Geri Dön

A study on co-free hydrogen production and adsorbent design for selective carbon dioxide removal

Karbon monoksit içermeyen hidrojen üretimi ve seçimli karbon dioksit giderimi için adsorban tasarımı üzerine bir çalışma

  1. Tez No: 459384
  2. Yazar: MELEK SELCEN BAŞAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 204

Özet

Bu çalışmanın amacı; bir yakıt işlemcisi prototipi tasarlamak ve üretmek, optimum durağan koşullarını belirlemek, dinamik performansını modellemek ve seçimli CO2 tutumu için yüksek performanslı aktif karbon bazlı adsorban tasarlamak ve geliştirmektir. Bu bağlamda, oksidatif buhar reformlama (OBR), su gaz değişim (SGD) ve seçimli oksidasyon (SO) ünitelerinden oluşan bir yakıt işlemcisi prototipi tasarlanmış ve üretilmiş; propan ya da metan tekli ve seri reaksiyon testleri Pt-Ni/δ-Al2O3 (OBR), Au-Re/ZrO2, Au-Re/CeO2 ve Pt-Re-V/CeO2 (SGD) ve Pt-Sn/AC (SO) katalizörleri ile gerçekleştirilmiştir. Propan reaksiyon testlerinde yüksek sıcaklık (723 K) ve yüksek buhar/karbon besleme oranı (5) yakıt işleme amacı olan yüksek H2 (%70) ve düşük CO (%0.58) konsantrasyonlarını sağlamıştır. Katalizörlerin kararlılığı 75 saatlik reaksiyon testi ile teyit edilmiştir. Propan ve oksijenin tamamen harcanmış, yeni SGD katalizörünün (Pt-Re-V/CeO2) CO çevrimi (%55-60), Au-Re/ZrO2 katalizörüne (%45-50) göre daha yüksek çıkmıştır. Metan reaksiyon testlerinde de oksijen tamamen harcanmış, metan çevrimleri %73, CO ve H2 konsantrasyonları sırasıyla %0.66 ve %66 olarak ölçülmüştür. Deneysel ürün dağılım ve eğilimleri termodinamikle örtüşmüştür. Kinetik deney çevrimlerinin önceden elde edilen hız denklemleriyle modellenen çevrimlerle kıyaslamasında ortalama hata %16 bulunmuştur. Beslemedeki pertürbasyonların yakıt işlemcisi çıkışında algılanması 4.5 dakika sürmüş ve durağan koşula 36 dakikada ulaşılmıştır. Gerçek deney şartlarında yakıt işlemcisinin (~0.6 L) en güvenilir parametreleri CO2 ve CH4 konsantrasyonları olmuştur. C3H8-(1.46), O2-(2.19), H2O-(-0.60) hız derece kombinasyonu SGD hız denklemi geliştirilmesinde en düşük hatayı vermiştir. Bir adsorbanın çok gazlı bir akış altındaki seçimli adsorpsiyon kapasitesini belirleyen yeni bir metot geliştirilmiştir. En yüksek CO2 adsorpsiyon kapasitesi AC1-N-600 (%10.4) örneğinde ölçülmüş ve verilerle en iyi uyum Dubinin-Radushkevich izoterm modelinde 0.999'dan yüksek korelasyon katsayıları ile elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

The aim of this research study was to design and construct a fuel processor prototype (FPP), to determine its optimum steady state operation conditions, to model its dynamic performance, and to design and develop high performance AC based adsorbents for selective CO2 capture in order to reduce its CO2 emission. In this context, an FPP consisting of OSR, WGS and PROX units was designed and constructed; propane/methane individual and serial reaction tests were performed on Pt-Ni/δ-Al2O3 (OSR), Au-Re/ZrO2, Au-Re/CeO2 and Pt-Re-V/CeO2 (WGS), and Pt-Sn/AC (PROX) catalysts. In propane reaction tests, simultaneous use of high temperature (723 K) and S/C feed ratio (5) led to increased H2 (70%) and decreased CO concentrations (0.58%) in accordance with the fuel processing targets. The stability of the catalysts were confirmed during 75 hours TOS test. C3H8 and O2 were totally consumed, whereas the new WGS catalyst Pt-Re-V/CeO2 gave higher CO conversions (55-60%) than Au-Re/ZrO2 (45-50%). In methane reaction tests, O2 was totally consumed, whereas CH4 conversions were 73%, CO and H2 concentrations were obtained as 0.66% and 66%, respectively. The experimental product distributions/trends were consistent with the thermodynamics. Comparison of the conversions obtained through the kinetic experiments and modeling by the use of formerly obtained power law type kinetics gave the average error as 16.3%. Sensing time of a step change by the MS was 4.5 minutes at the FPP exit, and 36 minutes were required for reaching a new steady state. CO2 and CH4 concentrations were the most reliable parameters during real operation of the FPP (~0.6 L). 1.46, 2.19 and -0.60 combination as C3H8, O2 and H2O rate orders gave the min error in the correction of the OSR rate expression. A new methodology for the determination of selective adsorption capacity of the adsorbent under multicomponent gas mixture flow. The highest CO2 adsorption capacity was measured on AC1-N-600 sample (10.4%) and the best data fit was obtained in Dubinin-Radushkevich isotherm model with correlation coefficients > 0.999.

Benzer Tezler

  1. A study on co-free hydrogen production from hydrocarbons and cox elimination through pre-combustion

    Hidrokarbonlardan co'dan arındırılmış hidrojen üretimi ve ön yanma yoluyla cox giderimi üzerine bir çalışma

    BELKIZ MERVE EROPAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU

  2. Design and development of catalysts and adsorbents for COX free H2 production

    COX?ten arındırılmış H2 üretimine yönelik katalizör ve adsorbanların tasarımı ve geliştirilmesi

    BURCU SELEN ÇAĞLAYAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU

  3. Propiyonik asitten reformlama prosesleri ile sentez gazı ve hidrojen üretiminin termodinamik analizi

    Thermodynamic analysis of hydrogen and synthesis gas production via reforming processes of propionic acid

    AYBÜGE PELİN ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MELEK TÜTER

    PROF. DR. ŞEYMA AYDINOĞLU

  4. Thermodynamic analysis of steam reforming and partial oxidation of acetic acid and acetone

    Asetik asit ve asetonun su buharı reformlama ve oksidatif su buharı reformlama proseslerinin termodinamik analizi

    BÜŞRA GONCA KIZILPELİT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU

    PROF. DR. ŞEYMA AYDINOĞLU

  5. A theoretical study on catalytic steps of hydrogen production and purification

    Hidrojen üretimi ve saflaştırılması aşamalarında kullanılan katalitik sistemlerin kuramsal olarak incelenmesi

    ASLIHAN SÜMER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    KimyaBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU