تولید کاتالیست فرایند ریفرمینگ گاز متان توسط بخار آب

محققان کشورمان کاتالیستی بر پایه نانوکریستال‌های اکسید منیزیم تولید نمودند که علاوه بر فعالیت و پایداری زیاد، از مقاومت بسیار بالایی در برابر تشکیل کربن نیز برخوردار است.

محققان کشورمان کاتالیستی بر پایه نانوکریستال‌های اکسید منیزیم تولید نمودند که علاوه بر فعالیت و پایداری زیاد، از مقاومت بسیار بالایی در برابر تشکیل کربن نیز برخوردار است. نتایج این کار در صنایع مختلفی نظیر صنعت فولاد – تولید گاز سنتز جهت احیای اکسید آهن و تولید آهن اسفنجی- و نیز صنعت پتروشیمی -تولید گاز سنتز به عنوان خوراک خام در تولید متانول، آمونیاک، اسید استیک و غیره – قابل کاربرد خواهد بود.

رسوب کربن و در نتیجه غیر فعال شدن کاتالیزور نیکل مشکل اصلی فرایند ریفرمینگ متان با بخار در تولید گاز سنتز است. هر چند رسوب کربن توسط عوامل بسیاری تحت تاثیر قرارمی‌گیرد، اما دو ویژگی اسیدیته و ساختار سطح از اهمیت بالایی برخوردارند. استفاده از یک پایه ‌کاتالیزور با غلظت کم اسیدی سبب کاهش تشکیل کک می‌شود. استحکام حرارتی بالا و قیمت پایین اکسید منیزیم دلیلی بر انتخاب این ماده به عنوان پایه کاتالیزور در بسیاری از فرایندهاست. با توجه به نیاز صنایع به کاتالیست نیکل بر پایه اکسید منیزیم، در این طرح تحقیقاتی عملکرد کاتالیست نیکل بر پایه نانوکریستال اکسید منیزیم با سطح ویژه بالا برای فرآیند ریفرمینگ متان با بخار آب مورد بررسی قرار گرفته و نتایج بدست آمده با کاتالیست صنعتی مورد مقایسه قرار گرفت.

دکتر مهران رضایی، دانشیار گروه مهندسی شیمی دانشگاه کاشان و مدیر آزمایشگاه کاتالیست و مواد پیشرفته، لزوم انجام این پژوهش را اینگونه عنوان کرد: «با توجه به اهمیت کاتالیست‌ها در صنایع و نیاز روز افزون کشور به کاتالیست‌های صنعتی، هدف ما رسیدن به کاتالیست‌هایی با کیفیت بالا و قابل رقابت با مواد مشابه خارجی بود تا بتوان بدون وابستگی به بیگانگان در سمت خودکفایی در تولید کاتالیست گام برداریم.»

در قسمت ابتدایی این کار با استفاده از روش رسوب دهی، اکسید منیزیم با ساختار مزو‌حفره، سطح ویژه بالا و خصوصیات نانوکریستالی به عنوان پایه کاتالیست سنتز شد و مشخصات آن توسط آنالیزهای مختلف نظیر SEM و TEMمورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه جز فعال نیکل با درصدهای وزنی مختلف بر روی پایه کاتالیست تلقیح گردید و کاتالیست‌های سنتز شده مورد تست‌های تعیین مشخصات و تست‌های راکتوری قرار گرفت. بر مبنای نتایج بدست آمده، کاتالیست با بارگزاری بهینه انتخاب شده و تاثیر پارامترهای فرآیندی بر عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. در انتها نتایج بدست آمده در این مطالعه با نتایج حاصل از کاتالیست‌های صنعتی متداول مقایسه شد.

استفاده از روش سنتز مناسب جهت تولید اکسید منیزیم و کنترل پارامترهای سنتز آن و همچنین استفاده از مواد فعال سطحی در حین سنتز سبب تولید اکسید منیزیم با سطح ویژه بالا، ساختار مزو‌حفره و همچنین اندازه کریستالی کمتر از ۲۰ نانومتر گردید. همچنین استفاده از این پایه کاتالیست با خصوصیات ذکر شده منجر به پراکندگی بالای جز فعال نیکل بر روی سطح پایه کاتالیست شد که در نهایت سبب افزایش فعالیت و پایداری آن در مقایسه با کاتالیست تجاری شد.

دکتر رضایی معتقد است با توجه به حساسیت واکنش ریفرمینگ به ساختار کاتالیست و از طرفی وابستگی فعالیت کاتالیست به اندازه ذرات جز فعال، استفاده از اکسید منیزیم به عنوان پایه کاتالیست با سطح ویژه بالا منجر به ساخت کاتالیست نیکل با اندازه جز فعال در محدوده کمتر از ۲۰ نانومتر شد. علاوه بر این بدلیل تشکیل محلول جامد اکسید نیکل-اکسید منیزیم در حین سنتزکاتالیست تهیه شده مقاومت بسیار بالایی را در برابر تشکیل کربن از خود نشان داد. لذا با توجه به نتایج بدست آمده در این طرح و قابلیت بالای کاتالیست تهیه شده در این کار، می‌توان این کاتالیست را در فرآیند ریفرمینگ متان با بخار آب و همچنین فرآیند ریفرمینگ خشک استفاده نمود.

 

وی در انتها با توجه به نتایج به دست آمده از این طرح و همچنین قیمت مناسب اکسید منیزیم ابراز امیدواری کرد که بتوان این کاتالیست را در مقیاس تجاری تولید نمود.

اضافه کردن درصدهای مختلف فلزات قلیائی و قلیائی-خاکی به عنوان ارتقا دهنده بر روی این کاتالیست و بررسی آن‌ها در فرآیند ریفرمینگ متان با بخار آب و همچنین فرآیند ریفرمینگ خشک متان از جمله طرح‌هایی است که توسط این محققان و در ادامه این طرح مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

نتایج این پژوهش به دست دکتر مهران رضایی و دکتر منصور کاظمی مقدم( عضو هیئت علمی دانشگاه مالک اشتر تهران) و مهندس محمود انداچه( سرپرست آزمایشگاه شرکت توسعه صنایع نفت و گاز سرو) اخیرا در مجله Chinese Journal of Catalysis (جلد ۳۴، شماره ۷، ماه جولای، سال ۲۰۱۳، صفحات ۱۴۴۳ تا ۱۴۴۸) منتشر شده است.