Design and development of co methanation catalysts for a novel coal to SNG production technology
Yeni bir kömürden sentetik doğal gaz (SNG) üretim teknolojisi için co metanasyon katalizörlerinin tasarımı ve geliştirilmesi
- Tez No: 909304
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kimyasal reaksiyon mühendisliği, Chemical reaction engineering
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu araştırmanın amacı, metanasyon ve WGS reaksiyonlarını birleştirerek H2/CO oranının 3'ten düşük olduğu koşulları altında yüksek ve verimli metan üretim aktivitesine, seçicilik ve stabiliteye sahip Ni bazlı metanasyon katalizörleri tasarlamak ve geliştirmektir. İlk olarak, metanasyon performansı üzerinde deneysel parametrelerin etkisini değerlendirmek için geleneksel bir metanasyon katalizörü üzerinde ön testler gerçekleştirilmiştir. İkinci olarak, klasik metanasyon ve WGS katalizörleri kullanılarak çeşitli katalizör yatak konfigürasyonları üzerinde çalışılmıştır. Saf bir metanasyon katalizörü yerine katalizör karışımları veya ardışık yataklar kullanmanın CH4 verimini önemli ölçüde artırmadığı belirlenmiştir. Üçüncü bölümde, WGS ve metanasyon reaksiyonlarını tek bir katalizör içinde birleştirerek bifonksiyonellik araştırılmıştır. Farklı promotörler, destekler ve ön işlem koşullarına sahip yeni Ni bazlı katalizörler sentezlenmiş ve test edilmiştir. 400°C'de, H2/CO oranı 3 olduğunda, yüksek CO dönüşüm değerleri (%93-%99) elde edilmiş; en yüksek değer 5%Ce-10%Ni/SBA-15-550 için gözlemlenmiştir. H2/CO oranının 2'ye düşürülmesi, 1%Mg-10%Ni/γ-Al2O3 (92.9%'dan 84.2%'ye) ve 15% Ni/SBA-15-750 (92.7%'den 72.6%'ya) katalizörlerinde CO dönüşümünde düşüşe neden olmuştur, ancak diğerleri stabil dönüşüm değerlerini korumuştur. Sıcaklık düşüşleri performansı önemli ölçüde etkilemiştir. 250°C'de, 16 katalizörden sadece 6'sı CO dönüşümü sergilemiş, 5%Ce-10%Ni/γ-Al2O3 en iyi performansı göstermiştir (%96). Ce-Ni katalizörleri, XPS, XRD, HR-TEM, SEM ve RAMAN teknikleri ile karakterize edilmiştir. XPS analizi Ce ilavesiyle artan elektronik etkileşimler, XRD daha iyi NiO indirgenmesi, RAMAN ise düşük sıcaklıklarda artan karbon birikimi göstermiştir. SEM ve TEM analizleri, destek malzemesinin etkisiyle belirgin Ce ve Ni küme oluşumlarını ortaya koymuştur. Kinetik çalışmalar, 5%Ce-10%Ni/γ-Al2O3 katalizörü üzerinde 300-350°C ve 350-400°C arasında farklı kinetik rejimler belirlemiştir. Langmuir-Hinshelwood modelleri daha iyi tahmin yeteneğine sahip olsa da, güç yasası ve LH modelleri reaksiyonu modellemede yetersiz kalmıştır.
Özet (Çeviri)
The overall purpose of this research is to design and develop Ni-based methanation catalysts with high and efficient methane production activity, selectivity, and stability for realistic feed conditions with H2/CO<3 by combining methanation and WGS reactions. Initially, preliminary tests were conducted on a conventional methanation catalyst, 15%Ni/γ-Al2O3, to evaluate the impact of experimental parameters on methanation performance. Secondly, various catalyst bed configurations using classical methanation and WGS catalysts were investigated. It was determined that using catalyst mixtures or sequential beds did not significantly enhance CH4 yield compared to a pure methanation catalyst. The third section explored bifunctionality by integrating WGS and methanation reactions within a single catalyst. New Ni-based catalysts with different promoters, supports, and pretreatment conditions were synthesized and evaluated. At 400 °C and an H2/CO ratio of 3, most catalysts exhibited high CO conversion values (93%-99%), with the highest conversion observed for 5%Ce-10%Ni/SBA-15-550. Reducing the H2/CO ratio to 2 caused a drop in CO conversion for 1%Mg-10%Ni/γ-Al2O3 (from 92.9% to 84.2%) and 15%Ni/SBA-15-750 (from 92.7% to 72.6%), while other catalysts maintained stable conversion values. Temperature decrease significantly impacted performance. At 250 °C, only six out of sixteen catalysts exhibited CO conversion, with 5%Ce-10%Ni/γ-Al2O3 demonstrating the best performance (ca. 96%). Ce-Ni catalysts were characterized using XPS, XRD, HR-TEM, SEM, and RAMAN techniques. XPS analysis revealed enhanced electronic interactions with Ce addition, XRD indicated improved NiO reduction, RAMAN showed increased carbon deposition at lower temperatures, and SEM/TEM identified distinct Ce and Ni cluster formations influenced by the support material. Kinetic studies on the 5%Ce-10%Ni/γ-Al2O3 catalyst identified different kinetic regimes between 300-350 °C and 350-400 °C. Among the evaluated power-law type and Langmuir-Hinshelwood models, although Langmuir-Hinshelwood models had better predictive capabilities, all rate equations were inadequate for modeling the reaction.
Benzer Tezler
- Design and development of catalysts and adsorbents for COX free H2 production
COX?ten arındırılmış H2 üretimine yönelik katalizör ve adsorbanların tasarımı ve geliştirilmesi
BURCU SELEN ÇAĞLAYAN
- Design and development of WGS catalysts for small scale hydrogen production units
Küçük ölçekli hidrojen üretim ünitelerine yönelik WGS katalizörlerinin tasarımı ve geliştirilmesi
COŞAR DOĞA DEMİRHAN
- Design and development of Pt-based trimetallic WGS catalysts
Pt-bazlı üç metalli su-gaz değişimi (WGS) reaksiyonu katalizörlerinin tasarlanması ve geliştirilmesi
ÖZGÜ ÖZER
- Structure based design of peptidomimetic inhibitors of the MLL1-WDR5 interaction
Başlık çevirisi yok
HACER KARATAŞ
- Frajil X sendromu tanısı alan bireyler ve kardeşlerinde psikopatoloji yaygınlığı ile sosyal destek gereksinimlerinin değerlendirilmesi
An evaluation of psychopathology prevalence and social support needs in individuals diagnosed with Fragile X syndrome and their siblings
AYŞE AKÇA
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2026
Trabzon ÜniversitesiÇocuk ve Ergen Ruh Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
