Development of bifunctional catalyst for the single-step synthesis of dimethyl ether
Tek basamakta dimetil eter sentezi için çift fonksiyonlu katalizör geliştirilmesi
- Tez No: 557075
- Danışmanlar: PROF. DR. NAİME ASLI SEZGİ, PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 187
Özet
Fosil yakıtların tükenmesi, küresel ısınma endişeleri ve artan CO2 salınımları, son birkaç yılda alternatif yakıtların üretiminde sentez gazının kullanımını zorunlu kılmıştır. Dimetil eter (DME), yüksek setan sayısı ve iyi yanma özellikleri nedeniyle ümit verici dizel alternatifi veya LPG katkı maddesi olarak kabul edilmektedir. Ardışık metanol sentezi ve metanol dehidrasyon reaksiyonlarını içeren tek basamaklı DME sentezi ile sentez gazından doğrudan DME üretilmesi sağlanır. Tek basamaklı DME sentezi ile termodinamik denge sınırlamasının aşılabilmesine rağmen, DME'yi sentez gazından sentezlemek için çift fonksiyonlu katalizörler halen geliştirilme aşamasındadır. Mezogözenekli alümina ve mezogözenekli karbon katalizör destek malzemeleri sentezlenmiştir. Metanol sentez reaksiyonu için Cu-Zn metalleri yüklenirken, metanol dehidrasyon reaksiyonu için emdirme ve tek-kap sentez yöntemleri kullanılarak bu desteklere farklı miktarlarda tungsfosforik asit (TPA) yüklenmiştir. Sentezlenen katalizörler XRD, azot fizisorpsiyonu, TGA, TPR, TPD ve SEM-EDX ile karakterize edilmiştir. Termodinamik denge analizleri, 50 bar basınçta optimum CO/H2 molar oranının 1'e 1, optimum reaktör sıcaklığının 275°C olduğunu göstermiştir. DME üretim sisteminde, sentez gazından tek basamaklı DME sentezi için performans testleri bu koşullarda yapılmıştır. Ticari alümina ve metanol sentez katalizör karışımı, tüm katalizörler arasında en yüksek katalitik aktiviteyi gösteren çift olmuştur. TPA yüklü katalizörler, su gaz değişimi reaksiyonunu baskılarken, yüksek CO dönüşümü ve yüksek metanol ve DME seçiciliği göstermiştir. Yükleme yönteminden bağımsız olarak optimum TPA yükleme oranının ağırlıkça %10 olduğu görülmüştür. Sentezlenen katalizörler içerisinde 1'e 1 CO/H2 molar oranı ile en yüksek CO dönüşümü %53 olarak %43 DME seçiciliği ile, ağırlıkça %10 TPA emdirilmiş alümina katalizörü ile karıştırılmış ticari metanol sentez katalizörü kullanılarak elde edilmiştir. En yüksek DME seçiciliği %25 CO2 içeren sentez gazından %78,5 olarak bulunurken, ticari metanol sentez ve alümina katalizör karışımı varlığında en yüksek toplam dönüşüm %10 CO2 içeren sentez gazından %34,5 olarak bulunmuştur. TPA ve Cu-Zn yüklenmiş iki fonksiyonlu CMK-3 katalizörü, TPA ve Cu-Zn yüklenmiş iki fonksiyonlu EMA katalizörüne göre daha yüksek DME seçiciliği göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Depletion of fossil fuels, global warming concerns and increasing CO2 emissions necessitated the utilization of syngas in the production of alternative fuels over the last few years. Dimethyl ether (DME) is considered as promising diesel substitute or LPG additive due to its high cetane number and good burning properties. The single-step DME synthesis method, which involves consecutive methanol formation and methanol dehydration reactions, enables the production of DME directly from the syngas. Despite the advantage of breaking the thermodynamic limitation in the single-step DME synthesis, development of an bifunctional catalyst to synthesize DME from the syngas is a challenging topic. Mesoporous alumina and mesoporous carbon supports were synthesized. Cu-Zn metals were loaded for the methanol synthesis reaction whereas tungstophosphoric acid (TPA) was loaded for the methanol dehydration reaction into these supports with different amounts using impregnation and one-pot methods. Synthesized catalysts were characterized by XRD, N2 physisorption, TGA, TPR, TPD, SEM-EDX. Thermodynamic equilibrium analyses showed that the optimum molar CO/H2 ratio was 1/1 and the optimum operating temperature was 275°C under 50 bar pressure. Performance tests were carried out at these conditions in DME production system for the single-step DME synthesis from syngas. Commercial alumina and methanol synthesis catalyst mixture was the most catalytically active couple among all catalysts. TPA loaded catalysts inhibited the water-gas shift reaction and showed high CO conversion and high methanol and DME selectivities. Optimum TPA loading was determined as 10 wt. %, regardless of the loading method. The highest CO conversion was obtained as 53% with 43% DME selectivity over 10 wt. % TPA impregnated alumina catalyst mixed with commercial methanol synthesis catalyst with the molar CO/H2 ratio of 1/1 among the synthesized catalysts. The highest DME selectivity was found to be 78.5% from syngas containing 25% CO2, whereas the highest total conversion was found to be 34.5% from syngas containing 10% CO2 in the presence of commercial methanol synthesis and alumina mixture. The TPA and Cu-Zn loaded bifunctional CMK-3 catalyst showed higher DME selectivity compared to the TPA and Cu-Zn loaded bifunctional EMA catalyst.
Benzer Tezler
- Pervaporasyon membran reaktörde gama-valerolakton sentezi
Gamma-valerolactone synthesis in pervaporation membrane reactor
BADE MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA ÜNLÜ
- Mikroalg temelli aktif karbon kullanarak hidrojen üretiminin hızlandırılması ve korona etkisi altında performansı arttırılan bir prototip süperkapasitör geliştirilmesi
Acceleration of hydrogen production using microalgae-based activated carbon and development of a prototype supercapacitor with enhanced performance under corona effect
RIDVAN ÇETİN
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDicle ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ALİ ARSERİM
DOÇ. DR. MURAT AKDEMİR
- Asimetrik nikotin ve prolin temelli organokatalizörlerin sentezi ve uygulamaları
The synthesis of asymmetric nicotine and proline-based organocatalysts and their applications
ASLI ÖZKAN
- Zr and silicotungstic acid incorporated silicate structured mesoporous catalysts for dimethyl ether synthesis
Dimetil-eter sentezinde Zr ve silikotungstik asit içeren silika yapılı mezogöznekli katalizörler
SULTAN ORMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Development and characterization of catalyst materials of zinc-air batteries
Çinko-hava bataryalarının katalizör malzemelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
BURCU ARSLAN HAMAT
Doktora
İngilizce
2021
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL