A study on process ıntensıfıcatıon strategıes for dırect conversıon of CO2 to dımethyl ether
Tek aşamalı CO2 dönüşümü ile dimetil eter üretimini destekleyen süreç yoğunlaştırma stratejileri
- Tez No: 1019609
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KERİM AVCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, katma değerli bir yakıt ve kimyasal olan dimetil eterin (DME) CO2'nin doğrudan tek adımda hidrojenasyonu yoluyla üretiminin, gelişmiş katalizör tasarımı ve yerinde (in-situ) H2O adsorpsiyonuyla yoğunlaştırılmasını incelemektedir. Temel amaç, tersine su gaz değişimi (RWGS) ve metanol dehidrasyon reaksiyonları sırasında oluşan H2O'nun getirdiği termodinamik kısıtlamaların üstesinden gelmektir. MeOH dehidrasyonu için yaygın olarak kullanılan γ-Al2O3, H2O'nun rekabetçi adsorpsiyonu nedeniyle aktivite kaybı yaşamaktadır. γ-Al2O3'e fosfotungstik asit (PTA) ilavesi, yüzey Brønsted asit merkezlerini zenginleştirerek DME üretkenliğini iki katına çıkarmakta ve doğrudan bağlayıcı bir reaksiyon mekanizmasını etkin kılarak yan ürün oluşumunu bastırmaktadır. 245 °C ve 3.0 MPa koşullarındaki karşılaştırma testlerinde, %30 ağır. PTA/γ-Al2O3 katalizörü, 72 saatlik stabilite testi boyunca üstün kararlılık sergilemiştir. Bunu takiben, süreç bir Zeolit 3A (Z3A) adsorbanının entegre edilmesiyle yoğunlaştırılmıştır. Parametrik bir çalışma, tepe üretkenlik değerinin (2.1 x 10^(-2} kgDME/(kgKAT.h)), 7000 1/h GHSV'de ve 6 g adsorban yüklemesiyle, basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) kullanılarak elde edildiğini ortaya koymuştur. Son olarak, reaktör yatağının mekansal konfigürasyonu, Z3A'nın CZA'dan ayrılarak asidik katalizör yatağına taşınmasıyla optimize edilmiştir. 7000 1/h GHSV'de bu ayrık yatak konfigürasyonu, metalik ve asidik fonksiyonları etkin biçimde ayrıştırarak, DME/MeOH seçiciliğini \%62'ye çıkarmış ve DME üretkenliğini 2.5 x 10^(-2} kgDME/(kgKAT.h) değerine yükseltmiştir. Bu çalışma, CO2'nin DME'ye dönüşümünün kritik darboğazlarını aşmak için katalizör ve reaktör ölçeklerinde kapsamlı ve özgün bir bilgi seti sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the intensification of the direct one-step hydrogenation of CO2 to dimethyl ether (DME), a value-added fuel and chemical, through advanced bifunctional catalyst design and in-situ H2O removal. The primary objective was to overcome the thermodynamic limitations imposed by H2O generation during the reverse water-gas shift (RWGS) and methanol (MeOH) dehydration reactions. While γ-Al2O3 is widely used for methanol dehydration, it suffers from activity loss due to competitive adsorption of H2O. Addition of phosphotungstic acid (PTA) to γ-Al2O3 enriches surface Brønsted acid sites, which doubles the DME productivity and suppresses byproduct formation by favoring a direct associative reaction mechanism. In sorption-free benchmark tests at 245 °C and 3.0 MPa, the 30 wt.% PTA/γ-Al2O3 catalyst demonstrated superior stability during a 72-hour time-on-stream test. Subsequently, the process was intensified via integrating a Zeolite 3A (Z3A) adsorbent. A parametric study identified that peak productivity (2.1 × 10−2 kgDME kgcat-1 h-1) was favored at a GHSV of 7000 h-1 with an adsorbent loading of 6 g, utilizing pressure swing adsorption (PSA) for rapid adsorbent regeneration. Finally, the spatial configuration of the reactor bed was optimized by separating the Z3A from CZA and shifting it to the acidic catalyst bed. At 7000 h-1, this split-bed configuration improved the DME/MeOH selectivity to 62% compared to 25% for the mixed bed, effectively decoupling the metallic and acidic functions and increasing the DME productivity to 2.5 × 10−2 kgDME kgcat-1 h-1. This work provides a comprehensive set of novel information at the catalyst and reactor scales to overcome the critical bottlenecks of valorzing CO2 to DME.
Benzer Tezler
- Fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanlarının enerji performansının değerlendirilmesi
Evaluation of energy performance of photovoltaic integrated solar control elements
HASAN BASRİ SALTIK
- Ovulasyon indüksiyonu tedavisinde folliküler gelişimin ultrasonografik takibi
Başlık çevirisi yok
MERİH BAYRAM
- Bazı esterlerin kinetik incelenmesi ve termodinamik parametrelerin belirlenmesi
Kinetic study and detesmination of thermodnamic parameters of some esters
İBRAHİM TAŞ
- İzmir'de bazı yolların kapatılarak yaya bölgeleri oluşturma da kent peyzajını geliştirme açısından yeniden planlanması üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BAHAR TÜRKYILMAZ
