Geri Dön

Dimethyl ether from synthesis gas over bifunctional hybrid catalyst mixtures

İki fonksiyonlu hibrit katalizör karışımları kullanarak sentez gazından dimetil eter üretimi

PDF İndir

  1. Tez No: 355367
  2. Yazar: AYŞEGÜL BAYAT
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TİMUR DOĞU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Dimetil Eter sentezi, İki fonksiyonlu katalizör, Doğrudan sentez, Mezogözenekli aluminyum, Silikotungstik asit, Karbondioksit, Dimethyl ether synthesis, Bifunctional catalyst, Direct synthesis, Mesoporous Alumina, Silicotungstic acid, Carbon Dioxide
  7. Yıl: 2013
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 216

Özet

Petrolden elde edilen yakıtların fiyatlarının sürekli artması ve bu yakıtların aşırı kullanımınından dolayı artan emisyon miktarlarının küresel ısınmanın hızlanmasına neden olmasından dolayı, bu yakıtlara alternatif olacak yakıtlar göz önünde bulundurulmaya başlanmıştır. Dimetil eter (DME) düşük NOx dönüşümü ve partikül salınımına, dumansız yanma ve yüksek setan sayısına sahip olması sebebiyle dikkat çekmektedir. DME iki farklı yöntem ile sentezlenebilir. Birinci yöntemde, karbon monoksit ve hidrojen karışımı olan sentez gazı bakır içeren katalizör varlığında metanole dönüştürülür ve ardından katı asit katalizör varlığında oluşan metanolden dehidrasyon ile dimetil eter sentezlenir. İkinci yöntem ise sentez gazından doğrudan DME sentezidir. Bu yöntem tek adım içerir ve metanol sentez ve dehidrasyonu için iki aktif bölgeye sahip katalizör kullanımını gerektirir. Bu çalışmada, metanol sentez ve dehidrasyon bileşenleri içeren farklı katalizör karışımları kullanılarak sentez gazından doğrudan DME sentezi incelenmiştir. Bakır bazlı metanol sentez katalizörleri ve ticari ?-Al2O3 metanol dehidrasyon katalizörü içeren iki fonksiyonlu katalizör karışımları yüksek basınçlı, sabit yataklı reaktör sisteminde test edilmiştir. Reaksiyon şartları olarak 50 bar basınç, 200-300oC sıcaklık aralığı ve hacim oranına göre H2/CO=50/50 içeren besleme gazı bileşimi seçilmiştir. En yüksek karbon monoksit dönüşümü aluminyum promotör içeren katalizör kullanılarak 300oC'de %15,6 olarak elde edilmiştir. Aluminyum ve zirkonyum promotör bulunan katalizörleri içeren iki fonksiyonlu katalizör karışımları ile 200oC'de sırası ile %68,8 ve %66,4 olmak üzere en iyi DME seçiciliklerine ulaşılmıştır. Zirkonyum promotör içeren katalizör (CZZr) en kararlı bakır bazlı metanol sentez katalizörü olarak belirlenmiştir. Zirkonyum promotör içeren ve yüksek sıcaklıkta kalsine edilmiş katalizör içeren karışım 225oC'de %73,9 ile yüksek DME seçiciliği göstermiş ama yüksek sıcaklıkta seçicilik hızla azalmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında, mezogözenekli aluminyum (MA) 322 m2/g yüzey alanı ile başarı ile sentezlenmiştir. Ticari methanol sentezi katalizörü (MSC) ile CZZr aynı reaksiyon şartlarında ayrı ayrı MA ile karıştırılmıştır. MSC + MA'nın aktivite sonucu gösterdi ki CO dönüşümü ve DME seçiciliği sıcaklıkla artmış ve sırası ile %36,6 ve %55,8'e yükselmiş ve 300oC'de %20,4 DME verimi elde edilmiştir. Asidik kuvveti artırmak için MA üzerine Silicotungstik asit (STA) yüklenmiştir (STA@MA). Ayrıca, STA@MA miktarı da artırılmıştır. 300oC'de en yüksek CO dönüşümü, DME seçiciliği ve DME verimi sırası ile %49,4, %60,8 ve %30,1 olarak MSC + STA@MA kullanılarak elde edilmiştir. H2, CO ve CO2 gazlarının farklı hacimsel akış hızı oranları kullanılarak MSC + STA@MA test edilmiştir. %10 CO2 içeren besleme gazı ile 275oC'de %90 toplam DME seçicliği elde edilmiş ve bu değer CO2 yüzdesinin %25 ve %40'a yükseltilmesi ile sırası ile %82,2 and %78,2'ye düşmüştür. %10 CO2 içeren besleme gazı en iyi besleme gaz bileşimi olarak belirlenmiştir. Deneysel olarak elde edilen CO dönüşümü ile CO and CO2 komposizyonları tahmin edilen denge değerleri ile kıyaslanmıştır. Deneysel sonuçların hiçbiri kendilerine karşılık gelen denge CO dönüşümü ile CO and CO2 komposizyonlarını geçmemiştir. Sonuçlar kanıtladı ki, methanol sentez ve dehidrasyon reaksiyonlarının aynı sistemde eş zamanlı olarak meydana gelmesi ile oluşan sinerji DME verimini önemli ölçüde artırmıştır.

