Kullanılmış Co-Mo hidrodesülfürizasyon katalizörünün sülfürik asit çözeltilerinde çözünme kinetiğinin incelenmesi
Investigation of dissolution kinetics of spent co-mo hydrodesulfurization catalyst in sulfuric acid solutions
- Tez No: 989517
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET ORKUN KALPAKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hidrodesülfürizasyon (HDS) katalizörleri, rafine petrol ürünlerinde bulunan sülfürü uzaklaştırmak amacı ile kullanılmaktadır. HDS katalizörleri γ-Al2O3 altlık üzerinde Mo, Co, Ni ve V bileşiklerini içermektedir. HDS prosesinde kullanılan katalizörler rejenerasyon adı verilen bir dizi işlem sonrası yeniden kullanılabilmekte ancak birkaç rejenerasyon döngüsünden sonra işlevselliğini büyük ölçüde kaybetmektedir. Bu tür katalizörler kullanılmış katalizör olarak nitelendirilmekte ve önemli miktarda metal, sülfür ve uçucu bileşenler içerdiği için tehlikeli atık olarak sınıflandırılmaktadır. Son yıllarda, kullanılmış HDS katalizörlerinden Mo, Co, Ni vb. metalik değerlerin geri kazanımı önem kazanmıştır. Hem ekonomik hem de çevresel açıdan kullanılmış HDS katalizörlerinin metal geri kazanımı için ikincil kaynak olarak kullanılması önem taşımaktadır. Bu çalışmada, kullanılmış Co-Mo HDS katalizörünün sülfürik asit (H2SO4) çözeltilerinde liç kinetiği incelenmiştir. Karıştırma hızının, sıcaklığın, H2SO4 konsantrasyonunun ve katı/sıvı oranının liç hızı üzerine etkileri belirlenmiştir. Karıştırma hızı, H2SO4 konsantrasyonu ve katı/sıvı oranının liç hızı üzerine kayda değer bir etkisinin olmadığı, sıcaklığın liç hızını etkileyen en önemli parametre olduğu saptanmıştır. Liç deneylerine geçilmeden önce kullanılmış Co-Mo HDS katalizörünün yapısındaki sülfürlü bileşiklerin oksitli bileşiklere dönüştürülmesi ve uçucu petrol artıklarının uzaklaştırılması amacı ile 773 K'de 5 saat süre ile oksitleyici kavurma işlemi uygulanmıştır. Kavurma işlemine tabi tutulan Co-Mo HDS katalizörünün ve katı liç artıklarının karakterizasyonu XRD, XRF ve SEM-EDS analiz teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ayrıca, molibdenin liç çözeltisindeki diğer metalik bileşenlerden ayrılması amacı ile solvent ekstraksiyon işlemi uygulanmıştır. Solvent ekstraksiyon işleminde organik ekstraktant olarak Alamine 304-1 ve sıyırma çözeltisi olarak amonyak (NH3) kullanılmıştır. pH, yükleme süresi ve sıyırma süresi parametrelerinin molibdenin solvent ekstraksiyonuna etkisi incelenmiştir. Farklı A/O (sulu faz/organik faz) oranlarında deneyler gerçekleştirilerek McCabe – Thiele diyagramları çizilmiş ve optimum A/O oranları ile yükleme ve sıyırma işlemleri için gerekli kademe sayıları belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, molibdenin ekstraksiyonunda optimum pH değerinin 1, en uygun yükleme ve sıyırma sürelerinin ise sırasıyla 10 ve 30 dakika olduğunu göstermiştir. McCabe – Thiele diyagramları yardımıyla, yükleme adımında A/O = 2/3 oranında 3 kademede molibdenin % 98,5'inin organik faza, sıyırma adımında ise A/O = 3/2 oranında 2 kademede organik fazdaki molibdenin % 95'inin sulu faza geçirilebileceği belirlenmiştir. Liç deneylerinden elde edilen verilerden yararlanılarak MoO3, CoO ve Al2O3 bileşiklerinin liç reaksiyonlarını açıklamak için en uygun kinetik modelin Avrami Kinetik Modeli olduğu belirlenmiştir. Bu model kullanılarak liç reaksiyonları için kinetik parametreler hesaplanmış ve fraksiyonel dönüşümün süreye bağlı değişimini veren model kinetik bağıntılar türetilmiştir. Görünür aktivasyon enerjileri MoO3, CoO ve Al2O3 bileşiklerinin liç reaksiyonları için sırasıyla 34.7, 17.09 ve 81.84 kJ mol-1 olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
