Süperkritik su ortamında 2-propanolün Ni/Al2o3 ve Ru/Al2o3 katalizörü kullanılarak gazlaştırılması

Abstract

Enerji ve çevre, son yıllarda Dünya?nın karşı karşıya kaldığı birbiriyle ilişkili en önemli sorunlar olarak nitelendirilmektedir. Özellikle, fosil yakıtların neden olduğu karbon salınımları ve enerjinin sürdürülebilirliği giderek artan problemler haline dönüşmektedir. Hidrojen, yanma ve oksidasyon reaksiyonlarında yan ürün olarak, sadece su buharı oluşumuna neden olan uzun vadeli sürdürebilir ve temiz alternatif enerji kaynağıdır. Buna ek olarak, hidrojen içten yanmalı motorlarda ve özellikle yüksek verimlilikle enerji üretimine elverişli olan yakıt pillerinde kullanılabilmektedir. Çeşitli kaynaklardan hidrojen üretimi üzerine birçok araştırma yapılmaktadır. Çalışmalar buhar fazında hidrojen oluşumu, kısmi oksidasyon, kömür gazlaştırma, biyokütlenin süperkritik su koşullarında gazlaştırılması gibi konular üzerine yoğunlaşmaktadır. Biyokütlenin kendi yaşam döngüsü sırasında tükettiği CO2 düşünüldüğünde, biyokütle kaynaklı hidrojen üretimi karbon-nötr bir teknoloji olarak sınıflandırılabilmektedir. Biyokütle kaynaklı hidrojen üretim yöntemleri, gelişen endüstri ile birlikte fosil kaynaklardan enerji eldesine kıyasla daha umut vadeden teknolojilerdir. Bu anlamda biyokütle son yılların en önemli yenilenebilir enerji kaynağı olarak nitelendirilmektedir. Birçok biyokütle gazlaştırma yönteminde olduğundan farklı olarak su ya da nem içerikli biyokütlenin gazlaştırılması suyun süperkritik koşullardaki sıcaklık ve basıncının üzerinde mümkündür. Biyokütlenin süperkritik su ortamında gazlaştırılmasını (hidrotermal gazlaştırması) kapsayan termal gazlaştırma yöntemleri önemli oranda CO2, CH4 ve H2 içerikli singaz veya yanabilir gaz üretimiyle gelişmekte olan bir teknolojidir. Yapılan çalışmalarda, selüloz, lignin, glikoz, gliserol, fenol, pirina, zeytin karasuyu, etanol ve metanol gibi reaktantlar kullanılmaktadır. Bu amaçlarla kullanılan reaktantlar, ekonomik, yenilenebilir ve oluşan ürünler bakımından çevre dostu olmaları gibi önemli avantajlara sahiptir. Bu çalışmada, organik ve ekonomik bir reaktant olan 2-propanolün 0,5 M'lik çözeltisi kullanılarak sistem basıncı, reaksiyon sıcaklığı, reaksiyon süresi, reaktant konsantrasyonu ve katalizör türü gibi değişkenlerin gaz ürün bileşimi ve TOK dönüşümü üzerine olan etkisi araştırılmıştır. En yüksek hidrojen gazı üretimi için en uygun reaksiyon koşullarını belirlemek amaçlanmıştır. 0,5 M'lik 2-propanol çözeltisinin sırasıyla Ni/Al2O3 ve Ru/Al2O3 katalizörleri varlığında süperkritik su ortamında gazlaştırılması gerçekleştirilmiştir. Deneyler 250±10 bar sabit basınç altında 10, 15, 20, 25 ve 30 saniye reaksiyon süreleriyle 400, 450, 500, 550 ve 600'C reaksiyon sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında gaz üründen sağlanan enerji miktarları ve TOK dönüşümleri hesaplanmıştır. Bunlara ek olarak, gaz verimi en yüksek olan koşuldaki reaksiyon, basınç ve konsantrasyon değişiminin gaz ürün verimi ve bileşimi üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla 100, 150 ve 200 bar basınç altında ve 15000, 12000, 9000, 6000 mg TOK/ L konsantrasyonlarında 400?C ve 10 s'de tekrarlanmıştır. Reaktörden çıkış TOK miktarları alınan sıvı numunelerin analiziyle belirlenmiş oluşturulan hız ifadesinde değerlendirilmek üzere mg/L'den mmol/L'ye dönüştürülmüş ve süperkritik koşullara göre normalleştirilmiştir. Bu sonuçlara göre Ni ve Ru katalizörleri varlığında süperkritik su ortamında gazlaştırma reaksiyonlarının kinetik modelleri oluşturulmuştur. TOK cinsinden reaksiyon dereceleri sırasıyla 0,76 ve 0,80 olarak bulunmuştur. Model sonuçlarının deneysel çalışma sonuçlarını destekler yönde olduğu görülmüştür.