An experimental study on cobalt based catalytic dry reforming of methane catalysts
Metanın kuru reformlanmasında kullanılacak kobalt bazlı katalizörler hakkında deneysel çalışma
- Tez No: 356952
- Danışmanlar: PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın amacı metanın kuru reformlanmasında kullanılacak kobalt bazlı katalizörler tasarlamak ve katalizör yüzeyinde gerçekleşen reaksiyonun kinetiğini anlamaktır. Çalışma iki kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda ağırlıkça 5% Co-2% Ce/δ-Al2O3 katalizörü tasarlanmış olup katalizörün farklı sıcaklık, CH4/CO2 besleme oranları ve alan hızlarında performans analizi yapılmıştır. İkinci kısımda ağırlıkça 10% Co-2% Ce/ZrO2 katalizörü hazırlanmış, metanın kuru reformlanması reaksiyonu için üssel hız denklemi ve mekanistik hız denklemleri elde etmek amacıyla kinetik testler gerçekleştirilmiştir. İki çalışmada da yardımcı metal olarak Ce kullanılmıştır. Ce, metallerin elektronik yapılarını kontrol ederek katalizörlerin oksijen depolama kapasitelerini arttırmaktadır. Co-Ce/δ-Al2O3 katalizörüyle ilgili çalışmalarda katalizörde karbon çökmesi nedeniyle aktivite kaybı görülmüştür. Sıcaklık artışının aktiviteyi arttırırken düşük sıcaklıklarda katalizör daha stabil bir performans göstermiştir. 30000 mL/saat g-katalizör alan hızında reaksiyon gözlenmezken 10000 mL/saat g-katalizör ve 20000 mL/saat g-katalizör alan hızları için benzer performanslar elde edilmiştir. Co-Ce/ZrO2 katalizörü için gerçekleştirilen kinetik çalışmada reaksiyonun basit üssel hız denklemiyle ifade edilebildiği görülmüş ve metana ait reaksiyon katsayısı 1.0751, karbondioksite ait reaksiyon katsayısı -0.0988 bulunmuştur. Bu değerler reaksiyon hızının metanın kısmi basıncıyla doğru orantılı olduğunu, karbondioksitinse reaksiyonu az da olsa engellediğini göstermektedir. Bunun nedeni metan ve karbondioksitin katalizör yüzeyinde aynı aktif kısımlar için mücadelesi olabilir. Deneyler sonucunda, karbondioksition adsorblanıp metanın gaz fazda olduğu ER mekanizması ve reaktanların ikisinin de adsorblanarak ürünlere dönüştüğü LH mekanizması makul bulunmuştur. Reaksiyon kinetiğini detaylı olarak belirleyebilmek için FTIR-DRIFT analizlerine ihtiyaç vardır. Yapılan karma testler için oluşturulan denklemlerin korelasyon katsayısı düşük olduğudan herhangi bir yorum yapılamamıştır.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to design Co-based CDRM (catalytic dry reforming of methane) catalysts and to understand the CDRM reaction kinetics over their surface. The thesis consists of two parts. In the first part, a 5 wt% Co-2 wt% Ce/δ-Al2O3 catalyst was designed and tested for its CDRM performance. Temperature, CH4/CO2 feed ratio and space velocity were used as experimental parameters. In the second part, 10 wt% Co-2 wt% Ce/ZrO2 catalyst was prepared and kinetic tests were conducted over the catalyst in order to obtain a power law type and plausible mechanistic rate expressions for CDRM. For both catalysts, Ce was used as a promoter in order to increase the oxygen storage capacity via controlling the electronic structure of the metals over the support. For Co-Ce/δ-Al2O3 the results have shown that the catalyst suffers from severe coke deposition and consequent activity loss. In the tests, increasing temperature increased the activity although at low temperatures catalyst deactivated relatively slower. CDRM did not occur on the catalyst for high space velocities (for W/F value of mL/h g-cat.) though for the space velocities of 10000 mL/h g-cat. and 20000 mL/h g-cat., almost the same initial performances were observed. The kinetic study over Co-Ce/ZrO2 catalyst revealed that the reaction could be expressed by a simple power-law rate equation, with reaction order of 1.0751 for CH4 and -0.0988 for CO2, indicating that the reaction rate is proportional to the partial pressure of methane while there is a very small inhibition effect of carbon dioxide. This inhibition effect may be due to CO2 and CH4 competing for the same active sites. An ER mechanism having the reaction of adsorbed CO2 with gas phase CH4 leading directly to products, and an LH mechanism having surface reaction of the adsorbed reactants to form products H2 and CO as the rate determining steps are found plausible. On the other hand, the results clearly indicate that further FTIR-DRIFT analysis is necessary for finding the mechanism of CDRM reaction on Co-Ce/ZrO2 system. In the mixed feed tests to determine effect of product, the correlation coefficient (R2) was found so small that any observation could not be possible.
Benzer Tezler
- An experimental study on the design and performance evaluation of alumina based trimetallic catalysts for carbon dioxide reforming of methane (CDRM)
Metanın karbondioksit reformasyonu (CDRM) için alümina bazlı trimetalik katalizörlerin tasarımı ve performans değerlendirmesi üzerine deneysel bir çalışma
GÖKSU ŞENGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Raney-kobalt tipi katalizörlerin hazırlanmasında katı-sıvı reaksiyon kinetiğinin incelenmesi
The investigation of solid-liquid reaction during preparation of raney-cobalt type catalysis
KURTULUŞ ABACIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. YAVUZ SALT
- Nickel and cobalt boride based high-capacity electrodes: production, characterization and supercapacitor performance
Nikel ve kobalt borür esaslı yüksek kapasiteli elektrotlar: üretimi, karakterizasyonu ve süperkapasitör performansı
MEHTAP ARSLAN KABA
Doktora
İngilizce
2026
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ
- Gemilerde hidrojen üretimi: NaBH₄ hidrolizinde reaksiyon parametrelerinin deneysel optimizasyonu
Hydrogen production on ships: Experimental optimization of reaction parameters in NaBH₄ hydrolysis
BEDİRHAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ASIM SİNAN KARAKURT
- Development of iron cobalt bimetallic fischer-tropsch catalysts for production of light olefins
Hafif olefinlerin üretimi için demir kobalt bimetalik fıscher-tropsch katalizörlerinin geliştirilmesi
DENİZ UYKUN MANGALOĞLU
Doktora
İngilizce
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL