Ιδρυματικό Αποθετήριο
Πολυτεχνείο Κρήτης
Πολυτεχνείο Κρήτης
EN
|
EL
| URI | http://purl.tuc.gr/dl/dias/604FCB88-28BD-49CB-B24E-B23834652F76 | - |
| Αναγνωριστικό | https://doi.org/10.26233/heallink.tuc.103818 | - |
| Γλώσσα | el | - |
| Μέγεθος | 80 σελίδες | el |
| Τίτλος | Αναμόρφωση βιοαερίου σε υποστηριγμένους καταλύτες Ρουθηνίου | el |
| Τίτλος | Biogas Reforming on supported Ruthinium Catalysts | en |
| Δημιουργός | Damiri Aikaterina-Paraskevi | en |
| Δημιουργός | Δαμιρη Αικατερινα-Παρασκευη | el |
| Συντελεστής [Επιβλέπων Καθηγητής] | Gentekakis Ioannis | en |
| Συντελεστής [Επιβλέπων Καθηγητής] | Γεντεκακης Ιωαννης | el |
| Συντελεστής [Συν-Επιβλέπων] | Stamatakis Emmanouil | en |
| Συντελεστής [Συν-Επιβλέπων] | Σταματακης Εμμανουηλ | el |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Gournis Dimitrios | en |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Γουρνης Δημητριος | el |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Stamatakis Emmanouil | en |
| Συντελεστής [Μέλος Εξεταστικής Επιτροπής] | Σταματακης Εμμανουηλ | el |
| Εκδότης | Πολυτεχνείο Κρήτης | el |
| Εκδότης | Technical University of Crete | en |
| Ακαδημαϊκή Μονάδα | Technical University of Crete::School of Chemical and Environmental Engineering | en |
| Ακαδημαϊκή Μονάδα | Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Χημικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος | el |
| Περίληψη | Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την παραγωγή και την αποτελεσματικότητα υποστηριγμένων καταλυτών ρουθηνίου (Ru) στην αντίδραση της ξηρής αναμόρφωσης βιοαερίου (Dry Reforming of Methane, DRM). Η αντίδραση χρησιμοποιεί βιοαέριο, δηλαδή μεθάνιο (CH4) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2), για την παραγωγή αερίου σύνθεσης που αποτελείται από υδρογόνο (H2) και μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Η αντίδραση έχει μεγάλη σημασία καθώς αξιοποιεί δύο ισχυρά αέρια του θερμοκηπίου και ταυτόχρονα παράγει αέριο σύνθεσης που έχει μεγάλη σημασία σε πληθώρα εφαρμογών. Ενδεικτικά, δύναται να διαχωριστεί επιτρέποντας την αξιοποίηση αμιγώς του υδρογόνου ή ακόμη να χρησιμοποιηθεί συνολικά στις αντιδράσεις Ficher-Tropsch, καθώς και σε κυψέλες καυσίμου. Συγκεκριμένα ο σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη τριών νέων συνθέσεων υλικών ως προς την δραστικότητα και τη σταθερότητα τους κατά την χρήση τους ως καταλύτες στην αντίδραση της DRM και η διερεύνηση της καταλληλότητας τους για την χρήση τους στην εν λόγω αντίδραση. Κάποια προβλήματα που προκύπτουν στην λειτουργία των καταλυτών που ενδέχεται να οδηγήσουν στην απενεργοποίηση τους κατά την αντίδραση της DRM είναι η εναπόθεση άνθρακα κατά την διάσπαση του CH4 και η θερμική συσσωμάτωση των μεταλλικών σωματιδίων λόγω της υψηλής θερμοκρασίας της αντίδρασης. Το ευγενές μέταλλο του ρουθηνίου (Ru) το οποίο επιλέγεται, εμφανίζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε αυτές τις περιπτώσεις, σε σχέση με μη ευγενή μέταλλα όπως το νικέλιο (Ni). Στους καταλύτες που μελετήθηκαν το Ru συμμετείχε σε φόρτιση 3% κατά βάρος σε όλες τις περιπτώσεις. Στην συνέχεια επιλέγονται τρεις φορείς: η αλούμινα (γ-Al2O3), το οξείδιο του δημητρίου σε νανοράβδους (CeO2-NR) το οποίο έχει παραχθεί με την υδροθερμική μέθοδο και τέλος, οι περοβσκίτες μηδενικής φόρτισης σε σρόντιο (LSM00) ως φορείς. Όλοι οι καταλύτες παράχθηκαν με την μέθοδο του υγρού εμποτισμού κατά την οποία ο φορέας εμβαπτίζεται στο διάλυμα που περιέχει το μέταλλο. Το κύριο μέρος των πειραμάτων αποτελείται από τα πειράματα καταλυτικής ενεργότητας (Light Off) όπου εξετάζεται η δραστικότητα των υλικών σε σχέση με την θερμοκρασία και εν συνεχεία, τα πειράματα καταλυτικής σταθερότητας (Stability) κατά τα οποία εξετάζεται η σταθερότητα των καταλυτών υπό σταθερή θερμοκρασία αντίδρασης σε σχέση με τον χρόνο. Οι καταλύτες έπειτα υποβάλλονται σε τρία στάδια οξειδωτικής γήρανσης ενώ, ανάμεσα στα στάδια των οξειδωτικών γηράνσεων οι καταλύτες επανεξετάζονται στα πειράματα Light Off και Stability εφόσον βέβαια υποβληθούν πρώτα σε αναγωγή. Σε όλα τα στάδια των πειραμάτων η σύσταση του βιοαερίου ήταν ισομοριακή CH4:CO2=50%:50%, η ροή εισόδου ήταν Fin= 50cc/min και η μάζα του καταλύτη 20mg. Η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει επίσης πειράματα χαρακτηρισμών των καταλυτών για την αρχική του κατάσταση, δηλαδή για φρέσκο υλικό, και έπειτα για τα υλικά μετά την καταπόνηση τους με οξειδωτική γήρανση για 10h. