Strukturoidun katalyytin pinnoitus metanolisynteesissä

Abstract

Insinöörityön aiheena oli pinnoitetun katalyytin käyttö metanolisynteesissä ja se toteutettiin Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:lle. Kirjallisuusosassa käytiin läpi metanolin ja metanolisynteesin merkitys yhteiskunnalle nykypäivänä sekä tulevaisuudessa. Lisäksi kirjallisuusosassa tutustuttiin pinnoitetun katalyytin eri valmistusvaiheisiin ja erilaisiin pinnoitusmenetelmiin sekä lopputuotteen analysointiin. Tarkasteltavana tulokulmana oli kuparin, sinkin, ja alumiinin katalyyttisekoitus, mikä pinnoitettaisiin alumiinisen 3D-tulostetun kappaleen eli substraatin pinnalle. 3D-tulostetun substraatin etuja on suurempi pinta-ala pinnoitetta varten sekä pienempi painehäviö verrattuna perinteiseen katalyyttipellettiin.

Työn kokeellisessa osassa valmistettiin putkireaktori käyttämällä slurrya ja substraatti pinnoitettiin washcoat-menetelmällä. Katalyyttinä käytettiin VTT:n valmistamaa in-housekatalyyttiä, joka koostui kuparista, sinkistä ja alumiinista. Valmistettiin myös toinen putkireaktori, jonka pakkaus koostui ainoastaan katalyyttipartikkeleista ilman pinnoitettavaa substraattia. Kokeet suoritettiin virtauksilla 0,4–1,2 l/min ja lämpötilassa 220–250 °C. Paine pidettiin vakiona 20 bar (g). Tuloksista laskettiin konversio, selektiivisyys, saanto ja aktiivisuus, joiden avulla pystyttiin arvioimaan katalyytin tehokkuutta metanolisynteesissä.

Tulokset osoittivat, että käytetty katalyyttipartikkeli oli liian hienojakoista käytettäväksi yksinään putkireaktorissa, koska reaktori meni tukkoon katalyytin pelkistysvaiheessa. Pinnoitettu substraatti taas osoitti potentiaalia aktiivisuuden perusteella. Katalyytti vaatii kuitenkin lisätutkimuksia ennen lopullisia johtopäätöksiä sen kyvykkyydestä tuottaa metanolia hiilidioksidista. Lisäksi washcoat-prosessia täytyy kehittää, sillä poikkileikkauskuvasta havaittiin, että katalyyttipinnoitetta ei ollut päässyt levittäytymään pinnoitettavan substraatin sisäosiin.