Ham ve torefiye edilmiş iki farklı biyokütlenin yanma karakteristiklerinin ve kinetiklerinin belirlenmesi
Determination of the combustion characteristics and kinetics of the raw and torrefied two different biomass
Yazar: SELİN ARMAKAN
Danışman: DOÇ. DR. SEMA YURDAKUL
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Türkiye'nin artan nüfus yoğunluğu ve buna bağlı olarak sürekli artış gösteren enerji ihtiyacı göz önüne alındığında, fosil bazlı yakıtlardan ziyade ülkemizin gün geçtikçe artan enerji ihtiyacının karşılanabilmesi açısından yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarına yönelim büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında yakıt olarak kullanma potansiyelini görebilmek amacıyla gül atığı ve kızılçam talaşının hem ham ve hem de torefiye edilmiş hallerinin hem birbirleriyle hem de Elbistan Linyiti olan farklı karışımlarının yanma karakteristikleri ve kinetikleri incelenmiştir. Seçili biyokütleler, 270 C sıcaklıkta 1 saat süre ile oksijensiz ortamda ısıl işleme maruz bırakılarak torefiye edilmiştir. Ham ve torefiye malzemelerin yanma karakteristiklerinin ve kinetiklerinin belirlenmesi için 10, 20,30 ve 40C /dak olmak üzere dört farklı ısıtma hızı seçilerek hazırlanan yakıt karışımlarının termogravimetrik analiz (TGA)' leri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, incelenen yakıt karışımlarının tutuşma sıcaklıkları, pik sıcaklıkları, son yanma sıcaklıkları ve kapsamlı yanma performansları torefikasyon işlemi ile artış göstermiştir; bu da ham biyokütlenin yakıt/yanma performansının torefikasyon işlemi ile geliştirilebileceğini göstermektedir.  Aynı zamanda torefikasyon edilen numunelere linyit ilavesiyle de, gül atığının ve çamın yanma davranışı, ham hallerine kıyasla önemli ölçüde geliştirilmiştir. Bu çalışmada ham çam talaşı, gül atığı ve Elbistan linyitinin ortalama aktivasyon enerjileri sırasıyla 178, 187 ve 91 KJ/mol olarak hesaplanmıştır.  Malzemelerin torefikasyonu ile hem ham hallerinin hem de linyitle ve birbirleriyle olan karışımlarının aktivasyon enerjileri düşüş göstermiştir. Çalışmada ayrıca Elbistan linyitinin hesaplanan aktivasyon enerjisinin literatürde hesaplanan düşük mertebeli linyitlerle uyum gösterdiği, biyokütle ve linyit karışımlarının da yine literatürdeki verilerle uyum gösterdiği görülmüştür. Aynı zamanda ham ve torefiye biyokütlenin linyitle birlikte olan karışımlarının yakılması sırasında sinerjik bir etki de gözlenmiştir.  

Anahtar Kelimeler: Biyokütle, Torefikasyon, Aktivasyon enerjisi, TGA, Gül atığı

2020, 88 sayfa

Abstract:
In order to meet our country's increasing energy needs, it is of great importance to focus on our renewable alternative energy sources rather than fossil-based fuels because of Turkey's increasing population density and growing energy requirements. In this thesis, the combustion characteristics and kinetics of different mixtures of both raw and torrefied rose processing waste and red pine sawdust samples with each other and with Elbistan Lignite were investigated in order to understand the potential of using these lignocellulosic biomasses as fuel. The selected biomasses were torrefied at an oxygen-free environment for 1 hour at 270 C. Thermogravimetric analysis (TGA) of the fuel mixtures were performed at four different heating rates: 10, 20, 30 and 40 C/min to determine the combustion characteristics and kinetics of the raw and torrefied biomasses. In the study, ignition temperatures, peak temperatures, burnout temperatures and comprehensive combustion indexes of the fuel mixtures were found to be increased with the torrefaction process. This indicates that the fuel/combustion performance of the biomass can be improved by the torrefaction process. At the same time, the combustion behavior of the rose processing waste and pine sawdust has been significantly improved by adding lignite to the samples which were torrefied. In this study, the average activation energies of raw pine sawdust, rose processing waste and Elbistan lignite were calculated as 178, 187 and 91 KJ/mol, respectively.  Therefore, the activation energies of both raw samples and their mixtures with lignite and each other decreased with the torrefaction process. In the study, it was also observed that the calculated activation energy of Elbistan lignite was found to be compatible with the low-ranked coal calculated in the literature. Also, activation energies of the biomasses and lignite fuel-mixtures were also found to be compatible with literature. At the same time, a synergistic effect was also observed during the combustion of the mixtures of raw and torrefied biomass samples with Elbistan lignite.

Keywords: Biomass, Torrefaction, Activation Energy, TGA, Rose processing waste

2020, 88 pages