Geri Dön

Palladyum-alumina tabletlerde hidrojen difüzyonu ve membran reaktör uygulamaları

Hydrogen diffusion in palladium-alumina tablets and membrane reactor applications

  1. Tez No: 114898
  2. Yazar: MELTEM DOĞAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gazi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 249

Özet

PALLADYUM-ALUMINA TABLETLERDE HİDROJEN DİFÜZYONU VE MEMBRAN REAKTÖR UYGULAMALARI (Doktora Tezi) Meltem DOĞAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Eylül 2001 ÖZET Bu çalışmanın ilk kısmında metanın su buharı ile reforming reaksiyonunun yürütüldüğü endüstriyel boyutta bir akışkan yataklı membran reaktör modellenmiştir. Membran yüzey olarak reaktörde saf palladyum tüpler, Nb-Ta destek üzerine palladyum kaplanmış tüpler ve alumina tüpler kullanılmıştır. Reforming reaksiyonları yanında, reaktöre oksijen beslenerek metanın oksidasyon reaksiyonlarının gerçekleştirildiği kabul edilmiştir. Reforming reaksiyonlarına gerekli ısının oksidasyon reaksiyonları ile sağlanması amaçlanmıştır. Metan dönüşümü artan oksijen besleme hızı ile artmasına rağmen hidrojen verimi ve membran tüplerden geçen hidrojen akış hızı düşmüştür. Reaktörde alumina tüpler kullanıldığında, yüksek oksijen besleme hızlarında tüplerden geçen gaz karışımı içinde hidrojen konsantrasyonu % 9.4 gibi düşük bir değerde belirlenmiştir. Modelleme sonuçları, reaktör performansının kabarcık çapı gibi hidrodinamik parametrelerden önemli ölçüde etkilendiğini göstermiştir. Fazlar arası kütle transfer direncinden dolayı kabarcıklar içinde reaksiyona girmemiş önemli miktarda metan kalmıştır. Yürütülen çalışmanın ikinci kısmında, metanın su buharı ile reforming reaksiyonu sonucu oluşan gaz karışımından (CH4, H20, CO, CO2 ve H2) hidrojeni seçici olarak ayırabilmek amacıyla Pd yüklenmiş gözenekli tabletler hazırlanmıştır. Hidrojen ve karbondioksitin etkin difüzyon sabitleri % 3.1 Pd- alumina ve % 8.3 Pd-alumina tabletlerde incelenmiştir. Deneysel çalışmalar izobarik ve izobarik olmayan şartlarda yürütülmüştür. Tek tablet moment tekniğine göre yapılan analizler ile hidrojen, karbondioksit ve helyum izleyicileri için etkin difüzyon sabitleri, adsorpsiyon denge sabitleri ve viskoz akı parametreleri belirlenmiştir. Pd-alumina tabletlerde elde edilen parametreler saf alumina tablette elde edilenler ile