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός της ειδικής επιφάνειας μέσω της μεθόδου BET, της αναγωγιμότητας με την μέθοδο προγραμματισμένης θερμοκρασίας (TPR), της διαμέτρου των μεταλλικών σωματιδίων και της διασποράς του μετάλλου στον φορέα μέσω του πειράματος εκλεκτικής χημειορόφησης (Titration) και τέλος, μελετήθηκε η κρυσταλλογραφία των υλικών μέσω περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ (XRD). Στα συμπεράσματα της μελέτης συγκρίθηκε η καταλυτική συμπεριφορά των τριών καταλυτών ρουθηνίου (3%Ru/γ-Al₂O₃, 3%Ru/CeO₂-NR και 3%Ru/LSM00) στην αντίδραση DRM μέσω πειραμάτων Light Off και Stability. Οι δύο πρώτοι καταλύτες έδειξαν παρόμοια αρχική δραστικότητα, με υψηλές ποσοστιαίες μετατροπές του CH₄ και του CO₂ και αξιοσημείωτη παραγωγή H₂ στους 750℃. Αντίθετα, ο 3%Ru/LSM00 έδειξε χαμηλή δραστικότητα ακόμα και σε υψηλές θερμοκρασίες. Όσον αφορά τα στάδια οξειδωτικών γηράνσεων, ο 3%Ru/γ-Al₂O₃ υπέστη σημαντική μείωση στην απόδοση του, ενώ ο 3%Ru/CeO₂-NR διατήρησε σε μεγάλο βαθμό τη σταθερότητά του, δείχνοντας αντοχή στα φαινόμενα της εναπόθεσης άνθρακα και της θερμικής συσσωμάτωσης. | el |
| Περίληψη | This thesis focuses on the development and testing of supported ruthenium (Ru) catalysts for Dry Reforming of Methane, DRM. The process converts biogas, which contains methane (CH₄) and carbon dioxide (CO₂), into synthesis gas, composed of hydrogen (H₂) and carbon monoxide (CO). DRM is a significant reaction because it valorizes two powerful greenhouse gases while also producing syngas, which is extremely important for a variety of uses. The syngas can be separated in order to utilize pure hydrogen or used as is in Fischer-Tropsch processes or fuel cells. The goal of this research is to investigate the activity and stability of three newly created catalyst compositions and determine their applicability for the DRM process. High operating temperatures lead to carbon deposition from CH₄ breakdown and thermal sintering of metal particles, which impact catalyst performance during DRM. Non-noble metals, such as nickel (Ni), have been widely investigated, but are highly sensitive, particularly to carbon buildup. In contrast, the noble metal ruthenium, which was chosen as the active phase, is more resistant to both carbon deposition and sintering. In all three catalysts examined, Ru was present at a concentration of 3 wt%. Three alternative supports were chosen: γ-alumina (γ-Al₂O₃), CeO₂-NR produced by hydrothermal treatment, and zero-strontium perovskites (LSM00). All catalysts were synthesized using the impregnation method, which involves immersing the support in a solution containing the metal precursor. The experimental procedure included catalytic activity tests (Light-Off) at various and stability tests at reaction temperature to assess performance in relation to time. The catalysts underwent three phases of oxidative aging. Between these aging phases, the Light-Off and Stability studies were performed following the reduction of the catalysts once again. All studies used an equimolar feed composition of CH₄/CO₂=50%/50%, an inlet flow rate of Fin = 50 cc/min, and mass of catalyst equal to 20 mg. In addition, catalysts were characterized both in their fresh condition and after a 10-hour oxidative aging cycle. The measurements included BET surface area, reducibility by temperature-programmed reduction (TPR), metal particle size and dispersion using selective hydrogen chemisorption (Titration), and crystallographic analysis via X-ray diffraction. In the conclusions of this study, the catalytic behavior of three ruthenium-based catalysts (3%Ru/γ-Al₂O₃, 3%Ru/CeO₂-NR, and 3%Ru/LSM00) in the DRM reaction was compared through Light-Off and Stability experiments. The first two catalysts exhibited similar initial activity, with high conversion rates of CH₄ and CO₂ and significant H₂ production at 750℃. In contrast, the 3%Ru/LSM00 catalyst demonstrated low activity even at elevated temperatures. Regarding the oxidative aging stages, the 3%Ru/γ Al₂O₃ catalyst suffered a substantial decline in performance, whereas the 3%Ru/CeO₂-NR catalyst largely maintained its stability, showing resistance to carbon deposition and thermal sintering. | en |
| Τύπος | Διπλωματική Εργασία | el |
| Τύπος | Diploma Work | en |
| Άδεια Χρήσης | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | en |
| Ημερομηνία | 2025-07-10 | - |
| Ημερομηνία Δημοσίευσης | 2025 | - |
| Θεματική Κατηγορία | Κατάλυση | el |
| Θεματική Κατηγορία | Ξηρή αναμόρφωση Βιοαερίου | el |
| Βιβλιογραφική Αναφορά | Αικατερίνα-Παρασκευή Δαμίρη, "Αναμόρφωση βιοαερίου σε υποστηριγμένους καταλύτες Ρουθηνίου", Διπλωματική Εργασία, Σχολή Χημικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, Ελλάς, 2025 | el |
| Βιβλιογραφική Αναφορά | Aikaterina-Paraskevi Damiri, "Biogas Reforming on supported Ruthinium Catalysts", Diploma Work, School of Chemical and Environmental Engineering, Technical University of Crete, Chania, Greece, 2025 | en |
Copyright © DIAS 2013