Özet (Çeviri)

Due to increasing prices of crude oil based transportation fuels and ascending rate of global warming caused by high emission levels of conventional fuels with excessive use, alternative fuels have been considered as alternates. Dimethyl ether (DME) has received growing attention as an alternative clean fuel with low NOx formation and particulate emission, smokeless combustion and high cetane number. DME is mainly synthesized by two methods. In the first method, synthesis gas which is a mixture of carbon monoxide and hydrogen is converted to methanol over a copper-based catalyst; then, methanol dehydration takes place in the presence of a solid acid catalyst, resulting in the production of DME. The second method is direct synthesis of DME from synthesis gas, which is a single step process that requires catalysts having two active sites for methanol synthesis and methanol dehydration. In this work, direct synthesis of DME from synthesis gas was investigated using different catalyst mixtures containing methanol synthesis and dehydration components. Bifunctional catalyst mixtures containing copper-based methanol synthesis catalysts and commercial ?-Al2O3 methanol dehydration catalyst were tested in a high pressure, fixed bed flow reactor system. The reaction conditions were selected as 50 bar, temperature range of 200-300oC with a feed gas composition of H2/CO=50/50 based on volume ratio. The highest CO conversion was achieved as 15.6% at 300oC using alumina promoted catalyst mixture. Bifunctional catalyst mixtures containing alumina and zirconia promoted catalysts yielded the best DME selectivities of 68.8% and 66.4%, respectively, at 200oC. Zirconia promoted catalyst (CZZr) was found to be the most stable copper-based catalyst. Catalyst mixture containing zirconia promoted catalyst calcined at higher temperature showed high initial DME selectivity of 73.9% at 225oC which decreased sharply at higher temperatures. In the second part of the work, mesoporous alumina (MA) was successfully synthesized with surface area of 322 m2/g. Commercial methanol synthesis catalyst (MSC) and CZZr were separately mixed with MA at the same reaction conditions. The activity test of MSC + MA showed that both CO conversion and DME selectivity increased with temperature and reached 36.6% and 55.8%, respectively, with a DME yield of 20.4% at 300oC. To increase the acidic strength, Silicotungstic acid (STA) was impregnated on MA (STA@MA). The amount of STA@MA was also increased. The highest CO conversion, DME selectivity and DME yield were achieved as 49.4%, 60.8% and 30.1%, respectively, at 300oC by using MSC + STA@MA. MSC + STA@MA was tested using different volumetric flow rate ratios of H2, CO and CO2. The overall DME selectivity obtained with 10% of CO2 containing feed gas was 90% at 275oC and decreased to 82.2% and 78.2% with increasing CO2 to 25% and 40%, respectively. The feed gas mixture containing 10% of CO2 could be considered as the best feed gas composition. Experimental CO conversion and CO and CO2 compositions were compared with the predicted equilibrium values. None of the experimental results exceeded their corresponding equilibrium CO conversion, CO and CO2 compositions. Results proved that, synergetic effect of occurrence of methanol synthesis and dehydration reactions simultaneously in the same system considerably enhanced DME yield.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    268497

    Direct synthesis of dimethyl ether (DME) from synthesis gas using novel catalysts

    Yeni katalizörler kullanarak doğrudan sentez gazından dimetil eter (DME) üretimi

    AYÇA ARINAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. TİMUR DOĞU

    YRD. DOÇ. DR. DİLEK VARIŞLI

  2. Tez No

    557075

    Development of bifunctional catalyst for the single-step synthesis of dimethyl ether

    Tek basamakta dimetil eter sentezi için çift fonksiyonlu katalizör geliştirilmesi

    MEHMETALİ İLKER ŞENER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NAİME ASLI SEZGİ

    PROF. DR. TİMUR DOĞU

  3. Tez No

    559211

    Tungstofosforik asit içerikli mezogözenekli alümina katalizörleri ile sentez gazından doğrudan dimetil eter üretimi: basınç, sıcaklık ve katalizör oranının etkisi

    Direct dimethyl ether synthesis from syngas over mesoporous alumina supported tungstophosphoric acid catalysts: effect of pressure, temperature and catalyst ratio

    DERYA ERKAL USLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURAY OKTAR

  4. Tez No

    892449

    Process design, simulation and integration of dimethyl ether (dme) production from shale gas by direct and indirect methods

    Kaya gazından doğrudan ve dolaylı yöntemlerle dimetil eter (dme) üretiminin proses tasarımı, simülasyonu ve entegrasyonu

    SEÇKİN KARAGÖZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    EnerjiTexas A&M University

    Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. Mahmoud M. El-Halwagi

  5. Tez No

    325464

    Metal borhidrür sentezi ve hidrojen çevriminde kullanılabilirliği

    Metal borohydrides synthesis and their usability in hydrogen recycle

    ÇETİN ÇAKANYILDIRIM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN GÜRÜ

Geri Dön