Geri Dön

Sentez gazından izobüten üretimi için Zr temelli katalizör geliştirilmesi

Development of Zr based catalysts for isobutene production from syngas

PDF İndir

  1. Tez No: 987402
  2. Yazar: ALEYNA ÖZLİYEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SALİHA ÇETİNYOKUŞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gazi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

İzobüten, organik bileşiklerin sentezinde hammadde ve ara ürün olarak kullanılan değerli bir kimyasaldır. Geleneksel olarak petrol rafinerilerinde üretilen izobüten, yüksek enerji tüketimi ve sınırlı petrol rezervleri nedeniyle alternatif üretim yöntemlerine ihtiyaç duymaktadır. Bu tez çalışmasında, alternatif ve yenilenebilir bir kaynak olan sentez gazından izobüten üretimi için aktif, seçici, Zr temelli yeni katalizörlerin sentezi amaçlanmıştır. Çalışma, katalizör sentezi, katalizör karakterizasyonu, termodinamik analiz ve katalitik test süreçlerini kapsamaktadır. ZrO2 ile MCM-41 ve Al2O3 destekli olmak üzere üç farklı grupta Zr temelli katalizörler hazırlanmıştır. Hidrotermal işlem süresi ve ısıl işlem sıcaklıkları değiştirilerek farklı ZrO2 katalizörü hidrotermal olarak sentezlenmiştir. MCM-41 destekli katalizörler iki farklı Zr içeriğinde (kütlece %5 ve %10) hidrotermal olarak sentezlenmiştir. Al2O3 destekli katalizörler ise aynı Zr içeriklerinde birlikte çöktürme yöntemi ile sentezlenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin XRD, N2 adsorpsiyon/desorpsiyon, SEM/EDS analizleri ile karakterizasyon çalışmaları yürütülmüştür. Sentezlenen tüm katalizörlerin monoklinik ZrO2 yapıları içerdiği, küçük kristal boyutlarına (4,50-19,84 nm) ve yüksek BET yüzey alanlarına (114-1281 m2/g) sahip olduğu belirlenmiştir. Tüm kataliözlerin Tip IV izoterm davranışına uygun olduğu ve bu yapının H1 veya H2 tipi histerezis döngüleri ile birlikte mezogözenekli bir yapıya sahip olduğu gözlenmiştir. İzosentez reaksiyonunun farklı besleme oranlarında (CO/H2: %50/%50; %60/%40; %70/%30), 400-1000K sıcaklık aralığında farklı basınçlarda (P= 1 atm, 5 atm, 10 atm, 20 atm, 30 atm, 50 atm) termodinamik analiz çalışması yürütülmüştür. Tüm analizlerde, ekzotermik bir reaksiyon olan sentez gazından izobüten eldesinin sıcaklıkla denge dönüşümü değerlerinin azaldığı, basınçla arttığı belirlenmiştir. Besleme bileşiminde CO kompozisyonun arttırılması, CO dönüşüm ve izobüten verim değerlerinde azalmaya yol açmıştır. Reaksiyonun, eşit hacimde besleme bileşimi üzerinden yürütülmesine karar verilmiştir. Sentez grupları içerisinde en uygun yapıdaki birer katalizör seçilerek sabit hacimli yüksek basınçlı kesikli bir mikroreaktörde (PARR 4590) katalitik testler yapılmıştır. Katalitik testler, CO/H2(hacim/hacim=1/1) besleme bileşiminde, 330oC sıcaklık ve 20 bar basınçta 1 saat sürecince gerçekleştirilmiştir. Tüm katalizörlerde denge dönüşümlerine yakın dönüşümler (≈%90) elde edilmiştir. İzobüten seçicilikleri (<%13) ve izobüten verimleri (<%12) dengedeki değerlerinden düşük belirlenmiştir. Bu durum yan reaksiyonların gerçekleştiğini göstermiştir. TGA analizleri ile ≈%2 kok birikimi tespit edilmiştir. Sentezlenen katalizörler içinde kütlece %5 Zr içeren Al2O3 destekli birlikte çöktürme ile sentezlenen katalizörün, en yüksek CO dönüşümü ve diğer katalizörler ile benzer seçicilikler sergilemesi; sentez yönteminin daha kolay uygulanabilir ve ekonomik olması nedenleriyle izosentez reaksiyonu için önemli bir aday olduğu söylenebilir.

