Development of methanol production catalysts from synthesis gas obtained from coal gasification - Ay, Şiringül (Gebze Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)
Bu tez çalışması üç farklı bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde, CuO/ZnO/Al2O3/MgO-Cr ve -Mn içeren katalizörler sentezlendi. 250, 300, 350 ve 450 °C sıcaklıkta kalsine edilen katalizörler XRD, BET, H2-TPR ve H2-TGA ile incelendi. Kalsinasyon sıcaklığı arttıkça kristal boyutunda artış ve BET yüzey alanında azalma gözlemlendi. En uygun H2 tüketim değeri olan %52, 350 °C sıcaklıkta kalsine edilen CuO/ZnO/Al2O3/MgO-Mn katalizöründe tespit edildi. İkinci bölümde, Mg ve Cr katkılı Cu-esaslı katalizörler sentezlendi. 450°C sıcaklıkta kalsine edilen katalizörler XRD, BET, H2-TPR, H2-TGA ve TPAD-TGA ile incelendi. Mg ve Cr katkıları daha küçük CuO kristallerinin oluşmasına sebep oldu ve CuO yayılımını geliştirerek katalizör yüzey alanını artırdı. Ayrıca, Cr katalizörlerin kullanım ömrünü uzattı. %6,4 mol Cr içeren katalizör %83,5 metanol seçiciliği ve 14,2 g metanol üretimi göstererek diğer katalizörler içerisinde en yüksek performansı sergiledi. Son bölümde, farklı oranlarda Cr ve/veya Mg içeren Cu/ZnO/Al2O3 katalizörler sentezlendi. 350 °C sıcaklıkta kalsine edilen katalizörler BET, XRD, H2-TGA ve H2-TPR ile analiz edildi. Sentezlenen katalizörlerin katalitik aktivitesi, seçiciliği ve aktivitesini kaybetme hızları 270 °C ve 30 MPa'da 144 saat boyunca test edildi. Mg veya Cr'nin katalizör kompozisyonuna eklenmesi metanol üretimini azaltırken Mg ve Cr'nin eş zamanlı olarak eklenmesi metanol üretimini artırdı. 144 saatlik reaksiyon süresinde Mg:Cr mol oranı 2:1 ve 1:1 olan katalizörler sırasıyla en yüksek değer olan %97,7 ve %98,3 metanol seçiciliği ve 0,53 ile 0,52 gtoplam metanol üretimi·gkatalizör-1?s-1 zamana bağlı metanol üretim verimi gösterdi. Cr içermeyen katalizörler hızlı bir şekilde aktivitesini kaybetti. Mg ve Cr içeren katalizörlerin aktivitesini kaybetme hızları sinüs eğrisine benzer bir eğilim sergiledi ve kendi kendine tekrar aktif olabilme özelliği gösterdi.

The thesis is composed of three main parts. In the first part, CuO/ZnO/Al2O3/MgO-Cr and -Mn catalysts were synthesized. The catalysts calcined at 250, 300, 350 and 450 °C were characterized by XRD, BET H2-TPR and H2-TGA. Increasing the calcination temperature crystallite size increased and BET surface area decreased. The optimum H2 consumption value of 52% was obtained with CuO/ZnO/Al2O3/MgO-Mn catalyst calcined at 350 °C. In the second part, Cu-based catalysts synthesized by addition of Mg and Cr. Catalysts calcined at 450°C were examined by XRD, SEM, BET, H2-TPR, H2-TGA and TPAD-TGA. Addition of Mg and Cr caused formation of smaller CuO crystallite size, and increased surface area of catalysts by improving dispersion of CuO. Cr also prolonged the shelf life. The catalyst containing 6.4 mol % Cr gave 14.2 g methanol production which was the highest among other synthesized catalysts. In the last part, Cu/ZnO/Al2O3 catalysts which had different amount of Cr and/or Mg were synthesized. After calcination at 350 °C, catalysts were analyzed by BET, XRD, H2-TGA and H2-TPR. Catalytic activity, selectivity and deactivation rates of synthesized catalysts were tested at 270 °C and 30 MPa for 144 h. Mg or Cr addition to the catalyst formulation reduced the methanol productivity whereas the co-addition of Cr and Mg increased the methanol productivity. At 144 h reaction time, catalysts with Mg:Cr molar ratios of 2:1 and 1:1 had the highest methanol selectivities and methanol weight time yields of 97.7 and 98.3%, and 0.53 and 0.52 gtotal methanol production·gcatalyst-1·h-1, respectively. The catalysts without Cr promoter deactivated rapidly. Deactivation rates of Mg and Cr co-promoted catalysts followed a sinusoidal trend and exhibited self-regenerative characteristics.
Kömürün gazlaştırılması sonucu elde edilen sentez gazından metanol üretim katalizörlerinin geliştirilmesi
Keywords: Enerji; Energy; Kimya