Ethanol Steam Reforming for Hydrogen Production Using Co/SiO2 Catalyst

การผลิตและทำให้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ จากเอทานอลที่ได้จากชีวภาพ โดยใช้การแปรรูปด้วยไอน้ำ สำหรับใช้ในเซลเชื้อเพลิง

Name: Wiraporn Srangsukdee

Organization : King Mongkut's University of Technology Thonburi. Faculty of Engineering. Chemical Engineering

Name: วิราภรณ์ สร้างสุขดี

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะวิศวกรรมศาสตร์. สาขาวิชาวิศวกรรมเคมี

keyword: Ethanol Reforming

; Steam Reforming

; Silica Supported Cobalt Catalyst

; Ethanol Concentration

; เอทานอล

; เซลเชื้อเพลิง

; รีฟอร์มมิ่งโดยใช้ไอน้ำ

; ปฏิกิริยาโคบอลต์บนซิลิกา

Abstract: Fuel derived from biomass is an environmental friendly alternative of energy source. The ethanol can be obtained from the fermentation process, and can be steam reformed to hydrogen in the presence of suitable catalyst, to be further used in fuel cells. This research has two main objectives, which are to find the suitable concentration of ethanol that provides sufficient hydrogen yield and ethanol conversion and to correlate the characteristics of prepared catalysts with their activities. Two different metal loadings of catalysts, 10 percent of Co/SiO2 and 20 percent of Co/SiO2, were prepared by using incipient wetness impregnation technique and then calcined at 350?C for 2 hours in static air. As characterized by XRD technique, cobalt in both fresh catalysts was in the form of Co3O4. Hydrogen chemisorption revealed that both catalysts have low metal dispersion, 1.87 percent and 1.17 percent, corresponding to 57.74 and 92.2 nm of particle size for 10 percent of Co/SiO2 and 20 percent of Co/SiO2, respectively. The BET surface area was found to decrease with percent metal loading. It was found to be 435.1 m2/g for silica support, 399.4 m2/g for 10 percent of Co/SiO2 and 337.9 m2/g for 20 percent of Co/ SiO2. After 6 hours in reaction, the total surface area of the catalyst was approximately the same, indicating that no support sintering had occurred. The investigation of metal sintering and coke formation is out of the scope of this study. The performance of the catalysts was measured during t he ethanol steam reforming at 450?C with varying ethanol concentrations. H2 yield, ethanol conversion and product distribution were measured and calculated when varying ethanol concentrations from 15 to 20 and 25 percent by volume on 10 percent of Co/SiO2. It was found that 15 percent by volume of ethanol gave the highest hydrogen production yield and ethanol conversion, which were 57.27 percent and 89.66 percent, respectively. At the same ethanol concentration (15 percent), the hydrogen production yield and ethanol conversion obtained from 20 percent of Co/SiO2 were 84.07 percent and 94.08 percent, respectively, which were higher than those from 10 percent of Co/SiO2, as expected. The turnover frequency of ethanol steam reforming on 10 percent of Co/SiO2 and 20 percent of Co/SiO2 catalyst with 15 percent of ethanol was found to be 0.122 s-1 and 0.102 s-1, respectively. When increasing ethanol concentrations from 15 to 25 percent by volume on 10%Co/SiO2, the turnover frequency were changed from 0.12 to 0.18 s-1. It implies that cobalt utilization decreased when increasing metal loading or decreasing ethanol concentration.

