Metanol buhar reformasyonu prosesi için bakır bazlı katalizör geliştirilmesi
Cupper based catalyst development for methanol steam reformining process
Yazar: UMAR YAWUZ HASSAN UMAR
Danışman: PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada hidrojen yakıtı üretmek amacıyla, metanol buhar reformasyonu  Prosesi için yüksek aktiviteye sahip ZrO2 destekli Cu bazlı katalizörleri sentezlenmiştir, katalizörler birlikte çöktürme ve sol-jel yöntemi ile iki farklı yöntemle hazırlanmıştır her yöntemde %5, %8 ve %11 bakır oranını içeren üç ayrı  katalizör sentezlenmiştir ayrıca katalizörlerde Al2O3 etkisini incelemek adına tüm katalizörler Al2O3 ve Al2O3'sis olacak şekilde hazırlanmıştır. Çalışmada hazırlama yöntemi, reaksiyon sıcaklığı ve   katalizörlerdeki içerdiği farklı bakır oranı gibi parametreleri göz önüne alarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Hazırlanan Cu bazlı katalizörlerin sahip olduğu fiziksel yapının özellikleri incelenmesi için karakterizasyon çalışmalarına tabi tutulmuştur. Yapılan karakterizasyon çalışmalarında en yüksek yüzey alanı değerine sahip olan katalizör (274,6 m2/g) sol-jel yöntemi ile hazırlanan %5 Cu/ZrO2 katalizörü olmuştur, en düşük yüzey alanına sahip olan katalizör ise (22,07 m2/g) birlikte çöktürme yöntemi ile hazırlanan %11 Cu/ZrO2/Al2O3 katalizörü olmuştur .Hazırlanan katalizörleri Metanol Buhar Reformasyon prosesinde, 200 °C, 250 °C ve 300 °C üç farklı reaksiyon sıcaklığında test edilerek aktivitesi incelenmiştir. Gaz kromatografisinden (GC) elde edilen veriler incelendikten sonra metanol dönüşümü ve CO oranı dikkate alınarak, hazırlanmış olan toplam 12 adet katalizörün verdiği sonuçlar ile ilgili kıyaslamalar yapılmıştır. Sonuçlara bakıldığında, genel olarak reaksiyon sıcaklığı ve katalizörlerdeki bakır oranı yükseldikçe metanol dönüşümünün yükseldiği görülmüştür ayrıca sol-jel yöntemi ile hazırlanan katalizörler birlikte çöktürme ile hazırlanan katalizörlere göre daha iyi katalitik aktivite göstermiştir. En yüksek metanol dönüşümü sağlayan katalizör  sol-jel yöntemi ile hazırlanan %11 Cu/ZrO2 katalizörü olmuştur, bu katalizör 300 °C sıcaklıkta  gerçekleşen metanol buhar reformasyonu reaksiyonunda kullanıldığında yaklaşık %95,02'ye kadar metanol dönüşümü elde edilmiştir.

Abstract:
Using methanol as a hydrogen source for fuel-cell applications is a favorable solutions to supply hydrogen on board in comparison to other hydrocarbon fuels, because of the following reasons: low temperature (250 °C) in steam reforming of methanol (SRM), high hydrogen to carbon ratio, low CO formation, and zero emission of NOx, SOx. There are possible processes for hydrogen production from methanol for example decomposition, steam reforming, partial oxidation, and combined reforming (also called oxidative steam reforming) of methanol. A higher hydrogen yield is obtained in steam reforming compared to partial oxidation and oxidative steam reforming. In order to improve the activity, long term stability, and reduced CO formation, catalyst consisting of copper supported on ZrO2 was synthesized using three preparation method. The morphology and porosity of zirconia can be readily controlled and resulting material with high surface area. The small copper particles formed during reduction of the catalyst stay well separated by the ZrO2support, preventing sintering and loss of copper surface area with time on stream. Catalytic production of hydrogen by steam reforming of methanol reaction developed on three types of copper based catalysts (Cu/ZrO2, Cu/ZrO2/Al2O3,). These catalysts prepared by two different ways: sol-gel, coprecipitation techniques. In each Method we changed the ratio of copper contain (5% Cu, 8%Cu & 11% Cu) to also examine the copper ratio effect on the decomposition reaction of the methanol steam reforming. Structural characterization have been tested by means of X-ray powder diffraction (XRD) and specific surface area (BET), The catalysts were tested at atmospheric pressure in a fixed bed micro reactor. Effect of the preparation method and copper ratio was investigated.