Geri Dön

Autothermal reforming of petroleum fractions

Petrol fraksiyonlarının ototermal reformlanması

PDF İndir

  1. Tez No: 613367
  2. Yazar: ARZU ARSLAN BOZDAĞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NAİME ASLI SEZGİ, PROF. DR. TİMUR DOĞU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 289

Özet

Dizelin ototermal (ATR) ve buharlı (DSR) reformlanma reaksiyonları için yerinde ve ihtiyaca bağlı hidrojen üretimi hem sabit hem de mobil yardımcı güç üniteleri (APUs) uygulamaları için ilgi çeken yöntemlerdir. Minimum kok ile maksimum H2 üretimi sağlayacak ucuz ve aktif Ni/Al2O3 katalizörleri, farklı metal/metal oksitlerin Ni/Al2O3 katalizörlerine yüklenmesi ile DSR ve ATR reaksiyonlarında araştırılmıştır. Metal/metal oksitlerin ticari Al2O3 peletlerine emdirilmesi ve metal/metal oksit yüklenmiş Al2O3'ün yüzey aktif madde kullanılan yaklaşımla (EISA) tek kapta sentezi şeklinde iki farklı sentez tekniği uygulanmıştır. Ru, W, CeO2, Mg, ZrO2 gibi etkinleştiricilerin ve Ru & CeO2, Mg, CeO2 & ZrO2, W & CeO2, W & Mg gibi bu metal/metal oksitlerin farklı kombinasyonlarının Ni/Al2O3 katalizörünün hidrojen üretebilirliğindeki ve kok dayanımındaki etkileri DSR ve ATR reaksiyonlarında araştırılmıştır. Katalizör araştırmaları optimum çalışma koşullarında analiz edilmiştir. Katalizörlerin performansları, DSR reaksiyonunda, GHSV için 7500 sa-1 , H2O / C oranı için 2,5 ve ATR reaksiyonunda, GHSV için 7500 sa-1 , H2O / C oranı için 0,5 ve O2 / C oranı için 0,5'in olduğu tespit edilen optimum çalışma koşullarında araştırıldı. Katalizör araştırmalarna göre, Ru ve Ru-CeO2 eklenmiş katalizörler arasında ağırlıkça %0,5 Ru eklenmiş katalizör hem DSR hem de ATR'de en yüksek H2 üretimi göstermiştir. Bu malzemenin daha yüksek aktivite vermesi yüksek yüzey alanı ve [email protected]@Al2O3'daki nikelin daha kolay indirgenebilmesi sayesindedir. [email protected]@Al2O3 ayrıca uzun süreli stabilite göstermiştir. CeO2 veya CeO2/ZrO2 eklenmiş Ni/Al2O3-EISA katalizörleri ile üstün DSR aktivitesi elde edilmiştir. Fakat, CeO2/ZrO2 eklenmiş katalizörün DSR reaksiyonunda elde edilen ürün dağılımdaki instabilitesi CeO2'nin uzun süreli kullanımda daha tercih edilebilir olduğunu önermektedir. CeO2 eklenmiş katalizör CeO2/ZrO2 eklenmiş katalizöre göre ayrıca ATR reaksiyonunda daha yüksek hidrojen üretimi göstermiştir. Ni@10CeO2-Al2O3-EISA ile gerçekleştirilen uzun süreli DSR testinde üstün aktivite ile birlikte stabilite elde edilmiştir. Mg, W, W-CeO2 ve W-Mg eklenmiş mezogözenekli Al2O3-EISA destekli nikel katalizörleri ile gerçekleştirilen testler DSR reaksiyonunda hidrojen verimi açısından en başarılı katalizörü Ni@10Mg-Al2O3-EISA olarak göstermiştir, daha sonra uzun süreli DSR testi ile elde edilen üstün aktivite ve stabilite ile bu başarı kanıtlanmıştır. Bu malzemenin başarısının nedeni ise Ni0 varlığıdır, W katalizörlerinde ise Ni4W kristallerinin oluşumu gözlenmiştir. W katalizörlerinde kristal fazı farkının yanı sıra daha düşük yüzey alanı ve yüksek asidite daha düşük su gazı reaksiyonu ve reformlanma aktivitesine sebep olmuştur. Fakat, karbonun Ni4W kristallerindeki düşük çözünürlüğü ve reformlanma reaksiyonu sırasında WC kristallerinin oluşumu nedeni ile dikkate değer kok minimizasyonu W katalizörleri ile elde edilmiştir. Ni@10Mg-Al2O3-EISA, [email protected]@Al2O3 ve Ni@10CeO2-Al2O3-EISA katalizörleri ile bu çalışmada hidrojen üretimi açısından en başarılı performanslar elde edilmiştir. Geliştirilen katalizörlerin sürdürülebilirliği göz önüne alındığında ise Ni@10Mg-Al2O3-EISA katalizörü DSR reaksiyonunun ticari uygulamalarında kullanılabileceği önerilmektedir. ATR reaksiyonunda düşük kok birikimi ile en yüksek hidrojen üretiminin elde edildiği katalizör olan Ni@10CeO2-Al2O3-EISA ise katı yakıt pillerine hidrojen üretecek olan reformer ünitesi içeren APU'larda kullanılabilir.