Özet (Çeviri)

Isobutene is a valuable chemical used as a raw material and intermediate in the synthesis of organic compounds. Traditionally produced in oil refineries, isobutene requires alternative production methods due to high energy consumption and limited oil reserves. The aim of this thesis is the synthesis of active, selective, new Zr-based catalysts for the production of isobutene from syngas, an alternative and renewable resource. The study covers catalyst synthesis, catalyst characterization, thermodynamic analysis and catalytic testing processes. Three different groups of Zr-based catalysts were prepared, including ZrO2 and supported MCM-41 and Al2O3 catalysts. Different ZrO2 catalysts were synthesized hydrothermally by varying the hydrothermal treatment time and heat treatment temperatures. MCM-41 supported catalysts were synthesized hydrothermally at two different Zr contents (5% and 10% by mass). Al2O3 supported catalysts were synthesized by co-precipitation method at the same Zr contents. Characterization studies of the synthesized catalysts were carried out using XRD, N2 adsorption/desorption, and SEM/EDS analyses. All synthesized catalysts were found to contain monoclinic ZrO2 structures, have small crystal sizes (4.50-19.84 nm), and high BET surface areas (114-1281 m2/g). All catalysts were observed to exhibit Type IV isotherm behavior, and this exhibited a mesoporous structure with H1 or H2 type hysteresis loops. Thermodynamic analyses of the isosynthesis reaction were conducted at different feed ratios (CO/H2: 50%/50%; 60%/40%; 70%/30%) and pressures (P = 1 atm, 5 atm, 10 atm, 20 atm, 30 atm, and 50 atm) in the temperature range of 400-1000K. In all analyses, it was determined that the equilibrium conversion values for the production of isobutene from synthesis gas, an exothermic reaction, decreased with temperature and increased with pressure. Increasing the CO composition in the feed composition led to a decrease in CO conversion and isobutene yield values. It was decided to conduct the reaction using an equal volume of the feed composition. Catalytic tests were performed in a constant-volume, high-pressure batch microreactor (PARR 4590) by selecting the most suitable catalyst from each synthesis group. Catalytic tests were conducted at a CO/H2 (volume/volume = 1/1) feed composition, 330°C temperature, and 20 bar pressure for 1 hr. Conversions close to the equilibrium conversions (≈90%) were obtained for all catalysts. Isobutene selectivities (<13%) and isobutene yields (<12%) were determined to be lower than their equilibrium values. This indicated that side reactions occured. TGA analyses revealed ≈2% coke accumulation. The co-precipitated catalyst containing 5 wt% Zr on an Al2O3 support is considered a significant candidate for the isosynthesis reaction due to its highest CO conversion and similar selectivities compared to other catalysts, coupled with its easier and more economical synthesis method.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    671371

    Sentez gazından hafif olefin üretimine yönelik inorganik ve polimerik destekli demir ve demir borid katalizörlerin geliştirilmesi

    Development of inorganic and polymeric supported iron and iron boride catalysts for production of light olefin from syngas

    MELİKE TUPTUP

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    KimyaMarmara Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN

    DOÇ. DR. ŞERİFE SARIOĞLAN

  2. Tez No

    866804

    Sentez gazından metanol üretimi için bakır esaslı katalizörlerin hazırlanması ve karakterizasyonu

    Preperation and characterization of copper-based catalysts for the production of methanol from synthesis gas

    DENİZCE ŞENSES

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HASAN ÖZDEMİR

  3. Tez No

    918817

    Sentez gazından basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) teknolojisi ile yüksek saflıkta hidrojen elde edilmesi

    High purity hydrogen production from syngas using pressure swing adsorption (PSA) technology

    KEMALCAN SEVÜK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    EnerjiGazi Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA İLBAŞ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BERRE KÜMÜK

  4. Tez No

    84279

    Yüksek moleküllü alkollerin sentez gazından üretimi için metal oksit katalizörlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu

    Başlık çevirisi yok

    ADIGÜZEL MEHMET YÜCEER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Kimya Mühendisliğiİnönü Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. AHMET BAYSAR

  5. Tez No

    559211

    Tungstofosforik asit içerikli mezogözenekli alümina katalizörleri ile sentez gazından doğrudan dimetil eter üretimi: basınç, sıcaklık ve katalizör oranının etkisi

    Direct dimethyl ether synthesis from syngas over mesoporous alumina supported tungstophosphoric acid catalysts: effect of pressure, temperature and catalyst ratio

    DERYA ERKAL USLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURAY OKTAR

Geri Dön