Catalytic synthesis gas production in microchannel reactors
Mikrokanal reaktörlerde katalitik sentez gazı üretimi
- Tez No: 325588
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET KERİM AVCI, PROF. DR. ZEYNEP İLSEN ÖNSAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- 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: 155
Özet
Bu doktora tezi,özgün tasarımlı duvara kaplamalı ve tanecik dolgulu mikrokanal reaktörlerde, ?-Al2O3 destekli Ni ve kıymetli metal (Rh, Ru, Pd, Pt) bazlı katalizörler üzerinde metandan sentez gazı üretimini ele almaktadır. Öncelikle, tepkime sıcaklığının, molar buhar/karbon oranının, tanecik boyutunun ve beslemedeki karbondioksit varlığının ve tümü ?-Al2O3 destekli Ni, Pt-Ni, Pd, Rh, Ru gibi katalizörlerin, metanın buhar reformlanması (MSR) verimine olan etkilerini araştırmak üzere test koşulları belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, duvara kaplamalı ve tanecik dolgulu mikrokanal olmak üzere iki farklı reaktör tasarımında %2 Rh, %2 Ru, %2 Pd ve %10 Ni katalizörlerin metan buhar reformlanması aktiviteleri, tepkime sıcaklığı 873-1023 K, buhar/karbon oranı 2.5-3.5 aralıklarında değiştirilerek, ve kalma süresi 7.22 mg?min?cm-3 değerinde tutularak, sabit bir metan giriş oranında araştırılmış ve iki reaktör tasarımı karşılaştırılmıştır. Her iki reaktör düzeninde %2 Rh, en yüksek H2 ve CO üretim hızlarını vermiştir. Duvara kaplamalı reaktörde elde edilen H2/CO oranlarının tanecik dolgulu reaktördekilerden daha düşük olduğu belirlenmiştir. CO seçimliliği bakımından %2 Rh daha iyi sonuç verirken, %10 Ni en yüksek H2 seçimliliğini göstermiştir. Üçüncü olarak, ?-Al2O3 destekli, çift metalli %0.2 Pt-%2 Rh katalizörünün metanın oksijenli buhar reformlanması (OSRM) sürecindeki verimi tanecik dolgulu mikrokanal reaktörde incelenmiş ve bu sonuçlar duvar kaplamalı mikrokanal reaktör sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Burada incelenen temas süresi aralığı olan 0.41-0.71 mg?min?cm-3, diğer deneylere göre daha düşüktür. Çalışılan bütün parametrelerdeki (tepkime sıcaklığı, temas süresi, buhar/karbon oranı ve oksijen/karbon) artiş metan dönüşümünü artırırken, sadece tepkime sıcaklığı ve temas süresindeki artış CO seçimliliği arttırmaktadır. Bütün paremetreler için, metan dönüşüm değerleri her iki reactor düzeni için karşılaştırılabilir düzeydedir. Sentez gazı üretiminde önem arzeden CO seçimliliğinin duvar kaplamalı mikrokanal reaktör düzeninde belirgin bir şekilde daha yüksek çıktığı bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents syngas production from methane by steam and oxidative steam reforming in novel design wall-coated and packed microchannel reactors over ?-Al2O3 supported Ni and precious metal (Rh, Ru, Pd, Pt) based catalysts. Firstly, experimental design for determining performance test conditions was conducted to investigate the effects of reaction temperature, molar steam-to-carbon (S/C) ratio, particle size and addition of carbon dioxide to the feed over various catalysts including Ni/?-Al2O3, Pt-Ni/?-Al2O3, Pd/?-Al2O3 Rh/?-Al2O3 and Ru/?-Al2O3 for MSR activity. The aim of second part of the study was to investigate and compare methane steam reforming (MSR) performances of precious metal and nickel catalysts, 2wt% Rh, 2wt% Ru, 2wt% Pd, and 10wt% Ni, for syngas production in two different microchannel reactor geometries, namely wall-coated and packed microchannels, operated at 873-1023 K and S/C ratios of 2.5-3.5, using a fixed inlet methane concentration and identical contact time of 7.22 mg.min.cm-3. In both cases, H2 and CO production rates over 2wt% Rh were the highest. It was found that H2/CO molar ratios in coated microchannel product streams are significantly lower than those in packed microchannels, 2wt% Rh is better in terms of CO selectivity while 10wt% Ni gives the highest H2 selectivity. Thirdly, oxidative steam reforming of methane (OSRM) performance of 0.2wt%Pt-2wt%Rh/?-Al2O3 bimetallic catalyst was investigated in packed microchannel reactors, and compare its performance with coated microchannels, a parametric study involving variations in reaction temperature, contact time, and steam-to-carbon and oxygen-to-carbon ratios was performed in the relatively lower contact time range of 0.41 to 0.71 mg?min?cm-3. Increase in all of the parameter values led to improvement in methane conversion, while CO selectivity increased only with temperature and contact time. In all cases, methane conversions in both microchannel configurations are found to be comparable with each other. CO selectivity, a critical parameter in syngas production, is found to be significantly higher in the coated microchannel configuration.
Benzer Tezler
- Experimental and quantitative analysis of multiphase catalytic reactions under microfluidic flow conditions and geometries
Çok fazlı katalitik reaksiyonların mikroakış koşul ve geometrilerinde deneysel ve hesaplamalı yöntemlerle incelenmesi
MUSTAFA KARAKAYA
Doktora
İngilizce
2012
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET KERİM AVCI
- Intensified dimethyl ether production from synthesis gas with CO2
CO2 içerikli sentez gazından yoğunlaştırılmış dimetil eter üretimi
NUSRET FURKAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KERİM AVCI
- Modeling of reverse water-gas shift reaction in membrane integrated microreactors
Ters su-gazı değişimi reaksiyonunun membran entegre edilmiş mikroreaktörlerde modellenmesi
MERT CAN İNCE
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KERİM AVCI
- Farklı demir öncüllerinin ve seryum fonksiyonlarının FT-olefin performansına olan etkilerinin incelenmesi
Investigation the effect of different iron precursor and cerium functions on FT-olefin performance
DENİZ BİLGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR
- Biyokütleden hidrojen üretiminin simülasyonu ve katalitik filtrenin ürün gazı üzerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
The simulation of hydrogen from biomass and experimental investigation of the effect of catalytic filter on the product gas
GÖKÇEN ÖZKARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
EnerjiYalova ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET YÜKSEL
DOÇ. DR. ATİLLA ERSÖZ