Karbondioksit aktivasyonu ile metandan hidrojen üretimi reaksiyonunun MCM-41 destekli katalizörlerde incelenmesi
Investigation of production of hydrogen by carbon dioxide reforming of methane over MCM-41 supported catalysts
Yazar: HÜSEYİN ARBAĞ
Danışman: PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Metanın karbondioksit aktivasyonuyla sentez gazı üretim reaksiyonu, metan ve karbondioksitin kullanılabilir kimyasal ürünlere dönüşümü nedeniyle önemli bir reaksiyondur. Bu çalışmada yüksek yüzey alanına sahip ve mezogözenekli MCM-41 destekli nikel ve nikel-rodyum katalizörlerin metanın kuru reform reaksiyonuna gösterdikleri aktiviteleri incelenmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde, farklı Ni/Si oranında Ni-MCM-41 katalizörleri doğrudan hidrotermal sentez yöntemiyle hazırlanmıştır. Rodyum ise emdirme yöntemiyle Ni-MCM-41 katalizörünün yapısına ilave edilmiştir. Metanın kuru reform reaksiyonunda test edilecek olan katalizörler reaksiyondan önce H2 gazı akışında indirgenmişlerdir. Hidrotermal sentezin son basamağı olan kalsinasyon işleminden sonra ve indirgeme işleminden sonra olmak üzere, hazırlanan katalizörlerin yapı ve fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi amacıyla XRD, BET yüzey alanı, EDS ve SEM analizleri gerçekleştirilmiştir. Metanın kuru reform reaksiyonunun gerçekleştirilebilmesi amacıyla dolgulu kolon reaktör sistemi kurulmuştur. Gaz analizleri reaktör çıkışına doğrudan bağlı olan gaz kromatograf ile yapılmıştır. Metanın kuru reform reaksiyonunda test edilen katalizörlerin katalitik test sonuçları metan ve karbondioksit dönüşümü, hidrojen ve karbon monoksit seçiciliği ve verimleri yardımıyla değerlendirilmiştir. Ni-MCM-41(0,2)-İ-TB katalizöründe ilk andaki CO2 dönüşümünün (0,41) metan dönüşümünden (0,31) ve CO veriminin (0,72) H2 veriminden (0,50) daha yüksek olması ters su gazı reaksiyonu ile açıklanabilir. Ni-MCM-41(0,2)-İ-TB katalizörünün 25 saat süreyle metanın kuru reform reaksiyonundaki katalizör ömrü araştırılarak, 25 saat sonunda katalizörün aktifliğini tam olarak kaybetmediği ve 25. saatin sonunda metan dönüşümünün 0,10 olduğu belirlenmiştir. Rodyumun emdirme yöntemiyle Ni-MCM-41(0,2)-İ katalizörünün yapısına eklenerek, katalizörün aktivitesinin arttırılabildiği görülmüştür.

Abstract:
Production of synthesis gas by CO2 reforming of methane is an important reaction because of converting CO2 and CH4 into a useful chemical product. In this study, activities of high surface area, nickel and nickel-rhodium incorporated MCM-41 like mesoporous catalysts in dry reforming of methane were investigated. In the first part of the study, Ni-MCM-41 catalysts with different Ni/Si ratio were synthesized by direct hydrothermal synthesis. Rh was incorporated to Ni-MCM-41-I by impregnation method. Before the dry reforming of methane, the catalysts were reduced by hydrogen. Physical and structural properties of catalysts were investigated by XRD, BET surface area, EDS and SEM analysis after calcination, the last step of hydrothermal synthesis, and after reduction. Fixed-bed reactor system was set up for dry reforming methane. Reaction products were analyzed by online gas chromatography. Catalytic activity data for the catalysts in dry reforming of methane were evaluated in terms of methane and CO2 conversion, selectivity and yield of hydrogen and CO. Over Ni-MCM-41(0,2)-TB catalyst, higher CO2 conversion (0.41) than the initial methane conversion (0.31) and higher CO yield (0.72) than H2 yield (0.50) were considered to be due to the occurrence of reverse water gas shift reaction. Long time activity and stability test of Ni-MCM-41(0,2)-TB catalyst was carried out for 25 hours. At the end of 25th hour the catalyst didn?t lose its activity and methane conversion was found as 0.1. By the incorporation of Rh into Ni-MCM-41(0,2)-I catalyst, the activity of catalyst was increased.