biogas tri-reforming process, Fuel Processing Technology, 115, 238–245, 2013.
• Balat M., Balat H., Biogas as a Renewable Energy Source A Review, Energy Sources Part A: Recovery Utilization and Environmental Effects, 31(14), 1280–1293, 2009.
• Pino L., Vita, A., Cipitì F., Laganà, M., Recupero V., Hydrogen production by methane tri-reforming process over Ni-ceria catalysts: Effect of La-doping, Applied Catalysis B: Environmental, 104(1-2), 64–73, 2011.
• Pino L., Vita, A., Laganà M., Recupero V., Hydrogen from biogas: Catalytic trireforming process with Ni/LaCeO mixed oxides, Applied Catalysis B: Environmental, 148-149, 91–105, 2014.
• Sun D., Li X., Ji S., Cao L., Effect of O2 and H2O on the tri-reforming of the simulated biogas to syngas over Ni-based SBA-15 catalysts, Journal of Natural Gas Chemistry, 19(4), 369–374, 2010.
• Vita A., Pino L., Cipitì F., Laganà M., Recupero V., Biogas as renewable raw material for syngas production by tri-reforming process over NiCeO2 catalysts: Optimal operative condition and effect of nickel content, Fuel Processing Technology, 127, 47–58, 2014.
• Song C., Pan W., Tri-reforming of methane: A novel concept for catalytic production of industrially useful synthesis gas with desired H2/CO ratios, Catalysis Today, 98(4), 463–484, 2004.
• Izquierdo U., Barrio V. L., Bizkarra K., Gutierrez A. M., Arraibi J. R., Gartzia L., Cambra J. F., Ni and RhNi catalysts supported on Zeolites L for hydrogen and syngas production by biogas reforming processes, Chemical Engineering Journal, 238, 178–188, 2014.
• Damyanova S., Pawelec B., Arishtirova K., Fierro J. L. G., Biogas reforming over bimetallic PdNi catalysts supported on phosphorus-modified alumina, International Journal of Hydrogen Energy, 36(17), 10635–10647, 2011.
• Xu J., Zhou W., Li Z., Wang J., Ma J., Biogas reforming for hydrogen production over a Ni-Co bimetallic catalyst: Effect of operating conditions, International Journal of Hydrogen Energy, 35(23), 13013–13020, 2010.
• Xu Z. P., Zhang J., Adebajo M. O., Zhang H., Zhou C., Catalytic applications of layered double hydroxides and derivatives, Applied Clay Science, 53(2), 139– 150, 2011.
• Daza C. E., Cabrera C.R., Moreno, S., Molina R., Syngas production from CO2 reforming of methane using Ce-doped Ni-catalysts obtained from hydrotalcites by reconstruction method, Journal of Applied Catalysis A: General, 378, 125-133, 2010.
• Daza C. E., Moreno S., Co-precipitated Ni-Mg-Al catalysts containing Ce for CO2 reforming of methane, Journal of Fuel, 89, 592-603, 2010.
• Izquierdo U., Barrio V.L., Requies J., Cambra J.F., Güemez M.B., Arias P.L. Tri-reforming: A new biogas process for synthesis gas and hydrogen production, International Journal of Hydrogen Energy, 38, 7623–7631, 2013.
• 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, Journal of Catalysis, 221(1), 43–54, 2004.
• Özdemir H., Öksüzömer F., Gürkaynak M. A., Preparation and characterization of Ni based catalysts for the catalytic partial oxidation of methane: Effect of support basicity on H2/CO ratio and carbon deposition, International Journal of Hydrogen Energy, 35(22), 12147–12160, 2010.
• Sobhani M., Sedaghat A., Ebadzadeh T., Ebrahimi M., Preparation of nano-sized Mg 0.6Al0.8Ti1.6 O5 powders using the inorganic salts route, Ceramics International, 39, 6899-6905, 2013.
• Zhang Y., Zhang S., Gossage L. J., Lou H. H., Benson J. T., Thermodynamic Analysis of Trireforming Reactions to Produce Syngas, Energy Fuels, 28, 2717-2726, 2014.