| Tez Türü | Doktora |
| Ülke | Türkiye |
| Üniversite | Yalova Üniversitesi |
| Enstitü | Lisansüstü Eğitim Enstitüsü |
| Anabilim Dalı | Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı |
| Tez Onay Yılı | 2021 |
| Öğrenci Adı ve Soyadı | Özlem TUNA |
| Tez Danışmanı | DOÇ. DR. ESRA BİLGİN ŞİMŞEK ; DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN |
| Türkçe Özet | Bu çalışmanın amacı, bakır katkılı çinko titanat esaslı adsorbanların geliştirilmesi ve biyokütle gazlaştırma prosesi sırasında entegre sistemde H2S gideriminde kullanımının incelenmesidir. İlk olarak; Zn2TiO4 (ZT) adsorbanı ile gaz akış hızı ve sıcaklığın kükürt giderim performansına etkisi incelenerek kütle transfer hız sınırlayıcı basamakları belirlenmiştir. Farklı akışkan hızında gerçekleştirilen deney sonuçlarına göre, söz konusu kükürt gideriminin yüzey reaksiyonu ile kontrol edildiği; reaksiyon hız sabitlerinin sıcaklık ile artarak yüksek difüzyon katsayılarının elde edildiği gözlemlenmiştir. Sıcaklık ve reaksiyon hızı arasındaki ilişki TEM analizi ile desteklenmiş; yüksek sıcaklıklarda daha küçük boyutlu ZnS partiküllerinin oluşmasıyla ürün tabaka direncinin etkisi azalmıştır. Hidrojen ve su buharı varlığında, ZT numunesinin etkinliğinin aktif yapıların zehirlenmesinden dolayı azaldığı gözlenmiştir. İkinci aşamada; ağırlıkça farklı Cu/Zn oranlarında bakır katkılı çinko titanat (Cu-ZT) adsorbanları çöktürme metodu ile hazırlanmış ve malzemelerin özellikleri XRD, XPS, BET ve SEM / EDS analiz yöntemleri ile araştırılmıştır. XPS analiz sonuçlarında Cu2p3/2 spektrumu ve daha keskin oksijen piklerinin gözlenmesiyle bakırın çinko titanat yapısının içerisine başarıyla eklendiği sonucuna varılmıştır. Bakırın özellikle hidrojen ortamında sülfür giderim aktivitesi üzerine etkisinin belirgin olduğu; saf ZT numunesinin kükürt tutma kapasitesi neredeyse yok iken, Cu-ZT adsorbanı 5 saatin sonunda %60 giderim göstermiştir. Son aşamada, Cu-ZT yapısı farklı oranlarda CaSiO3 esaslı filtre yapısı içerisine bilyeli öğütme işlemi ile katılmıştır. XRD, SEM ve FTIR karakterizasyon sonuçlarına göre; Cu-ZT taneciklerinin homojen şekilde filtre yapısına dağıldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, Cu-ZT içeren filtre yapıları indirgeyici ve gazlaştırma ortamlarında kayda değer kükürt tutma aktivitesi göstermişlerdir ve bu aktivitelerin Cu-ZT oranı ile arttığı gözlenmiştir. Diğer yandan, Ni/Al2O3 esaslı katalitik filtrenin, H2S varlığındaki metan ve benzen parçalama aktivitesinin düştüğü gözlenmiştir. Bu Cu-ZT destekli filtre bazlı malzemeler, Ni/Al2O3 emdirilmiş filtreyi H2S'den korumak için öncelikli filtre katmanı olarak kullanılmıştır. Böylece, iki filtre yapısı içeren entegre sistem ile metan ve benzen reform etkinlikleri tek-aşamalı sisteme göre yaklaşık metan için 10 kat ve benzen için 1,15 kat artarak yükselmiştir. Kükürt giderim ve reformlama proseslerinin entegre edilmesiyle yüksek kalitede sentez gazı elde etmek için yenilikçi bir ünitesi tasarlanmıştır. |
| İlgilizce Özet | The goal of this research study is to develop copper promoted zinc titanate based adsorbents and examine H2S elimination during biomass gasification process by combining desulfurization and reforming stages. Firstly, the effects of fluid velocity and temperature on the desulfurization of Zn2TiO4 (ZT) were investigated to determine mass transfer limitation. The tests with different gas flow rates suggested that surface-reaction controlled the mechanism; while the reaction rates at high temperatures were found greater resulting high diffusion coefficient. The relationship was supported with TEM analysis, demonstrating that high temperature enabled formation of small ZnS particles which suppressed product layer resistance. Under both steam and H2 atmospheres, the efficiency of ZT sample was reduced due to the steam poisoning of active sites, thereby the activity was decreased. In the second part, copper doped zinc titanate (Cu-ZT) adsorbents with different Cu/Zn weight ratios were prepared with co-precipitation method and the properties of the samples were investigated by XRD, XPS, BET and SEM/EDS analyses. XPS analysis revealed that the successful addition of Cu into the main lattice which was confirmed by presence of Cu2p3/2 state and oxygen peaks with high-intensity. The doping with Cu significantly affected the desulfurization efficiency especially under H2 atmosphere; which H2S removal of bare ZT was almost zero, while Cu-ZT adsorbent exhibited approximately 60% removal after 5 h. In the last part; different amounts of Cu-ZT adsorbents were incorporated with CaSiO3 based filter via ball-milling process to integrate as a protective layer for Ni/Al2O3 impregnated filter during hydrocarbon reforming. The characterization with XRD, SEM and FTIR techniques indicated that Cu-ZT grains were homogenously distributed on the host lattice of ceramic filter. The incorporation of Cu-ZT into the filter structure remarkably enhanced the sulfur resistance under reducing and gasification atmospheres which were attributed to the increasing affinity and preventing diffusion limitation. Although, the CH4 and C6H6 reforming activities of Ni/Al2O3 based catalytic filter decreased in the presence of H2S, the performance was improved by integrating with the Cu-ZT/filter sample as primarily active stage in the integrated process. The hybrid process displayed superior reforming efficiencies for CH4 and C6H6 degradation in the H2S atmosphere, which were 10 times higher for methane and 1.15 times higher for benzene than that of the single stage system. Herein, an innovative concept was found to obtain high quality synthesis gas by integrating desulfurization and reforming processes. |