Bi-functional nanostructured novel catalysts for dimethyl ether synthesis
Dimetil eter sentezi için çift fonksiyonlu nanoyapılı yeni katalizörler
- Tez No: 318882
- Danışmanlar: PROF. DR. H. ÖNDER ÖZBELGE, PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 222
Özet
Fosil yakıtlarının aşırı kullanımı önümüzdeki yüzyılda önemli enerji yokluğu problemlerine yol açabilir ve CO2 salınımıyla küresel ısınmaya neden olmaktadır. Ulaşımdaki petrol kullanımı, toplam petrol kullanımının en büyük yüzdesini oluşturmaktadır. Petrol dışı kaynaklardan çevre dostu alternatif motorlu taşıt yakıtlarının geliştirilmesine yönelik çalışmalar son on yıllarda artmıştır. Araştırılan alternatif yakıtlar içerisinde dimetil eter (DME); yüksek setan sayısı, partikül ve hava kirletici gazların emisyonu açısından üstün özelliklere sahip olması sayesinde öne çıkmıştır. Biyo-atıklar veya kömürün gazlaştırılması ya da doğal gazın reformlanmasıyla elde edilen sentez gazından başlayarak DME üretimi mümkün olabilmektedir. DME sentezi iki farklı yöntemle gerçekleştirilmektedir. Bunlardan birincisinde önce sentez gazından metanol sentezi ve ardından üretilen metanolün dehidrasyonu ile DME oluşumu söz konusudur. İkinci yöntemde ise methanol sentez ve dehidrasyonlarının tek bir reaktörde aynı anda gerçekleştiği, DME'in doğrudan sentez gazından tek aşamada sentezi ile eldesidir. Doğrudan sentez prosesi için hem metanol sentez hem de dehidrasyon özellikleri olan iki fonksiyonlu katalizörlere ihtiyaç duyulmaktadır.Bu tez çalışmasında, iki basamaklı dimetil eter sentezinin metanol sentez ve dehidrasyon fonksiyonlarında kullanılması amacıyla ve sentez gazından doğrudan dimetil eter eldesi için iki fonksiyonlu katalizörler sentezlenmiştir. Sentezlenen malzemelerin dışında ticari katalizörler ile de çalışmalar yürütülmüştür. Katallitik malzemeler XRD, EDS, SEM, azot adsorplanmasıyla yüzey karakterizasyonu ve DRIFTS teknikleri ile karakterize edilmiştir. Aktivite testleri, yüksek basınçlı sabit yataklı akış reaktör sisteminde 50 bar basıncında ve H2:CO=50:50 ve H2:CO: CO2=50:40:10 besleme gazı kompozisyonlarında test edilmiştir.Zirkonyum ve alüminyum promotörleri eklenmesi, uzun bekletme süresi, 550 °C'de kalsinasyon sıcaklığı ve 250 °C'de indirgenme sıcaklığı eşit kompozisyonlu CO ve H2 içeren sentez gazından metanol eldesinde aktiviteyi artırmıştır. Çöktürme katalizörleri genel olarak yüksek aktivite göstermişlerdir. Çöktürme yöntemiyle hazırlanan çift fonksiyonlu katalizör, oluşan metanolü dimetil etere az oranda dönüştürmüştür. Silikotungstik asit emdirilmiş SBA-15'in ticari metanol reformlama katalizörü ile karıştırılmış olarak aktivitesine bakıldığında yüksek seçicilikte dimetil eter elde edildiği görülmüştür.Ticari metanol sentez ve dehidrasyon katalizörlerin ve silikotungstik asit esaslı mezogözenekli TRC-75(L) katalizörünün uygun oranda karıştırarak veya sıralı olarak hazırlanan reaktörler ile yapılan aktivite testlerinde çok yüksek DME verimi elde edilmiştir ve yapılan deneylerle doğrudan sentezin iki basamaklı senteze olan üstünlüğü ispatlanmıştır. Sentez gazı içinde CO2 bulunması sadece DME verimini artırmakla kalmamış, aynı zamanda da en önemli sera gazı olan CO2'in kullanımında başarılı olunmuştur. Çalışma kapsamında sentezlenen katalizörlerin sentez gazından DME sentezinde çok umut verici oldukları görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Excessive use of fossil fuels shall result in the significant energy problems in the coming century and causes global warming by CO2 emission. Use of petroleum in transportation constitutes the dominant part of total petroleum use. Researches on non-petroleum based, environmentally friendly alternative fuels have been ascended in last decades. Among the alternative fuels, DME