Direct synthesis of dimethyl ether from carbon dioxide on a physical mixture of CuO-ZnO-Al2O3 and MCM-41-supported tungstophosphoric acid
CuO-ZnO-Al2O3 and MCM-41 destekli tungstofosforik asitin fiziksel karışımı üzerinde karbodioksitten doğrudan dimetil eterin sentezi
- Tez No: 594659
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPER UZUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Karbon dioksit (CO2) doğal karbon döngüsünde önemli bir rol oynamaktadır. Ancak, CO2 emisyonlarındaki artış, 'sera etkisi' denilen küresel ısınmaya ve iklim değişikliğine neden olmaktadır. Bu nedenle, CO2'in alternatif yakıtlara ve katma değeri yüksek kimyasallara geri dönüşümü bu çevresel kaygılar için ileriye dönük bir çözüm sunmakla birlikte sürdürülebilir gelecek için yeni fırsatlar da sunmaktadır. Bu kapsamda CO2'in sıvı yakıtlara dönüşümü umut verici bir yaklaşımdır. Bu yöndeki ilk çalışmalar metanol sentezi üzerine gerçekleştirilmiştir. Yakın zamanda metanolün hibrit sistemler kullanılarak olefinlere, aromatiklere, yüksek hidrokarbonlara ve dimetil etere (DME) dönüşümü üzerine çalışmalar yürütülmektedir. Bu ürünler arasında DME hem alternatif bir yakıt hem de yüksek katma değerli kimyasallar üretmek için bir ara ürün olarak kullanılması büyük bir avantaj sunmaktadır. C-C bağı olmayan bu en basit eter, renksiz, toksik olmayan çevre dostu bir üründür. Benzer fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle, sıvı petrol gazı (LPG) katkı malzemesi olarak kullanılma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, yüksek setan sayısı, daha fazla yanma ve SOx, NOx gibi düşük toksik gaz emisyonları gibi özellikleri nedeniyle gelecekte kullanılabilecek sentetik bir yakıt olarak kabul edilmektedir. Bu tez çalışmasında, CO2'in DME'e dönüştürülmesi için etkili bir katalizör sistemi geliştirilmiştir. Bu amaçla, MCM-41 destekli tungstofosforik asit (TPA) ve ticari CuO-ZnO-Al2O3 metanol sentezi katalizörü ile fiziksel olarak karıştırılıp tek geçişli bir akış reaktöründe en yüksek DME üretim hızı için karışım oranları ve reaksiyon koşulları optimize edilmiştir. Elde edilen veriler ile en yüksek DME üretim hızının elde edilmesi için TPA/MCM-41 asit katalizöründe ağırlıkça %60'lık bir TPA yüklemesi ile 4:1'lik bir CuO-ZnO-Al2O3:TPA / MCM-41 fiziksel karışım oranında elde edilmesi gerektiği ve bu katalizörün 250 °C ve 45 bar altında H2:CO2 3:1 besleme oranı ile 40 000 mL CO2 gcat-1 saat-1 akış test koşulları altında gerçekleştirilmesi gerektiği saptanmıştır. Optimize edilen reaksiyon koşulları altında elde edilen katalizör ile 1551.5 gDME kgkat-1 saat-1 DME üretim hızı sağlamıştır. Elde edilen veriler, bu yüksek performansın, %60'lık bir TPA yüklemesinde TPA kümelerinin önemli derecede yüksek yüzey alanına sahip MCM-41 üzerinde tek tabakalı bir dağılımına imkan sunmasıyla TPA/MCM-41 katalizöründeki yüksek asit bölgesi yoğunluğundan kaynaklandığını göstermektedir. Bu yüksek DME üretim hızının, özellikle sentez gazı için optimize edilmiş ticari bir metanol sentezi katalizörü içeren fiziksel bir karışımda elde edildiğini göz önüne alarak, sonuçlarımız özellikle CO2 hidrojenlemesi için tasarlanmış bir metanol sentezi katalizörü ile birlikte kullanıldığında CO2 hidrojenlemesinden tek geçişli DME üretimi için TPA/MCM-41 katı asit katalizörü kullanımına yönelik büyük bir potansiyel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Carbon dioxide (CO2) plays an important role in the natural carbon cycle. However, increase in CO2 emissions causes global warming and climate changes because of the so-called 'greenhouse effect'. Therefore, the chemical recycling of CO2 to alternative fuels offers a prospective solution for these environmental concerns and provides new opportunities for sustainable