A study on co-free hydrogen production from hydrocarbons and cox elimination through pre-combustion

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2020

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: BELKIZ MERVE EROPAK

Danışman: AHMET ERHAN AKSOYLU

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışmanın amacı, CO içermeyen hidrojen üretimi ve CO2 giderilmesinde kullanılacak COx eliminasyonu için aktif, kararlı ve seçici alkali destekli Pt bazlı katalizörler ve aktif karbon bazlı adsorbanlar tasarlamak ve geliştirmektir. İlk olarak, Pt-Re-Na/CeO2 ve Pt-Re-Na/TiO2 katalizörleri, WGS reaksiyonu için tasarlanmış ve hazırlanmıştır. Na yüklemesi, destek tipi, reaksiyon sıcaklığı, besleme tipi ve kompozisyonun (H2O/CO oranı) WGS performansı üzerindeki etkisi deneysel parametreler olarak kabul edilmiştir. Farklı O/C oranına sahip iki OSR besleme akışı için seri OSR-WGS testleri de yapılmıştır. Gerçekçi besleme altındaki en yüksek performansı %1Pt-%1Re-%2Na/CeO2 katalizörü verirken; en yüksek gerçek WGS aktivitesi, 350°C'de %43.0 CO dönüşümü olarak sırayla empregne edilmiş %1Pt-%1Re-%1Na/CeO2 üzerinde elde edilmiştir. Numunelerin yeni indirgenmiş ve kullanılmış biçimleri SEM, XPS, XRD ve Raman spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Yüksek aktivite gösteren katalizörlerin Na1 ve Ce3d spektrumları değerlendirildiğinde, WGS reaksiyon mekanizmalarında NaOx gruplarının CeOx gruplarına göre daha etkili olduğu görülmüştür. Pt-Re-Na/CeO2 katalizörleri üzerinde bir WGS reaksiyon mekanizması önermeyi amaçlayarak yapılan FTIR-DRIFTs-MS testlerinde, reaksiyon koşulları altında yüzeyde oluşan format ve karbonat grupları incelenmiştir. WGS performansı ve OSC sonuçlarının birlikte değerlendirildiğinde, yapısal OSC (S-OSC) ve efektif OSC'nin (E-OSC) WGS performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Katalizörlerin E-OSC değerleri aktivite sonuçları ile korelasyon göstermiştir. Adsorban tasarım bölümünde, AC bazlı NaOH emdirilmiş numunelerin çeşitli "sıcaklık-basınç aralığı" değerleri için CO2 ve CH4 adsorpsiyon kapasiteleri belirlenmiş, CO2-CH4 gaz karışımları altında seçici adsorpsiyon kapasiteleri ölçülmüştür. Grubumuz tarafından geliştirilen yeni bir metodoloji ile numuneler üzerindeki adsorpsiyon modellenmiştir. CO2:CH4=1:1 ve 1:9 altında seçici CO2 adsorpsiyonu açısından en iyi performans gösteren adsorban, hava ile oksitlenmiş ve Na eklenmiş AC olan AC6-200 olarak belirlenmiştir.