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

Yıl 2020, , 495 - 506, 25.10.2019

Hasan Özdemir , M.a. Faruk Öksüzömer , Mehmet Ali Gürkaynak

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.480653

Öz

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

Kaynakça

• 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.