title: Καταλυτική υδρογόνωση του CO2 σε υποστηριγμένους καταλύτες μετάλλων
Creators: name: Καπενεκακης Χαριτων
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Στις μέρες μας ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα που θα πρέπει να αντιμετωπίσει η ανθρωπότητα είναι η περιβαλλοντική κρίση στην οποία βρισκόμαστε και αυτή αφορά μεταξύ όλων των άλλων και τη ρύπανση της ατμόσφαιρας. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου έχει ήδη ενισχυθεί λόγω της αλόγιστης χρήσης ορυκτών καυσίμων αλλά και εν γένει της ανάπτυξης της τεχνολογίας και της βιομηχανίας. Το αποτέλεσμα είναι να υπάρχει αυξημένη ποσότητα CO2 στην ατμόσφαιρα που είναι το βασικό αέριο του θερμοκηπίου και
συμβάλλει στην άνοδο της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη μας. Γι’ αυτό το λόγο έχουν προταθεί διάφορες εναλλακτικές και περιβαλλοντικά φιλικές λύσεις για τον περιορισμό της συγκέντρωσης του στην ατμόσφαιρα. Μία από αυτές είναι η καταλυτική υδρογόνωση του CO2, που είναι μια διεργασία που αποσκοπεί στην μετατροπή του CO2 σε ωφέλιμα προϊόντα όπως το CH4, CH3OH, HCOOH, CO και οι C2 υδρογονάνθρακες.
Η παρούσα διπλωματική αποσκοπεί στη μελέτη της καταλυτικής συμπεριφοράς
ενισχυμένων με μέταλλα (Ce,Ca,Zr,Ba,La) καταλυτών 0.5%Ru/TiO2 καθώς της επίδρασης των λειτουργικών παραμέτρων (χρόνος αντίδρασης, ταχύτητα χώρου, αναλογία H2/CO2 στην τροφοδοσία) στην ενεργότητα και εκλεκτικότητα καταλύτη 5%Ni/ Ce-TiO2.
Τα πειράματα καταλυτικής ενεργότητας έλαβαν χώρα σε αντιδραστήρα σταθεράς κλίνης στο θερμοκρασιακό εύρος 180-4500C, χρησιμοποιώντας σύσταση τροφοδοσίας αποτελούμενη από 5%CO2, 20%H2 (σε He). Η επίδραση του λόγου H2/CO2 στην καταλυτική συμπεριφορά του 5% Ni/CeO2 μελετήθηκε στην περιοχή λόγων H2/CO2=4-8.
Αυτό που παρατηρήθηκε είναι ότι η μετατροπή του CO2σε CH4 αυξάνεται με μείωση της ταχύτητας χώρου και αύξηση του λόγου Η2/CO2 στην τροφοδοσία. Επίσης από τα ενισχυμένα μέταλλα που χρησιμοποιήθηκαν φάνηκε ότι το Ce παρουσίασε τη μεγαλύτερη μετατροπή CO2. Όπως φάνηκε, η φύση του ενισχυτή επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τόσο την μετατροπή του CO2 όσο και τον εγγενή ρυθμό της αντίδρασης ακολουθώντας τη σειρά Ce~La~Ba>Zr>Ca. Όσον αφορά την εκλεκτικότητα σε CH4, αυτή αυξάνεται σε σχέση με εκείνη του μη ενισχυμένου δείγματος, χωρίς ωστόσο να επηρεάζεται από την φύση του
ενισχυτή.
Στο πείραμα σταθερότητας που υλοποιήθηκε για τον καταλύτη 5%Ni/CeO2,παρατηρήθηκε ότι εκτός από την εξαιρετική του ενεργότητα και
εκλεκτικότητα σε CH4 έχει και αξιοσημείωτη σταθερότητα για περισσότερο από 30 ώρες αντίδρασης, φανερώνοντας ότι είναι ένας πολλά υποσχόμενος καταλύτης για την αντίδραση υδρογόνωσης του CO2.
description: Nowadays one of the major issues that humanity has to deal with is the environmental crisis that occurs and involves the air pollution. The greenhouse effect has already been enhanced due to the uncontrollable use of fossil fuels and the general technological and industrial development. As a result there is increased CO2in the atmosphere which the main greenhouse gas that contributes to the increase in the average temperature of the planet. Therefore, various alternative and environmentally friendly solutions have been recommended for the reduction of CO2in the atmosphere. Among them the catalytic hydrogenation of CO2 seems to be promising, aiming to the transformation of CO2 and
resulting in the production of useful gases such as CH4, CH3OH, HCOOH, CO, C2 hydrocarbons.
The present thesis aims to study the catalytic behavior of promoted 0.5% Ru / TiO2 catalysts withCe, Ca, Zr, Ba and La as well as to study the effect of operating parameters (reaction time, space velocity,
H2 / CO2 ratio in feed) in catalytic activity and selectivity of 5% Ni / CeO2 catalyst.
Catalytic activity experiments were performed in a fixed bed reactor in the temperature range 180- 4500C, using a feed stream, consisting of 5% CO2, 20% H2 (in He). The effect of H2 / CO2 ratio on the catalytic behavior of 5% Ni / CeO2 was investigated in the H2 / CO2 ratio region of 4-8. Results showed that the conversion of CO2 to CH4 increases with decreasing space velocity and increasing the H2 / CO2 ratio in the feed stream. Moreover from the reinforced metals used, Ce exhibited the highest CO2 conversion. As shown, the nature of the enhancer greatly influences both the conversion of CO2 and the intrinsic reaction rate following the Ce ~ La ~ Ba>Zr> Ca sequence. With respect to the selectivity
to CH4, it increases comparing to the non supported sample, but is not affected by the nature of the support.
In the stability experiment carried out for the 5% Ni/CeO2 catalyst, it was observed that in addition to its excellent activity and selectivity to CH4, it also possessed remarkable stability for more than 30 hours of reaction, indicating that it is a promising catalyst for the CO2 hydrogenation reaction.