Effects of SiO2 Encapsulation on Ni/MeOX-Al2O3 for CO2 (Dry) Reforming of Methane. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Alabi MSc-Thesis.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 25 May 2026. Download (7MB)

Arabic Abstract

لقد ساهم التقدم في تصميم المحفزات لعملية الإصلاح الجاف للميثان (DRM) في ترسيخ هذه التقنية كمسار مبتكر ومستدام لتحويل اثنين من أبرز غازات الاحتباس الحراري، وهما الميثان (CH₄) وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، إلى غاز التخليق (syngas). ويُستخدم هذا الغاز في إنتاج مواد كيميائية ووقود ذات قيمة عالية. وتُعد عملية الإصلاح الجاف للميثان بديلًا واعدًا لإنتاج الهيدروجين، بما يتماشى مع أهداف تقليل الانبعاثات العالمية، لا سيما الهدف الثالث عشر من أهداف التنمية المستدامة (العمل المناخي). ومع ذلك، تواجه هذه التقنية تحديات كبيرة تتعلق بتعطيل نشاط المحفزات، واستقرارها، ومقاومتها لتكوّن الكربون. ولمعالجة هذه التحديات، ركزت الأبحاث الحديثة على تطوير هياكل محفزات أكثر صلابة من خلال تقنية التغليف بالسيليكا. وتتمثل هذه التقنية في تغليف محفزات النيكل بقشرة من السيليكا المسامية، تعمل كحاجز يمنع تلبد جزيئات النيكل ويحد من تكوّن الكربون. في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثير التغليف بالسيليكا على ثلاثة أنواع من المحفزات: Ni/Ce–Al₂O₃، وNi/CaO–Al₂O₃، وNi/Ce–Zr. تم تقييم أداء هذه المحفزات عند درجة حرارة 650 °C باستخدام جهاز CREC riser simulator، مع التركيز على معدلات تحويل CH₄ وCO₂، بالإضافة إلى إنتاج H₂ و CO. أظهرت النتائج أن المحفزات المغلفة بالسيليكا سجلت معدلات تحويل أعلى بكثير، مع ترسيب كربوني طفيف، كما تم تأكيد ذلك من خلال تحاليل TGA وTEM. ومن الجدير بالذكر أن جميع المحفزات المغلفة أظهرت استقرارًا عاليًا خلال عشر دورات تفاعل متتالية بدون إعادة تنشيط، محافظةً على أكثر من 95٪ من نشاطها الأصلي. وتؤكد هذه النتائج الإمكانات الواعدة لمحفزات النيكل المغلفة بالسيليكا (SiO₂) في تحسين أداء المحفزات في تفاعلات الإصلاح الجاف للميثان.

English Abstract

Advancement in catalyst design for dry reforming of methane (DRM) has positioned the process as an innovative and sustainable pathway for converting two major greenhouse gases, CH4 and CO2, into syngas. This enables the conversion of syngas into valuable chemicals and fuels. DRM offers an alternative approach for hydrogen production which aligned with global emission reduction goal, particularly SDG 13: climate action. However numerous challenges have been faced on the deactivation, stability and coke resistance of the catalyst. To address these challenges, recent advancements have focused on developing robust catalyst structures, through silica encapsulation. This approach involves the encapsulation of Ni-based catalysts in a mesoporous silica shell which creates a barrier that inhibits Ni sintering and reduces coke formation. In this study, the effect of silica encapsulation was investigated on Ni/Ce-Al2O3, Ni/CaO-Al2O3 and Ni/Ce-Zr catalysts. The catalyst was evaluated at 650 oC using the CREC riser simulator, focusing on CH4 and CO2 conversion, H2 and CO yield. Among the tested catalysts, the silica-encapsulated pairs demonstrated significantly higher conversion and minimal coke deposition, as confirmed by TGA and TEM analysis. Notably, all catalyst pair shows high stability over 10 consecutive repeated cycles of continuous reaction without regeneration, maintaining over 95 % of their initial activity. These findings highlight the potential of SiO2 encapsulated catalyst in improving DRM catalyst performance.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Shammari, Abdallah A.
Committee Members:	Hossain, Mohammad Mozahar and Abo-Ghander, Nabeel Salem M.
Depositing User:	ALABI SHERIF (g202303930)
Date Deposited:	25 May 2025 06:20
Last Modified:	25 May 2025 06:20
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143453