has been considered as an attractive fuel alternate due to high cetane number, low PM (particulate matter) and low NOx emission. Synthesis of DME is possible with gasification of biowastes or coal and steam reforming of natural gas. DME is produced in two different methods. In the first method, methanol is formed from the synthesis gas, followed by methanol dehydration to DME. In the second method, called as direct synthesis of DME from synthesis gas, methanol formation and dehydration occurs simultaneously at the same location within the reactor. For the direct synthesis of DME, bi-functional catalysts must be used; one site is responsible for methanol synthesis and other site is responsible for methanol dehydration.Throughout this thesis work, several catalysts were prepared to be used as methanol synthesis component or methanol dehydration component of bi-functional direct DME synthesis catalyst and bi-functional catalysts were also prepared for the direct synthesis of DME from synthesis gas. Materials were characterized by XRD, EDS, SEM, N2 physisorption, and DRIFTS characterization techniques. Activity tests were conducted in a high pressure, fixed bed flow reactor at 50 bar and for the feed gas compositions of H2:CO=50:50 and H2:CO: CO2=50:40:10.Addition of zirconia and alumina promoters, long aging time, calcination temperature of 550 °C and reduction at 250 °C were found to be beneficial in methanol synthesis from the equimolar composition of CO and H2. Precipitated catalysts were usually active and selective to methanol. However, bi-functional co-precipitated catalyst was not successful in situ conversion of methanol into dimethyl ether. Furthermore, tungstosilisic acid impregnated SBA-15 was physically mixed with commercial methanol reforming catalyst and activity results revealed that high DME yield and selectivity were obtained.By physically mixing commercial methanol synthesis and reforming catalysts with ?-Al2O3 and TRC-75(L) in appropriate proportions or by preparing the reactor bed in a sequential arrangement, very high DME yields were obtained and superiority of direct synthesis to conventional two step synthesis was proven. Presence of CO2 in the feed stream not only enhanced the catalytic activity but also utilization of the most important greenhouse gas was accomplished. It was seen that synthesized catalysts are very promising in the direct synthesis of dimethyl ether from synthesis gas.
Benzer Tezler
- Molecular recognition based self assembly of engineered proteins on nanoscaled gold surfaces
Nano-ölcek metal yüzeylerde moleküler tanıma esaslı kendiliğinden montaj olabilen protein tasarımı
BANU TAKTAK KARACA
Doktora
İngilizce
2015
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT BALTA
- Inorganic binding polypeptides as molecular constructs
Anorganik yapılara bağlanan peptitlerin moleküler araç olarak kullanılması
TURGAY KAÇAR
Doktora
İngilizce
2010
Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
PROF. DR. MEHMET SARIKAYA
- Poly(Phenylenevinylene)s as sensitizers for visible light induced cationic polymerization
Poli(Fenilen vinilen) türevlerinin görünür bölgede katyonik polimerizasyon için fotobaşlatıcı olarak kullanımı
SEMİH ERDUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Yeni nesil fonksiyonel kopolimer-raft ajan/organo-silikat nanoyapılarının sentezi ve karakterizasyonu
The synthesis and characterization of novel functional copolymer-raft agent/organo-silicate nanostructures
ABDULLAH ERNUR SÖYLEMEZ
Doktora
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE GÜNAY KİBARER
- Immobilization of β-galactosidase onto chitosan nanofibers
Kitosan nanolifleri üzerine β-galaktosidaz immobilizasyonu
CEREN ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY