Biyokütle gazlaştırmasından elde edilen sentez gazında hidrojen sülfür ve karbonil sülfürün çinko oksit adsorpsiyonu ile giderimi
Removal of hydrogen sulfide and carbonyl sulfide from syngas produced during biomass gasification by zinc oxide adsorption
Yazar: CEVDET DOĞAN
Danışman: PROF. DR. BANU ÇETİN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Absorpsiyon = Absorption ; Biyokütle = Biomass ; Hidrojen sülfür = Hydrogen sulfide ; Sentez gazı = Synthesis gas ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Bu çalışmada biyokütleden elde edilmiş sentez gazının içinde bulunan H2S'in ZnO adsorpsiyonu ile giderilmesi ve bu giderim sırasında ortaya çıkan COS oluşumuna etki eden parametrelerin (gaz bileşenler, sıcaklık, kalış süresi) sülfür giderme kapasitesine (SGK) etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Literatürde daha çok gerçek veya sentetik kömür gazlaştırma gazından H2S giderim çalışmaları gerçekleştirilmekle birlikte giderim sırasında oluşan COS dikkate alınmamıştır. Bu çalışmada biyokütleden üretilmiş gerçek sentez gazı için H2S giderimi gerçekleştirilip sülfür giderme kapasiteleri (SGK) hesaplanmıştır ve giderim sırasında oluşan COS'a etki eden parametrelerin hem gerçek hem de sentetik sentez gazında incelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın ilk kısmında hava üflemeli ve buhar üflemeli gazlaştırıcıda biyokütle kullanılarak üretilen sentez gazındaki H2S'in ZnO ile adsorpsiyonu sırasındaki farklı parametreler için (H2O mevcudiyeti, saatlik boşluktaki gaz geçiş hızı (SBGH), adsorbant miktarı, sıcaklık) performansı ve COS oluşumu izlenmiştir. İkinci bölümde COS oluşumunun anlaşılması amacıyla sentez gazı karışımı için serbest enerji minimizasyonu yapılarak denge halindeki konsantrasyonlar hesaplanmıştır ve laboratuvar ölçekli adsorpsiyon kolonundaki kararlı hal ile karşılaştırılmıştır. Kararlı haldeki sentetik sentez gazlarının CO ve/veya CO2 ikili gaz karışımları için elde edilen COS-H2S dağılım trendine daha benzer olduğu görülmüştür. Üçüncü bölümde ise sentetik gaz karışımları kullanılarak H2S'in ZnO üzerine adsorpsiyonunu etkileyen parametreler araştırılmıştır. İkili gaz karışımlarıyla yapılan deneylerde CO'un adsorpsiyon sırasında COS oluşturduğu için SGK'sını en fazla düşüren gaz olduğu görülmüştür. CO mevcudiyetinin etkisinin kuru sentez gazı karışımında da baskın olduğu görülmüştür. H2O'lu ikili gaz karışımının da SGK'yı azalttığı ve sıcaklığın arttırılması ile SGK'nın arttığı görülmüştür. Sentetik sentez gazları için SBGH değerinin azalması ve sıcaklığın artması durumunda SGK'nın arttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the removal performance of H2S by ZnO adsorption from syngas produced from biomass and affecting parameters (gas composition, temperature, gas residence time etc.) on COS formation during H2S removal. In previous studies, H2S removal studies were carried out mostly from real or synthetic coal gasification gas, but COS formation during removal has not been considered. In this study, H2S removal was performed for real syngas produced from biomass and sulfur removal capacities (SRC) were calculated. It is aimed to examine the parameters affecting the COS formed during the removal in both real and synthetic synthesis gas. Firstly, COS formation and the effects of different parameters (H2O presence, gas hourly space velocity (GHSV), adsorbent amount, temperature) during the adsorption of H2S on ZnO in the syngas produced using biomass in air-blown and steam-blown gasifiers was monitored. Secondly, to understand the formation of COS, free energy minimization was performed for the syngas mixture, the equilibrium concentrations were calculated, and compared with the steady state concentrations in the empty laboratory scale adsorption column. Finally, the parameters affecting the adsorption of H2S on ZnO were investigated using synthetic gas mixtures. In experiments with binary gas mixtures, it was observed that CO is the gas that reduces the SRC the most since it creates COS during adsorption. It was observed that SRC increases when the GHSV value for synthetic syngas decreases and temperature increases.