A study on kinetics of methane oxidative steam reforming (OSR) over Pt-Ni/δ-Al2O3 bimetallic catalysts
Bimetalik Pt-Ni/δ-Al2O3 katalizörleri üzerinde metanın oksidatif buhar reformlaması (OSR) kinetik çalışması
- Tez No: 371754
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ERHAN AKSOYLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kimyasal kinetik, Chemical kinetics
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın amacı, uygun Pt-Ni/Al2O3 katalizörü üzerinde metanın oksidatif buhar reformlaması (OSR) için güvenilir bir üssel hız denklemi elde etmektir. Bu bağlamda, ağırlıkça %0.2Pt-%10Ni/δ-Al2O3 ve %0.3Pt-%10Ni/δ-Al2O3 katalizörleri ardışık emdirilme yöntemiyle hazırlanmıştır. Bu katalizörlerin metan OSR performansları sabit buhar/karbon (S/C) besleme oranında ve 450 °C'de test edilmiştir. Performans test sonuçları, reaktörde kalma süresindeki ve karbon/oksijen (C/O2) besleme oranlarındaki artışın OSR aktivitesini azalttığını, sıcaklık artışının ise daha yüksek metan dönüşümü sağladığını göstermiştir. Pt:Ni metal yükleme oranı aktivite üzerinde önemli bir etki göstermediğinden, kütle transferi sınırlamaları olmayan kinetik çalışmalar için ön testler 0.2Pt-10Ni katalizörü üzerinde sürdürülmüştür. Ön kinetik testlerin sonuçları doğrultusunda, kinetik çalışmalar 375 °C'de 4.0 < C/O2 < 7.34 ve 2.03 < S/C < 3.08 besleme oranları aralığında yapılmıştır. Reaktanların (metan, oksijen ve buhar) kısmi basınçları ve reaktörde kalma süreleri değiştirilerek 17 çift kinetik deney yapılmıştır. MATLABTM ortamında çoklu değişkenli doğrusal olmayan fonksiyon kullanılarak, metan, oksijen ve buhar reaksiyon mertebeleri sırasıyla 0.81, 1.60 ve 0.44 olarak belirlenmiştir. Metan OSR reaksiyonunun 350-425 °C sıcaklık aralığındaki görünür aktivasyon enerjisi (EA) ve frekans faktörü (k0) sırasıyla 31.99 kJ mol-1 ve 0.366 µmol mgcat -1 s-1 kPa-2.85 olarak hesaplanmıştır. Bu sıcaklık aralığı 350-400 °C (375 °C + 25 °C) olacak şekilde daraltıldığında ise, EA ve k0 değerleri sırasıyla 39.05 kJ mol-1 ve 0.956 µmol mgcat-1 s-1 kPa-2.85 olarak hesaplanmıştır; bu sonuçlar OSR mekanizmasının sıcaklığa karşı yüksek hassasiyet gösterdiğini onaylamaktadır.
Özet (Çeviri)
The aim of the current study is to obtain a reliable power law type rate expression for methane OSR over Pt-Ni/δ-Al2O3 catalyst valid for practical experimental condition ranges. In this context, 0.2wt.%Pt-10wt.%Ni/δ-Al2O3 and 0.3wt.%Pt-10wt.%Ni/δ-Al2O3 catalysts were prepared by sequential impregnation method. Methane OSR performance of these catalysts were tested for constant S/C feed ratio at 450 °C. The performance test results showed that increasing residence time and C/O2 feed ratio decreased OSR activity, whereas increase in temperature led to higher methane conversions. As the effect of Pt:Ni metal loading did not lead to significant changes in activity, the following preliminary kinetic tests were conducted over 0.2Pt-10Ni catalyst to determine kinetically controlled, mass transfer limitations free, experimental conditions. Based on the outcomes of the preliminary test results, the kinetic study was performed at 375 °C with feed ratio regions of 4.0 < C/O2 < 7.34 and 2.03 < S/C < 3.08. 17 pairs of kinetic experiments were conducted by changing partial pressures of reactants, methane, oxygen, and steam, and residence time, W/F. Reaction orders were estimated as 0.81, 1.60 and 0.44 in methane, oxygen and steam, respectively, by using multivariable non-linear optimization function of MATLABTM. The apparent activation energy of methane OSR was calculated as 31.99 kJ mol-1 and pre-exponential factor as 0.366 µmol mgcat-1 s-1 kPa-2.85 for the 350-425 °C temperature interval. The same analysis performed for a narrower temperature range, 350-400 °C, i.e. 375+ 25 °C, gave k0 and EA values as 0.956 µmol mgcat-1 s-1 kPa-2.85 and 39.05 kJ mol-1, respectively, confirming the high sensitivity of OSR pathway to temperature.
Benzer Tezler
- Monolit kanallı katalizörlerde doğalgazdan hidrojen eldesinin ve doğalgaz - hidrojen karışımlarının yakılmasının deneysel ve teorik analizi
Experimental and theoretical analysis of hydrogen production from natural gas and combustion of natural gas - hydrogen mixtures on monolith catalysts
ASLI SAYAR
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDİL ESKİN
- Süperkritik su ortamında 2-propanolün Ni/Al2o3 ve Ru/Al2o3 katalizörü kullanılarak gazlaştırılması
Gasification of 2-propanol in supercritical water by using Ni/Al2o3 and Ru/Al2o3 catalysts
YAĞMUR KARAKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT AKGÜN
- Oxidative coupling of methane over lithium doped magnesium oxide
Li/MgO katalizörü üzerinde metanın oksijen varlığında yüksek hidrokarbonlu moleküllere dönüşümü
MANOUCHEHR NADJAFİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN YILDIRIM
- Aktif çamur sistemlerinde reaktif ön çökeltmenin koi bileşenleri ve ayrışma kinetiğine etkinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effects of reactive pre-sedimentation to cod components and decomposition kinetics in activated sludge systems
AYŞİN ERTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Pirinç kapçığı şablonlu yeni TiO2 mikroküreleri: Sentezi, karakterizasyonu ve fotokatalitik aktivitesi
Rice husk templated novel TiO2 microspheres: Synthesis, characterization and photocatalytic activity
ÜMİT NAZLI TÜRKTEN