İzobütan dehidrojenasyonu için katalizör sentezi ve karakterizasyonu
Catalyst synthesis and characterization for isobutane dehydrogenation
Yazar: EMRE KIRCI
Danışman: PROF. DR. MELTEM DOĞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yürütülen çalışmanın amacı izobütan dehidrojenasyonunda yüksek aktivite ve seçicilik gösteren krom temelli katalizörlerin hazırlanmasıdır. Dehidrojenasyon katalizörlerin yapısında monokromat miktarının fazla olmasının aktivite ve seçiciliği olumlu etkilediği bilinmektedir. Bu nedenle yapıda yüksek oranda monokromat miktarları istenmektedir. Emdirme tekniği ile yürütülen sentez çalışmalarında ticari olarak temin edilen aktif karbon (AC) asitle muamele edildikten sonra destek olarak kullanılmıştır. Metal tuz çözeltisi ve desteğin temas süresinin katalizör yapısı ve aktifliğine etkisinin incelendiği çalışmalar dört farklı karıştırma süresinde yürütülmüştür (4, 24, 48, 72 saat). En fazla monokromat miktarı 24 saatlik karıştırma süresinde hazırlanan katalizör yapısında gözlenmiştir. Katalitik testlerde de en yüksek seçicilik değeri aynı karıştırma süresinde hazırlanan katalizör ile elde edilmiştir. Katalizör yapısındaki krom miktarı (kütlece) %6'ı geçtiğinde monokromat miktarı düşmüştür. Krom miktarı %22'ye yükseltildiğinde kromun çoğunlukla aktif olmayan Cr2O3 kristalleri içinde kaldığı tespit edilmiştir. Yüksek oranda krom içeren katalizörler üzerinde yan reaksiyonların gerçekleşmesi ile seçiciliğin düştüğü belirlenmiştir. Bu çalışmada Ca eklenmesinin katalizör yapısı ve aktifliğine etkileri de incelenmiştir. Artan Ca/Cr oranı ile monokromat miktarları azalmıştır. Kalsinasyon basamağı CO2 ortamında ve yüksek sıcaklıkta yapıldığında oluşan monokromat miktarları artmıştır. AC destek ile kuru hava ortamında yüksek sıcaklıklarda kalsinasyon işlemi yapmak mümkün olmamış, düşük sıcaklıklarda ise katalizörde aktif olmayan Cr2O3 kristallerinin oluştuğu görülmüştür. Aktif karbonun destek olarak kullanıldığı tüm sentez şartları için katalizör yapısında monokromatlar tespit edilmiştir. Çalışmada, katalizör yapısında bulunan monokromat miktarının katalizör hazırlama şartlarından önemli ölçüde etkilendiği gösterilmiştir.

Abstract:
The aim of the work is to prepare chromium-based catalysts exhibiting high activity and selectivity in isobutane dehydrogenation. It is known that the high amount of monochromate in the structure of the dehydrogenation catalyst affects the activity and selectivity positively. For this reason, high amounts of monochromate are required in the structure. Commercially available activated carbon (AC) was used as support after being treated with acid in the synthesis study carried out by the impregnation technique. Studies investigating the effects of the contact duration of the metal salt solution and support on catalytic structure and activity were carried out at four different mixing times (4, 24, 48, 72 hours). The maximum amount of monochromate was observed in the catalyst structure prepared during the 24-hour mixing time. The highest selectivity value in catalytic tests was also obtained with the catalyst prepared at the same mixing time. When the amount of chromium in the catalyst structure exceeded 6% (mass), the amount of monochromate decreased. At the time, amount of chromium was increased to 22%, it was found that the chromium remained mostly inactive Cr2O3 crystals. It was determined that selectivity decreased due to occurrence of side reactions in catalysts containing high amount of chromium. In this study, the effect of addition of Ca on catalyst structure and activity was also investigated. Monochromate amounts decreased with increasing Ca/Cr ratio. The amount of monochromate formation increased when the calcination step was carried out in CO2 environment and at high temperature. It was not possible to calcinate at high temperatures in the dry air environment with AC support and at low temperatures it was observed that Cr2O3 crystals were formed in the catalyst. Monochromates were detected in the catalyst structure for all the synthesis conditions in which the activated carbon is used as support. In the study, it was shown that the amount of monochromate in the catalyst structure was affected by catalyst preparation conditions.