Studie av vattnets inverkan på oxidationskatalysatorer för biogasapplikationer Start: April 2015 Slut: Mars 2019 - Chalmers (huvudstödmottagare) - FFI - Energi & Miljö. - Projektnummer: P40274-1. - Koordinator: Per Anders Carlsson - Doktorand: Peter Velin Stödsumma - 5045 ksek (Energimyndigheten) - 3500 ksek (Johnsson Matthey AB) Peter Velin 1
Fördelar med biogas & naturgas som fordonsbränsle ögt väte-till-kol förhållande ger mycket energi per utsläppt C 2. Förbränning leder till generellt låga utsläpp av N x, S x och partiklar. Partiell eller total substitution med biogas ger ökade miljövinster. C 2 2 C 4 Peter Velin 3
Utmaningar med biogas & naturgas som fordonsbränsle Metan är en betydligt mer potent växthusgas än C 2. Vattenånga har en starkt inhiberande effekt på metanoxidation över traditionella palladium-baserade katalysatorer. N 2 2 C 2 2 C 4 N 2 2 C 2 C 4 2 Pd partikel 4
Projektupplägg Vattentåliga oxidationskatalysatorer AP 4 (Johnson Matthey) Syntes, design och material AP 2 (Chalmers) Metod och experimentuppställning AP 3 (Chalmers) Vattnets inverkan på modellkatalysatorer AP 1 (Johnson Matthey) Specificera relevanta temperaturer, gaskompositioner och katalysatorkomponenter Peter Velin 2
Portabel generator av ultraren vattenånga 2, 2, Ar 2, Ar Peter Velin 7
Botten-upp metodik Peter Velin 5
DRIFTS teknik som möjliggör detektering av ytbundna molekyler på provet Peter Velin 8
Experimentell procedur för DRIFTS Syrgasflöde Våt metanoxidation Torr metanoxidation Syrgasflöde Peter Velin 9
Metanoxidation över rent Pd pulver vid 440 C utan & med 1% vattenånga C 4 + 2 C 4 + 2 + 2 Minskad katalytisk aktivitet i närvaro av vattenånga Peter Velin 10
Metanoxidation över rent Pd pulver vid 440 C utan & med 1% vattenånga C 4 + 2 C 4 + 2 + 2 Peter Velin
Metanoxidation över rent Pd pulver vid 440 C utan & med 1% vattenånga C 4 + 2 C 4 + 2 + 2 C 4 (g) Peter Velin
Metanoxidation över rent Pd pulver vid 440 C utan & med 1% vattenånga C 4 + 2 C 4 + 2 + 2 2 (g) C 4 (g) Peter Velin
Metanoxidation över rent Pd pulver vid 440 C utan & med 1% vattenånga C 4 + 2 C 4 + 2 + 2 2 (g) 2 (g) borttaget C 4 (g) Peter Velin
Metanoxidation över rent Pd pulver vid 440 C utan & med 1% vattenånga Inga ytbundna molekyler detekterade. 2 (g) 2 (g) borttaget C 4 (g)? Pd Peter Velin
Ingen metanoxidation över g-al 2 3 440 C Vattenångans närvaro leder till 1 negativ och 4 positiva absorptionstoppar med hög stabilitet. Peter Velin
440 C Ingen metanoxidation över g-al 2 3 Vattenångans närvaro leder till 1 negativ och 4 positiva absorptionstoppar med hög stabilitet. 3770 3730 3680 3550 3500 g-al 2 3 Peter Velin
Metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 900 C) 440 C Det blå spektrumet taget under våt metanoxidation påminner om bärarmaterialets. Ökad täckning av hydroxylgrupper från metanoxidation i torra förhållanden. 3770 3730 3680 3550 3500 Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 900 C = Pd Peter Velin
Metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) 440 C Färre absorptionstoppar detekterade vid låg värmebehandling. Små palladiumkluster blockerar troligen dessa säten. 3730 3680 3550 Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C = Pd Peter Velin
Små vs stora palladiumpartiklar 3770 3730 3680 3550 3500 Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 900 C Små palladiumpartiklar är aktivare än stora i vått och torrt. Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C = Pd Peter Velin
C 4 omsättning (%) 24 timmars våt metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) Tid (tim) 20
C 4 omsättning (%) 24 timmars våt metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) Långsam aktivitetsminsking - Ökad täckning av hydroxylgrupper 3730 3680 3550 Tid (tim) Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C 21
C 4 omsättning (%) 24 timmars våt metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) Långsam aktivitetsminsking - Ökad täckning av hydroxylgrupper 3730 3680 3550 Tid (tim) Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C 22
C 4 omsättning (%) 24 timmars våt metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) Långsam aktivitetsminsking - Ökad täckning av hydroxylgrupper 3770 3730 3680 3550 Tid (tim) 3500 Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C 23
C 4 omsättning (%) 24 timmars våt metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) Långsam aktivitetsminsking - Ökad partikelstorlek kan leda till att fler Al 3+ säten som tidigare varit blockerade finns tillgängliga. 3730 3680 3550 Tid (tim) Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C 24
C 4 omsättning (%) 24 timmars våt metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) Långsam aktivitetsminsking - Ökad partikelstorlek kan leda till att fler Al 3+ säten som tidigare varit blockerade finns tillgängliga. 3730 3680 3550 Tid (tim) Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C 25
C 4 omsättning (%) 24 timmars våt metanoxidation över Pd/g-Al 2 3 (värmebehandlad vid 500 C) Långsam aktivitetsminsking - Ökad partikelstorlek kan leda till att fler Al 3+ säten som tidigare varit blockerade finns tillgängliga. 3770 3730 3680 3550 3500 Tid (tim) Pd/g-Al 2 3 värmebehandlad vid 500 C 26
Sammanfattning Vattenånga inhiberar metanoxidation över Pd men inga ytbundna molekyler kunde detekteras. Minskad katalytisk aktivitet för metanoxidation över Pd/Al 2 3 katalysatorer efter kort och lång exponering i närvaro av vattenånga. Peter Velin
Stort tack till Per-Anders Carlsson Magnus Skoglundh Gudmund Smedler Agnes Raj David Thompsett Peter Velin