Partial oxidation of methane into syngas at low temperature

Abstract

(English) Syngas (a mixture of H2 and CO) is a versatile feedstock that can be used to produce a wide range of chemicals and fuels. For that reason, there is a great interest to optimize and explore new routes for its production. The most common methods for syngas production are the steam reforming of methane (SRM), the partial oxidation of methane (POM), and the dry reforming of methane (DRM). In this thesis, a series of monometallic Pd, Ru, Ni, and bimetallic Pd–Ni, Ru–Ni, and Ru–Pd catalysts loaded on CeO2 support have been prepared via dry ball milling (BM) and conventional incipient wetness impregnation (IWI) methods. The results showed that the dry ball mill technique can be used to prepare highly dispersed metal species strongly interacting with the ceria support. The use of this technique led to an improvement in the POM catalytic activity, particularly at low temperature, compared to the conventional IWI method. This project contributes to an increased knowledge concerning the influence of the order of addition of the metals, metal ratio, milling energy, and time for samples prepared by the mechanochemical method on methane conversion and syngas yield. In order to determine the durability and performance of the catalysts, long-term stability tests were carried out for more than 100 h. Raman spectroscopy, temperature programmed reduction (H2-TPR), X–ray photoelectron spectroscopy (XPS), X–ray diffraction (XRD), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) have been used to characterize the catalysts before and after reaction.

(Català) El gas de síntesi (una barreja d’H2 i CO) és una matèria primera versàtil que es pot utilitzar per produir una àmplia gamma de productes químics i combustibles. Per aquesta raó, hi ha un gran interès per optimitzar i explorar noves vies per a la seva producció. Els mètodes més comuns per a la producció de gas de síntesi són la reformació amb vapor de metà (SRM), l’oxidació parcial del metà (POM) i la reformació seca del metà (DRM). En aquesta tesi, s'han preparat una sèrie de catalitzadors monometàl·lics de Pd, Ru i Ni i bimetàl·lics de Pd-Ni, Ru-Ni i Ru-Pd sobre un suport de CeO2 mitjançant mètodes de mòlta en sec (BM) i impregnació a humitat incipient convencional (IWI). Els resultats van mostrar que la tècnica de mòlta en sec pot ser utilitzada per preparar espècies metàl·liques altament disperses que interactuen fortament amb el suport de cèria. L'ús d'aquesta tècnica va portar a una millora en l'activitat catalítica de POM, especialment a baixa temperatura, en comparació amb el mètode IWI convencional. Aquest projecte contribueix a del augmentar el coneixement sobre la influència de l'ordre d'addició dels metalls, la relació metàl·lica, l'energia de mòlta i el temps de molta per a mostres preparades pel mètode mecanoquímic en la conversió de metà i el rendiment a gas de síntesi. Per determinar la durabilitat dels catalitzadors, es van dur a terme proves de resistència durant més de 100 hores. S'ha utilitzat l’espectroscòpia Raman, la reducció tèrmica programada (H2-TPR), l’espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS), la difracció de raigs X (XRD) i la microscòpia electrònica de transmissió d'alta resolució (HRTEM) per caracteritzar els catalitzadors abans i després de la reacció.