sulfur resistance of bi-metallic Ni catalysts
Mechanical Process Engineering
Final Report Abstract
Innerhalb des Projekts wurde erfolgreich eine FG- und eine Flachbettreaktor-Anlage aufgebaut und kontinuierlich verbessert. Zur Partikelabscheidung wurde eine Abscheidevorrichtung konstruiert und gefertigt, worin die generierten Partikel auf einen keramischen Filter abgeschieden wurden. Dabei zeigte sich, dass Abscheideleistungen von bis zu 95% erreicht werden können. Darüber hinaus zeigten Strömungssimulationen mittels CFD eine laminare Strömung und eine gleichmäßige Strömungsverteilung vor dem Filter. Beim Öffnen eines beladenen Filters konnte eine gute Partikeldispersion über alle Kanäle ermittelt werden. Die APES-Messungen zeigten, dass mit den verwendeten Legierungen Core-Shell-Strukturen, Janus-Strukturen oder Ähnliches wahrscheinlich ausgeschlossen und als interpartikuläre Zusammensetzung die Elektrodenzusammensetzung angenommen werden kann. Möglicherweise stimmt selbst an der Oberfläche die Zusammensetzung mit der der Elektroden größtenteils überein. Dennoch konnten keine Tendenzen mit der Legierungszusammensetzung erkannt werden, was wahrscheinlich durch den hohen Nickelanteil begründet ist. Die AES lieferte nur Informationen zur Oberflächenzusammensetzung im Verhältnis zum Partikelinneren. Hier konnten keine brauchbaren Ergebnisse produziert werden. Die katalytische Aktivität sollte in einem Flachbettreaktor untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass die maximale Temperatur des Flachbettreaktors wohl zu gering war und kein Umsatz gemessen werden konnte. Ein weiterer Grund könnte die geringe abgeschiedene Masse im Filter sein. Mittels FT-IR wurden die Trockenreformierung untersucht. Dabei wurde zunächst dem Trägergas Stickstoff 2% Methan und 2% Kohlendioxid zugeführt und auf 1000 °C erhitzt. Durch die Wärmezufuhr zeigte sich bereits eine CO-Konzentration von ca. 5 ppm. Anschließend wurde der Funkengenerator mehrfach ein- und ausgeschaltet, um den Einfluss der zugeführten Nanopartikel auf die Reaktion zu betrachten. Hierbei erhöhte sich beim Einsatz von reinem Nickel und den Nickel-Ruthenium-Legierungen die CO-Konzentration auf 8 bis 9 ppm, was einem Umsatz von ca. 0,05% entspricht. Beim Ausschalten des Funkengenerators wurde die Ausgangskonzentration wieder erreicht. So konnte eindeutig die katalytische Aktivität der erwähnten Materialien gezeigt werden. Bei Nickel-Antimon-Legierungen traten unerwartete Verhaltensweisen auf. So sank nach dem Einschalten des Funkengenerators die Konzentration auf fast 0 ppm und konnte auch nicht mehr gesteigert werden. Erst nach aufwendiger Reinigung des Glasrohrs konnten wieder reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Dies könnte für eine starke Desaktvierung von Antimon bei der Trockenreformierung sprechen, wobei dieses Verhalten nicht in der Literatur zu finden ist. Die APES-Messungen zeigten, dass Nickel nach Hexanthiolzugabe die größten Änderungen für die Austrittsarbeit aufwies. Während für Nickel-Ruthenium-Legierungen die Differenz zwischen reinem Trägergas und der Hexanthiolzugabe im Vergleich zu reinem Nickel geringer wurde, zeigte die Nickel-Antimon-Legierung die größte Stabilität gegenüber der Schwefelverbindung. Dies könnte auf eine höhere Schwefelresistenz bei den untersuchten nickelbasierten Legierungen, besonders den Nickel-Antimon-Legierungen, hinweisen. Bei höherer Temperatur konnten keine Änderungen in der APES festgestellt werden. Daher sollten für zukünftige Forschungsarbeiten ein besonderes Augenmerk auf Nickel-Antimon-Legierungen gelegt werden. Zum einen zur Klärung der scheinbaren Desaktivierung bei der Trockenreformierung und zum anderen zur weiteren Untersuchung der offensichtlich bestehenden Schwefelresistenz, wodurch eine höhere Langzeitstabilität der Katalysatoren resultieren kann.