karşılaştırılmıştır. Düşük sıcaklıklarda Pd-alumina tabletlerde hidrojenin Pd üzerinde kuvvetli adsorpsiyonu ile yüzey difüzyonunun önem kazandığı gösterilmiştir. İzobarik şartlarda yüzey difüzyonunun toplam difuziviteye kalkışı 40°C'de yaklaşık % 50 olarak belirlenmiştir. % 3.1 Pd-alumina tablette hidrojenin etkindifüzyon sabiti 40°C'de 0.076 cm2/s iken, sıcaklığın 200°C ye arttırılması ile bu değer 0.064 cm2/s' ye düşmüştür. 40°C de hidrojen için % 3.1 Pd-alumina ve saf alumina tabletlerde belirlenen etkin difüzyon sabitlerinin oram yaklaşık 1.5 civarında iken bu oran karbondioksit için birin bile altında gözlenmiştir. Hidrojen ve karbondioksitin % 3.1 Pd-alumina tabletlerdeki etkin difüzyon sabitlerinin oram 40°C'de 7.6 olarak bulunmuştur. Hidrojenin Pd-alumina tabletlerdeki adsorpsiyon ısısı 4.8 kcal/mol iken bu değer saf alumina tabletlerde 1.5 kcal/mol olarak belirlenmiştir. Karbondioksit için % 3.1 Pd- alumina tablette 40°C de belirlenen adsorpsiyon denge sabiti, saf alumina tablettekinden daha düşük belirlenmiştir. Hazırlanan Pd-alumina tabletler 1400°C de pişirilerek de izobarik deneyler yürütülmüştür. Bu tabletlerde hidrojenin etkin difüzyon sabitinin pişirilmeden önceki değere göre oldukça düştüğü görülmüştür. İzobarik olmayan deneyler sonucu elde edilen sıfırıncı ve birinci mutlak moment değerlerinin ortak analizi ile hidrojen, karbondioksit ve helyum için etkin difüzyon sabitleri ve Darcy sabitleri hesaplanmıştır. Helyum izleyicisi için Pd-alumina tabletlerde belirlenen Darcy sabiti saf alumina için belirlenenden 1.5 kat büyük bulunmuştur. Bu farklılığın tamemen tabletlerin fiziksel özelliklerinden kaynaklandığı belirtilmiştir. Hidrojen izleyicisi için Pd-alumina ve saf alumina tabletlerde belirlenen Darcy sabitlerinin oranının sıcaklıkla azalması da düşük sıcaklıklarda önem kazanan yüzey difüzyonu ile açıklanmıştır. Darcy sabitinin Pd alumina ve saf alumina tabletlerdeki oranı karbondioksit için 40°C'de 1.4 olarak belirlenmiştir. Bu oranın helyum izleyicisi için belirlenenden az da olsa küçük bulunması, saf alumina tablette karbondioksitin daha fazla adsorplanması ile açıklanmıştır. Bilim Kodu : 600.10.09 Anahtar Kelimeler : Membran reaktör, Hidrojen difüzyonu, Tek-tablet moment tekniği, Palladyum Sayfa Adedi :247 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Gülsen DOĞU

