Monolit kanallı katalizörlerde doğalgazdan hidrojen eldesinin ve doğalgaz - hidrojen karışımlarının yakılmasının deneysel ve teorik analizi
Experimental and theoretical analysis of hydrogen production from natural gas and combustion of natural gas - hydrogen mixtures on monolith catalysts
- Tez No: 578668
- Danışmanlar: PROF. DR. NURDİL ESKİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 206
Özet
Günümüzde, kömür, doğalgaz gibi fosil yakıtlar ile biyokütle ve benzeri enerji kaynaklarının hem hâlihazırdaki teknolojiler, hem de sessiz, çevreci ve yenilikçi enerji teknolojileriyle verimli ve yaygın kullanılması büyük önem arz etmektedir. Bu konuda, özellikle hem elektriğin hem de ısıtmanın aynı anda sağlandığı evsel birleşik ısı-güç üretim sistemleri üzerine yapılan araştırma çalışmaları yoğun olarak devam etmektedir. Bu sistemler, yaşam alanlarındaki gaz hatlarından sağlanan hidrokarbon gaz yakıtın kullanılmasıyla elektrik enerjisinin ulusal şebekeden bağımsız olarak ihtiyaç duyulduğu yerde üretilmesini mümkün kılmaktadır. Evsel birleşik ısı-güç üretim sistemlerinde enerji üreteci olarak güneş kolektörleri, rüzgâr türbinleri, endüstriyel/mikro türbinler, doğal gaz motorları, içten yanmalı motorlar, stirling motorları, mikrotürbinler ve yakıt pilleri gibi farklı teknolojiler kullanılabilmektedir. Bu teknolojilerin arasında enerji kullanımında verimin artmasını, emisyonların azaltılmasını ve sessiz çalışma imkânını sağlaması ile yakıt pilli enerji dönüşüm sistemleri yenilikçi sistemler arasında yerini almıştır. Yakıt pili için gerekli yakıt hidrojendir. Hidrojen patlayıcı ve uçucu bir gaz olması nedeniyle üretildiği yerde tüketilmesi güvenlik açısından bir gerekliliktir. Yakıt pili kullanan sistemlerinin içerisinde doğalgazı/LPG/fueloili vb. hidrokarbon yakıtları hidrojene çeviren yakıt hazırlama sistemleri bulunmaktadır. Bu yakıt hazırlama sistemleriyle üretilen hidrojenin kalitesi yakıt pili performansını belirleyen ve etkileyen önemli bir unsur olduğundan bu sistemlerin optimum üretim ve işletme koşullarının tespit edilmesi gereklidir. Bu tezin amacı evsel yakıt pilli birleşik ısı-güç üretim sistemlerinde kullanılmak üzere bir yakıt hazırlama sisteminin teorik analizlerinin yapılması, tasarlanması, kurulması ve optimum üretim ve çalışma koşullarının belirlenmesidir. Çalışma iki ana bölümden oluşmaktadır: Çalışmanın ilk bölümünde monolit kanallı katalizörde doğalgazdan hidrojenin eldesi ele alınmıştır. İkinci bölümde ise monolit kanallı katalizörde hidrojenin ve doğalgaz - hidrojen karışımlarının yakılması incelenmiştir. Bu incelemeler yapılırken çalışma deneysel ve teorik olmak üzere iki temel araştırma yöntemi ile yürütülmüştür. Tez çalışmasının teorik çalışma kısmında, yakıt hazırlama sistemini temsil eden katalizör kinetiğine bağlı bir teorik model başarıyla oluşturulmuştur. Teorik çalışmada hem katalizörden bağımsız kimyasal denge hali hem de katalizör kinetiğine bağlı çözümlemeler yapılmıştır. Sistemin kinetik modeli oluşturularak detaylı parametrik analizler yapılmıştır. Bu model, yakıt hazırlama sisteminde gerçekleştirilen deneysel çalışmalar ile de doğrulanmıştır. Deneysel çalışmayla ise gaz hattından başlayarak yakıt piline hidrojen besleme noktasına kadar olan tüm sistem tasarlanmış, kurulmuş, teorik çalışma ile elde edilen parametreler ışığında deneyler yapılmış ve de teorik ve deneysel sonuçlar birbirleriyle kıyaslanarak sistem performansı tartışılmıştır. Bu tez çalışmasında, 2kWt (termal) kapasitede hidrojen üretebilen bir yakıt hazırlama sistemi tasarlanmış, kurulmuş, modellenmiş ve deneyleri gerçekleştirilerek