Bimetalik Pt-Ni/δ-Al2O3 katalizörleri üzerinde metanın oksidatif buhar reformlaması (OSR) kinetik çalışması

Bu çalışmanın amacı, uygun Pt-Ni/Al2O3 katalizörü üzerinde metanın oksidatif buhar reformlaması (OSR) için güvenilir bir üssel hız denklemi elde etmektir. Bu bağlamda, ağırlıkça %0.2Pt-%10Ni/δ-Al2O3 ve %0.3Pt-%10Ni/δ-Al2O3 katalizörleri ardışık emdirilme yöntemiyle hazırlanmıştır. Bu katalizörlerin metan OSR performansları sabit buhar/karbon (S/C) besleme oranında ve 450 °C'de test edilmiştir. Performans test sonuçları, reaktörde kalma süresindeki ve karbon/oksijen (C/O2) besleme oranlarındaki artışın OSR aktivitesini azalttığını, sıcaklık artışının ise daha yüksek metan dönüşümü sağladığını göstermiştir. Pt:Ni metal yükleme oranı aktivite üzerinde önemli bir etki göstermediğinden, kütle transferi sınırlamaları olmayan kinetik çalışmalar için ön testler 0.2Pt-10Ni katalizörü üzerinde sürdürülmüştür. Ön kinetik testlerin sonuçları doğrultusunda, kinetik çalışmalar 375 °C'de 4.0 < C/O2 < 7.34 ve 2.03 < S/C < 3.08 besleme oranları aralığında yapılmıştır. Reaktanların (metan, oksijen ve buhar) kısmi basınçları ve reaktörde kalma süreleri değiştirilerek 17 çift kinetik deney yapılmıştır. MATLABTM ortamında çoklu değişkenli doğrusal olmayan fonksiyon kullanılarak, metan, oksijen ve buhar reaksiyon mertebeleri sırasıyla 0.81, 1.60 ve 0.44 olarak belirlenmiştir. Metan OSR reaksiyonunun 350-425 °C sıcaklık aralığındaki görünür aktivasyon enerjisi (EA) ve frekans faktörü (k0) sırasıyla 31.99 kJ mol-1 ve 0.366 µmol mgcat -1 s-1 kPa-2.85 olarak hesaplanmıştır. Bu sıcaklık aralığı 350-400 °C (375 °C + 25 °C) olacak şekilde daraltıldığında ise, EA ve k0 değerleri sırasıyla 39.05 kJ mol-1 ve 0.956 µmol mgcat-1 s-1 kPa-2.85 olarak hesaplanmıştır; bu sonuçlar OSR mekanizmasının sıcaklığa karşı yüksek hassasiyet gösterdiğini onaylamaktadır.