future. In this view, conversion of CO2 into liquid fuels is a promising approach. Among possible alternative products, such as methanol, hydrocarbons, and dimethyl ether (DME), DME can be used as an intermediate to produce several value-added products or as an alternative fuel. And it is the simplest ether without any C‒C bonds; it is a colorless, nontoxic, and environmentally friendly. Because of its similar physical and chemical properties, it has a potential of substituting liquid petroleum gas (LPG). Besides, it is considered as a prospective future synthetic fuel owing to its high cetane number, more complete combustion, and low emission of toxic gases, such as SOx, NOx The aim of this thesis is to develop an efficient catalyst for the conversion of CO2 into DME. For this purpose, here, MCM-41-supported tungstophosphoric acid (TPA) and a commercial CuO-ZnO-Al2O3 methanol synthesis catalyst were physically mixed and the mixing ratios and reaction conditions were optimized for the highest DME production rate from CO2 hydrogenation in a single-pass flow reactor. Data demonstrated that the highest DME space time yield was achieved at a TPA loading of 60 wt% in the TPA/MCM-41 catalyst and at a CuO-ZnO-Al2O3:TPA/MCM-41 mixing ratio of 4:1 using a gas hourly space velocity of 40 000 mL CO2 gcat-1 h-1 with an H2:CO2 ratio of 3:1 at 250 °C and 45 bar. At these conditions, the physical mixture provided a DME production rate of 1551.5 gDME kgcat-1 h-1, to the best of our knowledge, is more than twice of the rate reported previously as the highest rate for DME production from CO2 hydrogenation in a single-pass. Data suggested that this high performance was originated from the high density of acid sites in TPA/MCM-41 catalyst owing to exceptionally high surface area of MCM-41 offering a monolayer dispersion of TPA clusters even at a TPA loading of 60 wt%. Having a high density of acid sites in the physical mixture with a methanol synthesis catalyst offers a high efficiency in subsequent conversion of methanol into DME in a single pass reactor. Considering that this high DME production rate was obtained in a physical mixture containing a commercial methanol synthesis catalyst, optimized specifically for synthesis gas, results of this thesis present a broad potential of TPA/MCM-41 solid acid catalysts for single-pass DME production from CO2 hydrogenation, when used together with a methanol synthesis catalyst specifically designed for CO2 hydrogenation.
Benzer Tezler
- Dimethyl ether from synthesis gas over bifunctional hybrid catalyst mixtures
İki fonksiyonlu hibrit katalizör karışımları kullanarak sentez gazından dimetil eter üretimi
AYŞEGÜL BAYAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TİMUR DOĞU
- Direct dimethyl ether production from carbon dioxide and biomass
Karbondioksit ve biyokütleden doğrudan dimetil eter üretimi
NUR ÇINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BETÜL ÜNLÜSÜ
- Taç eter sübstitüe yeni ftalosiyoninlerin siklik voltametri ile incelenmesi
Başlık çevirisi yok
DİLEK COŞKUNER
- Potasyum ve çinko metallerinin TiO2 destekli demir katalizörüne eklenmesinin Fischer tropsch sentezi ile hafif olefin üretimine etkilerinin araştırılması
Study of effects of potassium and zinc metals on TiO2 supported iron catalysts for production of light olefins by Fischer tropsch synthesis
UTKU BURGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
- Karbon monoksit ile karbon dioksitten dimetil eter sentezi için katalizör geliştirilmesi ve reaktör uygulamaları
Catalyst development and reactor applications for dimethyl eter synthesis from carbon monoxide and carbon dioxide
BİRCE PEKMEZCİ KARAMAN
Doktora
Türkçe
2020
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY OKTAR