Farklı sıcaklıklarda dizelin kükürtlü bileşiklerden arındırılması için sorbent geliştirilmesi
Developing sorbent for desulphurization of diesel at different temperatures
Yazar: SAMET SÜTCÜ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ARBAĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Bakır = Copper ; Desülfürizasyon =   ; Dizel yakıtlar = Diesel fuels ; Gazi Üniversitesi = Gazi University ; Kimya mühendisliği = Chemical engineering ; Kobalt = Cobalt ; Kükürt = Sulfur ; Nikel = Nickel ; Sorbentler = Sorbents

Özet:
Yüksek lisans tez çalışmasında, TS EN 590 standardına uygun olarak üretilen ticari dizelin içerisinde bulunan organik kükürtlü bileşikleri adsorptif desülfürizasyon yöntemiyle ayırabilecek sorbentler geliştirilip test edilmiştir. Sorbentler ticari yoldan elde edilen γ-Al2O3 tipindeki destek malzemesi üzerine Ni, Cu ve Co metalleri yüklenerek hazırlanmıştır. Sentezler ıslak emdirme yöntemi kullanılarak yapılmış ve oksitli form, monometalik ve bimetalik olmak üzere farklı tipteki sorbentler deneylerde kullanılmıştır. Yapılan N2 adsorpsiyon-desorpsiyon ve EDX analizleri sonucunda sentezlenen malzemelerin mezogözenekli yapılarını korudukları ve hedeflenen %20'lik metal yükleme oranına çok yakın değerlere sahip oldukları belirlenmiştir. Deneyler dört saatlik süre boyunca sürekli akış rejiminde sabit yataklı bir kolon sisteminde gerçekleştirilmiştir. Ticari γ-Al2O3 dahil bütün sorbentler yapılan deneylerde aktivite göstermişlerdir. İlk aşamada adsorptif desülfürizasyonda yaygın olarak kullanılan nikelin, oksitli ve indirgenmiş formda bulunan iki farklı haliyle yapılan testlerde metalik formun daha iyi sonuç vermesinden ötürü denenen diğer bakır ve kobalt metalleri için de indirgenmiş formlar üzerinden ilerlenmiştir. Monometalik sorbentler arasında en iyi sonuç 20Cu@Al2O3 sorbentiyle elde edilmiştir. Bakırın aglomerasyonunu azaltıp yapıya dağılımını artırabilmek adına monometalik sorbentlerde en iyi ikinci sonuca sahip kobalt metali bakırın yanına eklenerek 10Cu-10Co@Al2O3 bimetalik sorbenti sentezlenmiştir ve en iyi kükürt adsorpsiyon kapasitesine bu sorbent ile ulaşılmıştır. Yapılan XRD ve N2 adsorpsiyon-desorpsiyon analizleri kobaltın bakır dağılımını artırarak sinterleşmeyi azalttığını göstermiştir. Ortam sıcaklık ve basınç koşullarında en iyi kükürt tutma performansına sahip olan bimetalik 10Cu-10Co@Al2O3 sorbentiyle 120 °C ve 270 °C sıcaklıklarda da çalışılmıştır. Sıcaklık arttıkça bimetalik sorbentin kapasitesi değerinde de artış gözlemlenmiştir. Deneylerde kullanılan sorbentlere uygulanan SEM analizlerinde sorbentlerin yapısında tortulaşmalar olduğu görülmüş, bunların birikmiş organik kükürtlü bileşiklere ait olduğu değerlendirilmiştir. EDX analizlerinde de bütün sorbentlerin içeriğinde değişen oranlarda görülen kükürt miktarları adsorpsiyon deneylerinde kükürtlü bileşiklerin tutulduğunu göstermektedir. Dizelin desülfürizasyonu için sentezlenen bimetalik sorbentler yüksek çalışma sıcaklıklarında umut vaat eden sonuçlar sergilemiştir.

Abstract:
In the master's thesis study, sorbents capable of selectively separating organic sulfur compounds present in commercially produced diesel, in accordance with the TS EN 590 standard, were developed and tested through adsorptive desulfurization. Sorbents were prepared by loading Ni, Cu, and Co metals onto a commercially obtained γ-Al2O3 support material. Syntheses were conducted using the wet impregnation method, and different types of sorbents, including oxide form, monometallic, and bimetallic, were employed in the experiments. N2 adsorption-desorption and EDX analyses revealed that the synthesized materials maintained mesoporous structures and exhibited metal loading rates very close to the targeted 20%. Experiments were conducted in a continuous flow fixed-bed column system for four hours. All sorbents, including the commercial γ-Al2O3, showed activity in the experiments. In the initial tests with nickel, widely used in adsorptive desulfurization, both in oxidized and reduced forms, the tests proceeded with reduced forms for other tried metals, copper, and cobalt, due to the better performance of the metallic form. Among monometallic sorbents, the best result was obtained with the 20Cu@Al2O3 sorbent. To reduce the agglomeration of copper and enhance its dispersion to achieve better results, cobalt metal which has the second best performance in monometallic sorbent was added to copper and the bimetallic sorbent 10Cu-10Co@Al2O3 was synthesized. The best sulfur adsorption capacity was achieved with this sorbent. XRD and N2 adsorption-desorption analyses showed that cobalt decreased sintering by increasing copper dispersion. The bimetallic 10Cu-10Co@Al2O3 sorbent, which exhibit the best sulfur capture performance under ambient temperature and pressure conditions, has also been investigated at temperatures of 120 °C ve 270 °C. As the temperature increased, the capacity value of the bimetallic sorbent also increased. SEM analyses applied to the sorbents used in the experiments revealed deposits in the structure of the sorbents, which were interpreted as accumulated sulphur. EDX analyses also showed varying amounts of sulphur in the content of all sorbents, indicating the removed of sulfur compounds in the adsorption experiments. Bimetallic sorbents synthesized for the desulfurization of diesel showed promising results at high operating temperatures.