Hidrojen üretiminde kullanılan katalizör sentezi ve biyoetanolün buhar reforminginde aktivitesinin belirlenmesi
Synthesis of catalysts for hydrogen production and determination of activity by steam reforming of ethanol
Yazar: VİLDAN AKER
Danışman: PROF. DR. NEZİHE AYAS
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı; etanolün buhar reforming reaksiyonu ile hidrojen üretiminde aktif, yüksek sıcaklıklara ve buhar ortamına dayanıklı katalizörler sentezlemek ve yüksek hidrojen seçiciliği elde etmektir.
Çalışma kapsamında, farklı yükleme oranlarında Ni/Al2O3, Co/Al2O3, Ni-Co/Al2O3, Co/ZnO ve Ni/CeO2-ZrO2 katalizörleri emdirme, birlikte emdirme ve çöktürme yöntemleri ile sentezlenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin karakterizasyonu XRD, XRF, SEM, BET, TGA ve FT-IR teknikleri ile yapılarak aktiviteleri mikroaktivite reaktör sisteminde test edilmiştir. Aktivite test çalışmaları sıcaklık (300-600°C), S:C molar oranı (3:1-12:1) ve LHSV (0,3-0,9 L/gkat.sa) parametreleri ile gerçekleştirilmiştir.
Bütün katalizör tiplerinde %100 etanol dönüşümü elde edilmiştir. En yüksek hidrojen verimi (2,62 mol H2/mol etanol) ve üst ısıl değer (65,26 Mj/kg) ağırlıkça %20 aktif metal yüklemesine sahip Co/ZnO katalizörü eşliğinde elde edilmiştir. En yüksek hidrojen seçiciliği (%85,46) ise %15 aktif metal ve %70 CeO2 yüklemesinde Ni/CeO2-ZrO2 katalizöründe ulaşılmıştır. Etanol buhar reforming reaksiyonu parametrik çalışmalarında ise, en yüksek hidrojen verimi (2,38 mol H2/mol etanol), en yüksek hidrojen seçiciliği (%88,58) ve üst ısıl değeri (55,93Mj/kg) 0,05 L/gkat.sa LHSV'de ve 600°C reaksiyon sıcaklığında elde edilmiştir. En yüksek hidrojen verimi (7,57 mol H2/mol etanol) ve seçiciliği (%95,14) 12:1 S:C molar oranında elde edilirken, en yüksek üst ısıl değer ise 9:1 S:C molar oranında elde edilmiştir. Ni/CeO2-ZrO2 katalizörü ile gerçekleştirilen kararlılık testinde 18 saatin sonunda katalizörün aktivitesini yitirmediği görülmüştür.

Abstract:
The aim of the study was to synthesis catalyst which is highly active ethanol steam reforming and highly stable in the presence of steam at elevated temperature conditions.
In the scope of the present study, Ni/Al2O3, Co/Al2O3, Ni-Co/Al2O3, Co/ZnO and Ni/CeO2-ZrO2 catalysts were synthesized by the impregnation, co-impregnation and co-precipitation method using various loadings of the active metal. Catalysts were characterized by XRD, XRF, SEM, BET, TGA and FT-IR techniques. The catalytic activity for the ethanol steam reforming was investigated in different temperature (300-600°C), steam: carbon molar ratio (3:1-12:1) and LHSV (0.3-0.9 L/gcat.h) range.
The complete ethanol conversion was achieved on all catalysts. Co/ZnO with 20 wt% metal loading showed the highest hydrogen yield (2.62 mol H2/mol ethanol) and high heating value (65.26 Mj/kg). Ni/CeO2-ZrO2 catalyst exhibited the highest hydrogen selectivity (85.46%). In the ethanol steam reforming, highest hydrogen yield (2.38 mol H2/mol ethanol), hydrogen selectivity (88.58%) and high heating value (55,93Mj/kg) were reached at 600°C with 0.05 L/gcat.h LHSV. The highest hydrogen yield and selectivity were obtained with 12: 1 S: C molar ratio, as the high heating value was obtained with 9: 1 S: C molar ratio. In the stability test performed with Ni/CeO2-ZrO2 catalysts, it observed that Ni/CeO2-ZrO2 represented the stability during 18 hours.