title: Παραγωγή υδρογόνου μέσω αναμόρφωσης του βιοαερίου και του υγροποιημένου αερίου του πετρελαίου (LPG) με ατμό σε υποστηριγμένους καταλύτες Rh και Ru 

title: Hydrogen production via biogas reforming and LPG steam reforming over supported Rh and Ru catalysts

Creators: name: Οβακογλου Ευαγγελος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2022

description: Το υδρογόνο (H2) αποτελεί ένα ιδιαίτερα υποσχόμενο μόριο το οποίο έχει την δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτικό καύσιμο σε τεχνολογίες παραγωγής ενέργειας. Μια ραγδαία καινοτόμα τεχνολογία είναι οι κυψελίδες καυσίμου που έχουν την δυνατότητα, μέσω ηλεκτροχημικών αντιδράσεων, να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια φιλική προς το περιβάλλον, με μόνο παραπροϊόν το νερό, με την προϋπόθεση ότι το υδρογόνο δεν προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν δύο διαφορετικές τεχνολογίες παραγωγής H2 και συγκεκριμένα, η ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου και η αναμόρφωση του υγροποιημένου αερίου του πετρελαίου (LPG) με ατμό, σε υποστηριγμένους καταλύτες Rh και Ru (0.5 wt.%). Το βασικό αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η παρασκευή, ο χαρακτηρισμός και η αξιολόγηση των διαφόρων καταλυτών ως προς την ενεργότητα τους, την εκλεκτικότητα τους και την σταθερότητα τους για την παραγωγή υδρογόνου μέσω των δύο αντιδράσεων που εξετάστηκαν. Για την ξηρή αναμόρφωση του βιοαερίου μελετήθηκε η επίδραση της φύσης του φορέα (ZrO2, ΤιΟ2, Al2O3, CeO2, YSZ) στην ενεργότητα καταλυτών Ru και Rh (0.5 wt%). Στην συνέχεια, εξετάστηκε η χρήση μεικτού οξειδίου (10 wt.%) La2O3 - ZrO2 ως φορέας στην ενεργότητα καταλυτών Ru και Rh (0.5 wt%). Τέλος, για την ξηρή αναμόρφωση του μεθανίου, πραγματοποιήθηκε πείραμα μακροχρόνιας σταθερότητας στους 750 οC για 30 ώρες αντίδρασης στους καταλύτες 0.5%Rh/ZrO2 και 0.5%Ru/ZrO2 που παρουσίασαν τη βέλτιστη συμπεριφορά. Έπειτα μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας πύρωσης (400, 600, 800 οC) των φορέων ΤιΟ2 και Al2O3 στην ενεργότητα καταλυτών Rh (0.5 wt%) για την αντίδραση της αναμόρφωσης του C3H8 με ατμό. Επί προσθέτως, εξετάστηκε η επίδραση της ενίσχυσης του φορέα TiO2 με αλκάλια Li και K (0.2 wt.%), καθώς και η επίδραση της περιεκτικότητας του βέλτιστου αλκαλίου Li (0.1 wt.%, 0.2 wt.%, 0.4 wt.%) στην ενεργότητα καταλυτών Ru. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, οι καταλύτες που έχουν ως φορέα ZrO2 παρουσιάζουν βέλτιστη συμπεριφορά και ικανοποιητική σταθερότητα για την αντίδραση της ξηρής αναμόρφωσης του μεθανίου, ο καταλύτης που έχει υποστηριχθεί σε φορέα CeO2 παρουσιάζει τη χαμηλότερη ενεργότητα, ενώ αυτοί που είναι υποστηριγμένοι σε Al2O3 και YSZ παρουσιάζουν ενδιάμεση συμπεριφορά. Η προσθήκη La2O3 στον φορέα ZrO2, δεν επέφερε καμία βελτίωση στην ενεργότητα καταλυτών Ru και Rh. Τα αποτελέσματα για την αντίδραση της αναμόρφωσης του προπανίου με ατμό έδειξαν ότι η πύρωση των φορέων ΤιΟ2 και Al2O3 βελτιώνει ελάχιστα την καταλυτική συμπεριφορά του Rh. Τέλος, η ενίσχυση καταλυτών Ru/TiO2 με αλκάλια (Li, K) παρουσίασε ικανοποιητική βελτίωση της ενεργότητας για την αντίδραση αναμόρφωσης του προπανίου με ατμό με τον ενισχυμένο με Li (0.2 wt.%) καταλύτη να οδηγεί σε υψηλότερο ρυθμό αντίδρασης.
description: Hydrogen (H2) is a highly promising molecule able to be used as an alternative fuel in energy production technologies. Fuel cells are an innovative technology that produce environmentally friendly electricity, through electrochemical reactions, with only by-product H2O, provided that hydrogen does not come from fossil fuels. In this thesis, two different H2 production technologies were studied, ‘’hydrogen production via biogas reforming and LPG steam reforming over supported Rh and Ru catalysts (0.5 wt.%)’’. The main object of the thesis is the preparation, characterization and evaluation of various catalysts in terms of their activity, selectivity and stability for H2 production. For the reaction of dry reforming of methane, the effect of the nature of the support (ZrO2, TiO2, Al2O3, CeO2, YSZ) on the activity of Ru and Rh (0.5 wt.%) catalyst was studied. Moreover, the effect of the addition of 10 wt.% La2O3 on ZrO2 support on the activity of Ru and Rh catalysts (0.5 wt.%) was examined. Α long-term stability test was conducted at 750°C for 30 hours of reaction for 0.5%Rh/ZrO2 and 0.5%Ru/ZrO2 catalysts, which exhibited optimum results. For the reaction of LPG steam reforming the effect of the calcination temperature (400, 600, 800 ° C) of the TiO2 and Al2O3 supports was investigated on the activity of Rh catalyst (0.5 wt.%). In addition, the effect of promotion of TiO2 support with alkali metals Li and K (0.2 wt.%) as well as the effect of the alkali content (0.1 wt.%, 0.2 wt.%, 0.4 wt.%) on the activity of Ru catalysts was examined. According to the results, catalysts supported on ZrO2 exhibits optimum performance and sufficient stability, the catalyst supported on CeO2 exhibits the lowest activity, while those supported on Al2O3 and YSZ exhibit intermediate behavior. The addition of La2O3 on ZrO2 support did not improve Ru and Rh catalytic activity. The results for the propane steam reforming reaction showed that calcination of TiO2 and Al2O3 supports only slightly improves the catalytic performance of Rh. The addition of alkali (Li, K) on Ru/TiO2 catalysts leads to an increase of catalytic activity for the reaction of steam reforming of propane with the highest reaction rate being observed over the Li-promoted (0.2 wt.%) sample.