H2S'ün yararlı ürüne dönüştürülmesi için alümina destekli Fe sorbentlerinin geliştirilmesi
Development of alumina supported Fe sorbents for converting H2S to useful product
Yazar: NAGEHAN ÇELİK
Danışman: PROF. DR. SENA YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde enerji kaynaklarının yetersizliği nedeniyle yeni yapılan çalışmalar yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde yoğunlaşmıştır. Entegre gaz kombin çevrimi (IGCC), kömürün gazlaştırılması ile enerji üreten bir sistemdir. Fakat bu sistemde enerji üretilirken zehirli gaz olan hidrojen sülfür (H2S) gazı açığa çıkmaktadır. Hidrojen sülfür insan sağlığı için zehirli, proses ekipmanları için korozif ve atmosfere salındığında ise asit yağmuruna neden olan bir gazdır. Bu nedenle hidrojen sülfür prosesten güvenli bir şekilde uzaklaştırılmalıdır. Yapılan yüksek lisans çalışmasında yüksek sıcaklıkta hidrojen sülfür giderimi için demir esaslı sorbentler geliştirilmiştir. Kompleksleştirme, sol-jel ve emdirme yöntemleri ile toplam dokuz (9) sorbent sentezlenmiştir. Sorbentlerin sülfidasyon öncesi ve sülfidasyon sonrası BET, XRD ve EDS analizleri ile karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Sentezlenen her bir sorbentin 600°C de, 100 ml/dk akış hızına sahip %1 H2S-N2 gaz karışımı kullanılarak sabit yataklı kuarz reaktörde sülfidasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sülfidasyon sonucu elde edilen "break-through" eğrileri ile sorbentlerin kükürt tutma kapasiteleri hesaplanmıştır. Her bir sentez yöntemi içerisinde en yüksek kükürt tutma kapasitesine sahip sorbentler ile hidrojen varlığında sülfidasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sülfidasyon sonrası sorbenti tekrar kullanılabilmesi için 600°C de, 100 ml/dk akış hızına sahip %6 O2-N2 gaz karışımı ile yenilenme deneyleri yapılmıştır. Her bir sorbentin desülfürizasyon performansını incelemek için 3 sülfidasyon/yenilenme döngüleri gerçekleştirilmiştir. Döngüler sonucunda kükürt denkliği kurulmuştur. Sentezlenen içerisinde 40Fe@Al-SG sorbentinin yüksek kükürt tutma kapasitesi ve reaksiyon hızına sahip olduğu belirlenmiştir (0,24 g S/g sorbent). 40Fe@Al-SG sorbenti ile farklı H2S yüzdesine sahip gaz karışımı ve farklı sıcaklıklarda sülfidasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sorbent yüksek sıcaklıklarda performasını korurken, gaz karışımında H2S yüzdesinin artmasıyla sorbentin kükürt tutma kapasitesinde azalma görülmüştür. 10 sülfidasyon/yenilenme döngüleri boyunca sorbent performansını korumuştur. 40Fe@Al-SG sorbenti yüksek sıcaklıkta hidrojen sülfür gideriminde umut verici bir sorbent olmuştur.

Abstract:
Today, due to insufficient energy resources, new studies have focused on renewable energy sources. Integrated gas boiler cycle (IGCC) is a system that generates energy by gasification of coal. However, in this system, hydrogen sulfide (H2S) gas, which is toxic gas, is released. Hydrogen sulfide is a gas that is toxic to human health, corrosive to process equipment and causes acid rain when released into the atmosphere. Therefore, hydrogen sulfide must be safely removed from the process. In the graduate study, iron based sorbents were developed for high temperature hydrogen sulphide removal. A total of nine (9) sorbents were synthesized by complexation, sol-gel and impregnation methods. Characterization studies of the sorbents were carried out by BET, XRD and EDS analyzes before and after sulfidation. For each synthesized sorbent, sulfidation experiments were carried out in a fixed bed quartz reactor using a 1% H2S-N2 gas mixture with a flow rate of 100 ml/min at 600°C. The sulfur retention capacity of the sorbents was calculated with the-break-through S curves obtained from the sufidation. In each synthesis method, sulfidation experiments were performed with sorbents having the highest sulfur holding capacity in the presence of hydrogen. Regeneration experiments were performed with 6% O2-N2 gas mixture having a flow rate of 100 ml/min at 600°C for re-use of the sorbent after sulfidation. To examine the desulfurization performance of each sorbent, 3 sulfidation/regeneration cycles were performed. Sulfur equivalence was established as a result of cycles. In the synthesized, 40Fe@Al-SG sorbent was found to have high sulfur retention capacity and reaction rate (0.24 g S / g sorbent). 40Fe@Al-SG sorbent and gas mixture with different H2S percentage and sulfidation experiments were performed at different temperatures. Sorbent maintained its performance during 10 sulfidation / regeneration cycles. The 40Fe@Al-SG sorbent was a promising sorbent for hydrogen sulphide removal at high temperature.