Özet (Çeviri)

On site and on-demand hydrogen production through diesel autothermal (ATR) and steam reforming (DSR) reactions are attractive routes for both stationary and mobile auxiliary power unit applications (APUs). Maximization of H2 production with coke minimization for cheap and active Ni/Al2O3 catalysts was investigated with incorporation of different metals/metal oxides to Ni/Al2O3 catalyst in DSR and ATR reactions. Two different synthesis techniques which are impregnation of metal/metal oxides to commercial Al2O3 pellets and one-pot synthesis of metal/metal oxide incorporated Al2O3 through surfactant aided evaporation induced self-assembly (EISA) approach, were applied. The effects of different metals/metal oxides such as Ru, W, CeO2, Mg, ZrO2 and their different combinations such as Ru & CeO2, Mg, CeO2 & ZrO2, W & CeO2, W & Mg on the hydrogen productivity and coke resistivity of Ni/Al2O3 catalyst in DSR and ATR reactions were investigated. Performances of catalysts were investigated at the optimum operating conditions which were found to be 7500 h-1 for GHSV, and 2.5 for H2O/C ratio in DSR reaction, 7500 h-1 for GHSV, 2.5 for H2O/C ratio, and 0.5 for O2/C ratio in ATR reaction. Catalyst investigations presented that among Ru and Ru-CeO2 incorporated catalysts, 0.5 wt.% ruthenium loading results in the highest H2 production in both DSR and ATR. Higher activity of this material was mostly due to its higher surface area and easier reducibility of Ni on [email protected]@Al2O3 which also presented long term stability for 34 h. Superior activity in DSR was obtained with CeO2 or CeO2/ZrO2 incorporated (one-pot) Ni/Al2O3-EISA catalysts. However, instabilities in product composition of CeO2/ZrO2 incorporated catalyst observed in DSR suggested that in the long term, incorporation of CeO2 is more preferable. CeO2 incorporated catalyst also presented higher hydrogen production in ATR reaction compared to CeO2/ZrO2 incorporated catalyst. Long term DSR test performed with Ni@10CeO2-Al2O3-EISA lead to superior activity along with stability. Tests on Mg, W, W-CeO2 and W-Mg incorporated (one-pot) mesoporous Al2O3-EISA supported nickel catalysts showed the most successful catalyst as Ni@10Mg-Al2O3-EISA in terms of hydrogen yield in DSR reaction. The stability and superior activity of Ni@10Mg-Al2O3-EISA catalyst was observed in long term DSR activity test. Higher success of this catalysts was due to formation of Ni0 crystals whereas formation Ni4W crystals was observed along with lower surface area and higher acidity in W catalysts, leading to lower water gas shift and reforming reaction rates. However, significant coke minimization was achieved with W catalysts due to low solubility of carbon in Ni4W crystals and also due to WC crystal formation during reforming reactions. The best performing catalysts in this study in terms of hydrogen production was Ni@10Mg-Al2O3-EISA, [email protected]@Al2O3 and Ni@10CeO2-Al2O3-EISA. Considering sustainability of the developed catalysts, it is suggested that Ni@10MgAl2O3-EISA catalyst can be used in commercial applications of DSR. The highest hydrogen production with low coke deposition in ATR reaction was obtained with Ni@10CeO2-Al2O3-EISA catalyst, which can be used in an APUs equipped with a reformer unit to produce hydrogen for solid oxide fuel cells.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    139486

    Computational and experimental investigation of catalytic hydrocarbon fuel processing for autothermal hydrogen production

    Hidrokarbon yakıtların ototermal hidrojen üretimi için katalitik dönüşümlerinin bilgisayar destekli ve deneysel yöntemlerle incelenmesi

    AHMET KERİM AVCI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZEYNEP İLSEN ÖNSAN

  2. Tez No

    312119

    Experimental and quantitative analysis of multiphase catalytic reactions under microfluidic flow conditions and geometries

    Çok fazlı katalitik reaksiyonların mikroakış koşul ve geometrilerinde deneysel ve hesaplamalı yöntemlerle incelenmesi

    MUSTAFA KARAKAYA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET KERİM AVCI

  3. Tez No

    325589

    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

    İngilizce

    2012

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HASAN BEDİR

    PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU

  4. Tez No

    246008

    Construction and testing of a bench-scale reactor system for autothermal reforming of methane

    Ototermal metan reformlaması için masa-üstü reaktör sistemi kurulması ve denenmesi

    İLKER ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. AHMET ERHAN AKSOYLU

    PROF. ZEYNEP İLSEN ÖNSAN

  5. Tez No

    166898

    Steam reforming of ethanol over sol-gel-synthesized mixed oxide catalysts

    Sol-jel ile hazırlanmış karışık oksit katalizörler üzerinde etanolün buhar riformlaması

    HAKAN ÖNDER OLCAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DENİZ ÜNER

Geri Dön