Nghiên cứu chế tạo xúc tác trên cơ sở niken cho phản ứng nhiệt phân metan thành hydro ở nhiệt độ thấp

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ NINH QUANG HIẾU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC TRÊN CƠ SỞ NIKEN CHO PHẢN ỨNG NHIỆT PHÂN METAN THÀNH HYDRO Ở NHIỆT ĐỘ THẤP Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC Mã chun ngành: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020 Cơng trình hồn thành Viện dầu khí Việt Nam văn phịng TP Hồ Chí Minh khu, Công nghệ cao, phường Tân Phú, Q.9, TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Huấn Người phản biện 1: Người phản biện 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 14 tháng 01 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS, TS Nguyễn Văn Cường BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Ninh Quang Hiếu MSHV: 16083141 Ngày, tháng, năm sinh: 31/10/1994 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Kĩ thuật Hóa học Mã chuyên ngành: 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo xúc tác sở Niken cho phản ứng nhiệt phân Metan thành Hydro nhệt độ thấp NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chế tạo xúc tác Đánh giá xúc tác phương pháp phân tích hóa lý Nghiên cứu phản ứng phương pháp dòng vi lượng Phân tích nguyên liệu, sản phẩm phản ứng phương pháp sắc kí II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/06/2019 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26/12/2019 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Mạnh Huấn Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Nguyễn Mạnh Huấn TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PGS, TS Nguyễn Văn Cường LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM viện dầu khí Việt Nam văn phịng TP.HCM, biết ơn kính trọng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, phịng, khoa tḥc Trường Đại học Cơng Nghiệp TP.HCM, Viện dầu khí Việt Nam Giáo sư, phó Giáo sư, Tiến sĩ nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thiện đề tài nghiên cứu khoa học Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tiến sĩ Nguyễn Mạnh Huấn, người thầy trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè anh chị học viên khác tạo điều kiện nghiên cứu em để hoàn thành đề tài Tuy nhiên điều kiện lực bản thân hạn chế, nghiên cứu khoa chắn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo, bạn bè anh chị học viên để nghiên cứu em hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2020 Học viên Lê Ninh Quang Hiếu i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn nghiên cứu chế tạo xúc tác sở niken niken oxit cho phản ứng nhiệt phân metan thành hydro nhiệt độ thấp Xúc tác tổng hợp phương pháp ngâm tẩm ướt chất mang khác bột SiO2, Al2O3, TiO2; hạt SiO2, Al2O3 thép mỏng SUS 304 cịn có xúc tác Ni chất mang than một số loại than khác nghiên cứu làm xúc tác Xúc tác đánh giá khả tách carbon đánh giá tính chất hóa lý phương pháp BET, XRD, SEM, TEM theo tiêu chuẩn ASTM D3663 – 03, D5758 – 01, E986 – 04, D6281 – 15 Đánh giá hoạt tính xúc tác TDM phản ứng với dịng khí đầu vào metan, CO2 hệ phản ứng dòng liên tục Phân tích hàm lượng metan sắc ký khí đầu dị ion hóa lửa (FID-Flame Ioniation Detetor), đầu dị dẫn nhiệt (TCD-Thermal Conductivity Detector) theo tiêu chuẩn ASTM D7675 Kết quả thực nghiệm cho thấy xúc tác NiO chất mang bợt SiO2 cho đợ chuyển hóa metan cao 500 0C Các loại than có lỗ xốp, diện tích bề mặt lớn cho đợ chuyển hóa cao Xúc tác NiO chất mang viên nhơm có khả tách carbon tốt mở khả ứng dụng công nghiệp ii ABSTRACT This Dissertation studies about making some of the catalysts have activated center is metal Ni or NiO which for production of pure hydrogen by low temperature methane decomposition reaction Catalysts is synthesised by wet-impregnation method on different supports that are powder SiO2, Al2O3, TiO2; sphere SiO2, Al2O3 and thin steel strip SUS 304 Besides metal Ni and NiO, catalysts on biochar support and some of the different charcoals were studied Catalysts were tested physical-chemiscal properties by BET, XRD, SEM, TEM methods and carbon separation performance abide by the ASTM D3663 – 03, D5758 – 01, E986 – 04 and D6281 – 15 codes The reaction was caried out in continuos flow reator with feedstock is either methane or methane makeup carbon dioxit Methane after reaction was analyzed by Chromatography uses FID (Flame Ioniation Detetor) and TCD (Thermal Conductivity Detector) sensors abide by the ASTM D7675 code The results showed that the NiO activated catalyst on powder SiO2 support has high productivity at temperature 500 oC Types of charcoals have high porous and surface areas showed high methane gas conversion NiO activated catalyst on sphere Al2O3 support has high carbon separation performance able which can be used in industry iii LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu bản thân Các kết quả nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ một nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Lê Ninh Quang Hiếu iv MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Mỏ khí Cá Voi Xanh 1.2 Quá trình nhiệt phân metan 1.2.1 Khái niệm nhiệt phân metan 1.2.2 Quá trình nhiệt phân metan không sử dụng xúc tác 1.2.3 Quá trình nhiệt phân metan sử dụng xúc tác 1.3 Các sản phẩm trình nhiệt phân metan 20 1.3.1 Hydro 20 1.3.2 Tổng quan carbon 22 1.4 Một số phương pháp chế tạo xúc tác 24 1.4.1 Phương pháp ngâm tẩm 24 1.4.2 Phương pháp kết tủa 25 1.4.3 Phương pháp Sol-Gel 27 v CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 29 2.1 Hóa chất thiết bị 29 2.1.1 Hóa chất sử dụng .29 2.1.2 Hệ thống thiết bị 30 2.2 Chế tạo xúc tác cho trình TDM 31 2.2.1 Chế tạo xúc tác bột 31 2.2.2 Chế tạo xúc tác đế thép .32 2.2.3 Chế tạo xúc tác dạng viên tròn 33 2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng xúc tác cho trình TDM 34 2.3.1 Đánh giá hoạt tính xúc tác .34 2.3.2 Ảnh hưởng thành phần xúc tác .35 2.3.3 Ảnh hưởng điều kiện phản ứng 36 2.4 Phương pháp nghiên cứu 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Kết quả 39 3.1.1 Tính chất hóa lý xúc tác 39 3.1.2 Đợ chuyển hóa metan xúc tác dạng bột 52 3.1.3 Đợ chuyển hóa metan xúc tác dạng hạt .53 3.1.4 Đợ chuyển hóa metan xúc tác đế thép .57 3.1.5 Đợ chuyển hóa metan xúc tác than 59 3.1.6 Tính chất sản phẩm carbon .61 3.1.7 Đợ chuyển hóa thay đổi thành phần nhập liệu 67 3.2 Bàn luận 69 KẾT LUẬN 73 vi TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 83 vii [75] S Bhaduri et al "Auto ignition processing of nanocrystalline α-Al2O3," Nanostructured Materials Vol 7, no 5, pp 487-496, 1996 82 PHỤ LỤC Kết quả diện tích bề mặt xúc tác 5% NiO/Al2O3 viên 83 84 Kết quả diện tích bề mặt xúc tác 10% NiO/Al2O3 viên 85 86 Kết quả diện tích bề mặt xúc tác 15% NiO/Al2O3 viên 87 88 Kết quả diện tích mặt xúc tác 10% NiO/SiO2 viên 89 90 Kết quả diện tích bề mặt carbon thu hồi xúc tác NiO/Al2O3 viên 91 92 Kết quả phổ nhiễu xạ tia X xúc tác 5% NiO/Al2O3 viên 93 Kết quả phổ nhiễu xạ tia X xúc tác 10% NiO/Al2O3 viên 94 Kết quả phổ nhiễu xạ tia X xúc tác 15% NiO/Al2O3 viên 95 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: LÊ NINH QUANG HIẾU Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 31/10/1994 Nơi sinh: Cà mau Email: hieule1031@gmail.com Điện thoại: 0943948665 II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 2012 – 2016: Sinh viên lớp đại học, ngành Cơng nghệ Hóa dầu, Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 2016 – 2018: Học viên lớp CHHO6B, ngành Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Tp HCM, ngày tháng 03 Năm 2020 Người khai Lê Ninh Quang Hiếu 96 ... TÀI: Nghiên cứu chế tạo xúc tác sở Niken cho phản ứng nhiệt phân Metan thành Hydro nhệt độ thấp NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Chế tạo xúc tác Đánh giá xúc tác phương pháp phân tích hóa lý Nghiên cứu. .. lượng hydro đáng kể, điều metan có đợ ổn định nhiệt lớn[15] Hệ quả cần phải có mợt xúc tác cho q trình TDM Với yêu cầu trên, đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo xúc tác sở Niken cho phản ứng nhiệt phân. .. phân Metan thành Hydro nhệt độ thấp? ?? tập trung giải việc chế tạo xúc tác có hoạt tính nhiệt đợ thấp tái sinh để thu đồng thời hai sản phẩm hydro carbon Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo xúc tác