Ayçekirdeği küspesinin gazlaştırılmasıyla hidrojence zengin gaz üretimi ve aspen simülasyonu
Hydrogen rich gas production through the gasification of sunflower seed pulp and aspen simulation
Yazar: TOLGA KAAN KANATLI
Danışman: PROF. DR. NEZİHE AYAS
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, ayçiçek yağı fabrikalarının bir atığı olan ayçekirdeği küspesi gazlaştırılarak hidrojence zengin gaz ürün elde edilmiştir. Gazlaştırma işlemi için kesikli çalışan doğrudan gazlaştırma reaktörü ile sürekli akışlı katalitik buhar reforming reaktörü kullanılmıştır.
Doğrudan gazlaştırma reaktöründe sıcaklık (650, 750 ve 850 °C), hava besleme hızı (1, 2, 3 ve 4 L/sa) ve katalizör (K2CO3) oranının (ağ. %0, 20 ve 40) gaz ürün verimine etkisi incelenmiştir. En uygun gaz verimi 5,45 mol H2/kg biyokütle olarak bulunmuştur.
İki kademeli gazlaştırma işlemi için öncelikle biyokütle sıvılaştırılmıştır. Bu deneylerde, sıcaklık (200, 300 ve 350 °C), reaksiyon süresi (15, 30 ve 60 dk), su:biyokütle oranı (ağ. 10:1, 20:1 ve 50:1) ve katalizör (NaOH) oranının (ağ. %0, 10, 20 ve 30) sıvı ve gaz verimine etkisi incelenmiştir. En yüksek hidrojen verimi 5,55 mol H2/kg biyokütle olarak bulunmuştur. Bu koşulda elde edilen sıvı ürüne katalitik buhar reformingi yapılmıştır.
Katalitik buhar reformingi işleminde %30'luk Ni/Al2O3 katalizör kullanılmıştır.  Sıcaklık (600, 700, 800 °C) ve su:sıvılaştırma ürünü oranının (hacimce 3:3, 8:3, 16:3 ve 24:3) gaz verimine etkisi incelenmiş olup, bu verimler Aspen simülasyonu ile kıyaslanmıştır. En yüksek hidrojen verimi 37,49 mol H2/kg biyokütle olarak bulunmuş olup, sıvılaştırma sırasında oluşan hidrojen ile birlikte düşünüldüğünde 43,03 mol H2/kg biyokütlelik verim elde edilmiştir. Denenen parametrelerin gaz verimlerine etkisi, aspen simülasyonundakiyle benzerdir.

Abstract:
In this work, sunflower meal, a waste product of sunflower oil factories, was gasified in order to produce hydrogen-rich gaseous products. For the gasification process, a batch direct gasifier and a continuous steam reformer was used.
With the direct gasifier, effect of temperature (650, 750 and 850 °C), air feed rate (1, 2, 3 and 4 L/h) and catalyst (K2CO3) ratio (0, 20, 40 wt%) on the gaseous product yield was investigated. The most suitable hydrogen yield was observed to be 5.55 mol H2/kg biomass.
For the two step gasification process, biomass was first liquefied. At these experiments, effect of temperature (200, 300 and 350 °C), reaction time (15, 30 and 60 min), water:biomass ratio (wt. 10:1, 20:1 and 50:1) and catalyst (NaOH) ratio (0, 10, 20 and 30 wt%) on liquid and gas yields were investigated. Highest hydrogen yield was 5.45 mol H2/kg biomass. Steam reforming was performed on the liquid product that was produced on this condition.
30% Ni/Al2O3 catalyst was used in catalytic steam reforming experiments.  Effect of temperature (600, 700, 800 °C) and water:liquid product ratio (3:3, 8:3, 16:3 and 24:3 by volume) on gas yields were investigated, and the acquired data was compared to the results of Aspen simulation. Highest hydrogen yield was found to be 37,49 mol H2/kg liquid product and when the hydrogen that was produced during liquefaction is added to it a total hydrogen yield of 43,03 mol H2/kg biomass was achieved. Effect of the tested parameters on gas yields are similar to what the aspen simulation calculated.