CERIUM MODIFIED NICKEL AND IRON BASED OXYGEN CARRIERS FOR CHEMICAL LOOPING COMBUSTION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF M.S._Thesis_Shamseldin.pdf - Accepted Version Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

هذه الأطروحة تدرس الآثار الإيجابية لإضافة Ce إلى NiO/Ce-γAl2O3 المستخدم كناقل للأوكسجين في عمليات الاحتراق الكيميائي الحلقي. تم تحضير العينات باستخدام تقنية التحميل بواسطة التبلل مع تكرار عملية تحميل المعدن. أداء العينات لاتي تم تحضيرها في ما يتعلق بالأكسدة تم اختباره بواسطة تجارب اكسدة و اختزال متتالية TPR and TPO . تظهر النتائج أن وجود ال Ce يقلل من الترابط بين المعدن الفعال و الداعم و يحسن القدرة الاستيعابية للأوكسجين. نتيجة لذلك, ما يقرب من 94% من النيكل الموجود في العينة المعدلة بواسطة Ce تم اختزاله بالمقارنة مع 71% فقط للعينات غير المعدلة بواسطة Ce . تعديل العينات يؤثر ايضا على أداء ناقل الاوكسجين في المدى الطويل بحيث يوفر أداء مستقر في عمليات الاكسدة والاختزال المتتالية, وهو امر ضروري في عملية الاحتراق الكيميائي الحلقي التي هي في الاصل عمليات احتراق (اختزال) و اكسدة متتابعة. الأداء الممتاز للعينات المعدلة هو نتيجة لغياب التكتل في العينات كما هو واضح من نتائج اختبار pulse chemisorption, و تكون انواع سهلة الاختزال من أكاسيد النيكل بدلا من النيكل ألومينات, وهو ما أكدته اختبارات XRD. تم ايضا تحليل العينات بواسطة EDX وظهر أن اضافة Ce تساعد على تحميل النيكل على الداعم بصورة موحدة و مستمرة. تم تطوير نموذج رياضي لوصف حركية تفاعل الاختزال للعينات تحت البحث. تم حساب طاقة التفعيل و كانت 54 kJ/mole و النتيجة قريبة من القيم المنشورة في المراجع. أخيرا أختبرت العينات في مفاعل CREC Riser simulator باستخدام غازي الميثان والإيثان كوقود. العينات المعدلة أبدت خصائص تفاعلية ممتازة و استقرار خلال التفاعلات المتتالية.

English Abstract

The present Thesis reports the promotional effects of Ce modification on a NiO/Ce-γAl2O3 and Fe2O3/Ce-γAl2O3 oxygen carriers for chemical-looping combustion (CLC). The oxygen carrier samples were prepared by an incipient wetness technique using a successive metal loading. The reduction characteristics of the prepared oxygen carriers were evaluated in repeated temperature programmed reduction/oxidation cycles. The results show that the presence of Ce minimizes the metal support interaction and improves the reducibility and oxygen carrying capacity of the oxygen carriers. As a result, almost 94 % of the loaded nickel oxide species on Ce-γAl2O3 have been re¬duced as opposed to only 70 % reduction of nickel oxide species on γAl2O3. The presence of Ce also provides stable reduction performance over repeated oxidation/reduction cycles, which is essential for a CLC process. The sustained reducibility of the samples is mainly due to the absence of agglomeration and the formation of easily reducible nickel oxide species instead of nickel aluminate, as confirmed by the hydrogen pulse chemisorption and XRD analysis respectively. The EDX mapping of the oxygen carrier shows that the presence of Ce influences the uniform nickel dispersion on the support. A nucleation model was proposed to describe the solid-state reduction kinetics of the Ce modified NiO/Ce-γAl2O3 oxygen carrier. The oxygen carriers were further evaluated in a fluidized CREC Riser Simulator using methane/ethane as fuel and air for re-oxidation. The Ce containing oxygen carriers showed excellent reactivity and stability over the repeated fluidized CLC cycles.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	ABDUR RAZZAK, SHAIKH
Committee Co-Advisor:	Hossain, Mohammad Mozahar
Committee Members:	Ba-Shammakh, Mohammed S. and Al-Shammari, Abdallah and Al-Mutairi, Eid M.
Depositing User:	MOHAMED SH AWAD HAGAHMED (g201105670)
Date Deposited:	19 Oct 2014 05:48
Last Modified:	01 Nov 2019 15:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139366