Catalytic systems in the purification of carbon monoxide from hydrogen and ethylene-rich gasses
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2023-10-10
Department
Major/Subject
Chemical and Process Engineering
Mcode
CHEM3034
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
72
Series
Abstract
Thermochemical methods such as pyrolysis and gasification can be used in the chemical recycling of unsorted, plastic waste. The gas fraction that is produced contains carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, methane and light olefins. Before the light olefins can be re-polymerized to produce new plastics, the gas stream must be purified of all impurities, including CO. CO removal from gas streams is an important industrial process. Catalytic methods for CO removal include water-gas shift (WGS), methanation and CO oxidation. However, there is limited research on the use of these methods for the purification of CO from hydrogen and ethylene-rich gasses. This thesis screened the CO purification performance of a selection of eight commercial and research stage catalysts that have been developed for WGS, methanation and CO oxidation reactions. WGS catalysts included two Fe2O3/Cr2O3 high-temperature shift (HTS) catalysts, two CuO/ZnO/Al2O3 low-temperature shift (LTS) catalysts and one ZrO2 based catalyst. Methanation catalysts included one NiO catalyst and one CoMo catalyst. CO oxidation catalysts included one CuO/ZnO catalyst. The catalytic performance was evaluated on the basis of CO removal and level of C2H4 that remains in the gas. The CO and C2H4 removal of the selected catalysts was experimentally tested in a bench-scale atmospheric plug-flow reactor. The gas stream to be purified was simulated using a mixture of CO, CO2, H2, CH4, C2H4 and N2. A simulation of the reactor was made to further understand the thermodynamical equilibrium of the reactions and to evaluate the experimental CO conversion against the equilibrium conversion. The best overall performance was achieved with HTS Fe2O3/Cr2O3 catalysts, achieving 70-80 percentage CO conversion and less than 5 percentage ethylene conversion. Comparatively, the LTS CuO/ZnO/Al2O3 catalysts convert CO at over 97 percentage and ethylene at over 99 percentage conversion.Termokemiska metoder som pyrolys och förgasning kan användas vid kemisk återvinning av osorterat plastavfall. Den gasfraktion som produceras innehåller kolmonoxid (CO), koldioxid (CO2), vätgas (H2), metan (CH4) och lätta olefiner. Innan olefinerna kan återpolymeriseras för att producera ny plast måste gasen rengöras från alla föroreningar, inklusive CO. Katalytiska metoder för avlägsnande av CO inkluderar vattengasens konverteringsreaktion, metanering och oxidering av CO. Det finns dock begränsat med forskningsresultat om användningen av dessa metoder för reningen av kolmonoxid från gaser som innehåller eten och vätgas. Denna avhandling undersökte katalytiska reningsprestandan av åtta kommersiella katalysatorer eller katalysatorer på forskningsstadiet, som har utvecklats för vattengasens konverteringsreaktion, metanering och oxidering av CO. Katalysatorerna för vattengasens konverteringsreaktionen inkluderade två högtemperaturs Fe2O3/Cr2O3-katalysatorer, två lågtemperaturs CuO/ZnO/Al2O3-katalysatorer och en ZrO2-baserad katalysator. Metaneringskatalysatorerna inkluderade en NiO-katalysator och en CoMo-katalysator. Kolmonoxidoxideringskatalysatorn inkluderade en CuO/ZnO-katalysator. Den katalytiska prestandan utvärderades baserat på förmågan att rena kolmonoxid ur gasen och mängden eten (C2H4) som kvarstår i gasen. De valda katalysatorernas testades experimentellt i en bänkskala kolvströmningsreaktor i lufttrycket. Gasströmmen som skulle rengöras simulerades med en blandning av CO, CO2, H2, CH4, C2H4 och N2. En simulering av reaktorn utfördes för att ytterligare förstå termodynamiska jämvikten av reaktionerna och utvärdera den experimentella CO-konversionen i förhållande till jämviktskonversionen. Den bästa totala prestandan uppnåddes med högtemperaturs Fe2O3/Cr2O3-katalysatorer, som uppnådde en CO-konversion på 70-80 procent och mindre än 5 procent etenkonversion. Jämförelsevis konverterar lågtemperaturs CuO/ZnO/Al2O3-katalysatorer CO till över 97 procent och eten till över 99 procent.Description
Supervisor
Puurunen, RiikkaThesis advisor
Nikkanen, VilleKeywords
carbon monoxide removal, water-gas shift, methanation, pyrolysis, gasification, plastic waste recycling
