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
- Tez No: 619557
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 230
Özet
Bu çalışmanın amacı, CO içermeyen hidrojen üretimi ve CO2 giderilmesinde kullanılacak COx eliminasyonu için aktif, kararlı ve seçici alkali destekli Pt bazlı katalizörler ve aktif karbon bazlı adsorbanlar tasarlamak ve geliştirmektir. İlk olarak, Pt-Re-Na/CeO2 ve Pt-Re-Na/TiO2 katalizörleri, WGS reaksiyonu için tasarlanmış ve hazırlanmıştır. Na yüklemesi, destek tipi, reaksiyon sıcaklığı, besleme tipi ve kompozisyonun (H2O/CO oranı) WGS performansı üzerindeki etkisi deneysel parametreler olarak kabul edilmiştir. Farklı O/C oranına sahip iki OSR besleme akışı için seri OSR-WGS testleri de yapılmıştır. Gerçekçi besleme altındaki en yüksek performansı %1Pt-%1Re-%2Na/CeO2 katalizörü verirken; en yüksek gerçek WGS aktivitesi, 350°C'de %43.0 CO dönüşümü olarak sırayla empregne edilmiş %1Pt-%1Re-%1Na/CeO2 üzerinde elde edilmiştir. Numunelerin yeni indirgenmiş ve kullanılmış biçimleri SEM, XPS, XRD ve Raman spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Yüksek aktivite gösteren katalizörlerin Na1 ve Ce3d spektrumları değerlendirildiğinde, WGS reaksiyon mekanizmalarında NaOx gruplarının CeOx gruplarına göre daha etkili olduğu görülmüştür. Pt-Re-Na/CeO2 katalizörleri üzerinde bir WGS reaksiyon mekanizması önermeyi amaçlayarak yapılan FTIR-DRIFTs-MS testlerinde, reaksiyon koşulları altında yüzeyde oluşan format ve karbonat grupları incelenmiştir. WGS performansı ve OSC sonuçlarının birlikte değerlendirildiğinde, yapısal OSC (S-OSC) ve efektif OSC'nin (E-OSC) WGS performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Katalizörlerin E-OSC değerleri aktivite sonuçları ile korelasyon göstermiştir. Adsorban tasarım bölümünde, AC bazlı NaOH emdirilmiş numunelerin çeşitli“sıcaklık-basınç aralığı”değerleri için CO2 ve CH4 adsorpsiyon kapasiteleri belirlenmiş, CO2-CH4 gaz karışımları altında seçici adsorpsiyon kapasiteleri ölçülmüştür. Grubumuz tarafından geliştirilen yeni bir metodoloji ile numuneler üzerindeki adsorpsiyon modellenmiştir. CO2:CH4=1:1 ve 1:9 altında seçici CO2 adsorpsiyonu açısından en iyi performans gösteren adsorban, hava ile oksitlenmiş ve Na eklenmiş AC olan AC6-200 olarak belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The goal of this research study is to design and develop active, stable and selective alkali promoted Pt-based catalysts and activated carbon-based adsorbents for COx elimination to be used in CO-free hydrogen production and CO2 removal. Firstly, Pt-Re-Na/CeO2 and Pt-Re-Na/TiO2 catalysts were designed and prepared for WGS reaction. The effect of Na loading, support type, reaction temperature, feed type and composition (H2O/CO ratio) on WGS performance were considered as the experimental parameters. Among the prepared catalysts, sequentially impregnated 1%Pt-1%Re-2%Na/CeO2 exhibited the highest performance under Realistic Feed with H2O/CO=6.7. Serial OSR-WGS tests were also conducted for two OSR feed compositions having different O/C ratio and the highest real WGS activity was achieved over sequentially impregnated 1%Pt-1%Re-1%Na/CeO2 at 350°C as 43.0% CO conversion. The freshly reduced and spent forms of the catalyst samples were characterized by SEM, XPS, XRD and Raman spectroscopy. Combined evaluation of the Na1s and Ce3d spectra of the highly active catalysts, suggests the NaOx species should be more influential than CeOx species in the WGS reaction mechanisms. Surface formate and carbonate species under reaction conditions were examined in operando FTIR-DRIFTs-MS tests over Pt-Re-Na/CeO2 catalysts. The combined evaluation of WGS performance and OSC results indicated that structural OSC (S-OSC) and effective OSC (E-OSC) have both significant effect on WGS performance. E-OSC values of the catalysts were found in direct accordance with their performance results. In the adsorbent design part, CO2 and CH4 adsorption capacities of AC-based NaOH impregnated samples were determined for various“temperature-pressure range”couples, their selective adsorption capacities were measured under CO2-CH4 gas mixtures through using a novel methodology developed by our group, and the adsorption on the samples was modelled. The best performing adsorbent in terms of selective CO2 adsorption under CO2:CH4=1:1 and 1:9 was determined as AC6-200, which is the air oxidized AC doped with Na.
Benzer Tezler
- Fischer Tropsch sentezi için alümina destekli kobalt katalizörlerin geliştirilmesi
Development of alumina supported cobalt catalysts for Fischer Tropsch synthesis
CEMİLE ÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ALPER AYDIN
- Farklı biyokütle numunelerinden torrefaksiyon işlemi ile kaliteli yakıt peleti üretimi
Producing high quality fuel pellets by torrefaction of different biomass samples
YAĞMUR IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Farklı interkonnektör tasarımı ve çalışma sıcaklıkları için düzlemsel katı oksit yakıt hücresinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the different interconnector design and operating temperatures on a planar solid oxide fuel cell
SÜLEYMAN ALTINDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ GÜREL
- Linyit ve asfaltit karışımlarının düşük sıcaklık pirolizi
Low temperature pyrolysis of lignite and asphaltite mixtures
A.BANU ARABACIOĞLU
- Tetrapirol türevlerinin sentezi ve enerji alanındaki uygulamaları
Synthesis of tetrapyrole derivatives and applications in the field of energy
EKREM KAPLAN