Oktar N. (Yürütücü), Doğu T., Sezgi N. A.
TÜBİTAK Projesi, 2015 - 2018
Teknolojideki hızlı
ilerleme ve hızlı nüfus artışına paralel olarak petrol kaynaklarının hızlı
tüketimi, petrol dışı alternatif enerji kaynaklarının geliştirilmesini
zorunlu kılmıştır. Diğer yandan küresel ısınma problemlerinin artması ile
daha az karbon dioksit (CO2) emisyonuna sebep olacak yeni
yakıtların üretilmesi bir kat daha önem kazanmıştır. Çevre dostu alternatif yakıtlar arasında
dimetil eter (DME) ile metanol, temiz yanma özellikleri, kolay depolanma ve
taşınma karakteristikleri ve sırasıyla yüksek setan ve oktan sayılarına sahip
olmaları nedenleriyle dizel yakıtı ve benzin alternatifi olarak önemli bir
yer tutmaktadırlar. TÜBİTAK projesi olarak önerilen bu çalışmada CO2
içeriği zengin sentez gazından doğrudan DME/metanol sentezi için uygun
iki fonksiyonlu katalizörlerin geliştirilmesi ve optimum reaksiyon koşulların
belirlenmesi hedeflenmiştir. Projenin en önemli amacı; sentez
gazındaki karbon monoksit miktarının azaltılarak sera gazı etkisine neden
olan karbon dioksitten yeni ve temiz alternatif yakıtların üretilmesidir. Böylece
yapılacak çalışma ile CO2’in emisyonu azaltılarak karbon kaynağı
olarak kullanımı sağlanacak ve doğadaki karbon döngüsüne bir katkı yapılmış
olacaktır.
Ülkemizdeki
kömür, doğal gaz ve
biyokütle kaynaklarından üretilebilme potansiyeline sahip olan yakıt
alternatifleri için oluşturulan bu proje iki aşamada gerçekleştirilecektir. İlk
aşamada; doğrudan DME/metanol sentezi sırasında kullanılacak
katalizörler hazırlanacak ve bu katalizörlerin bazı fizikokimyasal
özelliklerinin belirlenmesi için karakterizasyon analizleri gerçekleştirilecektir.
Sentez
gazından doğrudan DME üretim prosesinde hem metanol sentezi hem de
metanol dehidrasyon reaksiyonları aynı anda gerçekleşmektedir. Bu nedenle sentez
gazından dimetil eter üretimi için iki fonksiyonlu katalizör
karışımlarının/bileşimlerinin kullanılması gerekmektedir. Ürün içindeki
dimetil eter/metanol derişimleri ve karbon dioksitin aktivasyonu katalizör
bileşiminin özellikleriyle yakından ilgilidir. Bu sebeple metanol üretim
katalizörü olan
Cu/ZnO/Al2O3 farklı bileşimlerde birlikte çöktürme yöntemiyle
sentezlenecektir. Ayrıca bu katalizöre alternatif olarak Cu/ZnO/ZrO2
katalizörünün de hazırlanması planlanmaktadır. Metanol dehidrasyon katalizörü
olan γ-alümina mezo gözenekli yapıda hidrotermal yöntemle
sentezlenecektir. Malzemenin aktivitesinin artması için yapısına süper asit
olan TPA’nın doğrudan emdirilmesi sağlanacaktır. Hazırlanan katalizörlerin
fiziksel olarak karışımı ile iki fonksiyonlu katalizör elde edilmiş olacaktır. Ayrıca Cu/ZnO
esaslı metanol sentez katalizörlerine TPA emdirilerek iki fonksiyonlu bir
katalizörün sentezlenmesi hedeflenmektedir. Proje kapsamında sentezlenen katalizörlerin aktivite sonuçları ticari Cu/ZnO/Al2O3 (Hi
Fuel@120) ve γ-alümina katalizörlerinin kullanıldığı deney sonuçları
ile karşılaştırmalı olarak
incelenecektir. İkinci aşamada ise; CO2
içerikli sentez gazından (CO/H2/CO2), alternatif bir
yakıt kaynağı olan dimetil eter ve metanolün aynı reaksiyon sisteminde
üretimi gerçekleştirilecektir. Hazırlanan
katalizörlerin aktivite testleri farklı sıcaklık (200-300 oC),
basınç (20-50 bar) ve besleme molar oranı (CO/CO2/H2) şartlarında yürütülerek optimum reaksiyon koşulları belirlenecektir.
Ayrıca iki
fonksiyonlu katalizör sistemleriyle deneylerin yürütülmesi ile katalizör
kombinasyonunun ürün dağılımına etkisi incelenecektir. Çalışma
öncesi ana reaksiyonlar ve muhtemel yan reaksiyonlar termodinamik açıdan
incelendiğinde metanol sentez aşamasının
yüksek denge limitasyonlarına sahip olduğu
görülmüştür. Önerilen bu çalışmada Gaseq-Kimyasal Denge Hesaplamaları
Programı kullanılarak farklı basınç ve sıcaklık değerleri için denge
hesaplamaları yapılmış ve CO denge dönüşüm değerleri projenin literatür
araştırması bölümünde sunulmuştur. Yapılan hesaplamalar sonucu sentez
gazından DME üretim reaksiyonunda, ara basamakta oluşan metanolün doğrudan
DME'e dönüştüğü ve böylece CO dönüşümünün %15-25’lerden %75-100’e çıkabileceği,
görülmüştür. Ayrıca sentez gazı icinde CO2 bulunmasının DME seçiciliğini artırdığı
bilinmektedir. Bu sonuç doğrudan dimetil eter sentez reaksiyonunun
termodinamik ve ekonomik açıdan metanol dehidrasyon reaksiyonuna göre daha
uygun olduğunu göstermektedir. Literatürde bu çalışmaya benzer deneysel çalışmaların
oldukça yetersiz olduğu görülmüştür.
Önerilen bu proje
sonucunda optimum çalışma koşulları bulunarak literatürdeki çalışmalara göre
daha düşük basınçta DME ve metanol sentezinin gerçekleştirilmesi
amaçlanmaktadır. Reaksiyon şartlarının optimize
edilmesiyle daha yüksek verimle alternatif yakıtların ekonomik üretim prosesi
geliştirilebilecektir. Ayrıca sentez gazından doğrudan DME/metanol üretim
teknolojisinin geliştirilebilmesi için aktif ve kararlı katalizörlerin sentezlenmesi ve
karakterize edilmesi ile reaktör tasarımına yönelik kapsamlı
bilgi birikimi edinilebilecektir. Çalışmada yürütücü ve araştırmacıların
yanısıra bir doktora ve iki yüksek lisans öğrencisi aktif olarak görev
alacaktır. Proje
bilim insanı yetiştirme ve katalizör geliştirme konusunda patent alma potansiyeli
açısından önemlidir. |