Türk linyit kömürlerinin organik katkı maddesi kullanılarak briketlenmesi
Briquetting of Turkish lignite coal with using organic additives
Yazar: BERRİN SAYGI YALÇIN
Danışman: PROF. DR. FATMA JALE GÜLEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Manisa Soma bölgesinden temin edilen 0-5 mm parçacık boyutundaki linyit kömürü, farklı sıkıştırma basınçlarında (5-25MPa), farklı türde (çay atığı, fındık kabuğu, sığır kuruğu ve geven bitkileri) ve farklı oranlarda (%0-%100) katkı maddeleri ve bağlayıcı kullanılarak briketlenmiştir. Elde edilen melez briketlere, kimyasal analizler ve fiziksel dayanım testleri yapılarak briketlerin karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Buna ek olarak kullanılan katkı maddelerine torrefaksiyon prosesi uygulanarak elde edilen ürünlerin ve briketlerin orijinal kömürle kıyaslanması yapılmıştır.
Briketleme prosesinde kullanılan farklı tanecik boyutlarının, sıkıştırma basınçlarının, katkı maddelerinin ve bu maddelerin karışımdaki oranlarının değiştirilmesinin briketlerin kimyasal ve fiziksel dayanım sonuçları üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir. Yapılan denemeler sonucunda sıkıştırma basıncı ve tanecik boyutu parametrelerinin briketlerin kül ve ısıl değeri üzerinde önemli etkileri olmadığı; kül miktarı üzerinde en önemli parametrenin katkı maddesi miktarı olduğu tespit edilmiştir. Her bir katkı maddesi için ayrı ayrı elde edilen melez briketlerin kül miktarlarının, ham kömüre kıyasla önemli ölçüde azaldığı ve briketlerin kül miktarlarının azalması üzerinde briketleme prosesinde reçine bağlayıcısının hidrolizi için kullanılan asetik asit çözeltisinin önemli etkileri olduğu belirlenmiştir. Parametrelerin ısıl değer üzerine etkileri incelendiğinde kül miktarında da olduğu gibi tanecik boyutu ve sıkıştırma basıncının briketlerin ısıl değeri üzerinde etkisinin olmadığı, artan katı maddesi miktarının briketlerin ısıl değerlerinde azalmaya sebep olduğu belirlenmiştir. Bu sebeple briketleme çalışmalarında her bir katkı maddesi için optimum katkı maddesi miktarının %25 olduğu sonucuna ulaşılmıştır. En yüksek ısıl değere çay atığı katkı maddesi kullanılması sonucu ulaşılmıştır ve bu değerin ham linyit kömürünün ısıl değerinden %6 oranında düşük olduğu belirlenmiştir.
Briketlere yapılan fiziksel testler sonucunda her bir katkı maddesi için artan katkı maddesi miktarının briketlerin Shatter indeksi üzerinde önemli olumlu etkilere sebep olduğu gözlemlenmiştir. Katkı maddeli briketleme sonucunda en iyi Shatter indeksi değerine sahip olan briketlerin sığır kuruğu ve geven bitkisi kullanılarak yapılan denemeler sonucunda elde edilebileceği ortaya konmuştur. Suya dayanımı en yüksek olan briketin fındık kabuğu olduğu (>72 saat) bunu sırasıyla çay atığı (24 saat), geven (24 saat) ve sığır kuruğunun (1 saat) takip ettiği tespit edilmiştir.
Katkı maddelerine uygulanan torrefaksiyon (biyokmürleştirme) prosesi sonucunda elde edilen ürün üzerinde en etkili parametrenin sıcaklık olduğu belirlenmiştir. Torrefaksiyon denemeleri sonucunda elde edilen ürünlerin, ısıl değerlerinin proses sıcaklığı ve kalma süresine bağlı olarak linyit kömürü ile rekabet edebilecek seviyeye ulaştığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, lignite coal (1-5 mm particle size and provided from Soma, western region of Turkey) was briquetted with different kinds of additives (tea waste, nutshell, verbascum and astragalus). Additives were used in different ratios (0-100 % w/w) and compression pressures varied from 5 to 25 MPa. For characterisation, chemical analysis (ash, calorific value and moisture amounts) and physical tests (shatter index and resistance to water) were applied to hybrid briquettes. In addition, torrefaction process was applied to additives and torrefied samples were compared to coal. 
It is concluded that; particle size of additives, compression pressure, additive types and ratios of additive amounts affected the chemical and physical properties of briquettes. However, compression pressure and particle size had not a remarkable effect on ash contents and calorific values. 
Most effective parameter on ash content was additive amounts. Compared to coal, hybrid briquettes had lower ash contents. Acetic acid was used for hydrolyse resin binders and usage of acetic acid have an effect on this decrease of ash contents.
When the effect of each parameter on calorific value is compared, it can be said that; although particle size and compression pressure are not effective on calorific value, there is an inversely proportional to relationship between additive amount and calorific value. This result showed that, optimum additive amount is 25 % for each type of additive. Maximum calorific value is obtained by using tea waste as additive and this result is found to be 6% lower than lignite coal. 
Physical tests showed that, increasing additive amount made positive effect on Shatter index results. The best Shatter index values obtained by using verbascum and astragalus as additive. Water resistance tests gave the best results for the briquettes that have hazelnut shell (>72 hours) and sequenced as tea waste (24 hours), astragalus (24 hours) and verbascum (1 hour). 
During the torrefaction process of additives, temperature has found to be the most effective parameter. Calorific values of these samples are found to be comparable with lignite coal, depending on the residence time and process temperature.