Meltem DOGAN, Saliha ÇETİNYOKUŞ KILIÇARSLAN, Timur DOĞU

İZOBÜTAN DEHİDROJENASYONUNUN GERÇEKLEŞTİRİLDİĞİ MEMBRAN REAKTÖR MODELLENMESİ

Bu çalışmada, hidrotermal olarak sentezi gerçekleştirilen Cr-MCM-41 (%3 Cr kütlece) katalizörü üzerinde izobütan dehidrojenasyonu için reaksiyon hız ifadesi geliştirilmiştir. Reaksiyon hızı belirleme çalışmaları diferansiyel reaktör şartlarında, sabit katalizör miktarı (0,05g) üzerinden, farklı izobütan başlangıç konsantrasyonlarında (0,002-0,01mol/L) ve farklı sıcaklıklarda (723K-873K) gerçekleştirilmiştir. Cr-MCM-41 katalizörü üzerinde yürütülen reaksiyon için aktivasyon enerjisi 55 kJ/mol olarak belirlenmiştir. Ticari olarak temin edilen Pd membran reaktör sisteminde 823K ve 873K sıcaklıklarda izobütan dehidrojenasyonu incelenmiştir. Reaksiyon uygulamalarının gerçekleştirildiği membran reaktör sistemi modellenmiştir. Model denkliklerinin oluşturulmasında izotermal reaktör ve yatışkın durum kabulleri yapılmıştır. Model denkliklerinin çözümünde MATLAB R2011a/ODE45 programından yararlanılmıştır. 823K’de membran reaktörde deneysel belirlenen dönüşüm değerlerinin model sonuçları ile uyum gösterdiği tespit edilmiştir. 873K’de model sonuçları ile deneysel sonuçlar arasındaki farklılık ise membranın 873K’de yan reaksiyonlar için aktif hale gelmesi ile açıklanmıştır

Anahtar Kelimeler:

izobütan dehidrojenasyonu, Cr-MCM-41; Pd membran reaktör; modelleme

PDF

___

Casanave, D.K., Fiaty, J.A. and Dalmon, M., “Kinetics and mechanism studies of the catalytic dehydrogenation of isobutane on Platinum-Indium catalyst”, Reaction Kinetics and the Development of Catalytic Processes, 367-374, 1999.
Yanping, S. and Trevor, C.B., “Kinetics of isobutane dehydrogenation and cracking over HZSM-5 at low pressures”, Journal of Catalysis, vol. 194, 301–308, 2000.
Milas, I. and Nascimento, M.A.C., “The dehydrogenation and cracking reactions of isobutane over the ZSM-5 zeolite”, Chemical Physics Letters, vol. 373, 379–384, 2003.
Le Minh, C., Brown, T.C., “Rate parameters from low-pressure steady-state protolytic cracking and dehydrogenation of isobutane over zeolite catalysts”, Applied Catalysis A: General, vol. 310, 145–154, 2006.
Rashidi, M., Nikazar, M., Rahmani, M., Mohamadghasemi, Z., “Kinetic modeling of simultaneous dehydrogenation of propane and isobutane on Pt-Sn-K/Al2O3 catalyst”, Chemical Engineering Research and Design, vol.95, 239–247, 2015.
Çetinyokuş Kılıçarslan, S., Doğan, M., Doğu, T.,” İzobütan Dehidrojenasyonu için Ca-Cr-MCM-41 Katalizörlerinin Sentezi ve Karakterizasyonu”, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., vol. 29, 3, 459-467, 2014.
Ciavarella, P. , Casanave, D. , Moueddeba, H., Miachon, Fiaty, S. K., Dalmona, J.A., “Isobutane dehydrogenation in a membrane reactor Influence of the operating conditions on the performance”, Catalysis Today, vol. 67, 177–184, 2001.
Illgen, U., Schafer, R., Noack, M., Kölsch, P., Külnle, A., Caro, J., ”Membrane supporeted catalytic dehydrogenation of iso-butane using an MFI zeolit membrane reactor”, Catalysis Communications, vol. 2, 339-345, 2001.
Bergh, J. van den, Gücüyener, C., Gascon, J., Kapteijn, F.,”Isobutane dehydrogenation in a DD3R zeolite membrane reactor”, Chemical Engineering Journal, vol. 166, 1, 368-377,2011.
Steintuch, M., Dessau, R.M.,” Obsevation , modelling and optimization of yield, selectivity and activity during dehydrogenation of isobutane and propane in a Pd membrane reactor”, Chemical Engineering Science, vol. 51, 4, 535-547, 1996.
Liang, W. and Hughes, R., “ The catalytic dehydrogenation of isobutane to isobutene in a palladium/silver composite membrane reactor”, Catalysis Today, vol. 104, 238–243, 2005.
Farsi, M., Jahanmiri, A., Rahimpour, M.R., “Optimal operating condition of membrane reactors to enhance isobutene production, selectivity and hydrogen production”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, vol. 18, 1676–1682, 2012.
Koutsonikolas, D., Kaldis, S., Zaspalis, V.T., Sakellaropoulos, G.P., “Potential application of a microporous silica membrane reactor for cyclohexane dehydrogenation”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 37,16302-16307, 2012.
Samimi, F., Kabiri, A., Mirvakili, S. and Rahimpour, M.R., “Simultaneous dimethyl ether synthesis and decalin dehydrogenation in an optimized thermally coupled dual membrane reactor”, Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol. 14, 77-90, 2013.
Abo-Ghander, Nabeel S., Logist, F., Grace, John R., Van Impe, Jan F.M., Elnashaie, S.E.H., Said Lim, C. Jim, ”Heterogeneous modeling of an autothermal membrane reactor coupling dehydrogenation of ethylbenzene to styrene with hydrogenation of nitrobenzene to aniline: Fickian diffusion model”, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, vol. 77, 50-65, 2014.
Kilicarslan, S., Dogan, M., Dogu, T., “Cr Incorporated MCM-41 Type Catalysts for Isobutane Dehydrogenation and Deactivation Mechanism”, Ind. Eng. Chem. Res., vol. 52, 3674−3682, 2013.
Çetinyokuş Kılıçarslan, S., Doğan, M., Doğu, T.,”Contribution of Pd membrane to dehydrogenation of isobutane over a new mesoporous Cr/MCM-41 catalyst”, Int. J. Chem. Reactor Eng., değerlendirmede, 2015.
Raich, B.A., Foley, H.C., “Supra-equilibrium conversion in palladium membrane reactors: Kinetic sensitivity and time dependence”, Applied Catalysis A: General, vol. 129, 167-188, 1995.
Vernikovskaya, N.V., Savin, I.G., Kashkin, V.N., Pakhomov, N.A., Ermakova, A., Molchanov, V.V., Nemykina, E.I., Parahin, O.A., “Dehydrogenation of propane–isobutane mixture in a fluidized bed reactor over Cr2O3/Al2O3 catalyst: Experimental studies and mathematical modeling”, Chemical Engineering Journal, vol. 176– 177, 158– 164, 2011.
Sahebdelfara, S., Bijani, P.M., Saeedizada, M., Zangeneh, F.T., Ganji,K., “Modeling of adiabatic moving-bed reactor for dehydrogenation of isobutane to isobutene”, Applied Catalysis A: General, vol. 395, 107–113, 2011
Minh, Cam Le, Brown, T.C., “Rate parameters from low-pressure steady-state protolytic cracking and dehydrogenation of isobutane over zeolite catalysts”, Applied Catalysis A: General, vol.310, 145–154, 2006.