Carbon dioxide reforming of methane on Ni-based bimetallic catalysts
Ni-bazlı bimetalik katalizörlerde metanın karbondioksit reformasyonu
- Tez No: 368856
- Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ ÜNER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 225
Özet
Metanın karbon dioksit reformasyonu, iki önemli sera gazının kullanımı ve Fischer–Tropsch sentezinde tercih edilen düşük H2/CO oranlı sentez gazı üretimi için ümit verici bir prosestir. Yüksek katalitik aktivitesi, elde edilmesindeki kolaylığı ve düşük maliyeti nedeniyle Ni katalizörleri metanın kuru reformasyonunda büyük ilgi çekmiştir. Ancak, Ni bazlı katalizörlerin başlıca kısıtlaması katalizör deaktivasyonuna sebep olan karbon oluşumudur. Bu tezin amacı, Ni bazlı katalizörlerin karbon oluşumunu azaltmak ve yaşam süresini artırmaktır. Al2O3 destekli ve CeO2 destekli Ni, Co ve Ni-Co katalizörleri ıslaklık başlangıcı emdirme metoduyla hazırlanmıştır. Yüksek ısıl kararlılığı nedeniyle Al2O3, destek maddesi olarak kullanılmıştır. Ce4+/Ce3+ redoks siteleri ve oksijen alıp verebilme yeteneğinden dolayı CeO2, diğer bir destek maddesi olarak kullanılmıştır. Çift metalli katalizörlerin metanın kuru reformasyonundaki etkisini anlayabilmek için Ni-bazlı katalizöre Co eklenmiştir. Kalsinasyon sıcaklığının etkisini açıklamak için ıslaklık başlangıcı emdirme metoduyla hazırlanan katalizörler iki farklı sıcaklıkta (700°C ve 900°C) kalsine edilmiştir. Geleneksel hazırlama metotlarınına alternatif olarak Ni/Al2O3 katalizörleri, poliol metodu ile de hazırlanmıştır. Ni/Al2O3 ve Ni-Co/Al2O3 katalizörleri CH4 ve CO2 dönüşümü; H2 ve CO verimi bakımından karşılaştırılabilir aktivite sergilemiştir. Kalsinasyonun 700°C ya da 900°C'de yapılması Ni/Al2O3 ve Ni-Co/Al2O3'ün katalitik performansını ciddi şekilde etkilemezken, Co/Al2O3'ün performansı üzerinde önemli etkisi olmuştur. Karbon birikimi açısından kalsinasyonunun yüksek sıcaklıkta yapılması daha tercih edilir bulunmuştur. Kalsinasyon 700°C'de gerçekleştirildiğinde, Ni/Al2O3'e kıylasla Ni-Co/Al2O3 üzerinde daha fazla miktarda kok birikmiştir. DRIFTS ve mikrokalorimetri çalışmaları, hem Ni/Al2O3 hem de Ni-Co/Al2O3 katalizörü için CO2 aktivasyonunun Al2O3 üzerinde gerçekleştiğini göstermiştir. Biriken kokun 13C NMR karakterizasyonu, kokun sadece CH4'ten kaynaklanmadığını, CO2'nin de kok oluşumunda önemli rolü olduğunu göstermiştir. Ni/Al2O3 katalizörleri, bağlayıcı olarak PVP, çözücü ve indirgen madde olarak etilen glikol varlığında poliol prosesi kullanılarak elde edilmiştir. PVP/Ni oranı etkisi çalışılmıştır. Ni/Al2O3-PVP-içermeyen and Ni/Al2O3-PVP/Ni=2.5 katalizörleri 600°C ve 700°C'de tepkime öncesinde indirgeme yapmaksızın oldukça yüksek performans sergilemiştir. CeO2 destekli katalizörlerin aktiviteleri artan kalsinasyon sıcaklığıyla beraber düşmüştür. Ni/CeO2 ve Ni-Co/CeO2 karşılaştırılabilir yüksek aktivite gösterirken, Co/CeO2'nin belirlenen çalışma koşullarında metanın kuru reform reaksiyonu için aktif bir katalizör olmadığı gösterilmiştir. Ticari seryum, beraber çökeltilen seryum ve seryum liflerini kapsayan farklı seryum örneklerinin redoks özellikleri hakkında bilgi sahibi olmak için O2 ve CO vurum deneyleri yapılmıştır. En düşük yüzey alanına sahip seryum liflerinin en yüksek oksijen alma değerine sahip olduğu gösterilmiştir. Bu olay seryum örneklerinin oksijen depolama özelliklerinin ciddi şekilde morfolojiye bağlı olduğunu ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Carbon dioxide reforming of methane is a promising process for the utilization of two important greenhouse gases and the production of synthesis gas with a lower H2/CO ratio which is preferred in Fischer–Tropsch synthesis. Ni catalysts have taken great interest in dry reforming of methane due to their high catalytic activity, easy availability and low cost. However, the main restriction of Ni-based catalysts is the formation of carbon which causes catalyst deactivation. The