Al-Ti-Ce katalizörlerinin hazırlanması ve H2S'ün seçici katalitik oksidasyonu ile elementel kükürt eldesi için aktivite testleri
Preparation of Al-Ti-Ce catalysts and activity tests for selective oxidation of H2S to elemental sulfur
Yazar: YAVUZ YAĞIZATLI
Danışman: PROF. DR. SENA YAŞYERLİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada H2S'ün seçici katalitik oksidasyon ile elementel kükürt eldesi için yeni, aktif, kararlı ve seçici alümina destekli Ti-Ce katalizörleri hazırlanmıştır. Katalizörlerin karakterizasyonu (N2-adsorpsiyon-desorpsiyon, XRD, EDS, XPS, TGA/DTA, TEM, FTIR, TPR) ve farklı reaksiyon şartları altında katalitik aktivite testleri gerçekleştirilmiştir. Destek alümina malzemesi iki farklı sol-jel yöntemi (SG1 ve SG2 yöntemi) ile hazırlanmıştır. Her iki alüminanın da mezogözenekli yapıya ve yüksek yüzey (~270 m2/g) alanına sahip olduğu görülmüştür. Alüminaların XRD desenlerinde γ-Al2O3'nın karakteristik pikleri gözlenmiştir. Islak emdirme yöntemi kullanılarak SG1 ve SG2 alümina destekli Ti-Ce (Ti/Ce molar oranı: 4/1) katalizörleri farklı kütlesel oranlarda (Ti+Ce: %20, 10 ve 5) hazırlanmış ve aktivite testleri gerçekleştirilmiştir. Kütlece %10 Ti+Ce içeren SG1 ve SG2 alümina destekli Ti-Ce katalizörleri ile stokiyometrik oranda O2 ve H2S gaz karışımında ve 250oC şartlarında %100 H2S dönüşümü ve oldukça yüksek kükürt seçiciliği elde edilmiştir. Sentez yönteminin katalitik aktivite üzerine etkisinin incelenmesi amacıyla kütlece %10 Ti+Ce içeren katalizörler (Ti/Ce molar oran: 4/1) alümina malzemelerinin sentezi sırasında aktif metallerin ilave edildiği tek-kap yöntemleriyle de hazırlanmış ve aktivite testleri gerçekleştirilmiştir. SG2 alümina destekli Ti-Ce katalizörü 150 dakika reaksiyon süresince %100 H2S dönüşüm değeri göstermiştir. 250oC sıcaklık ve stokiyometrik besleme şartlarında yüksek aktivite sergileyen katalizörlerle uzun ömürlülük, farklı sıcaklık (200oC ve 300oC) ve farklı besleme gazı koşullarında (O2/H2S: 0, 1, 2) aktivite testleri tekrarlanmıştır. Çalışmanın son aşamasında besleme gaz bileşiminde su buharı (%2 ve %6) varlığında aktivite çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen katalizörler ile su buharı varlığında % 100 kükürt seçiciliği elde edilirken H2S dönüşümlerinde azalma tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, new, active, stable and selective alumina supported Ti-Ce catalysts were prepared for selective oxidation of H2S to elemental sulfur. The characterization studies (N2-adsorption-desorption, XRD, EDS, XPS, TGA/DTA, TEM, FTIR, TPR) and catalytic activity tests under different reaction conditions were carried out. Support alumina material was prepared by two different sol-gel methods (SG1 and SG2 method). Both aluminas have mesoporous structure and high surface area (~ 270 m2/g). XRD pattern of alumina materials indicated the formation of γ-Al2O3. SG1 and SG2 alumina supported Ti-Ce catalysts (Ti/Ce: 4/1) were prepared by using wet impregnation method with different mass ratio (Ti+Ce: 20, 10 and 5%) and activity tests were performed. SG1 and SG2 alumina supported Ti-Ce catalysts containing 10% Ti+Ce by mass showed 100% H2S conversion and very high sulfur selectivity when feed stream contains stoichiometric mixture of O2 and H2S at 250oC. In order to investigate the effect of the synthesis method on the catalytic activity, catalysts (Ti/Ce molar ratio: 4/1) containing 10% Ti+Ce by mass were also prepared by one-pot methods in which active metals were added during the synthesis of alumina materials and activity tests were carried out. SG2 alumina supported Ti-Ce catalyst showed %100 H2S conversion during 150 minutes of reaction period. The activity tests were repeated at different temperatures (200oC and 300oC), feed ratios (O2 / H2S: 0, 1, 2) and reaction times with catalysts which showed  high activity at stoichiometric feed conditions and 250oC of reaction temperature. In the last stage of the study, activity studies were carried out in the presence of water vapor (2% and 6%) in the feed gas stream. H2S conversion decreased when 100% sulfur selectivity was obtained in the presence of water vapor.