Kabarcıklı akışkan yatak reaktörde fındık kabuğunun katalitik pirolizi ve ürünlerin karakterizasyonu
Catalytic pyrolysis of hazelnut shell in bubbling fluidized bed reactor and characterization of products
Yazar: MARWAN ABDULATEEF MAHMOOD MAHMOOD
Danışman: DOÇ. DR. SELİM CEYLAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Pirolizden elde edilen biyo-yağ, sürdürülebilir bir enerji sistemi için potansiyel bir biyoyakıt ve biyokimyasal kaynağıdır. Türkiye fındık üretiminde dünya lideri olup her yıl büyük miktarda fındık kabuğu fındık tarımı atığı olarak ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle bu tez çalışmasında biyo-yağ üretimi için biyokütle kaynağı olarak fındık kabuklarının potansiyeli incelenmiştir. Fındık kabuklarının piroliz davranışı Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektrometresine bağlı bir termogravimetrik analizör kullanılarak incelenmiştir. Deneyler azot atmosferi altında ve üç farklı ısıtma hızında (10 °C dk-1, 20 °C dk-1, 30 °C dk-1) gerçekleştirilmiştir. Dağılımlı Aktivasyon Enerji Modeli (DAEM) kinetik parametreleri hesaplamak için kütle kaybı verilerine uygulanmıştır. DAEM yöntemi ile hesaplanan ortalama aktivasyon enerjisi ve üstel katsayı değerleri sırasıyla 147.4 kJmol-1 ve 2.27×109 dk-1 olarak belirlenmiştir. Termal bozunma sırasında açığa çıkan gaz fazdaki başlıca ürünler, kraking, yeniden polimerizasyon veya yoğuşma gibi çeşitli karmaşık reaksiyonlardan kaynaklanan CO2, CO, fenol, H2O, CH4, C-O olarak gözlenmiştir. Biyo-yağın yakıt potansiyelinin arttırılması amacıyla dolomit ve zeolit katalizörleri eşliğinde kabarcıklı akışkan yatak reaktörde katalitik piroliz deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sıcaklığın ve katalizör türünün piroliz ürünlerinin dağılımı ve ürünlerin özellikleri üzerine etkileri farklı analitik cihazlar kullanılarak araştırılmıştır. Katalitik işlemde katalitik olmayan işleme kıyasla daha az sıvı ve daha fazla biyoçar ile gaz ürün oluşumu gözlenmiştir. Buna rağmen katalitik işlem ile katalitik olmayan işleme kıyasla daha fazla karbon, daha az oksijen ve daha yüksek bir ısı değeri içeren bir sıvı ürün elde edilmiştir. Sonuçlar ayrıca dolomit katalizörünün sıvı ürün üzerinde zeolit katalizörüninkine göre daha büyük bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Dolomitin tüm sıcaklıklarda zeolitten daha fazla oksijen giderme kapasitesine sahip olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Bio-oil from pyrolysis is a potential biofuel and biochemical source for a sustainable energy system. Turkey is the world leader in producing hazelnuts, so every year, large quantities of hazelnut shells appear as waste for growing hazelnuts. Therefore in this thesis, the potential of hazelnut shells as a biomass source for bio-oil production was investigated. The experiments were carried out under a nitrogen atmosphere and three different heating rates (10 °C min-1 ,  20 °C min-1, 30 °C min-1). The distributed Activation Energy Model (DAEM) was applied to mass loss data to calculate kinetic parameters. The values of the mean activation energy and the pre-exponential coefficient calculated by the DAEM method were 147.4 kJmol-1 and 2.27E×109 min-1, respectively. The major gaseous products released during thermal degradation were specified as CO2, CO, phenol, H2O, CH4, C-O that arose from various complex reactions such as cracking, re-polymerization, or condensation. In order to increase the fuel potential of the bio-oil, catalytic pyrolysis experiments were carried out in a bubbling fluidized bed reactor in a company with dolomite and zeolite catalysts. The effects of temperature and catalyst type on the distribution of pyrolysis products and the properties of the products were investigated using different analytical devices. The catalytic process gave less liquid and more char and gas compared to the non-catalytic process. Despite this, the catalytic process gave a liquid that contained more carbon, less oxygen, and a higher value of HHV compared to the non-catalytic process. The results also demonstrated that the dolomite catalyst has a greater effect on the liquid product compared to that of the zeolite catalyst. The dolomite showed greater oxygen removal rates than zeolite at all temperatures.