Catalizzatori a base di Nickel per la produzione di idrogeno turchese: prestazioni catalitiche e setup dell’impianto di laboratorio

Abstract

Questa tesi indaga le prestazioni catalitiche di catalizzatori a base di nichel drogati con lantanio nella pirolisi del metano per la produzione di idrogeno turchese, con l'obiettivo di ottimizzare l'efficienza del processo. Attraverso la sintesi e la caratterizzazione di catalizzatori al nichel, abbinate alla valutazione sperimentale in reazioni superficiali a temperatura programmata (TPSR) e in condizioni stazionarie, lo studio valuta l'impatto di varie condizioni operative sull'attività catalitica. È stato progettato un impianto di laboratorio per la pirolisi del metano, consentendo un controllo preciso dei parametri e la raccolta di dati per l'analisi delle prestazioni. Prima della reazione di decomposizione del metano, il catalizzatore è stato pre-ridotto sotto un flusso di gas costituito da 20 (v/v)% H2 e 80 (v/v)% N2 e un flusso totale di 80 NmL/min. Nella fase successiva, tre diversi pesi di catalizzatore sono stati testati in condizioni TPSR nell'intervallo di temperatura compreso tra 773 K e 1023 K per determinare quello ottimale che era 88 mg di catalizzatore s-20NiO/80La2O3. È stata valutata l'influenza dell'aggiunta di lantanio sull'attività catalitica, evidenziando che il catalizzatore con il 5% in peso di La2O3 ha un'attività catalitica significativamente più elevata.

This thesis investigates the catalytic performances of nickel-based catalysts doped with lanthanum in methane pyrolysis for turquoise hydrogen production, aiming to optimize the process efficiency. Through the synthesis and characterization of nickel catalysts, coupled with experimental evaluation in Temperature Programmed Surface Reaction (TPSR) and steady-state conditions, the study assesses the impact of various operating conditions on catalytic activity. A laboratory plant setup was designed for methane pyrolysis, enabling precise parameter control and data collection for performance analysis. Prior to the methane decomposition reaction, the catalyst was pre-reduced under a gas stream consisting of 20 (v/v) % H2 and 80 (v/v) % N2 and total flow of 80 NmL/min. The next step, three different catalyst weights were tested in TPSR condition on the temperature range 773 K to 1023 K in order to determine the optimal one which was 88 mg of s-20NiO/80La2O3 catalyst. The influence of lanthanum addition on the catalytic activity was evaluated highlighting that the catalyst with 5 wt.% of La2O3 has a significant higher catalytic activity.