Gazlaştırıcılarda yoğunlaştırılmış sıcak sentez gazı artıma sisteminin geliştirilmesi
Development of intensive hot syngas clean-up system for gasification
Yazar: SEVDENUR BEŞİRLİ
Danışman: PROF. DR. MURAT DOĞRU
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Gazlaştırma, biyokütle ve karbon içeren katı atıklardan enerji üretmenin en verimli yollarından birisidir. Biyokütlenin gazlaştırılması ile CO ve H2 gazlarından oluşan sentez gazı üretilmektedir. Ancak bu gazların yanı sıra sentez gazı, partikül madde ve katran gibi kirleticileri de içermektedir. Sentez gazının enerji üretiminde kullanılabilmesi için, üretilen gazın bu istenmeyen kirleticilerden arındırılması gerekmektedir. Bu çalışmada, partikül maddeyi gidermek için yüksek sıcaklıklara dayanıklı bir sıcak gaz filtresi ve katranı gidermek için katalizör yatağından oluşan yoğunlaştırılmış ve bütünleşmiş sentez gazı temizleme sistemi geliştirilmiştir. Metal filtrelerin çapı 5 µm ve 10 µm olup 316 L paslanmaz sinterlenmiş çelik özelliktedir. Bununla birlikte petek şeklindeki nikel bazlı katalizör katran çatlaması için kullanılmıştır. Bu sistem, sıcak gaz koşulları altında sabit yataklı yukarı akışlı gazlaştırma reaktörünün gaz çıkışına yerleştirilmiştir. Üretilen sentez gazının kirlilik yükü (partikül madde ve katran konsantrasyonları) ve bütünleşik filtre sisteminin verimini etkileyen parametreler incelenmiştir. Gazlaştırma reaktörünün 100kg/saat yakıt besleme akış hızında çalıştırılması ile kirlilik yükünün daha az olduğu tespit edilmiştir. Yine aynı besleme debisi ile yoğunlaştırılmış ve bütünleşmiş sentez gazı temizleme sistemi önce 10µm gözenek boyutuna sahip filtre ve nikel bazlı katalizörün kullanılması ile, daha sonra 5µm gözenek boyuna sahip filtre ve nikel bazlı katalizörün kullanılması ile test edilmiştir. Sonuçlar yukarı akışlı gazlaştırma reaktörünün 100 kg/saat besleme debisinde çalıştırılmasının daha verimli olduğunu ve 5µm gözenek boyutlu filtre ve nikel bazlı katalizörün kullanıldığı yoğunlaştırılmış ve bütünleşmiş sentez gazı temizleme sistemi ile temiz bir sentez gazı üretilebileceğini göstermiştir.

Abstract:
One of the most efficient ways to generate energy from solid wastes containing biomass and carbon is the gasification process. Syngas consisting of CO and H2 gases is produced by gasification of biomass. In addition to these gases, it also contains pollutants such as particulate matter and tar. Syngas can only be used in energy production if it is purified from unwanted pollutants. In this work, an intensified and integrated syngas clean-up system consisting of a hot gas filter and catalyst bed resistant to high temperatures was designed and developed. 316 L stainless and sintered steel filters with diameters of 5 µm and 10 µm were used for particulate matter removal and a honeycomb-shaped nickel-based catalyst for tar cracking. This system under hot gas conditions was placed at the gas outlet of a fixed bed updraft gasification reactor. Particulate matter and tar concentrations in the syngas and parameters affecting the efficiency of the integrated filter system were investigated. It has been found that the pollution load is less by operating the gasification reactor at a fuel feed flow rate of 100kg / hour. The integrated syngas cleaning system was tested using a 10 µm pore size filter and nickel-based catalyst, and then the system was tested using a 5 µm pore size filter and a nickel-based catalyst. The results showed that a clean syngas can be produced by operating the upstream gasification reactor at a feed rate of 100 kg/hour and an intensified and integrated syngas clean-up system using a 5 µm pore size filter and nickel-based catalyst.