objective of this thesis was to reduce carbon formation and improve the life time of Ni based catalysts. Al2O3 supported and CeO2 supported Ni, Co and Ni-Co catalysts were prepared via incipient wetness impregnation method. Al2O3 was used as support material due to its high thermal stability. CeO2 was used as another support material due to its redox Ce4+/Ce3+ sites and ability to exchange oxygen. Co was introduced to the Ni-based catalyst in order to understand the effect of bimetallic catalysts in dry reforming of methane. The catalysts prepared by incipient wetness impregnation method were calcined at two different temperatures (700°C and 900°C) to elucidate the effect of calcination temperature. As an alternative to conventional preparation methods, Ni/Al2O3 catalysts were also prepared by polyol method. Ni/Al2O3 and Ni-Co/Al2O3 catalysts exhibitied comparable activities in terms of CH4 and CO2 conversion; H2 and CO yield. While doing the calcination at 700°C or 900°C did not really affect the catalytic performances of Ni/Al2O3 and Ni-Co/Al2O3, it had significant influence on the performance of Co/Al2O3. Carrying out the calcination at higher temperatures was found to be more preferable in terms of carbon deposition. Higher amount of coke was deposited on Ni-Co/Al2O3 compared to Ni/Al2O3 when the calcination was done at 700°C. DRIFTS and microcalorimetry studies showed that CO2 activation took place on Al2O3 for both Ni/Al2O3 and Ni-Co/Al2O3 catalysts. 13C NMR characterization of deposited coke demonstrated that it not only originated from CH4, but CO2 had also significant role in coke formation. Polyol process was employed to obtain Ni/Al2O3 catalysts in the presence of PVP as stabilizer and ethylene glycol as both solvent and reducing agent. The effect of PVP/Ni ratio was studied. Ni/Al2O3-without-PVP and Ni/Al2O3-PVP/Ni=2.5 catalysts exhibited quite high performance at 600°C and 700°C without making a reduction step before the reaction. The activities of CeO2 supported catalysts decreased with increasing calcination temperature. While Ni/CeO2 and Ni-Co/CeO2 provided comparable high activities, Co/CeO2 was shown to be an inactive catalyst for dry reforming of methane reaction at the specified operating conditions. O2 and CO pulse experiments were done to get information about the redox properties of different kinds of ceria samples, including commercial ceria, coprecipitated ceria and ceria fibers. The ceria fibers having the lowest surface area was shown to have the highest oxygen uptake value. This phenomenon demonstrated that the oxygen storage capacity of the ceria samples depended strongly on the morphology.
Benzer Tezler
- Utilization of carbon dioxide and methane via catalytic reforming reactions
Karbondioksit ve metanın katalitik reformlama reaksiyonları ile kullanılması
ŞEYMA ÖZKARA AYDINOĞLU
Doktora
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Metanın Oksi-Co2 reformlaması için Ni ve Ni-Cu katalizörlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of Ni and Ni-Cu based catalysts for Oxy-Co2 reforming of methane
MERAL HACIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ GÜRKAYNAK
YRD. DOÇ. DR. TUBA GÜRKAYNAK ALTINÇEKİÇ
- Metanın Oksi-Co2 reformlanması reaksiyonu için CeO2, Al2O3, ZrO2, MgAl2O4 destekli Ni katalizörlerinin yüzeyde çöktürme yöntemi ile hazırlanması
Preparation of nickel catalysts supported on CeO2, Al2O3, ZrO2, MgAl2O4 by deposition precipitation method for Oxy-CO2 reforming of methane
TUGAY PEHLİVAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TUBA GÜRKAYNAK ALTINÇEKİÇ
- 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
- Yeni ni-al katalizörlerinin sentez şartlarının metanın kuru reformlanma reaksiyonuna etkisi
Effect of synthesis conditions of new Ni-Al catalysts on the dry reforming reaction of methane
AYŞİN MUDANYALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SENA YAŞYERLİ
DOÇ. DR. GAMZE BOZKURT