Metanın kısmi oksidasyonu ve kuru reformlaması için MgAl2O4 destekli katalizörlerin sentezlenmesi

Günümüzde doğal gazın başlıca komponenti olan metanın çoğunluğu evlerde ısınma amaçlı veya endüstride yakıt olarak kullanılmaktadır. Petrol ve kömür yataklarında bulunan doğal gaz ise genellikle yakılarak veya havaya salınarak çevre kirliliğine sebebiyet vermektedir. Halbuki bu doğal kaynaklar israf edilmek yerine yerinde dönüşüm ile daha değerli ürün veya ürünlere dönüştürülebilmektedir. Değerli ürün eldesi için endüstride öncelikle sentez gazı eldesi ardından da ürün sentezi yapılmaktadır. Süreç olarak da en çok metanın su buharı reformlaması tercih edilmektedir. Bu yöntemin dezavantajları ise yüksek enerji gereksinimi ve endotermik olması neticesinde yavaş gerçekleşmesidir. Metanın kısmi oksidasyonu ise kısmen ekzotermik olması ve çok daha hızlı gerçekleşmesi sebebiyle araştırmaların yoğunlaştığı bir yöntemdir. Ayrıca araştırmalar başlıca sera gazı olan CO2'nin değerlendirilmesi için kuru reformlama üzerine de yoğunlaşmıştır. Bahsedilen reaksiyonların en büyük problemlerinden biri kullanılan katalizörlerin sinterleşmesi veya koklaşması sebebiyle hızlıca deaktive olmalarıdır. Bu nedenle süreçlerdeki araştırmalar daha çok uygun katalizör sentezi üzerine yoğunlaşmıştır. İşte bu tez çalışması kapsamında hem metanın kısmi oksidasyonunda hem de kuru reformlamasında kullanılabilecek yüksek aktivite ve seçimlilik gösteren katalizörlerin sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla MgAl2O4 destekli ve ağırlıkça %5, %10 veya %15 CaO, MgO, SrO, CeO2, Sm2O3 veya La2O3 katkılanmış ağırlıkça %5 veya %10 Ni içeren katalizörler elde edilmiştir. Bu katalizörler XRD, TPR, spesifik yüzey alanı ve TPO analizleri kullanılarak karakterize edilmiş ve ardından 500-800°C aralığında metanın kısmi oksidasyonu ve kuru reformlaması için aktivite testlerine tabi tutulmuştur. Yüksek yüzey alanlı MgAl2O4 destek yapısının sentezlenmesi için bir dizi yöntem arasından en uygun yöntem birlikte çöktürme yöntemi olarak bulunmuştur. Bu yöntem ile yüksek kristalinite ve spesifik yüzey alanına sahip (136 m2/g) MgAl2O4 elde edilmiştir. Elde edilen katalizörlerin yüzeyinde kuvvetli etkileşimde bulunan NiO ve NiAl2O4 oluşumundan gelen NiO tespit edilmiştir. Ni miktarındaki artış ile katalizör indirgenebilirliğinin arttığı tespit edilmiştir. Reaksiyon şartlarının CH4/O2/N2:2/1/4, GHSV=78750 L kg-1 sa-1 ve sıcaklığın 800°C olduğu durumda POM için en yüksek metan dönüşümü ve H2 verimi 10Ni/2Mg katalizörü ile elde edilmiştir. CH4/CO2/N2:11/11/3, GHSV=18750 L kg-1 sa-1 ve 800°C'lik reaksiyon şartlarında DMR için en yüksek metan dönüşümü ve H2 verimi 10Ni/2Ce katalizörü ile elde edilmiştir. Bu katalizörler, 50 saat boyunca ve aktivite test şartlarında gerçekleştirilen kararlılık testlerinde herhangi bir deaktivasyon belirtisi göstermemişlerdir. Metal oksit katkısı içermeyen referans katalizöre göre daha az karbonlaşma ve sinterleşme hızı göstermişlerdir. Elde edilen katalizörlerin literatürdeki pek çok katalizörden daha yüksek performans gösterdiği tespit edilmiştir.