Hydrodesulfurization (HDS) catalysts are used to remove sulfur from refined petroleum products. HDS catalysts contain Mo, Co, Ni and V compounds on γ-Al2O3 substrate. The catalysts used in the HDS process can be reused through a series of processes called regeneration. However, after several regeneration cycles, it loses its activity and become non-functional. Such catalysts are considered spent catalysts and are classified as hazardous waste because they contain significant amounts of metals, sulfur, and volatile compounds. In recent years, recovery of metallic values such as Mo, Co, Ni etc. from spent HDS catalysts has become important. Considering both economic and environmental conditions, the use of spent catalysts as a secondary source for metal recovery has become important. In this study, the leaching kinetics of spent Co-Mo HDS catalyst in sulfuric acid (H2SO4) solutions was investigated. The effects of stirring speed, temperature, H2SO4 concentration and solid/liquid ratio on the leaching rate were determined. It was reported that the stirring speed, H2SO4 concentration and solid/liquid ratio had no significant effect on the leaching rate, and the temperature was the most important parameter affecting the leaching rate. Spent Co-Mo HDS catalyst was roasted at 773 K for 5 h prior to the leaching experiments for the conversion of sulphide compounds to corresponding oxides and the elimination of volatile petroleum residues. XRD, XRF and SEM-EDS analyses were used for the characterization of the roasted Co-Mo HDS catalyst and leach residues. In the study, solvent extraction process was also applied to separate molybdenum from other metallic compounds in the leach solution. Alamine 304-1 was used as the organic extractant and ammonia (NH3) was used as the stripping solution in the solvent extraction process. The effects of pH, extraction time and stripping time parameters on the solvent extraction of molybdenum were investigated. McCabe – Thiele diagrams were constructed by carrying out experiments at different A/O (aqueous phase/organic phase) ratios. In this way, the optimum A/O ratios and the number of stages required for extraction and stripping processes were determined. The results showed that the optimum pH value for the extraction of molybdenum was 1, and the optimum extraction and stripping times were 10 and 30 minutes, respectively. It was determined using McCabe – Thiele diagrams constructed for the extraction and stripping of molybdenum that 98,5% of molybdenum can be extracted in three stages at A/O = 2/3, while 95% of Mo in the organic phase can be stripped in two stages at A/O = 3/2. Avrami Kinetic Model was found to fit the best for experimental data obtained from leaching reactions of MoO3, CoO, and Al2O3. Kinetic parameters were calculated using this kinetic model and model kinetic equations, which give fractional conversion as a function of time, were derived. Apparent activation energies for the leaching reactions of MoO3, CoO, and Al2O3 compounds were calculated as 34.7, 17.09, and 81.84 kJ mol-1, respectively.
Benzer Tezler
- Kullanılmış Ni-Mo hidrodesülfürizasyon katalizörünün HCl çözeltilerindeki liç kinetiğinin incelenmesi
Investigation of leaching kinetics of spent Ni-Mo hydrodesulfurization catalyst in HCl solutions
BERNA GÜMÜŞ ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT İLHAN
- Kullanılmış kobalt-molibden hidrodesülfürizasyon (HDS) katalizörünün nitrik asitli çözeltilerde çözündürülmesi
Dissolution of used cobalt-molybdenum hydrodesulfurization (HDS) catalyst in nitric acid solutions
İLKNUR ŞUŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ORKUN KALPAKLI
- Kullanılmış Co-Mo-/Al2O3 katalizörünün kompleksleştirici EDTA varlığında çözünme şartlarının ve kinetiğinin incelenmesi
Investigation of dissolution conditions and kinetics in the presence of complexing agents of spent Co-Mo-Ni/Al2O3 catalyst
ORHON ALPASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiBartın ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ YARAŞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN ARSLANOĞLU
- Kobalt ve molibden içeren kullanılmış hidrodesülfürizasyon (HDS) katalizör atıklarına asidik ve alkali liç uygulaması
Acidic and alkaline leaching application to spent hydrodesulfurization (HDS) catalysts including cobalt and molybdenum
M. DEMET OKUDAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Maden Mühendisliği ve MadencilikSüleyman Demirel ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ATA UTKU AKÇİL
- Co-Mo/MgO katalizörü ile yüksek verimli karbon nanotüp sentezi
High efficiency carbon nanotube synthesis with Co-Mo/MgO catalyst
AYŞEGÜL ÇAĞLA GERÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