Abstract: การผลิตและแปรรูปเชื้อเพลิงจากผลิตภัณฑ์ทางธรรมชาติ ถือเป็นแนวทางที่มีความสำคัญมากในปัจจุบัน เนื่องด้วยเชื้อเพลิง ที่ผลิตได้นั้นเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เอทานอลซึ่งได้จากกระบวนการหมัก สามารถนำมาใช้ในกระบวนการแปรรูปโดยใช้ไอน้ำ ภายใต้สภาวะซึ่ง ประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม เพื่อการผลิตก๊าซไฮโดรเจนซึ่งถือเป็นเชื้อเพลิงหลักสำหรับเซลเชื้อเพลิง และสำหรับงานวิจัยนี้ มีวัตถุประสงค์ เพื่อหาความเข้มข้นของเอทานอลที่เหมาะสมในการผลิตก๊าซไฮโดรเจน และการแปรรูปของเอทานอล รวมทั้งได้ทำการศึกษาถึงคุณลักษณะเฉพาะ ของตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ซิลิกา ซึ่งถูกเตรียมขึ้นด้วยวิธีทำให้เริ่มชุ่ม ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกเตรียมขึ้นมีอัตราส่วนที่แตกต่างกัน 2 อัตราส่วน คือ ร้อย ละ 10 และ ร้อยละ 20 ของโคบอลต์บนพื้นผิวซิลิกาออกไซด์ (Co/SiO2) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นจะถูกเผาภายใต้บรรยากาศซึ่งไม่มีการถ่ายเท ของอากาศที่อุณหภูมิ 350?C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นจึงได้ทำการศึกษาถึงคุณลักษณะเฉพาะของตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าว พบว่าลักษณะของ ผลึกที่พบบนพื้นผิวของตัวอย่างทั้งสองชนิด คือโคบอลต์ออกไซด์ (Co3O4) จากนั้นได้ทำการศึกษาถึงการกระจายตัวของโลหะโคบอลต์บนพื้นผิว ของตัวรองรับด้วยวิธีการดูดซับของก๊าซไฮโดรเจน พบว่าการกระจายตัวของโลหะโคบอลต์ค่อนข้างต่ำ คือ ร้อยละ 1.87 และ 1.17 ซึ่งสอดคล้อง กับขนาดของอนุภาค 57.74 และ 92.2 นาโนเมตร สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาโคบอลต์ร้อยละ 10 และร้อยละ 20 ตามลำดับ นอกจากนั้นยังได้ทำการศึกษา ถึงพื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาทั้ง 2 อัตราส่วน ทั้งที่ยังไม่ผ่านการใช้งาน และที่ผ่านการใช้งานแล้ว (ภายใต้ความเข้มข้นของเอทานอลร้อยละ 15 เป็น เวลา 6 ชม.) พบว่าพื้นที่ผิวของตัวเร่งซึ่งผ่านการใช้งานแล้วมีขนาดคงที่ จึงสรุปได้ว่าไม่เกิดกระบวน การรวมตัวกันของตัวรองรับ และในส่วนของ การทดลองการแปรรูปเอทานอลโดยใช้ไอน้ำ ได้จัดทำขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ชนิดเบดนิ่ง ที่อุณหภูมิ 450?C เป็นเวลา 6 ชั่วโมง โดยได้ออกแบบการ ทดลองคือเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของเอทานอล 3 ค่า (ร้อยละ 15, 20 และ 25 โดยปริมาตร) ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาร้อยละ 10 ของโคบอลต์บน ซิลิกา พบว่าที่ความเข้มข้นเอทานอลร้อยละ 15 โดยปริมาตร ให้ค่าการผลิตก๊าซไฮโดรเจนสูงสุดเป็นร้อยละ 57.27 และมีความสามารถในการแปร รูปเอทานอลสูงสุดเป็นร้อยละ 89.66 จากนั้นได้ทำการทดลองปฏิกิริยาการแปรรูปเอทานอลด้วยไอน้ำกับเอทานอลซึ่งมีความเข้มข้นร้อยละ 15 โดย ปริมาตร รวมกับตัวเร่งปฏิกิริยาร้อยละ 20 ของโคบอลต์บนซิลิกา พบว่าให้ค่าการผลิตก๊าซไฮโดรเจนเป็นร้อยละ 84.07 และความสามารถในการ แปรรูปเอทานอลเป็นร้อยละ 94.08 จากนั้นได้ทำการหาค่าความสัมพันธ์ของเอทานอลที่ถูกแปรรูป กับจำนวนจุดกัมมันต์ เพื่อศึกษาถึงความคุ้มค่า ของโลหะเร่งปฏิกิริยา พบว่าที่เอทานอลเข้มข้นร้อยละ 15 โดยปริมาตร ค่าความถี่ในการเข้าทำปฏิกิริยาของสารตั้งต้นบนตัวเร่งปฏิกิริยาร้อยละ 10 และร้อยละ 20 ของโคบอลต์ มีค่า 0.122 และ 0.102 วินาที-1 และเมื่อทำการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของเอทานอล 3 ค่า (ร้อยละ 15, 20 และ 25 โดยปริมาตร) ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาร้อยละ 10 โคบอลต์ซิลิกา ค่าความถี่ในการเข้าทำปฏิกิริยาของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นจาก 0.12 เป็น 0.18 วินาที-1 ซึ่งสามารถกล่าวได้ว่า ความคุ้มค่าของโลหะเร่งปฏิกิริยาจะลดลง เมื่อเพิ่มปริมาณของโลหะ หรือเมื่อความเข้มข้นของเอทานอลลดลง

King Mongkut's University of Technology Thonburi

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Amornmart Sirijaruphan

Role: Advisor

Name: Supaporn Therdthianwong

Role: Advisor

Name: อมรมาศ ศิริจารุพันธุ์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: สุภาภรณ์ เทอดเทียนวงษ์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2005

Modified: 2017-07-19

Issued: 2008-12-25

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

text/plain

ISBN: 9741848641

CallNumber: CHE1700

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CHE1700.pdf	1.3 MB	87	2025-01-22 15:17:18
2	CHE1700ab.pdf	99.91 KB	46	2022-03-26 13:01:51
3	CHE1700abth.txt	3.31 KB	37	2019-03-27 13:25:43
4	CHE1700aben.txt	3.21 KB	19	2019-09-30 11:50:37

ใช้เวลา

0.044239 วินาที