Powrót
Reakcje metanu i dwutlenku węgla w układzie plazmowo-katalitycznym z katalizatorami metalicznymi
Abstract
Resources of non-renewable energy sources - mainly fossil fuels such as hard coal, lignite, oil and natural gas - are gradually decreasing all over the world. In line with the European Green Deal, the European Union aims to achieve climate neutrality by 2050. This strategy aims to achieve zero net greenhouse gas emissions, and the growing biogas sector can significantly help achieve this goal. Additionally, through chemical processes, carbon dioxide can be converted to increase the overall calorific value of biogas. One method of biogas processing is plasma reforming of hydrocarbons, leading to hydrogen. Such studies have typically been conducted in barrier, slip and corona discharge. It was found that the highest substrate conversion, higher feedstock yields and low energy consumption were obtained in the sliding discharge plasma. In addition, fewer products are formed in the sliding discharge, making their separation simpler. The selectivity of plasma processes can be increased by using active catalysts. The combination of plasma and heterogeneous catalysis has been found to be a promising process for the synthesis of fuels and chemicals. The aim of this work was to study the reactions occurring in a gas containing methane and carbon dioxide with the addition of water vapour conducted in a plasma-catalytic system with a sliding discharge. A catalytic bed containing metals and their oxides, deposited on an Al2O3 support, was used in the reactor. The main objective of the process was to increase the calorific value of the output biogas by enriching it with components with a high combustion heat - mainly hydrogen. The highest methane conversion rate (40%) was achieved for the plasma-catalytic system with a nickel-cerium oxide catalyst, at a flow rate of 375 l/h, a discharge power of 542 W and an initial gas concentration of 70% CO2 and 30% CH4. On the other hand, the highest conversion of carbon dioxide (38%) and molar fractions of hydrogen (16%) and carbon monoxide (20%) were achieved for the plasma-catalytic system with a metallic cobalt catalyst, at a flow rate of 375 l/h, a discharge power of 555 W and an initial gas concentration of 70% CO2 and 30% CH4. The following conclusions can be drawn on the basis of the studies carried out: - the sliding discharge plasma-catalytic system can be applied to the reaction of methane and carbon dioxide with the addition of steam, - the highest degree of conversion of methane was obtained using a nickel oxide catalyst promoted by cerium oxide, - the highest conversion of carbon dioxide and molar fractions of hydrogen and carbon monoxide were obtained using a metallic cobalt catalyst, - after the process, a gas with a higher calorific value than the gas introduced into the reactor was obtained.- Identyfikator pozycji
- WUT7c8ba258c6fc47ea8a5fe994c8296cb6
- Rodzaj dyplomu
- Praca magisterska
- Tytuł w języku polskim
- Reakcje metanu i dwutlenku węgla w układzie plazmowo-katalitycznym z katalizatorami metalicznymi
- Promotor
-
Michał
Młotek (WCh/KTCh)
Michał Młotek
- Jednostka dyplomująca
- Wydział Chemiczny (WCh)
- Jednostka prowadząca
- Katedra Technologii Chemicznej (WCh/KTCh)
- Kierunek / specjalność studiów
- Technologia Chemiczna
- Język
- pol (pl) polski
- Status pracy
- Obroniona
- Data obrony
- 21-12-2021
- Data (rok) wydania
- 2021
- Recenzenci
- Waldemar Tomaszewski (WCh/ZMW) Waldemar Tomaszewski Michał Młotek (WCh/KTCh) Michał Młotek
- Słowa kluczowe w języku polskim
- plazma, wyładowanie ślizgowe, wodór, biogaz, reforming metanu, katalizatory metaliczne
- Słowa kluczowe w języku angielskim
- plasma, glidarc discharge, hydrogen, biogas, methane reforming, metallic catalysts
- Streszczenie w języku polskim
- Na całym świecie stopniowo maleją zasoby nieodnawialnych źródeł energii – przede wszystkim paliw kopalnianych, takich jak: węgiel kamienny, brunatny, ropa naftowa oraz gaz ziemny. Zgodnie z założeniami Europejskiego Zielonego Ładu, celem Unii Europejskiej jest osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2050 roku. Strategia ta zakłada osiągnięcie zerowego poziomu emisji gazów cieplarnianych netto, a rozwijający się sektor biogazu może znacząco pomóc w osiągnięciu tego celu. Dodatkowo, w procesach chemicznych, dwutlenek węgla może zostać przetworzony w celu zwiększenia ogólnej wartości opałowej biogazu. Jedną z metod przeróbki biogazu są plazmowe procesy reformingu węglowodorów, prowadzące do otrzymywania wodoru. Badania takie zazwyczaj prowadzono w wyładowaniu barierowym, ślizgowym i koronowym. Stwierdzono, że w plazmie z wyładowaniem ślizgowym uzyskano najwyższą konwersję substratów, wyższą wydajność surowcową oraz niskie zużycie energii. Ponadto w wyładowaniu ślizgowym powstaje mniej produktów, przez co ich rozdzielanie jest prostsze. Selektywność procesów plazmowych można zwiększyć przez zastosowanie aktywnych katalizatorów. Połączenie plazmy i heterogenicznej katalizy uznano za obiecujący proces syntezy paliw i chemikaliów. Celem pracy było zbadanie reakcji zachodzących w gazie zawierającym metan i dwutlenek węgla z dodatkiem pary wodnej prowadzonym w układzie plazmowo –katalitycznym z wyładowaniem ślizgowym. W rektorze zastosowano złoże katalityczne zwierające metale i ich tlenki, osadzone na nośniku z Al2O3. Głównym celem procesu było zwiększenie wartości opałowej wyjściowego biogazu, poprzez jego wzbogacenie w składniki o wysokim cieple spalania – przede wszystkim wodoru. Najwyższy stopień przemiany metanu (40%) osiągnięto dla układu plazmowo – katalitycznego z tlenkowym katalizatorem niklowo – cerowym, przy natężeniu przepływu 375 l/h, mocy wyładowania 542 W i początkowym składzie gazu 70% CO2 oraz 30% CH4. Natomiast najwyższy stopień przemiany dwutlenku węgla (38%) oraz ułamek molowy wodoru (16%) i tlenku węgla (20%) osiągnięto dla układu plazmowego – katalitycznego z metalicznym katalizatorem kobaltowym, przy natężeniu przepływu 375 l/h, mocy wyładowania 555 W i początkowym składzie gazu 70% CO2 oraz 30% CH4. Na podstawie przeprowadzonych badań można wyciągnąć następujące wnioski: - układ plazmowo-katalityczny z wyładowaniem ślizgowym może być zastosowany w reakcji metanu i dwutlenku węgla z dodatkiem pary wodnej, - najwyższy stopień przemiany metanu uzyskano przy zastosowaniu tlenkowego katalizatora niklowego promowanego tlenkiem ceru, - najwyższy stopień przemiany dwutlenku węgla oraz ułamki molowe wodoru i tlenku węgla uzyskano przy zastosowaniu metalicznego katalizatora kobaltowego, - po procesie uzyskano gaz o wyższej wartości opałowej niż gaz wprowadzony do reaktora.
- Plik pracy
-
- Plik: 1
- Praca_102D-MSP-TC_285560_1212800.pdf
-
- Pola lokalne
- Identyfikator pracy APD: 46978
- Jednolity identyfikator zasobu
- https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUT7c8ba258c6fc47ea8a5fe994c8296cb6/
- URN
urn:pw-repo:WUT7c8ba258c6fc47ea8a5fe994c8296cb6