Katalitik yöntemle biyogazdan hidrojen üretimi
Hydrogen production from biogas by catalytic method
Yazar: SELVA KAYA
Danışman: PROF. DR. BAHTİYAR ÖZTÜRK
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Hidrojen üretimi = Hydrogen production

Özet:
Bu çalışmada farklı destek maddeleri ile desteklenmiş Ni katalizör ile metan buhar reformasyonu (MBR) sonucunda hidrojen üretimi amaçlanmıştır. İlk aşamada alüminyum oksit (Al2O3), pomza taşı, klinoptilolit (Gördes zeoliti), zeolit-4A ve gümüşlü hidroksiapatit (Ag-HAp) olmak üzere 5 farklı destek maddesi akımsız kaplama yöntemi ile nikel (Ni) kaplanmıştır. Akımsız nikel kaplama ile kaplanan Al2O3, Zeolit-4A, Gördes zeolit, Pomza ve Ag-HAp katalizörlerin yüzeylerindeki kaplama tabakalarının morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiş ve kaplama tabakası bileşenleri de EDS analizleri ile karakterize edilmiştir. Sonraki aşamada hazırlanan sabit yataklı dolgulu sistem katalitik reaktörde metan buhar reformasyonu çalışmaları başlatılmıştır. Metan buhar reformasyonu ile hidrojen üretimi için su/metan oranı belirlenmesi amacıyla çalışmalar yapılmış ve her bir destek maddesi için değişmekle birlikte su/metan oranı 4:1 ve 5:1'de en iyi hidrojen üretimi verim değerlerine ulaşılmıştır. 500 ila 800 oC aralığında sıcaklık etkisi araştırılmış; sıcaklık arttıkça hidrojen üretim veriminin arttığı, çok yüksek sıcaklıklarda hidrojen üretiminin sabitlendiği ve/veya azaldığı, metan buhar reformasyonunun sıcaklığa yüksek derecede bağlı olduğu gözlenmiştir. Katalitik reaktör sistemine metan (CH4) ile birlikte karbondioksit (CO2) beslendiğinde CO2 yüzdesi arttıkça hidrojen üretim veriminde azalma meydana gelmiştir. Kullanılan destek maddeleri arasında en iyi hidrojen üretim verimine Ni/Zeolit-4A katalizör ile ulaşılmıştır. Son olarak metanın CO2 ile kuru reformasyonu incelenmiş ve metan buhar reformasyonuna göre daha yüksek hidrojen üretim verimine ulaşıldığı ancak kuru reformasyon ile katalizör kararlılığının azaldığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, hydrogen production from steam reforming of methane using Ni catalyser supported on different materials has been studied. In the first stage of the study, Ni was coated on aluminum oxide (Al2O3), pumice, clinoptilolite (Gördes zeolite), synthetic zeolite (zeolite-4A) and hydroxyapatite including silver (Ag-HAp) by using electroless coating method. Morphological states of the coated Al2O3, zeolite-4A, Gördes zeolite, pumice and Ag-HAp were investigated by scanning electron microscope (SEM) and the surface components of the coated materials (catalyser) were analysed by energy dispersive spectrometry (EDS). And then, methane steam reforming was performed in a packed column filled by catalyser. For the highest hydrogen production, optimum steam/methane ratio was determined as 4:1 and 5:1 at a constant temperature of 700 oC. The effect of temperature on hydrogen production was investigated between 500 oC-800 oC temperature range, and the hydrogen production was increased by the increase of temperature for all the catalysers, but hydrogen production was decreased when Al2O3 was used at 800 oC.  Hydrogen production efficiency was decreased when carbondioxide (CO2) was fed into the reactor together with methane, the effect of CO2 increased by the increase of its concentration in the mixture. Between the support materials, the highest hydrogen production was obtained using Ni/zeolite-4A. Dry reforming of methane together with CO2 gave better hydrogen production compared to steam reforming, but the stability of catalyser decreased quickly.