| dc.description.abstract | En bærekraftig framtid fordrer avkarbonisering av energisystemene våre ved å omstille oss fra et fossilt til et fornybart samfunn. Flytende drivstoff kan produseres fra fornybar biomasse ved å kombinere gassifisering av biomasse med Fisher-Tropsch hydrokarbonsyntese i en Biomass to Liquid (BtL)-prosess. Dannelse av tjærestoffer under gassifisering av biomasse er et betydelig problem i BtL-prosesser. Kondisjonering av gassen ved katalytisk dampreformering gjør det mulig å omdanne disse urenhetene til nyttige produkter.
En serie av Ni-Co katalysatorer utledet fra hydrotalkitt-lignende materiale er blitt syntetisert med samutfelling og videre studert for dampreformering av metan og toluen som ble brukt som en tjæremodellkomponent. Metallmengden ble holdt konstant ved 40% mens forholdet mellom nikkel og kobolt ble variert. Metallsammensetningens effekt på fysiske, kjemiske og termiske egenskaper ble undersøkt med N2-fysisorpsjon, H2-kjemisorpsjon, røntgendiffraksjon, temperaturprogrammert reduskjon og induktivt koblet plasma massespektrometri. Videre ble det gjennomført dampreformerings-eksperimenter og katalysatorene ble sammenlignet i systemer med og uten tilsats av toluen.
Eksperimentene uten tilsats av toluen indikerte en økning i aktivitet med økende nikkelinnhold. Karakterinsering antydet at overflatearealet og dispersjonen også økte med nikkelinnhold. Introduksjon av toluen i systemet hadde en betydelig effekt på katalytiske parametere og sammenligning av de fem katalysatorene støttet ideen om en synergi som sies å oppstå i bimetalliske katalysatorer. Dette gjenspeiles i at den høyeste omsetningen ble oppnådd hos de bimetalliske katalysatorene. Disse eksperimentene viste også at all toluen ble omsatt. Imidlertid initierte toluen konkurranse på katalysatoroverflaten og induserte deaktivering hos alle katalysatorene. Deaktivering viste seg også å øke med nikkelinnhold. Den observerte trenden i deaktivering kan tilskrives nikkelets følsomhet for deaktivering, og dette markerte den forsterkende effekten av å koble metallet med en viss mengde kobolt. Siden tilbøyeligheten til å utvikle karbonholdige avleiringer øker ved tilstedeværelse av høyere hydrokarboner, antydet dette at den observerte deaktiveringen i tolueneksperimentene var koksdannelse. Totalt sett antydet sammenligningen av katalysatorenes ytelser i dampreforming av tjære at 10-30 vekt\% Ni-Co-katalysatoren var best egnet både i forhold til aktivitet og stabilitet.
Videre indikerte temperatursammenligningsforsøk at økt temperatur økte aktiviteten og reduserte deaktiveringen, noe som antydet at deaktiveringen ble styrt av koksdannelse. Samtidig indikerte damp til karbon sammenligningsforsøk at den observerte deaktiveringen ikke bare var koksdannelse, og at sintring ble mer dominerende med en stor mengde damp. Eksperimentene illustrerte også at en økt mengde damp ikke nødvendigvis muliggjorde en høyere metanomsetning.
Generelt viser bimetalliske nikkel-koboltkatalysatorer utledet fra hydrotalkittlignende materiale lovende potensiale for dampreformering av hydrokarbonurenheter og at en optimal sammensetning av de aktive metallene eksisterer. De oppnådde resultatene antyder imidlertid at det bør legges større vekt på å belyse deaktiveringen som forekommer i slike systemer. | |
| dc.description.abstract | A sustainable future requires decarbonisation of our energy systems by transitioning from fossil sources to renewable energy sources. Liquid fuels can be produced from biomass by combining biomass gasification with Fisher-Tropsch hydrocarbon synthesis in a biomass to liquid (BtL) process. The formation of tars in biomass gasification is a significant drawback in BtL-processes, and gas conditioning by catalytic steam reforming provides transformation of these impurities to useful products.
A series of bimetallic Ni-Co catalysts derived from hydrotalcite(HT)-like materials have been synthesised through coprecipitation and investigated for steam reforming of methane and the tar model compound toluene. The metal loading was kept constant at 40 wt%, while the ratio of nickel and cobalt was varied. The metal composition's effect on physical, chemical and thermal properties was established with N2 physisorption, H2 chemisorption, X-ray diffraction, temperature programmed reduction and inductively coupled plasma mass spectrometry. Furthermore, steam reforming experiments were conducted, and the catalysts were compared in systems with and without toluene.
The experiments performed in the absence of toluene indicated an increasing activity with increasing nickel content. Characterisation implied that the surface area and dispersion also increased with the amount of nickel. Introduction of toluene had a substantial effect on catalytic parameters and comparison of the five catalysts supported the idea of a synergistic effect that is suggested to occur in bimetallic catalysts. This was reflected in the highest observed conversions for the bimetallic systems. These experiments also showed that all toluene was converted. However, toluene initiated competition on the catalyst surface and induced deactivation in all of the catalysts, and the deactivation also increased with nickel content. The observed trend in deactivation could be attributed to nickel's susceptibility to rapid deactivation, and this highlighted the enhancing effect of coupling the metal with a certain amount of cobalt. Since the propensity to develop carbonaceous deposits increases when higher hydrocarbons are present, it was suggested that the observed deactivation in the toluene experiments was coke formation. Collectively, comparison of the catalyst's performances in steam reforming of tar implied that the 10-30 wt% Ni-Co catalyst was best suited in terms of activity and stability.
Furthermore, temperature comparison experiments suggested that increased temperature increased the activity and decreased the deactivation, implying that the deactivation was governed by coke formation. Nevertheless, steam to carbon comparison experiments indicated that the observed deactivation was not only coke formation and that sintering became increasingly dominating with a high amount of steam. These experiments also illustrated that further increasing the applied steam amount did not necessarily facilitate a higher methane conversion.
Conclusively, bimetallic nickel-cobalt catalysts derived from HT-like material show promising potential for steam reforming of hydrocarbon impurities and an optimal composition of the active metals exists. However, the obtained results suggest that more emphasis should be put in to elucidating the deactivation occurring in the system. | |