Pamuk sapı ve selülozik katı atıkların sıvılaştırılmasında NABH4, MgCL2; MgCO3 ve kükürt'ün etkisinin araştırılması /
Yazar: ALİEKBER SOYSÜREN
Danışman: DOÇ. DR. FADİME TANER
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1993
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Katı atıklar = Solid wastes ; Kükürt = Sulfur ; Pamuk sapı = Cotton stalk ; Selüloz = Cellulose

Özet:
Petrol kaynağının sınırlı olusunun farkına varıldıktan sonra yeni lenebilen ve kolayca sağlanan biyokütlenin sıvı laşt sıvılaştırıl ması üzerinde çalışmalar yoğunlaştırılmıştır. Biyokütle ve onun çeşitli bileşenlerinden katran, yağ ve kok üretimi yüz yılı askın bir sürenin çalışma konusu haline gelmiştir. Biyokütlenin alkali ortam, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık (673 K) da, ısıl kimyasal olaylarla sıvı laşt ırı lması temelde basit bir işlemdir. Bu işlem, biyokütlenin gaz, yağ ve koka dönüştürülen birkaç sistemden biridir. Diğer yöntemler, kuru maddenin direk ısıtılması (pirolizi), fermantasyon (anaerobik) ve gazlaştırarak (kısmi oksitleyerek) metanole dönüştürmedir. Temel ısıl kimyasal proses değişkenlerinden biri, susuz çözücülerle (antresen yağı, asetofenon ve o-krezol) olan tepkimelere yüksek basınç sağlamak için hidrojen ve CO basmaktır. Termokimyasal sıvı laştırma prosesi ve proses değişkenleri ilginçtir. Çünkü, diğer yöntemlere göre üstünlükleri vardır. Hammaddenin kurutulması gerekmemekte, oldukça düşük sıcaklık uygulanmakta ve biyokütlenin çoğunun dönüşümü sağlanmaktadır. Laboratuvarımızda, l ignoselülozik katı atıkların yağ'a dönüştürerek atıkların değerlendirilme yollarını bulma çalışmaları sürdürülmektedir. Buna dayalı olarak, sulu ortamda asit yada baz gibi kimyasal maddeler kullanılarak, biyokütlenin sıvılastırı İmasına çal ı sı lmaktadır. Bu çalışmada, hammadde olarak kullanılan Pamuk sapı ve alfa selülozun sulu ortamda asetik asit, sodyum hidroksit, MgCl9 ve NaBH4 ile sıvı lastırılma koşulları araştırılmıştır. Karıştırma sistemi, giriş ve çıkış vanası ve somunlarla kapatılan kapağı olan 2 L lik yüksek basınçlı57 otoklav (Cook, vertical high pressure autoclave) reaktör olarak kullanılmıştır. Reaktöre bağlı manometre ve termoçiftle iç basınç ve sıcaklık ölçülebilmektedir. Sıvılaştırma için, 100 g hammadde (Pamuk sapı ve alfa selüloz), 400 mL su ve katının kütlece %15 olacak şekilde asetik asit (%99 analitik saflıkta) ya da NaOH katılarak reaktöre konulmuştur. Reaktör kapatılarak, iki kere 0,2 MPa basınca kadar azot gazı basılıp boşaltılarak reaktörde kalan oksijen temizlenmiştir. Başlangıç basıncına kadar (O.IMPa) azot gazı basılmış ve denemelerin yarım saatte tamamlandığı isletme sıcaklığına ( 573 K ve 623 K) kadar ısıtılmıştır. Sıvılaştırma sıcaklığı arttıkça, atığın katı-yag veriminin dUştUgU sonucuna varılmaktadır. Katı -yağın yag verimi (Aseton özütli) termokimyasal işlem sıcaklığı arttıkça, artmaktadır. Sıvı last ırmada, katı-yağ için en uygun, sıcaklık ve kimyasal, sırayla, 623 K, ve katının %15 i kadar asetik asit ve %5 i kadar MgC(>3 yada elementel kükürt kullanılarak sağlanmıştır. Ayrıca aynı sıcaklıkta katının X5 i kadar MgCİ2 kullanılarak iyi sonuç elde edilmiştir.

Abstract:
Since it has been recognized that the petroleum reserves are limited, research has been concentrated on the liquefaction of biomass which is renewable and obtained easily. The generation of tars, oil and chars from biomass and its various components have been the subject of study for over a century. Thermochemical liquefaction of biomass is basically a simple process, whereby it is heated with alkali under pressure at temperatures up to 673 K. this simple procedure converts the biomass in to a mixture of gas, char and oil. The other methods are the direct heating of dry matter (pyrolysis), fermentation (anaerobic digestion) and gasification (partial oxidation) to yield methanol. A variant on the basic thermochemical process involves the addition of carbon monoxide and hydrogen to provide an overpressure to the reaction which is also performed in a non-aqueous solvent (anthrecene oil acetophenone, o-cresol). The thermochemical liquefaction processes and its variants are of interest, because they appear to have several advantages over the other methods. They do not require preliminary drying of the feedstock, they operate at relatively low temperature, and they convert most of the biomass. The work, currenly being conducted in our laboratories, is to find a way to evaluate the 1 ignocellulosic solid waste by converting to crudes. In this connection the liquefaction of biomass such as cotton stalk and alfa cellulose have been carried out in aqueous sodium hydroxide or acetic acid by using MgC03, MgCl2» NaBI-14 and S and changing the operating temperature. A 2L high pressure autoclave (Cook, vert ial high pressure autoclave) was used as reactor, having a mixing59 shaft, inlet and outlet valves and a seal which is screwed with nuts. The temperature and inside pressure can be measured with thermocouple and manometer mounted on the reactor. For the liquefaction, 100 g solid waste, 400 mL water and the necessary amount of acetic acid (99% by mass, Merck, analytic grade) or NaOH to make the percentages of chemicals upto 15% of the dry solid waste in the mixture, were put into the autoclave. The autoclave was sealed and purged with nitrogen gas by pressurizing up to 0.2 MPa twice then venting to remove the oxygen left in the autoclave. The autoclave was started to heat upto operating temperatures of 573 K and 623 K at which the reaction has been completed in half an hour. While heating the outoclave up, it has been stirred continuously. After thermochemical treatment was completed, outoclave was left to cool overnight. On the next day the inside pressure and temprature were reported and the gas, produced were analyzed by GS to determine CO, COo, H2, No, O2 and olefins.After gas analysis the rest of gas was leaked from reactor and then reactor was opened and the reaction mixture was taken out manually. The reaction mixture was separated in to aquaous and solid-oil phases by filtering through coarse filter paper. The amount and pH of aquaous phases were measured and aquaous phases were saved for the further treatment. The solid-oil 'phases were washed with plenty of water to. purify it from watersolubles. By drying solid-oil phases, it was weighed and solid-oil yield was calculated. It can be concluded that the solid-oil yield of the waste decreases while liquefying temperature increases. The oil yield (aceton extract) decreases with the increase in thermochemical treatment temperature. The optimum values for temperature and percentages of the chemicals used in the liquefaction process were 623 K, 15% acetic acid 5% MgC03or elemental S respectively. On the other hand the best result were optained when MgCl2 (%5) was used.