Catalytic partial oxidation of methane
Metanın katalitik kısmi oksidasyonu
- Tez No: 76078
- Danışmanlar: PROF. DR. IŞIK ÖNAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Metan kısmi oksidasyonu, Metan oksidatif çiftlemesi, Perovskite katalizörler, Kurşun oksit katalizörler, Oksijen iyon kondüktivitesi, MOPAC-PM3, Semiampirik kuantum kimyasal hesaplamalar. vııı, Methane Partial Oxidation, Methane Oxidative Coupling, Perovskite Catalysts, Supported Lead Oxide Catalysts, Oxygen ion Conductivity, MOPAC-PM3, Semiempirical Quantum Chemical Calculations
- Yıl: 1998
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 214
Özet
oz METANIN KATALİTİK KISMI OKSIDASYONU Öztürk, Şükrü Doktora, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Işık Önal Ortak Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Muharrem Timuçin Aralık 1998, 197 sayfa Bu çalışmada çeşitli katalitik malzemelerin metan kısmi metan oksidasyon performansları deneysel ve teorik olarak araştırılmıştır. Katalitik aktivite testleri 1023K, 1 arm de toplam gaz akış akısının 40cm3/dak olduğu bir sabit yataklı, eşbeslemeli metan aktivasyonu test sisteminde yapılmıştır. Beslemedeki oksijen kısmı basıncının metan dönüşümü ve ürün seçicilikleri üzerindeki etkileri Pch4/Po2 oram 2 ila 40 arasında değiştirilerek incelenmiştir. Bazı katalizör sistemlerinin metan aktivasyon yollan ve enerjitikleri MOPAC-PM3 kuantum kimyasal hesap metodu kullanılarak incelenmiştir. Metan kısmı oksidasyonu ile sentez gazı üretimi için Perovskit, (Y1.xCaxCro.8Coo.203,x=0,0. 1,0.2), tipi katalizörlerde yapıya Ca2+ eklenmesinin etkileri incelenmiş, perovskit defekt yapısı ile aktivasyon performansı arasında güçlü bir ilişki olduğu anlaşılmıştır. Ca eklemesi arttırıldıkça CO seçiciliği ve metan dönüşümünün arttığı, buna mukabil beslemedeki PchVPo2 oranı azaltıldıkça CO vıseçiciliğinin azaldığı, metan dönüşümünün arttığı gözlenmiştir. Yo.8Cao.2Cro.sCoo.2O3 katalizörü için reaksiyon sıcaklığının etkileri de incelenmiş, ve 1123 K de CH4 dönüşümün % 85 e, CO seçiciliğinin ise %90 a ulaştığı gözlenmiştir. PbO/MgO, PbO/Al203 tipi katalizörlere Li ilavesinin metan oksidatif çiftleme reaksiyonu performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Genel olarak Li ilavesinin katalitik performansı önemli ölçüde iyileştirdiği gözlenmiştir. C2 seçiciliğinde ve hasılatında en iyi iyileştirme neticelerine sırasıyla orta ve düşük Pch/Po2 oranlarında ulaşılmıştır. PbO/MgO katalizörü için gerçekleştirilen MOPAC-PM3 hesaplamaları metanın PbO üzerinde homolitik olarak ayrıştığını göstermiştir. Benzer hesaplamalarla PbO/MgO sisteminde hem PbO ve hem de MgO kristal yapısına Li eklenmesinin aktivasyon enerji bariyerlerinde önemli düşüşe yol açtığı gözlenmiştir. Yapılan deneysel ve teorik araştırmalara dayanılarak, yapıya Li ilavesinin hem PbO hem de MgO kısımlarında [Li+0"] aktif merkezleri oluşturulması sureti ile katalitik aktiviteyi iyileştirdiği ve aktivasyon prosesinde hem PbO nun ve hemde bu aktif merkezlerin rol aldığı teklif edilmiştir. Perovskit esaslı La!_xSrxFe03 malzemelerinin metan oksidatif çiftleme reaksiyonu performansları kondüktivite özellikleri ile bağlantı kurularak, deneysel olarak incelenmiştir. Kondüktivite özellMerinin yapıya Sr eklenmesi ile modifikasyonun aktivite ve seçicilik iyileşmesi ile yakın ilişkili olduğu gözlenmiştir. Perovskitin Li2S04 ile promosyonu önemli ve dayanımlı bir aktivite-seçicilik iyüeşmesinin elde edilmesinde etkili olmuştur. Laı_xSrxFe03 için, yapıya Lİ2SO4 eklenmesi ile elde edilen aktivite-seçicilik promosyonunda perovskitin iyonik kondüktivite özellMerinin direkt etkisi gözlenmiştir. En yüksek C2+ hasılatı l/10(wt/wt)Li2SO4 yüklenmiş Lao.75Sr0 25Fe03 ile %13.42 olarak ve PchVPo2=2 de elde edilmiştir. Benzer bir iyileştirme, karışık p-tipi-oksijen-iyon kondüktör olarak bilinen CaTio.7Feo.303 malzemesinde de maksimum hasılat % 15.06 olarak ve PCH4/P02=2 de elde edilmiştir. Sonuç olarak, daha aktif ve dayanımlı metan oksidatif çiftleme katalizörlerinin dizaynı için yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Bu çalışmada son olarak, metan gazanın kısmi oksidasyon ile oksijen içeren ürünlere dönüştürülmesi reaksiyonu yollan ve enerjitikleri, çıplak silika yüzeyi vuüzerinde teorik olarak ve MOPAC-PM3 kuantum kimyasal hesap yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Çıplak silika yüzeyinde Strained Siloksan köprü yapılan metan aktivasyonundan sorumlu alanlar olarak önerilmiş ve metan aktivasyonu için metoksi ve metil radikal oluşumuna dayanan iki farklı mekanizma ortaya çıkarılmıştır.