title: Επίδραση της φύσης του φορέα, του μετάλλου και του μεγέθους των μεταλλικών σωματιδίων στην καταλυτική συμπεριφορά για την αντίδραση αναμόρφωσης του προπανίου με ατμό
title: Effect of the nature of the support, the metallic phase and the size of metal particles on the catalytic performance for the reaction of steam reforming of propane
Creators: name: Τσατσαλιδη Κωνσταντινα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Η παρούσα μελέτη αποσκοπεί στην ανάπτυξη και λειτουργία
ενός ενεργειακά αποδοτικού και φιλικού προς το περιβάλλον συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με ενδιάμεση παραγωγή υδρογόνου μέσω της αντίδρασης αναμόρφωσης του υγροποιημένου αερίου του πετρελαίου με ατμό. Αντικείμενο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η
παρασκευή, ο χαρακτηρισμός και η αξιολόγηση καταλυτικών υλικών για την παραγωγή υδρογόνου μέσω της αντίδρασης αναμόρφωσης του προπανίου με ατμό. Οι καταλύτες πρέπει να χαρακτηρίζονται από υψηλή ενεργότητα και εκλεκτικότητα
ως προς Η2, καθώς και υψηλή ανθεκτικότητα στην εναπόθεση άνθρακα που πιθανόν
να προκαλέσει απενεργοποίηση τους. Για τον σκοπό αυτό, στη συγκεκριμένη μελέτη
εξετάστηκε η επίδραση της φύσης του μετάλλου (Rh, Ru, Ir,Re), της μεταλλικής φόρτισης και του μέσου μεγέθους των κρυσταλλιτών των Rh και Ru (0.5-5.0 wt.%) στην καταλυτική ενεργότητα και εκλεκτικότητα. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση της φύσης του φορέα (Al2O3, CeO2, ZrO2, SiO2, YSZ, TiO2) και της χρήσης μεικτών οξειδίων μετάλλων ως φορείς (CeO2-Al2O3, ZrO2-Al2O3, 50% ZrO2-CeO2) στην καταλυτική συμπεριφορά. Επιπλέον, η αντίδραση μελετήθηκε απουσία καταλύτη, προκειμένου να προσδιοριστεί ο βαθμός της συνεισφοράς των ομογενών αντιδράσεων. Ανάμεσα στα διάφορα μέταλλα που εξετάστηκαν κατά την αντίδραση αναμόρφωσης του προπανίου με ατμό βέλτιστη καταλυτική συμπεριφορά παρουσίασε ο καταλύτης Rh υποστηριγμένος σε φορέα γ-Al2O3, καθώς οδηγεί στην επίτευξη υψηλών μετατροπών ακόμα και σε θερμοκρασίες μικρότερες από 6000C και υψηλή εκλεκτικότητα ως προς H2. Αύξηση της φόρτισης του Rh ή του Ru από 0.5 έως 5 wt.% οδηγεί σε βελτίωση της μετατροπής του προπανίου και της εκλεκτικότητας ως προς  H2 . Το μέσο μέγεθος των κρυσταλλιτών του μετάλλου δεν επηρεάζει τη συχνότητα αναστροφής του προπανίου για καταλύτες Rh/Αl2O3. Αντιθέτως, ο ειδικός ρυθμός της αντίδρασης αυξάνεται σημαντικά με αύξηση του μεγέθους των κρυσταλλιτών του Ru. Από τα αποτελέσματα της επίδραση της φύσης του φορέα διαπιστώνεται μεγαλύτερη δραστικότητα όταν το Rh διασπείρεται σε φορέα YSZ και TiO2 σε σχέση με το  φορέα CeO2. Τέλος, παρατηρείται ότι η χρήση μεικτών οξειδίων μετάλλων ως φορείς (10 wt.% CeO2-Al2O3,10%ZrO2-Al2O3 και 50 wt.% CeO2-ZrO2) οδηγεί σε σημαντική βελτίωση της καταλυτικής συμπεριφοράς του Rh, καθώς η καμπύλη μετατροπής του προπανίου μετατοπίζεται προς χαμηλότερες θερμοκρασίες .

description: This study  deals with the development and operation of an energy efficient and environmentally friendly electricity generation system with intermediate hydrogen production via steam reforming of commercially available liquefied petroleum gas (LPG). The aim of this study is to synthesize, characterize and evaluate catalytic materials for the production of hydrogen via the reaction of steam reforming of propane. Catalysts must be characterized by high activity and selectivity toward H2, as well as high resistance to carbon deposition in order to avoid catalyst deactivation. Thus, the effect of the nature of the metallic phase (Rh, Ru, Ir,Re), the metal loading and the mean particle size of Rh and Ru (0.5-5.0 wt.%) on catalytic activity and selectivity was examined. The effect of the nature of the support (Al2O3, CeO2, ZrO2, SiO2, YSZ, TiO2) and the use of composite metal oxides as supports (CeO2-Al2O3, ZrO2-Al2O3, 50% ZrO2-CeO2) on catalytic performance was also investigated. In addition, the reaction was studied in the absence of a catalyst in order to determine the degree of contribution of homogeneous reactions. Among the various metals examined under conditions of propane steam reforming, optimal catalytic behavior was observed for Rh catalyst supported on γ-Al2O3, which leads to high propane conversions even at temperatures below 600 0C and high selectivity toward H2 production. Increasing metal loading of Rh or Ru from 0.5 to 5 wt.%, results in an improvement of both propane conversion and selectivity to H2. The average size of metal crystallites does not affect the TOF for Rh/Al2O3 catalysts. In contrast, the specific reaction rate increases significantly with increasing the size of Ru particles. Results obtained from the investigation of the effect of the support nature indicated greater activity when Rh is dispersed to YSZ or TiO2 than on CeO2.  It was also found that the use of composite metal oxides as supports (10 wt.% CeO2-Al2O3,10%ZrO2-Al2O3 και 50 wt.% CeO2-ZrO2) leads to a significant improvement of catalytic performance of Rh, with the propane conversion curve being shifted towards lower temperatures.