Metanolden reformlama tepkimeleri ile hidrojen üretimi için reaktör sistemi tasarımı ve simülasyonu: katalizör geliştirilmesi ve kinetik model çalışmaları

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: ORHAN ÖZCAN

Danışman: Ayşe Nilgün Akın

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışmada, La katkılı bakır temelli katalizörlerin (CuO/ZrO2/La-Al2O3) metanol buhar reformlama (MSR) aktivite testleri düşük CO seçiciliği (˂%3-5) ile H2 üretmek için gerçekleştirilmiş ve ticari bir düşük sıcaklık su gaz değişim (WGS) katalizörü (HiFUELW220) ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, La ve Ga katkılı Cu/Zr/La/Al ve Cu/Zr/Ga/Al katalizörleri de tek seferde sonokimyasal birlikte çöktürme yöntemiyle hazırlanmıştır. Son olarak, Aspen Plus ve yanıt yüzey deneysel tasarım yöntemi (RSM) kullanılarak MSR sisteminin termodinamik dengesinin istatistiksel modellemesi ve optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. H2 bakımından zengin akışın denge bileşimleri ilgilenilen aralıkta analiz edilmiştir (sıcaklık: 25-600 ℃, basınç: 1-3,0 atm, H2O/CH3OH: 0-7,0). Fizikokimyasal özellikler, N2 adsorpsiyonu, CO kimyasal adsorpsiyonu, XRD, ICP-OES ve SEM analizleriyle karakterize edilmiştir. Kalsinasyon sıcaklığının (750-1000 ℃) karışık oksit desteğinin (La-Al2O3) özellikleri üzerindeki etkisi aktiviteye dayalı olarak tartışılmıştır. En iyi H2O/CH3OH oranı (1,0-3,0), boşluk zaman oranı ("W" _("F" _"A0" )) (40–120 kg.sn.mol-1), ve tepkime sıcaklığı (180-310 ℃), ticari katalizör (HF220) kullanılarak parametrik bir çalışma ile değerlendirilmiştir. Bir akış reaktöründe 246 ℃ ve 1 atm'de CH3OH ve H2O kısmi basınçlarının bir fonksiyonu olarak HF220 üzerinde MSR'nin kinetik bir çalışması da ayrıca incelenmiştir. Sonuçlar, yüksek sıcaklık polimer elektrolit membran yakıt hücresi (HT-PEMFC) kalitesinde hidrojen üretimi için optimum termodinamik MSR parametrelerinin sırasıyla 246 ℃, 1 atm ve 5,6 olduğunu göstermiştir. Desteğin (La-Al2O3) kalsinasyon sıcaklığı, yapısal özellikleri ve CO seçiciliği açısından aktiviteyi önemli ölçüde etkilemiştir. En yüksek La/Al oranına (2,6) sahip CZLA-4 katalizörü ile ticari katalizörün 144 saat boyunca stabilitesi incelendiğinde, metanol dönüşmesinde ilk hafif bir azalmadan sonra (yaklaşık %7) katalizörler 144 saat boyunca iyi bir stabilite sergilemiştir.