Gliserolden buharlı reformlama yöntemiyle hidrojen üretimi için sistem tasarımı, katalizör ve tepkime koşullarının incelenmesi
Investigation of catalyst, reaction conditions and process design for hydrogen production from steam reforming of glycerol
Yazar: ÖYKÜ PARLAR
Danışman: YRD. DOÇ. MELTEM KARAMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Fosil kaynaklar her geçen gün azalmakta, çevre kirliliğinin yaratmış olduğu enerji ihtiyacı ise giderek artmaktadır. Enerji üretimi için alternatif kaynak arayışında olan birçok araştırmacı, düşük maliyetli, çevre dostu ve yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgi göstermektedir. Ulaşımda ve elektrik üretiminde kullanılan yakıt pilleri de, son dönemlerde dikkatleri üzerine çeken konulardan biridir. Yakıt pili teknolojisindeki ilerlemeler, en temel ve doğada fazla miktarda bulunan hidrojen elementine talebi arttırmıştır. Hidrojen üretim prosesi ve teknolojisi, her geçen yıl değişmektedir. Ancak hidrojenin büyük bir kısmı, hala bolca bulunan ve ekonomik açıdan uygun olan doğal gaz veya petrol türevlerinin proseslerinden üretilmektedir. Bununla birlikte, doğal gaz ve petrol türevlerinden hidrojen üretiminde kullanılan yöntemler, yüksek miktarda karbon monoksit üretimine neden olmaktadır. Zehirli ve uçucu olmayan, yüksek enerji yoğunluğuna sahip olan gliserolden hidrojen üretimi son yıllarda fazlaca araştırılan konulardandır. Teorik olarak, transesterifikasyon prosesi sonucunda üretilen 10 kg biyodizelin yanında, yaklaşık olarak 1 kg ham gliserol elde edilmektedir. Artan enerji ihtiyacı ile birlikte, biyodizel gibi temiz enerji kaynaklarına olan ihtiyaç da artacak ve bunun sonucunda da gliserol üretimi artacaktır.  Biyodizel üretim prosesinde yan ürün olarak elde edilen gliserolün, hidrojen üretiminde kullanılmasıyla birlikte, daha verimli ve temiz enerji elde edilebilir. Bu tez çalışmasında, gliserolden buharlı reformlama tepkimesiyle hidrojen üretimi için Kocaeli Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü Katalizör Araştırma ve Geliştirme Laboratuvarı'nda (KARGEL) kurulmuş olan sistemde, uygun katalizör ve tepkime koşulları araştırılmıştır. Nikel temelli katalizörlerle yapılan çalışmalarda, en uygun katalizör destek maddesi CeO2 olarak ve en uygun metal yüzdesinin de ağırlıkça % 15 olduğu belirlenmiştir. Tepkime koşullarının da araştırıldığı çalışmada, su /gliserol oranı incelenmiş, bu oran arttıkça hidrojen kazancının arttığı gözlenmiştir. Ulaşılan en yüksek hidrojen kazancı, % 15 Ni/ CeO2 katalizörüyle, 650 °C tepkime sıcaklığında ve 15 su/ gliserol oranında 4,82 olarak elde edilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Buharlı Reformlama, Gliserol, Hidrojen, Nikel Temelli Katalizörler

Abstract:
There is an increasing energy demand, because of limitation of fossil oil reserves and pollution. In search of alternative energies, many scientists, due to low price, less pollution, pay more attention on the renewable energy sources. Fuel cell technology is an attractive alternative lately, for transportation and producing electricity. The growth in fuel cell technology has improved the demand for hydrogen (H2), which is the simplest and most abundant element. Hydrogen production process and technology, has been improving and changing. However, hydrogen is mostly produced from natural gas and oil fractions, which are still abundant and economically feasible. Nevertheless, hydrogen production by these methods, produces high amount of carbon monoxide. Glycerol, which is the by-product of biodiesel production, is non-toxic, is non-volatile and has high energy density. Theoretically, after the transesterification process, 10 kg biodiesel and as by-product, 1 kg glycerol can be produced. Increasing energy demand will cause the need for clean energy technologies, like biodiesel, and this will effect glycerol production. By using glycerol for hydrogen production, more effective and clean energy can be produced. In this study, a reaction prosess is designed and built in Kocaeli University Chemical Engineering Department Catalyst Investigation and Development Laboratory and proper catalyst and reaction conditions are investigated. With using nickel based catalysts, the most favorable support is found as CeO2 with % 15 (wt) nickel loading. Besides that, some reaction conditions, like water / glycerol ratio is also investigated and hydrogen yield is increased with increasing water/ glycerol ratio. The highest hydrogen yield is found as 4,82, with % 15 Ni/ CeO2 catalyst, water / glycerol ratio of 15 and 650°C.  

Key Words: Steam Reforming, Glycerol, Hydrogen, Nickel Based Catalysts