Sentez gazı üretimi için Ni-Ru-Ce içeren mezogözenekli katalizörler geliştirilmesi
Development of mesoporous catalyst containing Ni-Ru-Ce for production of synthesis gas
Yazar: ESRA SARİER
Danışman: DOÇ. DR. NAİL YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Metanın kuru reform reaksiyonu ile, sera etkisine neden olan gazlar (CH4 ve CO2) sentez gazına (CO, H2) dönüşebilmektedir. Metanın kuru reform reaksiyonu sonucunda oluşan sentez gazı (H2+ CO) enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Ayrıca, reaksiyonda oluşan sentez gazında H2' nin CO' e oranının yaklaşık bir (H2/CO 1) olması nedeniyle bu ürünler, sıvı karbonların `'Fischer-Tropsch'' senteziyle üretiminde hammadde olarak da kullanılabilmektedirler.Çalışma kapsamında yüksek yüzey alanına sahip ve mezogözenekli MCM-41 malzemesi destek olarak kullanılmıştır. VIII B metallerinden olan nikel, nikel-rutenyum metalleri ve yükseltgeyici olarak Ce metali ile MCM-41 destekli katalizörler hazırlanmıştır. Çalışmada ilk olarak Ni/Si 0,1 ve 0,2 oranlarında Ni-MCM-41 katalizörleri doğrudan hidrotermal sentez yöntemiyle elde edilmiştir. Aynı sentez yöntemiyle Ru-Ni-MCM-41 katalizörleri sentezlenmiş ve nikel, nikel-rutenyum içerikli katalizörlere Ce yükseltgeyicisi emdirme yöntemiyle ilave edilmiştir. Metanın kuru reform reaksiyonunda katalizörler test edilmeden önce H2 gazı ortamında indirgenme işlemine tabi tutulmuşlardır. Hazırlanan katalizörlerin yapı ve fiziksel özellikleri BET yüzey alanı, XRD, EDS analizleri ile belirlenmiştir. Metanın kuru reform reaksiyonu dolgulu kolon reaktör sisteminde gerçekleştirilmiş, reaksiyon sonucu elde edilen ürün analizleri reaktör çıkışına doğrudan bağlı olan gaz kromatograf cihazı ile sağlanmıştır. Metan ve karbondioksit dönüşümü, hidrojen ve karbon monoksit seçiciliği ve verim değerlerinin belirlenmesiyle katalitik test sonuçlarının değerlendirilmesi yapılmıştır. Ni-MCM-41 katalizörlerinin yüzey alanları, Ru ve Ce ilavesi ile azalmıştır. X-ışını kırınım desenlerinde katalizörlerde nikelin metalik Ni olduğu görülmüştür. Ni/Si mol oranının artması ile reaksiyonda CH4 ve CO2 dönüşümleri artmıştır. Yapısında Ni/Si mol oranı 0,2 olan katalizörde Ru ilavesi ile CO2 dönüşümünün arttığı ve CH4 dönüşümünün azaldığı gözlenmiştir. Katalitik aktivite testlerinde katalizör yapısına seryum ilavesi ile CO2 dönüşümü azalmıştır. Katalizör yapısında seryum ve rutenyum metallerin beraber bulunması en yüksek H2 seçiciliğini vermiştir. Bu çalışma ile metanın kuru reformu ile H2 eldesi için aktif ve kararlı katalizörler geliştirilmiştir.

Abstract:
With dry reforming of methane, the gases which cause the greenhouse effect (CH4 and CO2) are converted into synthesis gas (CO, H2). Synthesis gas (H2+ CO) which is formed as a result of the dry reforming of methane can be used as an energy source. In addition, because of the fact that the ratio of H2 to CO of the synthesis gas formed in the reaction is close to 1 (H2/CO 1), these products can also be used as a raw material in the production of liquid carbons with Fischer-Tropsch synthesis.In this study, high surface area and mesoporous MCM-41 was used as a supportive material. Catalyst supported by MCM-41 were prepared with nickel, which is VIII B metals, nickel-ruthenium metals and Ce metal as a promoter. In the first part of the study, Ni-MCM-41 catalysts were prepared by 0,1 and 0,2 Ni/Si molar ratio with direct hydrotermal synthesis method. Ru-Ni-MCM-41 catalysts are synthesized with the same synthesis method, and Ce promoter was added to these catalysts by impregnation method. In the dry reforming of methane, catalysts were subjected to reduction process during H2 gas flow before being tested.The structural and physical characteristics of the catalysts were determined by BET surface area, XRD, EDS analysises. Dry reforming of methane reaction was carried out in fixed-bed reactor system. Reaction products were analyzed by online gas chromatography. Catalytic activity data for the catalysts in dry reforming of methane were evaluated with determining the methane and CO2 conversion, selectivity and yield of H2 and CO. Surface area of Ni-MCM-41 catalyst decreased with addition of Ru and Ce metals. In XRD patterns of the catalysts were concluded as Ni which was the metalic. CH4 and CO2 conversions rose by the increase of Ni/Si molar ratio. In the catalyst that had the Ni/Si molar ratio 0,2, it was seen that with the addition of Ru, the conversion of CO2 increased and the conversion of CH4 decreased. In catalytic acitivity tests, CO2 conversion decreased with addition of Ce on the catalyst. The co-existence of Ce and Ru metals in the structure of the catalyst resulted in the maximum H2 selectivity. In this study, active and stable catalyst were developed for the production of H2 by dry reforming of methane.