Özet (Çeviri)

Ill HYDROGEN DIFFUSION IN PALLADIUM-ALUMINA TABLETS AND MEMBRANE REACTOR APPLICATIONS (Ph. D. Thesis) Meltem DO?AN GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY September 2001 ABSTRACT In the first part of this work, an industrial-scale fluidized bed membrane reactor was simulated for steam methane reforming reaction. Pure palladium, palladium coated on Nb-Ta and alumina tubes were used in the reactor as the membrane surface. In addition to reforming reactions, oxidation reactions of methane were also considered by feeding oxygen into the reactor. The heat required for reforming reactions was supplied by the oxidation reactions. Methane conversion was found to increase by increasing oxygen feed rate, whereas hydrogen yield and flow rate of permeate hydrogen through membrane tubes decreased. Hydrogen concentration in permeate gas mixture was found at a low value of 9.4 % at high oxygen feed rate, when alumina tubes were used in the reactor. Simulation results showed that reactor performance was strongly influenced by hydrodynamic parameters such as bubble diameter. Because of interphase mass transfer resistance, significant amount of unreacted methane remains in the bubbles. In the second part of this work, Pd impregnated porous alumina tablets were prepared for the selective removal of hydrogen from the gas mixture (CH4, H2O, CO, CO2 and H2) produced by steam reforming of methane. Effective diffusivities of hydrogen and carbon dioxide were investigated in the Pd- impregnated tablets which contain 3.1 % and 8.3 % Pd in alumina. Experimental studies were carried out at isobaric and nonisobaric conditions. Effective diffusion coefficients, adsorption equilibrium constants and parameters of viscous flow for hydrogen, carbon dioxide and helium tracers were determined by applying the single-pellet moment technique. The parameters determined for Pd-alumina tablets were compared with the corresponding parameters for pure alumina tablets. It was shown that surface diffusion gained importance on Pd-alumina tablets at low temperatures, due to strong adsorption of hydrogen on Pd. It was indicated that contribution of surface diffusion to the overall effective diffusivity was about 50 % at 40°C.IV While effective diffusion coefficient of hydrogen in 3.1 % Pd-alumina tablet was 0.076 cm2/s at 40°C, it decreased to 0.064 cm2/s by increasing temperature to 200°C. The ratio of effective diffusivities of hydrogen obtained in 3.1 % Pd- alumina and pure alumina tablets was found as about 1.5 at 40°C while for carbon dioxide it was even slightly less than 1.0. The ratio of effective diffusivities of hydrogen and carbon dioxide in 3.1 % Pd-alumina tablet was found as 7.6 at 40°C. While heat of adsorption for hydrogen tracer in Pd- alumina tablets was 4.8 kcal/mole, it was calculated as 1.5 kcal/mole in pure alumina tablets. The adsorption equilibrium constant of carbon dioxide in Pd- alumina tablets was lower than the corresponding value obtained in pure alumina. Isobaric experiments were also carried out with Pd-alumina tablets baked at 1400°C. It was shown that effective diffusion coefficient of hydrogen in baked tablets decreased sharply as compared to the non-baked tablets. Effective diffusivities and Darcy coefficients of hydrogen, carbon dioxide and helium were evaluated from simultaneous analysis of zeroth and first absolute moments obtained in nonisobaric experiments. Darcy parameter for helium tracer found in Pd-alumina tablet was 1.5 times higher than that of pure alumina tablet. It was indicated that the reason for this difference was due to the physical properties of the tablets. For hydrogen tracer, the decrease of the ratio of Darcy parameter observed in Pd-alumina tablet to that in pure alumina tablet by increasing temperature, was also explained with increased significance of surface diffusion at low temperatures. The ratio of Darcy coefficient in Pd-alumina to that in pure alumina for carbon dioxide was determined as 1.4 at 40°C, which is slightly lower than the corresponding value for helium. A slight decrease in this ratio for carbon dioxide tracer was explained by higher adsorption of carbon dioxide in pure alumina. Science Code : 600.10.09 Key Words : Membrane reactor, Hydrogen diffusion, Single-pellet moment technique, Palladium Page Number : 247 Adviser : Prof. Dr. Gülsen DO?U

Benzer Tezler

  1. Tez No

    564230

    Palladyum alaşım membranların sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of palladium alloy membranes

    SİNEM KILIÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MELTEM DOĞAN

  2. Tez No

    216632

    Akışkan yataklı membran reaktörlerde izobütan dehidrojenasyonunun incelenmesi

    Investigation on isobutane dehydrogenation in fluidized bed membrane reactors

    SALİHA KILIÇARSLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. MELTEM DOĞAN

  3. Tez No

    607175

    Recovery and optimization of nano-materials used in catalytic converters

    Katalitik konvertörlerde kullanılan nano-materyallerin geri kazanımı ve optimizasyonu

    KADİR KIRAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİGEN KADIRGAN

  4. Tez No

    152867

    Solution processing: Fabrication and characterization of polymeric nanocomposite films and polystyrene nanoparticles

    Polimerik nanokompozit filmlerin ve polistiren nanoparçacıkların çözelti işleme, üretim ve nitelendirme teknikleri

    MUSTAFA MUAMMER DEMİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    Kimya MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    DOÇ. DR. YUSUF ZİYA MENCELOĞLU

  5. Tez No

    119332

    CO oxidation on alumina supported Pd-Pt mono and bi-metallic catalysts: Temperature hysteresis

    CO'in alumina destekli tekli ve ikili Pd-Pt katalizörleri üzerinde oksidasyonu: Sıcaklık histerezis olayı

    SARP KAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. DENİZ ÜNER

    MEMDUH BİRBİLEN

Geri Dön