Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı

Ammonia synthesis reaction under time interrupted conditions

Zaman kesintili şartlar altında amonyak sentez reaksiyonu

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 595752 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

The objective of this thesis study is to demonstrate a solution for a sustainable ammonia production process based on the unsteady state operating conditions under milder temperatures and atmospheric pressure. In this framework, the elimination of the ammonia synthesis catalyst deactivation was investigated to improve the rates under milder operating conditions. The hydrogen adsorption /desorption characteristics over SiO2 and Vulcan supported Ru catalysts with different Ru metal loadings were investigated. It was shown that Ru metal dispersion decreased with increasing Ru metal loading. In addition, It was observed that Vulcan support Ru catalysts accommodated higher amounts of hydrogen compared to SiO2 supported Ru catalysts. It was demonstrated that dissociated hydrogen over Ru metal migrated from Ru metal surface to support surface and higher temperatures were needed to desorbed the spilled over hydrogen from the support surface. vi The inhibition effect of ammonia was conducted in the context of the study. Ammonia synthesis reaction experiments were performed with zeolite-Y, hydroxyapatite (HAp), and Vulcan supported Ru catalysts at 300 – 400 °C and atmospheric pressure. It was observed that ammonia synthesis catalyst was poisoned and deactivated by synthesized ammonia within 1 h., regardless of surface acidities of the supports. N2 pulses were used to diminish the poisoning effect of ammonia. It was demonstrated that under pulsed flow conditions, the inhibition effect of ammonia was eliminated. In the final part of the study, Co3Mo3N as a next generation ammonia synthesis catalyst was investigated. This catalyst operates through a different mechanism, by involving lattice nitrogen in the process. Ammonia synthesis reaction experiments were performed with different H2:N2 ratios between 0.05 and 3.0. It was observed that ammonia synthesis rate did not change between H2:N2 ratio of 3.0 and 0.5. Besides, ammonia synthesis rate decreased with decreasing H2:N2 ratio below 0.5. On the other hand, N2 pulses was also applied to the ammonia synthesis reaction over Co3Mo3N, but no improvement was obtained. As a result, it was demonstrated that ammonia synthesis reaction over Co3Mo3N catalysts can be carried out with similar rates using lower hydrogen amount (H2:N2=0.5:1) compared to stoichiometric H2:N2 ratio of 3:1 under steady flow conditions.

Summary:

Bu tez çalışmasının amacı, düşük sıcaklıklarda ve atmosferik basınç altında yatışkın olmayan operasyon koşullarında sürdürülebilir bir amonyak üretim prosesi için bir çözüm sunmaktır. Bu çerçevede, daha ılımlı operasyon şartlarında amonyak sentez hızını iyileştirmek için, amonyak sentez katalizörünü deaktive eden (zehirleyen) faktörlerin ortadan kaldırılması araştırılmıştır. Farklı miktarlarda Ru metali yüklenmiş SiO2 ve Vulcan destekli Ru katalizörler üzerinde hidrojenin adsorpsiyon/desorpsiyon karakteristikleri incelenmiştir. Ru metal yükleme oranı arttıkça, Ru metal dağılımının azaldığı gösterilmiştir. Buna ek olarak, Vulcan destekli Ru katalizörlerin, SiO2 destekli Ru katalizörlere göre daha fazla hidrojene ev sahipliği yaptığı gözlemlenmiştir. Ru metali üzerinde parçalanmış hidrojenin Ru metalinden destek madde üzerine göç ettiği ve destek madde üzerine göç eden hidrojenin desorplanması için yüksek sıcaklık gerektirdiği ortaya konulmuştur. viii Amonyağın destekli Ru katalizörleri üzerinde zehirlenme etkisi bu çalışmanın kapsamında incelenmiştir. Amonyak sentez reaksiyon deneyleri 300 – 400 oC ve atmosferik basınçta zeolite-Y, hidroksiapatit (HAp) ve Vulcan ile desteklenmiş Ru katalizörleri varlığında yapılmıştır. Destek maddenin yüzey asitliğine bakılmaksızın, amonyak sentez katalizörünü, bir saat içerisinde, üretilen amonyak tarafından zehirlendiği ve deaktive edildiği gözlemlenmiştir. N2 vuruları amonyağın zehirlenme etkisini yok etmek için kullanılmıştır. Vuru akış koşullarında, amonyağın zehirleme etkisinin ortadan kaldırıldığı gösterilmiştir. Bu çalışmanın son kısmında, gelecek nesil Co3Mo3N amonyak sentez katalizörleri araştırılmıştır. Bu katalizör, kristal yapısındaki azot atomunu kullanan farklı bir mekanizma ile çalışmaktadır. Amonyak sentez reaksiyon deneyleri farklı H2:N2 oranlarında 0.05 ve 3.0 aralığında gerçekleştirilmiştir. Amonyak sentez hızının 3.0 ve 0.5 H2:N2 oranları arasında değişmediği gözlemlenmiştir. Diğer taraftan, N2 vuruları Co3Mo3N katalizörü varlığında amonyak sentez reaksiyonuna uygulanmış, fakat bir gelişme elde edilememiştir. Sonuç olarak, amonyak sentez reaksiyon, Co3Mo3N varlığında, yatışkın akış koşullarında, H2:N2 (3:1) oranına göre daha düşük H2:N2 (0.5:1) oranlarında, benzer amonyak sentez hızlarında yürütülebileceği gösterilmiştir.