Mikro/mini kanalda metanol buhar reformasyon prosesi ile hidrojen üretiminin yapay sinir ağları ile modellenmesi ve kontrolü
Modeling and control of hydrogen production with artificial neural networks by methanol steam reforming process in micro/mini channel
Yazar: ENVER BAYDIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMÜR ARAS
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Hidrojen üretimi = Hydrogen production

Özet:
Gelişen dünya ile birlikte gerek fabrikalar gerekse ulaşımda enerji olarak kullanılan fosil yakıtların doğaya olan zararları bilinmektedir. Ayrıca bu yakıtların bir gün tükeneceği de bilinmektedir. Bu yüzden artık günümüzde şimdiye kadar kullanılan fosil yakıtların yerini alabilecek alternatif kaynaklara yönelinmiştir. Hidrojen
alternatif enerji arayışı için oldukça iyi bir seçimdir. Diğer hidrokarbon yakıtlara kıyasla büyük miktarlarda hava kirletici emisyonu ortaya çıkarma gibi bir dezavantajı yoktur. Herhangi bir yakıta göre birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir. Hem yenilenebilir hem de yenilenemeyen kaynaklardan çeşitli başlangıç kaynakları kullanılarak birçok farklı işlem yolundan üretilebilmesi ne kadar iyi bir alternatif enerji kaynağı olduğunu göstermektedir. Hidrojenin üretimi için çeşitli yöntem bulunmaktadır. Metanol buhar reformasyon yöntemi gerek düşük sıcaklıklarda üretime olanak sağlaması gerek hammadde açısından kolaylık sağlaması hidrojen üretimi için kullanılabilecek yöntemlerin başında gelmesini sağlar. Bu çalışmada hidrojen üretimi, elektro aşındırma yöntemiyle imal edilmiş mikroreaktörlerde gerçekleşmiştir. Elektro aşındırma yöntemi ile mikrokanal eldesi için voltaj, elektrotlar arası mesafe, işlem süresi, elektrolit derişimi gibi parametreler kullanılarak bir seri deney yapılmış, kanal genişliği ve derinliği baz alınarak sonuçlar elde edilmiştir. Daha sonra bu sonuçlar yapay sinir ağlarıyla modellenmiştir. Bu kısımda elde edilen tecrübeler nihai reaktör üretimi için kullanılmış ve 10 cm
uzunluğunda 51 adet paralel kanaldan oluşan farklı hacimlerde iki adet mikroreaktör imal edilmiştir. Hidrojen üretimde kullanılacak katalizör için farklı geleneksel yöntemler olmasına rağmen birçok avantajından dolayı sprey piroliz yöntemi seçilmiştir. Bu yöntem, mikroreaktörlerin katalizör ile kaplanması düşünüldüğünde oldukça etkili ve yeni bir yöntemdir. Yönteme karar verdikten sonra sprey piroliz için sistem tasarlanmış ve kurulmuştur. Bu yöntem sayesinde katalizörler önce sentez ile oluşturulup toplanmış, sonrasında ise direkt reaktörün nano katalizörle kaplanması tek bir adımda gerçekleştirilmiştir. Sprey piroliz ile sentez ve kaplamanın tek bir adımda gerçekleşmesi zaman tasarrufunun yanında kaplama kalitesi açısından da avantaj sağlamıştır. Tezin son aşamasında katalizör kaplaması yapılmış mikroreaktörde deneyleri yürütmek adına metanol buhar reformasyon sistemi kurulmuştur. Hidrojen üretiminde ise metanol buhar reformasyon yöntemi kullanılarak farklı buhar karbon
oranlarında, farklı reaktör sıcaklıklarında, farklı besleme hızlarında ve iki farklı hacme sahip reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar üzerine parametre etkileri yorumlanmıştır.

Abstract:
With the developing world, the damages of fossil fuels used as energy in factories and transportation are known. It is also known that these fuels one day will be over. Therefore, it is now directed to alternative sources that can replace fossil fuels used up to now. Hydrogen is a pretty good choice for the search for alternative energy.
Compared to other hydrocarbon fuels, it does not have the disadvantage of generating large amounts of air pollutant emissions. It has the highest energy content per unit mass relative to any fuel. It is a good alternative energy source that it can be produced from many renewable and non-renewable sources by using various starting sources from many different processing paths. There are several methods for the production of hydrogen. Methanol vapor reformation method enables production at low temperatures and provides convenience in terms of raw materials, making it one of the methods that can be used for hydrogen production. In this study, hydrogen production carried out in microreactors manufactured by electro etching method. In the electro etching method, a series of experiments were carried out using parameters such as voltage, distance between electrodes, process
time, electrolyte concentration and the results obtained were modeled with artificial neural networks. With these experiences obtained for the final reactor, 51 parallel microchannel microreactors were manufactured. Although there are many different traditional methods for the catalyst to be used in production, spray pyrolysis method
has been chosen due to its many advantages. This method is a very effective and new method considering the coating of microreactors with catalyst. After deciding on the method, the system for spray pyrolysis was designed and installed. Thanks to this method, both the synthesis and the coating of the reactor with the catalyst were
carried out in a single step. Synthesis and coating in one step with spray pyrolysis is advantageous in terms of coating quality as well as time saving. At the last stage of the thesis, a methanol vapor reformation system was installed to carry out the experiments in the microreactor with a catalyst coating. In hydrogen production, was carried out in different steam carbon ratios, different reactor temperatures, different feed rates and different surface area-volume reactors using methanol steam reforming method. The obtained results, parameter effects are
interpreted.