Carbon dioxide reduction in reverse flow reactors
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2013
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: NEVZAT CAN AKSU
Danışman: DENİZ ÜNER
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:CO ve H2 karışımından oluşan sentez gazı endüstriyel değeri olan önemli bir gaz karışımdır. Bunun sebebi sentetik doğal gaz, amonyak ve metanol gibi ürünlerin bu gaz karışımından sentezlenebilmesidir. Bu çalışmanın temel amacı CO2 gazının indirgenmesi ile CO gazını elde edebilmektir. Metal oksitler, sıcak, basınç ve ortamdaki gaz kompozisyonundaki değişikliklere göre indirgenebildikleri ve yükseltgenebildikleri için bu amaç için kullanabilmektedirler. Literatürde bulunan benzer çalışmalara dayanılarak bu döngüsel reaksiyon serisinde kullanılmak üzere seçilmiştir. CeO2, zehirli olmaması ve erime noktasının yüksek olması nedeniyle tercih edilmiştir. Oksijen desorpsiyon sıcaklığının aşağı çekilebilmesi amacıyla Pt ve yüzey alanını artırmak amacıyla da Al2O3 kullanılmıştır. Ters akışlı reaktörler isminden anlaşılabileceği gibi gaz akış yönlerinin periyodik bir şekilde değişmesi prensibiyle çalışırlar. Bu tip reaktörler endüstride çeşitli amaçlarla kullanılırlar. Oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları bu tip reaktörler için oldukça uygundur çünkü bir ekzotermik biri endotermik olan reaksiyon çiftlerinde, reaktörün içerisindeki materyal ısı emici görevi görebilir. Al2O3, Al2O3-CeO2, Pt/CeO2 ve Pt/Al2O3-CeO2'nın redoks özelliklerinin belirlenebilmesi için SPD analizleri yapılmıştır. Örneklerin hazırlanması için iki ayrı metod kullanılmıştır. Bu metodlar ıslaklık başlangıcı emdirme metodu ve polyol metodudur. Sentez metodların ve malzemedeki Pt miktarının etkileri incelenmiştir. H¬2O ve CO2 adsorpsiyon ve desorpsiyon miktarlarının katalizördeki Pt miktarına baplı olarak arttığı gösterilmiştir. % 1 Pt içeren katalizörün H2O adsorplama miktarının % 0.5 Pt içerenden 1.58 kat fazla, CO2 adsorplama miktarının ise yaklaşık 4.5 kat fazla olduğu belirlenmiştir. H2O ve CO2 moleküllerinin Pt/Al2O3-CeO2 kazalizöründen desorplanma mertebesi H2O için birinci mertebe olarak CO2 için ise ikinci mertebe olarak hesaplanmıştır. Oksijen desorplamasıyla CeO2'in Ce2O3'e dönüşebildiği redoks reaksiyonun denge dönüşüm oranının termodinamik analizi ile desteklenmiştir. Analiz sonuçları, oksijen desorpsiyonun 1400oC'ye kadar gerçekleşmeyeceğini göstermiştir. Bu durum ayrıca SPD deneyleri ile de desteklenmiştir. CeO2'in yüzeyine 1%Pt yüklendiği zaman oksijen desorpsiyon'un 900oC civarlarında bır maksımum verdiği gözlemlenmiştir. Bu deneyler Pt'in oksijen desorpsiyon sıcaklığını düşürebildiğini göstermiştir. Bu tezin amaçlarının biri de otomatik ters akışlı sıcaklık programlı desorpsiyon sistemi yapmak ve SPD deneylerini bu sistem üzerinde gerçekleştirebilmektir. Otomatik ters akışlı sıcaklık programlı desorpsiyon sistemi tasarlandı ve metal oksitlerin döngüsel indirgenme ve yükseltgenme reaksiyonlarını gerçekleştirelebilmek için yapıldı. Bu sistem bu çalışmada test edildi ve sistemin başarılı bir şekilde çalıştığı gösterilmiştir. Bu testler sırasında, Al2O3'ün kullanılmasıyla elde edilen yüksek yüzey alanının oksijen desorpsiyonlanma üzerine etkisi ayrıca incelendi. Bütün bunlara ek olarak, iki farklı sentez metoduyla hazırlanan katalizörler ile oksijen desorplanma deneyleri yapıldı. Polyol metoduyla sentezlenen katalizörün oksijen desorplanma miktarının ıslaklık başlangıcı emdirme metodu ile sentezlenen katalizöre göre 10 kat daha fazla oksijen salabildiği deneysel olarak gösterilmiştir. Bu yolla, Pt dağılımının kataizör yüzeyinden oksijen salınımına etkisi ayrıca gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: SPD, Oksidasyon, İndirgeme, Al2O3, CeO2, Pt, ters akışlı reaktör