başarılı bir şekilde çalıştırılmıştır. Gerçekleştirilen detaylı deneysel ve teorik çalışmalar neticesinde en iyi işletme koşulu belirlenmiştir. Belirlenen en iyi koşulda gerçekleştirilen deneyde, 0,307 m3/h debideki doğalgazdan %78,53'lük verim (alt ısıl değere göre) ile 0,725 m3/h hidrojen elde edilmiştir. Üretilen yakıt, %44,75 mol oranında hidrojen ve %1,3 oranında karbonmonoksit içermektedir. Bu içerik 1kWe (elektriksel) kapasiteye sahip yüksek sıcaklık PEM (Polimer Elektrolit Membranlı) yakıt pilini besleyecek kalitededir. Yakıt hazırlama sistemi mikro-ölçekli birleşik ısı-güç enerji dönüşüm sistemlerine uygun olarak kurulmuştur. Bu enerji dönüşüm sistemlerin kapasiteleri 5kWe (10kWt) kadar çıkabilmektedir. Tez çalışması ile ortaya konan yakıt hazırlama sisteminin teknolojisi bu kapasitelere de uygulanabilmektedir. Tezin kapsamında oluşturulan teorik kinetik modelle, istenen elektrik üretim kapasitesine bağlı olarak yakıt hazırlama sisteminin tasarım değerleri kolaylıkla tespit edilebilmektedir. Bu kinetik model ile kapasite artırımına yönelik olarak bir çalışma yapıldığında, örneğin 3kWe için gerekli doğalgazın 0,925m3/h olacağı ve hidrojenin 2,25m3/h olarak %80,5 verimle üretilebileceği öngörülebilmektedir. 5kWe kapasiteye çıkıldığında ise yakıt hazırlama sisteminin 1,545m3/h doğalgaz harcamasıyla 3,8m3/h hidrojen üretimini yapabileceği ve sistemin %82 verim değerine ulaşılabileceği öngörülmüştür.
Özet (Çeviri)
The idea of higher efficiency in energy systems provides an innovative consideration of“distributed generation of energy”. Distributed energy resources (DER) are parallel and stand-alone electric generation units located within the electric infrastructure or near the end user such as generators, back-up generators, or on-site power systems. Today, several new technological alternatives are being developed or improved toward commercialization. Systems with different capacities are possible but one of today's focus for DER is the micro-scale energy systems especially small scale combined heat and power units (
Benzer Tezler
- Preparation of catalytic cordierite monoliths for the selective oxidation of carbon monoxide
Seçimli karbon monoksit oksidasyonu için katalitik kordierit monolitlerin hazırlanması
YASEMİN ASİYE DÖKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAMAZAN YILDIRIM
PROF. ZEYNEP İLSEN ÖNSAN
- Three-site kinetic model for selective catalytic reduction of NOX with ammonia over a commercial catalyst for calibration of aftertreatment systems in diesel powered heavy duty vehicles
Dizel motorlu ağır iş makinelerinin motor sonrası sistemi kalibrasyonu için ticari bir katalizör kullanılarak NOX'un amonyak ile seçici katalitik indirgenmesinin üç-siteli kinetik modeli
GÜLDEN HAZAL KARADAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. CAN ERKEY
- Three dimensional modelling of autothermal reforming of methane in a Pt-Ni washcoated micro-channel reactor
Metanın mikro kanallı Pt-Ni ile kaplı reaktörde ototermal reformlamasının üç boyutlu simülasyonu
BİLGE KEREM AKSAKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN BEDİR
PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Mikroakışkan sistemlerde enzimatik tepkimeler
Enzymatic reactions in microfluidic systems
ŞEREF AKAY
Doktora
Türkçe
2018
BiyomühendislikEge ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
- Cell separation in microfluidic devices
Mikroakışkan cihazlarda hücre ayrıştırma
CEMRE ÖKSÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyomühendislikİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN CUMHUR TEKİN