Metanın kısmi oksidasyonu ile hidrojen üretiminin verimlilik analizi
The efficiency analysis of hydrogen production via partial oxidation of methane
Yazar: AYNUR KARAKAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜN YÜCEL
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Hidrojen enerjisi, artan enerji talebini ve fosil yakıtların neden olduğu çevre 
sorunlarını çözmek için ideal bir temiz enerjidir. Metanın dönüşümü yoluyla, kirletici 
olmayan ve yenilenebilir olan, yüksek enerji yoğunluğuna sahip hidrojen elde 
edilebilir. Metanın kısmi oksidasyonu (POX), metan ve oksijenin bir katalizörün 
varlığında yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girmesiyle gerçekleşen bir reaksiyondur. 
Bu işlem genellikle hidrojen üretimi için kullanılır.  
Kısmi oksidasyonun verimliliği, çeşitli faktörlere bağlıdır. Bunlar arasında kullanılan 
katalizörün tipi ve kalitesi, işlem sıcaklığı ve basıncı, metan ve oksijen oranı gibi 
parametreler yer alır. Ayrıca, prosesin verimliliği üzerindeki etkileri dikkate 
alınmalıdır. CO2 ve CO gibi yan ürünlerin oluşumu, işlem verimliliğini etkileyebilir. 
Bu yan ürünlerin miktarı düşük olmalıdır çünkü fazla miktarda CO2 emisyonları 
çevresel sorunlara yol açabilir. Kısmi oksidasyon ile Hidrojen üretiminin verimliliğini 
analiz etmek reaksiyon koşullarının optimize edilmesi ve yan ürün oluşumunun 
minimize edilmesi için ve prosesin ekonomik ve çevresel etkilerini değerlendirmek 
için verimlilik analizleri önemlidir. Metanın kısmi oksidasyonu, genellikle metan ve 
oksijenin birlikte tepkimesiyle gerçekleşen bir kimyasal süreçtir. Bu tepkime 
sonucunda karbondioksit (CO2) ve su (H2O) üretilir.  
Metanın kısmi oksidasyonunda karbondioksit yerine karbonmonoksit (CO) üretilmesi 
istenir. Bunun başlıca nedeni; karbonmonoksit daha sonra kimyasal sentezler için bir 
ara ürüne dönüştürülebilir. Karbondioksit ise genellikle istenmeyen bir yan ürün olarak 
kalır. 
Kompozit katalizörleri kullanılarak metanın kısmi oksidasyonu üzerinde sıcaklığın, 
girişteki oksijen ve metan konsantrasyonları ve yüzeysel gaz hızı etkili olmaktadır. 
Metandan hidrojene dönüşüm oranı sıcaklıkla artabilir. Literatürden data toplanması 
sonrasında elde edilen verilerde sıcaklık arttıkça hidrojene dönüşüm oranının arttığı 
görülmüştür. Enerji açısından düşük sıcaklıklarda kısmi oksidasyon performansını 
arttırmak için katalizörlerin kullanıldığı çalışmalar yapılmaktadır.

Abstract:
Hydrogen energy is an ideal clean energy solution to meet increasing energy demands 
and address environmental issues caused by fossil fuels. Through methane conversion, 
non-polluting and renewable hydrogen with high energy density can be obtained. 
Partial Oxidation (POX) of methane is a reaction where methane and oxygen react at 
high temperatures in the presence of a catalyst, typically used for hydrogen production.  
The efficiency of partial oxidation depends on various factors, including the type and 
quality of the catalyst, process temperature and pressure, and the ratio of methane to 
oxygen. Additionally, the impacts on process efficiency should be considered. The 
formation of by-products such as CO2 and CO can affect the efficiency of the process. 
The quantity of these by-products should be minimized because excessive CO2 
emissions can lead to environmental issues. Analyzing the efficiency of hydrogen 
production via partial oxidation is important for optimizing reaction conditions, 
minimizing by-product formation, and evaluating the economic and environmental 
impacts of the process. Partial oxidation of methane is typically a chemical process 
where methane and oxygen react together. This reaction produces carbon dioxide 
(CO2) and water (H2O).  
In partial oxidation of methane, the production of carbon monoxide (CO) instead of 
carbon dioxide (CO2) is desired. The primary reason for this is that carbon monoxide 
can be further converted into intermediate products for chemical synthesis, whereas 
carbon dioxide is generally an undesirable by-product. 
The performance of methane partial oxidation using composite catalysts is influenced 
by factors such as temperature, oxygen and methane concentrations at the inlet, and 
superficial gas velocity. The conversion of methane to hydrogen can increase with 
temperature. Data collected from the literature shows that as temperature increases, 
the conversion efficiency to hydrogen also increases.  
Studies are underway to enhance the performance of partial oxidation at lower 
temperatures using catalysts, aiming to improve energy efficiency.