Metanolden hafif olefin eldesi için yeni nesil katalizörlerin geliştirilmesi
Development of new generation catalysts for the production of light olefins from methanol
- Tez No: 881990
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ARBAĞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Olefinler, en az bir C=C bağı içeren doymamış hidrokarbonlardır. Etilen ve propilen hafif olefinler olarak kabul edilmektedir. Petrol kaynakları tükendikçe biyolojik atıklardan türetilen metanolün olefinlere dönüştürülmesi (MTO) gibi petrolden bağımsız alternatif yöntemler bu önemli kimyasal yapı taşlarını üretmek için önem kazanmıştır. Tez çalışmasının amacı, MTO reaksiyonunda kullanılmak üzere reaksiyon koşullarında kararlı ve yüksek toplam hafif olefin seçiciliği gösteren yenilikçi katalizörler geliştirilmesidir. Bu çalışma kapsamında, MTO reaksiyonunda mordenit (MOR), HZSM-5 ve silika bazlı mikroküre ile kapsüllenmiş HZSM-5 katalizörlerinin aktiviteleri incelenmiştir. MOR zeoliti, MTO reaksiyonunda herhangi bir olefin seçiciliği göstermemiştir. Ancak, H3PO4 ile muamele işlemi ve Ce ilavesi, MOR katalizörlerin kararlılığını artırmış ve hafif olefin seçiciliğini %35'e kadar yükseltmiştir. Ticari HZSM-5, 300-550°C arasındaki reaksiyon sıcaklıklarında sabit yataklı sürekli akış reaksiyon sisteminde 450°C'de en yüksek metanol dönüşümünü (%97) ve toplam hafif olefin seçiciliğini (%51) göstermiştir. SEM-EDX, ICPMS ve DRIFTS analizleri, HCl, H3PO4 ve H2SO4 muamelesinin HZSM-5 katalizörünün Si/Al oranını ve asitliğini etkilediğini göstermiştir. BET analizi, saf HZSM-5'in yüzey alanının dealüminasyon nedeniyle 316 m²/g'dan 447 m²/g'a yükseldiğini göstermiştir. En yüksek toplam hafif olefin seçiciliği, H3PO4-HZSM-5 katalizöründen %53 olarak elde edilmiştir. Katalizörlerin uzun süreli aktivite testleri sırasında, fosforik asit muamelesi katalizörün kararlılığını artırmış ve saf HZSM-5'in toplam olefin seçiciliğini %33 oranında artırmıştır. Farklı miktarlarda HZSM-5 (0,2, 0,5 ve 1 g), silika mikroküreler ile kapsüllenmiştir. Silika ile kapsüllenmiş HZSM-5 katalizörleri arasında, en yüksek toplam olefin seçiciliğini (%49) ve dimetil eter hariç en düşük yan ürünleri elde etmek için optimum HZSM-5 miktarının 0,5 g olduğu bulunmuştur. TGA sonucu, silika kapsüllemesinden sonra HZSM-5'in kok birikiminin %9,5'ten %4,7'ye (ağırlıkça) düştüğünü göstermiştir. Silika kapsüllenmiş katalizörler yeniden kullanılabilir niteliktedir. Metanol beslemesinin H2O ile seyreltilmesi, Si-HZSM-5MS (0,5g) katalizörü için toplam hafif olefin seçiciliğini %59,3'ten %63,9'a kadar artırmıştır.
Özet (Çeviri)
Olefins are unsaturated hydrocarbons with at least one C=C bond. Ethylene and propylene are considered light olefins. As petroleum resources deplete, alternative methods independent of petroleum, such as converting bio-waste-derived methanol to olefins (MTO) have become important for producing these key chemical building blocks. The aim of this thesis is to develop innovative catalysts that are stable under reaction conditions and exhibit high total light olefin selectivity for use in the MTO reaction. Within the scope of this study, the activities of mordenite (MOR), HZSM-5, and silica-based microsphere encapsulated HZSM-5 catalysts were investigated in the MTO reaction. MOR zeolite did not show any olefin selectivity in the MTO reaction. However, H3PO4 treatment and Ce addition increased the stability of the MOR catalysts and raised the light olefin selectivity up to 35%. Commercial HZSM-5 showed the highest methanol conversion (97%) and total light olefin selectivity (51%) at 450°C in the fixed-bed continuous flow reaction system in between 300-550°C. SEM-EDX, ICP-MS, and DRIFTS analysis showed that HCl, H3PO4, and H2SO4 treatment affected the Si/Al ratio and acidity of the HZSM -5 catalyst. BET analysis showed the increase in the surface area of bare HZSM-5 (316 m2 /g) up to 447 m2 /g due to dealumination. The highest total light olefin selectivity was obtained as 53% from the H3PO4-HZSM-5 catalyst. During the long-term activity tests, phosphoric acid treatment enhanced the stability and increased the amount of the total olefin selectivity of bare HZSM-5 by 33%. Different amounts of HZSM-5 (0.2, 0.5, and 1 g) were encapsulated with silica microspheres. Among silica-encapsulated HZSM-5 catalysts, the optimum amount of HZSM-5 to achieve high total olefin selectivity (49%) and the lowest side products except dimethyl ether was found as 0.5 g. TGA result showed that the coke deposition of spent HZSM-5 decreased from 9.5% to 4.7% (by wt.) after silica encapsulation. The silica-encapsulated catalysts are regenerable. H2O dilution of methanol feed increased the total light olefin selectivity of Si-HZSM-5MS (0.5g) catalyst from 59.3% up to 63.9%.
Benzer Tezler
- Metanolden hafif olefin sentezi üzerine kinetik çalışmalar
Kinetic studies of light olefin synthesis from methanol
EZGİ ÇİĞDEM ARPACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY OKTAR
- Synthesis of mesoporous [al]-[b]-zsm-5, -ssz-13 and -ssz-39 for methanol to olefins process
Metanolden olefin reaksiyonu için mezofor [al]-[b]-zsm-5, -ssz-13 ve –ssz-39 sentezi
BÜŞRA KARAKAYA YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BAHAR İPEK TORUN
- Yüzey asiditesi modifiye edilmiş SAPO-34 katalizörlerininsentezi, karakterizasyonu ve katalitik performansı
Synthesis, characterization and catalytic performance ofsurface acidity modified SAPO-34 catalysts
EMRE DİDİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY OKTAR
- Yeni ligandlar ve organik reaksiyonlarda kullanılmaları
New ligands and their application in organic chemistry
ŞEBNEM SARIŞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE NACİYE TALINLI
- Extremely rapid postfunctionalization of polyesters in the presence of TBD
TBD varlığında poliesterlerin hızlı bir şekilde fonksiyonlandırılması
BUSE ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN DURMAZ