Karbon dioksit tutan organik sıvıların (CO2-TOS) reaksiyon mekanizması ve kinetiği
Reaction mechanism and kinetics of carbon dioxide binding organic liquids (CO2BOL)
Yazar: MUSTAFA ÇAĞDAŞ ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Karbon dioksitin yakalanmasında yaygın olarak kullanılan sulu amin sistemleri başta enerji gereksinimleri olmak üzere yoğun çözelti kaybı, çözeltilerin kısıtlı karbon dioksit kapasitesi ve kimyasal bozunma gibi dezavantajlar taşımaktadırlar. Son yıllarda sulu amin çözeltilerine alternatif olarak sunulan çeşitli sistemler arasından ?Karbon Dioksit Tutan Organik Sıvılar (CO2-TOS)? olarak adlandırılan ve bu çalışma kapsamında tepkime kinetiği ve performansı incelenmiş olan çözeltiler tüm bu sorunlara cevap vermeleriyle dikkat çekmektedirler.Söz konusu sistemlerin endüstriyel uygulamalarda yer bulup bulamayacağının belirlenmesi ve gerektiği takdirde proses ve ekipman tasarımının yapılabilmesi için bu çözeltilerin karbon dioksitle gerçekleşen tepkimelerine dair kinetik verilerin elde edilmesi gerekmektedir. Yapılan çalışma kapsamında, daha önce literatürde tepkime kinetiği incelenmemiş olan CO2-TOS sistemlerinden 1,8-diazabisiklo[5.4.0]undec-7-en (DBU):1-Hekzanol, DBU:1-Propanol, 1,1,3,3-tetrametilguanidin (TMG):1-Hekzanol ve TMG:1-Propanol'ün birinci derecemsi tepkime hız sabitleri durdurulmuş akış yöntemi ile farklı derişim ve sıcaklıklarda ölçülmüştür. Elde edilen bu veriler, üç moleküllü tepkime mekanizması eşitlikleri kullanılarak incelenmiş ve böylece ileri yöndeki tepkime hız sabitleri belirlenmiştir.Çalışmanın ikinci ve son kısmında ise kütlesel akış ölçerlere bağlı karıştırmalı ve sıcaklık kontrollü bir reaktör sistemi olan gaz-sıvı temas sisteminde bahsi geçen CO2-TOS sistemlerine yönelik ardışık soğurma ve sıyırma deneyleri gerçekleştirilmiş, elde edilen verilerle de DBU:1-Hekzanol ve TMG:1-Hekzanol sistemlerinin döngüsel kullanımdaki olası performans kayıpları gözlenmiştir.Çalışma sonucunda DBU ve TMG bazlı CO2-TOS sistemlerinde tepkimelerin tersinir olduğu tespit edilmiş ve DBU'nun TMG'ye göre daha hızlı tepkimeye girdiği görülmüştür. Yapılan ardışık soğurma-sıyırma işlemleri sonucunda ise DBU:1-Hekzanol sisteminin dört döngüye kadar performans kaybı yaşamadığı, TMG:1-Hekzanol sisteminin ise ilk döngüden itibaren periyodik olarak performans kaybettiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
The common carbon dioxide scrubbing agents like aqueous amine solutions have inherent drawbacks such as high energy consumption, suboptimal carbon dioxide capacity, solvent losses and corrosion. The pumping and heating of water in aqueous systems greatly increases the energy requirements due to high specific and latent heats of water. Thermal stripping of CO2 from aqueous systems leads to large evaporative losses of solvent. Among several alternatives that have been proposed for carbon dioxide capture, ?Carbon Dioxide Binding Organic Liquids (CO2BOLs)? have remarkable properties, all of which meet the requirements of global green energy policies. For instance, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene:1-Hexanol system is capable of binding CO2 chemically and physically, bringing the theoretical maximum CO2 capacity potentially twice to those of aqueous alkanolamine systems.In order to evaluate the potential integration of such systems into the industry and to design the necessary processes and equipments, the kinetic data of the reaction between CO2BOLs and carbon dioxide must be known. In this work, CO2BOLs 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU):1-Hexanol, DBU:1-Propanol, 1,1,3,3-tetramethylguanidine (TMG):1-Hexanol and TMG:1-Propanol were analyzed via stopped-flow conductimetry and the intrinsic rates for the reaction between CO2BOLs and carbon dioxide were acquired. Termolecular reaction mechanism was used for the evaluation of the acquired rates and forward reaction rate constants were calculated.As a supplementary study, a series of absorption-desorption operations were carried out within a gas-liquid contact reactor which is connected to mass flow meters. With the information from these experiments, the potential use of CO2BOLs in carbon dioxide capture processes was assessed.As a result of this work, it was corroborated that the reactions of both DBU and TMG based CO2BOLs were reversible and that DBU based system reacts faster with carbon dioxide in contrast to the TMG based system. Also, the results of the series of absorption-desorption experiments has shown that the DBU:1-Hexanol system may be used up to four cycles without any significant loss in carbon dioxide capacity, while the TMG:1-Hexanol system loses performance beginning from the first desorption.