Hasan ÖZDEMİR, M.a. Faruk ÖKSÜZÖMER, Mehmet Ali GÜRKAYNAK

Metanın oksidatif birleşme reaksiyonu için Mn/Na2WO4/SiO2 katalizörü üzerinde reaksiyon parametrelerinin etkisinin incelenmesi

Metanın oksidatif birleşme reaksiyonu için 2Mn/5Na2WO4/SiO2 katalizörü üzerinde reaksiyon parametrelerinin etkisi incelenmiş ve katalitik olmayan reaksiyon sonuçları ile karşılaştırma yapılmıştır. Oksidant tipinin (O2 ve N2O), CH4/O (1/1-4/1) oranının, boşluk hızının (7500-37500 L kg-1 h-1) ve sıcaklığın (740-820°C) etkileri bir seferde tek değişken yöntemi ile değerlendirilmiştir. Aktivite testleri, yüksek C2 verimlerinin seçilen parametre aralıklarında oksidant tipi (O2 veya N2O) ve reaksiyon ortamından (katalitik veya katalitik olmayan) bağımsız olarak düşük CH4/O oranları ve boşluk hızlarında elde edilebileceğini göstermiştir. Sıcaklıktaki sürekli artış, C2 verimini arttırmış ve bu artış özellikle N2O kullanılarak katalizörsüz gerçekleştirilen reaksiyonlar esnasında daha belirgin olmuştur. En yüksek C2 verimi katalizör ile CH4/O=1, 7500 L kg-1 h-1 ve 780°C’de O2 kullanarak %16,4’tür. Katalizör kullanılmadan elde edilen maksimum C2 verimi, CH4/O=1, 7500 L kg-1 h-1 ve 820°C’de N2O kullanılarak %10,1 olarak bulunmuştur. N2O kullanımı durumunda O2’ye kıyasla her şartta daha yüksek C2 seçimliliği elde edilebildiği gözlemlenmiştir. Katalizörün O2 dissosiyasyonuna karşı aktivitesi iyi, N2O dekompozisyonuna karşı zayıf olmuştur. Katalizörün 8 saat süresince deaktivasyona uğramadığı gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Metanın oksidatif birleşme reaksiyonu, reaksiyon parametreleri, oksidant etkisi, kataliz

PDF

___

1. Lunsford J.H., Catalytic conversion of methane to more useful chemicals and fuels: a challenge for the 21st century, Catal Today, 63 (2-4), 165-174, 2000.
2. Caballero A., Perez P.J., Methane as raw material in synthetic chemistry: the final frontier, Chem Soc Rev, 42 (23), 8809-8820, 2013.
3. Tang P., Zhu Q.J., Wu Z.X., Ma D., Methane activation: the past and future, Energ Environ Sci, 7 (8), 2580-2591, 2014.
4. Holmen A., Direct conversion of methane to fuels and chemicals, Catal Today, 142 (1-2), 2-8, 2009.
5. Ghose R., Hwang H.T., Varma A., Oxidative coupling of methane using catalysts synthesized by solution combustion method: Catalyst optimization and kinetic studies, Appl Catal a-Gen, 472, 39-46, 2014.
6. Alexiadis V.I., Chaar M., van Veen A., Muhler M., Thybaut J.W., Marin G.B., Quantitative screening of an extended oxidative coupling of methane catalyst library, Appl Catal B-Environ, 199, 252-259, 2016.
7. Zhang H.L., Wu J.J., Qin S., Hu C.W., Study of the effect of gas space time on the combination of methane gas-phase oxidation and catalytic oxidative coupling over Mn/Na2WO4/SiO2 catalyst, Ind Eng Chem Res, 45 (21), 7090-7095, 2006.
8. Chou L.J., Cai Y.C., Zhang B., Niu J.Z., Ji S.F., Li S.B., Oxidative coupling of methane over Na-Mn-W/SiO2 catalyst at higher pressure, React Kinet Catal L, 76 (2), 311-315, 2002.
9. Ahari J.S., Sadeghi M.T., Zarrinpashne S., Effects of operating parameters on oxidative coupling of methane over Na-W-Mn/SiO2 catalyst at elevated pressures, J Nat Gas Chem, 20 (2), 204-213, 2011.
10. Koirala R., Buchel R., Pratsinis S.E., Baiker A., Oxidative coupling of methane on flame-made Mn-Na2WO4/SiO2: Influence of catalyst composition and reaction conditions, Appl Catal a-Gen, 484, 97-107, 2014.
11. Liu H.F., Wei Y.Y., Caro J., Wang H.H., Oxidative Coupling of Methane with High C-2 Yield by using Chlorinated Perovskite Ba0.5Sr0.5Fe0.2Co0.8O3-delta as Catalyst and N2O as Oxidant, Chemcatchem, 2 (12), 1539-1542, 2010.
12. Pak S., Qiu P., Lunsford J.H., Elementary reactions in the oxidative coupling of methane over Mn/Na2WO4/SiO2 and Mn/Na2WO4/MgO catalysts, J Catal, 179 (1), 222-230, 1998.
13. Ozdemir H., Oksuzomer M.A.F., Gurkaynak M.A., Effect of the calcination temperature on Ni/MgAl2O4 catalyst structure and catalytic properties for partial oxidation of methane. Fuel, 116, 63-70, 2014.
14. Palermo A., Vazquez J.P.H., Lambert R.M., New efficient catalysts for the oxidative coupling of methane, Catal Lett, 68 (3-4), 191-196, 2000.
15. Wang D.J., Rosynek M.P., Lunsford J.H., Oxidative Coupling of Methane over Oxide-Supported Sodium-Manganese Catalysts, J Catal, 155 (2), 390-402, 1995.
16. Sun J., Thybaut J.W., Marin G.B., Microkinetics of methane oxidative coupling, Catal Today, 137 (1), 90-102, 2008.
17. Takanabe K., Iglesia E., Mechanistic Aspects and Reaction Pathways for Oxidative Coupling of Methane on Mn/Na2WO4/SiO2 Catalysts, J Phys Chem C, 113 (23), 10131-10145, 2009.
18. Yamamoto H., Chu H.Y., Xu M.T., Shi C.L., Lunsford J.H., Oxidative Coupling of Methane over a Li+/Mgo Catalyst Using N2o as an Oxidnt, J Catal, 142 (1), 325-336, 1993.
19. Yildiz M., Simon U., Otremba T., Aksu Y., Kailasam K., Thomas A., Support material variation for the MnxOy-Na2WO4/SiO2 catalyst, Catal Today, 228, 5-14, 2014.
20. Amin N.A.S., Pheng S.E., Influence of process variables and optimization of ethylene yield in oxidative coupling of methane over Li/MgO catalyst, Chem Eng J, 116 (3), 187-195, 2006.