Biyokütleden basınçlı piroliz yöntemiyle elde edilen ürünlerin cevap yüzey metodu kullanılarak optimizasyonu ve karakterizasyonu
Optimization of products obtained from the pressurized pyrolysis of biomass using response surface methodology and their characterizations
Yazar: GAMZE AKAN
Danışman: DOÇ. DR. FUNDA ATEŞ
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, biyokütle olarak seçilen sarı kantaron bitkisinin sabit yatak reaktörde basınçlı pirolizi gerçekleştirilmiştir. Biyokütle pirolizi üzerine sıcaklık, basınç ve ısıtma hızı parametrelerinin etkileri araştırılmış ve optimum parametreler cevap yüzey metodu ile belirlenmiştir. Piroliz deneyleri 400; 450; 500; 550 ve 600 °C?lik sıcaklıklar, 150; 300; 450; 600 ve 750 °C/dk?lık ısıtma hızları ve 1; 11, 21; 31 ve 41 barlık basınçlarda gerçekleştirilmiştir. Sıvı ve katı ürün verimleri cevap yüzey metodu ile değerlendirilmiş, bu değerlerin ANOVA analizleri gerçekleştirilmiş ve piroliz verimine etki eden parametreler ile bir model oluşturulmuştur. Bunun yanında bu değerlerin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sıvı ürün için optimum verim, 513,13 °C sıcaklık, 1 bar basınç ve 489,40 °C/dk  ısıtma hızında  %32,98 olarak bulunmuştur. Katı ürün için ise bu değer, 400 °C sıcaklık, 41 bar basınç ve 150 °C/dk ısıtma hızında %41,23 olarak elde edilmiştir. Çeşitli sıcaklık ve basınçlarda elde edilen sıvı ürünlerin GC/MS analizi gerçekleştirilmiş, ayrıca sıvı ürünlerin viskoziteleri belirlenmiştir. Buna göre basınç arttırıldığında, bio-oil içerisindeki Naphthalene, Phenanthrene ve Anthracene gibi nispeten daha az halkalı (iki-üç) polisiklik aromatik hidrokarbonların (PAH) oluştukları saptanmıştır. Farklı basınçlarda elde edilen katı ürünlerin morfolojileri SEM ile analiz edilmiş ve artan basınç ile birlikte charın gözenek büyüklüğünün arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca charın elementel analizi ve BET analizi gerçekleştirilmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Sarı Kantaron, Basınçlı Piroliz, Cevap Yüzey Metodu, Bio-oil, Char

Abstract:
In this study, pressurized pyrolysis experiments of St. John?s wort biomass sample were performed in a fixed bed reactor. Influence of temperature, pressure and heating rate on biomass pyrolysis were investigated and optimum parameters were obtained by Response Surface Methodology (RSM). Pyrolysis experiments were performed at the temperatures of 400; 450; 500; 550 and 600 °C, at the heating rates of 150; 300; 450; 600 and 750 °C/min and at the pressures of 1; 11; 21; 31 and 41 bars. The yields of bio-oils and chars were analysed by response surface methodology, the ANOVA analysis were carried out and  a model was formed with the conditions that have an effect on the yields. Also, optimizations of yields were carried out. Regarding to  these optimizations, the optimum bio-oil yield was estimated as 32,98% at a temperature of 513,13 °C, at a heating rate of 489,40 °C/min and a pressure at 1 bar. Optimum char yield was estimated as 41,23%, at a temperature of 400 °C, at a heating rate of 150 °C/min and a pressure at 41 bars. Bio-oils obtained at different pyrolysis temperatures and pressures were analysed by GC/MS and also their viscosities were measured.  Regarding to GC/MS analysis, comparatively less ring polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH?s) in bio-oils like Naphthalene, Phenanthrene, Anthracene were formed with increasing pressures. Morphology of the chars obtained at different pressures were analysed by SEM. Char pore size was increased with increasing pressures. In addition,  elemental analysis and BET analysis of the char samples were also performed. 
Key Words: St. John?s wort, Pressurized Pyrolysis, Response Surface                   Methodology, Bio-oil, Char