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT CATALYTIC PARTIAL OXIDATION OF METHANE Öztürk, Şükrü Ph.D., Department of Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Işık Önal Co-Supervisor: Prof. Dr. Muharrem Timuçin December 1998, 197 pages Methane partial oxidation performances of different catalytic materials were investigated both experimentally and theoretically. Catalytic activity tests have been performed at 1023 K and 1 atm pressure with total gas flow rates of 40 cmVmin in a co-feed, fixed bed methane activation test apparatus. The effect of oxygen partial pressure (Pqj) on methane conversion and product selectivities by changing the ratio of Pch4^o2 m fresh feec* between 2 and 40. Methane activation reaction pathways and energetics were theoretically investigated for some catalysts by use of (MOPAC- PM3) quantum chemical calculations. For catalytic partial oxidation of methane to synthesis gas reaction on perovskites (Y1.xCaxCr08Co02O3,x=0,0. 1,0.2), the effect of Ca+2 doping was studied. A strong relationship between defect structure and activation performance was observed. As the concentration of Ca+2 doping was increased, CO selectivity and CH4 conversion increased. As the ratio of PCh/Po2 was decreased, selectivity of CO was decreased, while conversion of methane was increased. For Y0 gCa,, 2Cr0 8Co02O3 the 111effect of temperature was also investigated and CH4 conversion of 85%, CO selectivity of 90% were observed at 1 123 K. Effect of Li doping on the Oxidative Coupling of Methane (OCM) reaction performance was investigated for PbO/MgO and PDO/AI2O3 catalysts. In general, Li addition improved catalyst performance significantly in both catalytic structures. A higher degree of improvement in terms of C2 selectivity and yield was observed at moderate and low Pch4/Po2 ratios respectively. MOPAC-PM3 calculations on PbO/MgO structures were shown that methane homolytically dissociates on supported PbO. The substitution of Li either PbO or MgO lattice observed to decrease the activation energy barriers significantly. Based on the experimental and the theoretical investigations, it is suggested that incorporation of Li to either PbO or support structure improves catalytic activity by creating [Li+0“] active centres and both PbO and [Li+0”] contribute to the activation process. OCM performance of perovskite based Lai-xSrxFe03 materials was studied experimentally in connection with the conductive properties. For Lai.xSrxFe03, modification of conductive properties by Sr substitution observed to be closely related with the activity and selectivity improvement. Promotion of Perovskite host by Lİ2SO4 was found to be effective for the creation of a significant and stable activity-selectivity improvement. In the case of Lai-xSrxFe03 system the promotional effect of Lİ2SO4 compound on activity- selectivity was found to be directly related with the ionic conductivity of the host perovskite. The highest C2 yield was obtained by l/10(wt/wt) Lİ2SO4 loading on Lao.7sSro.25Fe03 as 13.42 % at Pch4/Po2= 2. A similar improvement was obtained using CaTio.7Feo.3O3 which is known to be a mixed p-type-oxide ionic conductor. In this case the maximum yield obtained was 15.06% at Pch4/Po2= 2. As a result, a new approach for the design of more active and stable OCM catalysts have been suggested. Reaction pathways and energetics for methane partial oxidation to oxygenated products were theoretically investigated on bare silica surface by MOPAC-PM3 quantum chemical calculations Strained siloxane bridge defect on the silica surface is suggested to be responsible site for methane activation. Two separate methane IVactivation mechanisms were identified through the formation of methoxy species and methyl radicals.
Benzer Tezler
- Catalytic partial oxidation of methane to formaldehyde
Metanın formaldehit'e kısmi katalitik oksitlenmesi
BARIŞ AKBULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞIK ÖNAL
- Metanın kısmi oksidasyonu için CeO2, Al2O3 ve ZrO2 destekli Ni katalizörlerinin hazırlanması
Prepation of nickel catalysts supported on CeO2, Al2O3 ve ZrO2 for partial oxidation of methane
TUĞÇE ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TUBA GÜRKAYNAK ALTINÇEKİÇ
- Metanın kısmi oksidasyon reaksiyonu için nikel esaslı katalizörlerin sentezlenmesi
Preparation of nickel based catalysts for methane partial oxidation reaction
HASAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ALİ GÜRKAYNAK
YRD. DOÇ. DR. M. A. FARUK ÖKSÜZÖMER
- Metandan katalitik yolla hidrojen üretimi
Catalytic hydrogen production from methane
MUSTAFA KARAKÖSE
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Kimya MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALAİTTİN HASTAOĞLU
- Metanın kısmi oksidasyonu için bor katkılı Al2o3 destekli katalizörlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron doped Al2o3 supported catalysts for partial oxidation of methane
AHMED KENCO
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ FARUK ÖKSÜZÖMER