Dumansız yakıt üretimi ve yakıt olarak kullanılabilirliğin araştırılması
Research on smokeless fuel production and usability as fuel
Yazar: ABDULMAJED ABDULHAMED MOHAMED MOHAMED
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUBA COŞKUN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında Soma Kısrakdere linyit kömürü ve bazı biyokütle atıklarının (yer fıstığı kabuğu, çam kozalağı ve zeytin çekirdeği) sabit yataklı reaktör kullanılarak yavaş piroliz davranışı incelenmiş, birlikte piroliz işlemi için alternatif yakıtlar üzerinde çalışılmıştır. Öncelikle Soma Kısrakdere linyitine yavaş piroliz uygulanmıştır. Sonrasında her bir atık biyokütle %10, %25 ve %50 oranlarında linyit kömürüne eklenerek toplam 9 adet karışım oluşturulmuştur. Piroliz işlem sıcaklığı 500°C, sıcaklık artış hızı 0,1°C/s olacak şekilde seçilmiştir. 
Çalışma sonucunda linyit kömürüne eklenen biyokütlenin yüzdesinin artışı ile (biyokömür) verimliliğinin azaldığı ve katran, ayrışmış su ve gaz kayıplarının arttığı bulunmuştur. Isıl değeri açısından incelendiğinde ise biyokütle yüzdesinin artışı ile karışımların ısıl değerlerinin arttığı bulunmuştur.
Linyite eklenen üç biyokütlenin (yer fıstığı kabuğu, çam kozalağı ve zeytin çekirdeği) içerisinde ısıl değer açısından en yüksek kalorifik değer zeytin çekirdeği karışımlarında elde edilmiştir. Yapılan deneyler sonucu elde edilen çar ve biyokömür numunelerinin orjinal linyit kömürüne göre daha az kükürt içeriğine sahip, daha yüksek ısıl değere sahip oldukları bulunmuştur.
%50 oranında biyokütle eklenen tüm numunelerin alt ısıl ve üst ısıl değerleri, %10 ve %25 oranlarında biyokütle eklenen numunelerden daha yüksek çıkmıştır. Çalışmada Soma Kısrakdere linyitine  yavaş piroliz uygulandığında elde edilen çar kömürünün; ısıl değerleri orijinal numuneyle (piroliz öncesi) kıyaslandığında, alt ısıl değeri 4779 kcal\kg'den 6647 kcal\kg'a, üst ısıl değeri ise 5897 kcal\kg'den 6802 kcal\kg'a değerlerini yükseltmiştir. Kuru numunede ise alt ısıl değeri 5661 kcal\kg'den 6715 kcal\kg'a, üst ısıl değeri ise 5897 kcal\kg'den 6865 kcal\kg'a değerlerini yükseltmiştir.
Yer fıstığı kabuğu linyit kömürüne artan oranlarda eklenmesi ile piroliz öncesi linyit kömürüne göre alt ısıl değerde sırasıyla %40.02, %43.6 ve %47.03'lük artış tespit edilmiştir. Üst ısıl değerde ise %17.84, %20,69 ve %22.34'lük artış bulunmuştur. Çam Kozalağı linyit kömürüne artan oranlarda eklenmesi ile piroliz öncesi linyit kömürüne göre alt ısıl değerde sırasıyla %42.35, %43.98 ve %45.34, üst ısıl değer de %19.58, %21 ve %22.34'lük artış tespit edilmiştir. Eklenen artan oranlarda Zeytin çekirdeği numuneleri ile piroliz öncesi numuneye göre alt ısıl değerinde sırasıyla %43.27, %44.46 ve %47.64'lük artış bulunmuştur. Üst ısıl değerinde ise sırasıyla %20.39, %21.33 ve %24.15'lik bir artış bulunmuştur.
Linyit kömürü eklenen yer fıstığı kabuğu oranı artışı ile, kül, sabit karbon, hidrojen yüzdeleri artmıştır. Ancak uçucu madde, toplam kükürt, nitrojen ve oksijen yüzdeleri azaltmıştır. Öte yandan eklenen çam kozalağı miktarının artmasıyla birlikte, kül ve uçucu madde miktarları artmış, sabit karbon, toplam kükürt, hidrojen, nitrojen ve oksijen yüzdeleri azaltmıştır. Zeytin çekirdeği ilavesi ile ise hem kül hem azot miktarı önce azalmış sonra çok küçük bir oranda artmış, uçucu madde, oksijen yüzdesi artmış, sabit karbon, toplam kükürt ve hidrojen yüzdesi azaltmıştır.

Abstract:
In this thesis study, the slow pyrolysis behavior of Soma Kısrakdere lignite coal and some biomass wastes (peanut shells, pine cones and olive seeds) was examined using the fixed bed reactor, and alternative fuels for the co-pyrolysis process were studied. First of all, slow pyrolysis was applied to Soma Kısrakdere lignite. Afterwards, each waste biomass was added to lignite coal at the rates of 10%, 25% and 50%, creating a total of 9 mixtures. The pyrolysis process temperature was chosen to be 500°C and the temperature increase rate to be 0.1°C/s.
As a result of the study, it was found that as the percentage of biomass added to lignite coal (biocoal) efficiency decreased and tar, decomposed water and gas losses increased. When examined in terms of calorific value, it was found that the calorific values of the mixtures increased with the increase in biomass percentage. 
Among the three biomass added to lignite (peanut shell, pine cone and olive seed), the best in terms of calorific value was obtained from olive seed mixtures. As a result of the experiments, it was found that the biochar samples obtained before the purolysis process were less ash, less harmful to the environment and had a higher calorific value than char coal.
Among the proportion of biomass additions, 50% of the lower heating value LHV and the higher heating value HHV were determined to be higher than the proportions of 10% and 25%. In this study, when Soma Kısrakdere lignite was applied slow pyrolysis, in terms of the calorific value of char coal obtained, the LHV increased from 4779 kcal\kg to 6647 kcal\kg and the HHV increased from 5804 kcal\kg to 6802 kcal\kg in the original sample (before  pyrolysis). But in the dry sample, the LHV increased from 5661 kcal\kg to 6715 kcal\kg, and the HHV increased from 5897 kcal\kg to 6865 kcal\kg.
With the addition of peanut shell, the LHV an increase by 40.02%, 43.6% and 47.03%, respectively, was found with increasing biomass proptions compared to lignite coal before pyrolysis. Also an increase by 17.84%, 20.69% and 22.34% was found in the HHV. It was determined that with the addition of pine cone to lignite coal at increasing proptions, the LHV increased by 42.35%, 43.98% and 45.34%, respectively, and the HHV increased by 19.58%, 21% and 22.34%, respectively, compared to the lignite sample before pyrolysis. With the Olive Stone samples added at different proptions, an increase by 43.27%, 44.46% and 47.64%, respectively, was found in the LHV compared to the before pyrolysis sample. And an increase by 20.39%, 21.33% and 24.15% was found in the HHV, respectively.
With the increase in the peanut shell proptions which added to lignite coal, the percentages of ash, fixed carbon and hydrogen increased. However, the percentages of volatile matter, total sulfur, nitrogen and oxygen decreased. On the other hand, with the increase in the amount of pine cones added, the amounts of ash and volatile matter increased, and the percentages of fixed carbon, total sulfur, hydrogen, nitrogen and oxygen decreased. But with the addition of olive seeds, the amount of ash and nitrogen first decreased and then increased to a very small extent, and the percentage of volatile matter and oxygen increased. However, fixed carbon reduced the percentage of total sulfur and hydrogen.