Hayvansal atıklardan üretilen biyogazın alternatif malzemeler ile saflaştırılmasının incelenmesi
Study of purification by alternative materials of biogas produced from animal wastes
Yazar: NURİ TUNÇ
Danışman: DOÇ. DR. EMRAH DENİZ
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyogaz, gelişen ve yenilenen enerji piyasasında hem üretim hem de enerji potansiyeli ile önemli bir yere sahiptir. Biyogaz, biyokütlenin biyokimyasal bozulmasından üretilen ve kullanılmadan önce içeriğindeki kirletici gazların uzaklaştırılması gereken oksijen yoğunluğunda bir yakıt türüdür. Biyogazın saflaştırılması ve enerji potansiyelinden mümkün olan en üst seviyede yararlanılabilmesi amacıyla çeşitli yöntemler kullanılmakta ve yeni alternatif yöntemler geliştirilmektedir.

Yapılan çalışmada, Karabük Üniversitesi bünyesinde kurulan Biyogaz Araştırma Tesisinde, %40'ı büyükbaş hayvan gübresi, %8'i tavuk gübresi, %17'si peyniraltı suyu ve %35'i su olan hammadde karışımından kofermantasyon yöntemi ile biyogaz üretilmiş ve 24 m3 hacime sahip olan bir depoda biriktirilmiştir. Biyogaz içeriğinde bulunan kirletici gazları saflaştırmak amacıyla üç farklı malzeme (6-10 mm cüruf, 4-9 mm ponza taşı ve 4-18 mm ponza taşı ile yüksek fırın curüfu karışımı) hazırlanmış ve deneysel inceleme için yapılan saflaştırma kulesine ayrı ayrı konularak, 0,5- 1,0- 1,5 bar basınçta ve 3-6-9 L/dak. debi için sabit basınçta mazlemelerin H2S saflaştırma ve CH4 zenginleştirme oranları incelenmiştir. Biyogazın içeriğinde bulunan gazların saflaştırma öncesi ve sonrası özellikleri tespit edilmiştir. Elde edilen veriler, Yapay Sinir Ağları (YSA) modeli kullanılarak değerlendirilmiş ve kullanılan malzemelerin deney yapılamayan şartlar için gösterecekleri performanslar tespit edilmiştir.
Yapılan deneyler sonucunda, biyogazın 6-10 mm cüruf malzemeli saflaştırma kulesine giriş öncesi ölçülen 198 ppm H2S değeri, %76,8 oranında saflaşarak 46 ppm seviyesine önemli bir CH4 kaybı olmaksızın düştüğü durum, en ideal saflaştırma değeri olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, CO2 oranında ise %14,4'lük bir azalma meydana gelmiştir. Cüruf malzemesi ile saflaştırmada, sabit basınçta debi değerine bağlı olarak H2S (ppm) saflaştırma oranının değiştiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Biogas, as a renewable energy source, has an important place in developing and renewable energy market by its production and energy potential. Biogas is a type of fuel that is produced from the biochemical degradation of biomass. It has a density identical to oxygen, and it is necessary to remove the contaminant gases before the biogas can be used. Various methods are being used to purify the biogas and utilize the energy potential at the highest possible level, and new alternative methods are being developed.

In this study, biogas was produced in the Biogas Research Facility located in the Karabük University by co-fermentation method using a mixture of %40 raw animal feed,  %8 poultry manure, %35 water and %17 whey. The produced biogas is stored in a 24 m3 tank. Three different materials (6- 10 mm slag, 4- 9 mm ponza stone and 4- 18 mm ponza stone mixed with blast furnace slag) were prepared in order to purify the pollutant gases in the biogas content and added separately to the purification tower for the experimental investigation. H2S purification and methane enrichment ratio values are investigated at 0,5- 1,0-1,5 bar pressure and constant pressures of flow rates of 3- 6- 9 L/min. The characteristics of the gases in the biogas have been determined before and after the purification. Obtained data was evaluated using Artificial Neural Networks (ANN) model, and the performance values of the materials for the conditions that couldn't be tested were determined.

As a result of the experiments, 198 ppm H2S value of biogas which was measured before entering the purification tower has been reduced to 46 ppm without an important CH4 loss with a rate of 76.8%, and it has been determined as optimum value. Moreover, there was a 14.4% reduction in CO2. In purification with slag material, it was found that under a constant pressure the H2S ppm values decreased as the flow rate increased.