Petrol kokundan sentez gazının üretilmesi
Production of the synthesis gas from petroleum coke
Yazar: BARIŞ KİRİŞ
Danışman: PROF. DR. MUZAFFER YAŞAR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Petrol koku, petrol rafinerisinin bir yan ürünü olup; koklaştırma süreci ile petrol kalıntısının parçalanma reaksiyonları sonucunda elde edilmektedir. Yüksek karbon içeriğine ve ısıl değere sahip ve düşük kül içerikli bir yakıt olan petrol koku, alternatif ve önemli bir enerji kaynağı olarak değerlendirilme potansiyeline sahiptir. Petrol koku gibi karbon temelli yakıtlar, gazlaştırma süreci ile kimyasal olarak başlıca H2 ve CO karışımından oluşan sentez gazına ve az miktarda da diğer gazların karışımına dönüştürülmektedir. Sentez gazı; amonyak, metanol gibi çeşitli kimyasalların ve Fischer-Tropsch reaksiyonu ile elde edilen sentetik yakıtlar dahil birçok hidrokarbonun üretiminde kullanılan çok yönlü bir hammaddedir. Bu tez çalışmasında, atık olarak nitelendirilen petrol kokundan gazlaştırma süreci ile sentez gazı üretimi gerçekleştirilmiştir. Bilimsel kaynaklarda yer alan sistemlerden farklı olarak petrol kokundan sentez gazı üretimi için; pilot ölçekli ve çift işlevli (sürüklemeli akışkan yatak ve siklon yatak) bir gazlaştırma sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan bu sistem ile petrol kokundan sentez gazı üretilirken; petrol koku tanecik büyüklüğünün, petrol koku besleme hızının, gazlaştırma reaksiyon sıcaklığının ve hava besleme hızının ürün gaz bileşimine etkileri incelenmiştir. Gerçekleştirilen gazlaştırma reaksiyonları sonucunda, petrol kokunun gazlaştırılmasında 850-1050°C sıcaklık aralığında reaksiyon sıcaklığının önemli ölçüde etkili olduğu saptanmıştır. Ayrıca petrol koku tanecik büyüklüğünün artmasına bağlı olarak elde edilen H2 ve CO miktarlarında azalma görülmüştür. Petrol koku besleme hızındaki artış ise, özellikle H2 miktarında dikkate değer bir artışa sebep olmuştur. Bunların dışında, yüksek hava besleme hızında oksijen miktarının fazla olması yanma reaksiyonlarını desteklediğinden, ürün gaz bileşiminde H2 ve CO'ya rastlanmamıştır.

Abstract:
Petroleum coke is a by-product of petroleum refinery and obtained as a residue from coking process. As a fuel with high carbon content and heating value and low ash content petroleum coke has a potential to be considered as an alternative and significant energy source. Carbon based fuels such as petroleum coke, are chemically converted to synthesis gas consisting mainly of a mixture of H2 and CO and a small amount of other gases by gasification process. Synthesis gas is a versatile raw material used in the production of various chemicals such as ammonia, methanol and many hydrocarbons including synthetic fuels obtained by the Fischer-Tropsch reaction. In this thesis, synthesis gas was produced from petroleum coke considered as a waste by gasification process. Unlike the systems mentioned in literature, a pilot scale and bifunctional gasification system (entrained flow bed and cyclone bed) was designed for the production of synthesis gas from petroleum coke. By designed gasification system, the effects of particle size of petroleum coke, gasification reaction temperature, petroleum coke and air feed rate on the product gas composition were investigated. As a result of the gasification reactions performed, it was determined the reaction temperature in the range of 850-1050°C was significantly effective in the gasification of petroleum coke. In addition, it was seen the amount of H2 and CO obtained due to the increase in particle size of petroleum coke decreased. The increase in the petroleum coke feed rate, in particular, led to a significant increase in H2 content. Besides these, H2 and CO were not found in the product gas composition since the high amount of oxygen in the high air feed rate supported the combustion reactions.