Güneş enerjisi destekli yarı sürekli hidrotermal karbonizasyon sistem kurulumu
Establishing of solar assisted hydrothermal carbonization using a semi-continuous flow through system
Yazar: ZELİHA ÇINAR
Danışman: DOÇ. DR. MELİH SONER ÇELİKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sanayi ve evsel kaynaklı atıkların atık su arıtma tesislerinde (AAT) arıtılması sonucu önemli oranda atık çamurları meydana gelmektedir. Çevre ve insan sağlığı için ciddi bir sorun haline gelen atık çamurları, hidrotermal karbonizasyon işlemine tabi tutulmuştur. Kesikli sistemde hidrotermal karbonizasyon işlemi gerçekleştirilerek, sistem parametreleri olan sıcaklık, süre, katı-sıvı ve ladin-atık çamuru oranı Design Expert programı ile optimize edilmiştir. Kesikli sistemde gerçekleştirilen hidrotermal karbonizasyon yöntemine ait belirtilen bu dört farklı parametre, 30 dakika ve 140 °C, katı/sıvı oranı % 25 ve ladin/atık çamuru oranı % 49,81 olarak optimize edilmiştir. Bu çalışma verileri doğrultusunda güneş enerjisi destekli yarı sürekli hidrotermal karbonizasyon sistem modeli tasarlanmış ve sistemde oluşan ürünün kalorifik değeri 3427 cal/g olarak belirlenmiştir. Modellenen hibrit sistemde düzlemsel güneş kolektörü üzerine gelen en yüksek güneş ışınım değeri ağustos ayında sağlanarak 6,14 kwh/m²gün olarak tespit edilmiştir. Düzlemsel güneş kolektöründen ağustos ayında üretilen enerji miktarı 8,51 MJ/m²gün'dür. En düşük güneş ışınım değeri aralık ayında sağlanmış ve 2,59 kwh/m²gün olarak raporlanmıştır. Aralık ayında kolektörün ürettiği enerji değeri 3,58 MJ/m²gün'dür. Mayıs, haziran, temmuz ve ağustos ayı için yardımcı ısıtıcı ihtiyacının olmadığı belirlenmiştir. Güneş enerjisinden daha az yararlanıldığı aylarda yardımcı ısıtıcı ihtiyacı daha fazladır. Eylül ayında en az yardımcı ısıtıcı ihtiyacı gerekmekte olup 740 kj/gün'dür. Aralık ayında ise en fazla yardımcı ısıtıcı ihtiyacı gerekmektedir ve 9260 kj/gün olarak tespit edilmiştir. 
Hidrotermal karbonizasyon işleminde özel olarak tasarlanan ısı değiştirici, gerekli giriş sıcaklığı olan 149 °C'yi karşılamaktadır. Bu sıcaklık için gerekli enerji miktarı 16,42 MJ/gün olarak tespit edilmiştir.

Abstract:
Significant waste sludge is generated as a result of the treatment of industrial and domestic wastes in wastewater treatment plants (WWTP). Waste sludge, which has become a serious problem for the environment and human health, has been subjected to hydrothermal carbonization process. Hydrothermal carbonization process was performed in batch system and system parameters, temperature, time, solid/liquid and spruce/waste sludge ratio were optimized by Design Expert program. The four different parameters of the hydrothermal carbonization method performed in the batch system are optimized for 30 minutes and 140°C, the solid/liquid ratio is 25% and the spruce/waste sludge ratio is 49.81%. In accordance with this working data, solar assisted hydrothermal carbonization using a semi-continuous flow through system model was designed and the calorific value of the product was determined as 3427 cal/g. The highest solar radiation value on the flate plate solar collector was obtained in August and reported as 6.14 kwh/m²day in the modelled hybrid system. The energy was produced by the flat plate solar collector in August 8.51 MJ/m²day. The lowest solar radiation value was obtained in December and reported as 2.59 kwh/m²day. The energy was produced by the collector in December 3.58 MJ/m²day. It is determined that there is no need for auxiliary heater for May, June, July and August. For months when the solar energy is less utilized, the need for an auxiliary heater is higher. In September, a minimum of auxiliary heater is required and is 740 kj/day. In December, the need for auxiliary heaters is the highest and is determined as 9260 kj/day. The heat exchanger which is specially designed for hydrothermal carbonization process provides the required inlet temperature of 149°C. The energy required for this temperature was determined to be 16.42 MJ/day.