Characterization and performance analysis of fuel flexible OSR-WGS catalysts
Yakıt esnekliğine sahip oksidatif buharlı reformlama (OSR) ve gaz-buhar geçişi (WGS) katalizörlerinin karakterizasyonu ve performans analizi
- Tez No: 312118
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU, PROF. DR. ZEYNEP İLSEN ÖNSAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 261
Özet
Yakıt işlemcileri ve yakıt pillerinin birlikte kullanımı, enerji üretim ve dağıtımında konvansiyonel yöntemden yaygınlaştırılmış yönteme geçiş aşamasında büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma, verimli bir yakıt işlemcisinin derinlemesine incelenmesine yöneliktir. Çalışma kapsamında OSR katalizörü, Pt-Ni/ ? -Al2O3, yüzey karakterizasyonu, değişik hidrokarbon beslemelerde performansı ve kuvvet tipi reaksiyon hız denklemi bakımından incelenmiştir. Katalizör üzerindeki CO adsorpsiyonunun kızılötesi ışın yardımıyla incelenmesi Pt-Ni yüzey alaşımının muhtemel olduğuna işaret etmiştir. Hidrokarbon beslemesine metan eklenmesinin H2 üretimini ve üretim kararlılığını arttırdığı propan ve/veya metan beslemesi ile gerçekleştirilen OSR deney sonuçları ile gösterilmiştir. Bunun yanısıra, deneyler ?beslemedeki metan miktarı- katalizör metal yüklemeleri? ikilisinin eniyilenmesi halinde katalizörün yakıt esnekliğine sahip olduğuna işaret etmiştir. Yakıt işlemcisi ünitelerinin hacim hesaplamalarında kullanılmak üzere OSR reaksiyonun 400°C'de Pt-Ni/Al2O3 katalizörü üzerinde ve WGS reaksiyonunun 300°C'de Au-Re/CeO2 katalizörü üzerinde kuvvet tipi reaksiyon hız denklemleri elde edilmiştir. Au-Re/ZrO2 WGS katalizörünün, OSR ürün akışındaki değişiklikler karşısındaki performansı, seri halde bağlanan OSR-WGS reaktörleri kullanılarak incelenmiştir. 500°C OSR sıcaklığında düşük karbon/oksijen oranı ve kalma süresi kullanıldığında, WGS reaksiyonu vasıtası ile ilave H2 üretimi elde edilmiştir. Son olarak, 400°C'de çalışan ve Pt-Ni katalizörü ile yüklenmiş OSR reaktörü içeren bir yakıt işlemcisi modelinin ekzerji analizi yapılmıştır. Bu analiz; yakıt işlemcisi veriminin, yakıt pili tarafından reddedilen akışın bir kısmının geri dönüştürülüp taze besleme ile karıştırılması halinde arttığını göstermiştir. Model üzerindeki analizde veri olarak kullanılmak üzere; taze besleme ve geri dönüştürülen akışın karışması ile oluşturulan farazi beslemeler OSR reaksiyon deneylerinde test edilmiş, sonuçlar OSR katalizörünün H2 ve CO2 gibi OSR reaksiyonu ürünlerini içeren beslemelerde de aktif olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
This research study was conducted in order to acquire insight of an efficient fuel processor (FP) since FPs are believed to represent a key step of transition from conventional to decentralized energy production when combined with fuel cells (FC). Emphasis was first given to oxidative steam reforming (OSR) catalyst - namely Pt-Ni/Al2O3, by studing its surface characteristics, testing its performance under different hydrocarbon feed compositions and acquiring power-law kinetics of OSR reaction. Infrared CO adsorption studies revealed the possibility of a surface alloy formation. OSR experiments conducted with propane and/or methane feeds showed that addition of methane to the hydrocarbon feed enhanced hydrogen production rate and stability. Experimental results also underlined the fuel flexibility of Pt-Ni system when the methane content in the feed and the metal loadings of the bimetallic catalyst were adjusted carefully. In an effort to provide reliable rate laws to be used in the calculation of volume requirement of OSR and water-gas shift (WGS) reactors, the power-law type kinetics of OSR and reversible WGS reactions were determined over Pt-Ni/Al2O3 and Au-Re/CeO2 catalysts at 400 and 300°C, respectively. OSR and WGS reactors were connected in series and combined OSR-WGS experiments were conducted to investigate the response of the Au-Re/ZrO2 WGS catalyst to changes in the product stream of OSR reactor at different reaction temperatures. Additional hydrogen production in the WGS reactor was achieved at an OSR reactor temperature of 500°C with low C/O2 and W/F ratios. Lastly, an exergy analysis of a FP model was performed by using experimental results of OSR reactor operated at 400°C. The analysis showed that exergy efficiency of the combined FP-FC system can be increased by mixing part of the rejected stream by the FC with the fresh feed by introduction of a recycle stream to the system. OSR experiments that were conducted with feed streams obtained upon hypothetical mixing of fresh feed and recycle stream showed that Pt-Ni system adapts well to the changes in the feed composition.
Benzer Tezler
- Fabrication and performance evaluation of anode-supported planar solid oxide fuel cells via tapecasting and co-sintering technique
Anot destekli düzlemsel katı oksit yakıt hücrelerinin şerit döküm ve sinterleme tekniği ile üretimi ve performans değerlendirmesi
AYŞENUR ESLEM KISA
- Lityum iyon piller için baskı teknolojilerine uygun LFP/RGO katotların geliştirilmesi
Development of LFP/RGO cathodes suitable for print technologies for lithium ion batteries
MUSTAFA FURKAN SÖKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUD TOKUR
- Designing and analysis of SOFC operating with syngas and coal gasification integrated system
Sentez gazı ile çalışan katı oksit yakıt hücresi ve kömür gazlaştırma entegre sistemi dizayn ve analizi
CAN GÖKHUN ŞEKERCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
KimyaBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OKTAY DEMİRCAN
- Yakıt hücreleri için karbon temelli nanokatalizörlerin üretimi, karakterizasyonu ve performans analizleri
Carbon based nanocatalyst production, characterization and performance analysis for fuel cell
SEDA NUR EROL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik BilimleriNecmettin Erbakan ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYTEKİN UZUNOĞLU