Deniz makroalgi-kömür karışımlarının akışkan yatak reaktörde hızlı pirolizi ve elde edilen ürünlerin karakterizasyonu
Fast pyrolysis of marine macroalgae-coal blends in fluidized bed reactor and characterization of products
Yazar: ZEYNEP YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. SELİM CEYLAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Akışkan yataklı reaktörler = Fluidized bed reactors ; Biyoenerji = Bioenergy ; Deniz yosunları = Seaweeds ; Kopiroliz = Copyrolysis ; Linyit kömürü = Lignite coal ; Yeşil yosun = Green algae

Özet:
Bu tez çalışmasında, bir deniz biyokütlesi olan Ulva lactuca makroalgi ve düşük kalitede linyit kömür karışımının (10:90) katalitik ko-pirolizi 650 C sıcaklığında, 100 mL/dk'lık akış hızında 1 saatlik reaksiyon süresi boyunca akışkan yatak reaktörde gerçekleştirildi. Yatak yüksekliği 1 cm sabit kalacak şekilde 5 g katalizör eklendi. Makroalg gibi doğada kendiliğinden yetişen, sulama, gübre ve yetiştirilme için tarım alanına ihtiyaç duymayan bir biyokütle türü ile düşük ısıl değerli linyit kömürün birlikte katalitik ko-pirolizi sonucu daha kaliteli yakıt ya da kimyasal üretiminde kullanılabilen sıvı (bio-oil), katı (bio-char) ve gaz (bio-gas) ürünler üretildi. Özellikle ucuz bir mineral olan dolomit katalizörünün piroliz ürünlerine olumlu etkisi incelendi. Katalizör etkisiyle birlikte piroliz sonrası elde edilen bio-oil yapısındaki aromatik yapılı bileşiklerin üretimi artmış ve fenolik bileşiklerde önemli derecede azalma sağlanmıştır. Ayrıca katalitik etkiyle birlikte piroliz sonrası oluşan katı üründe (bio-char) oksijen içeriği önemli ölçüde azalırken karbon içeriği artmıştır. Yüksek miktarda oksijen düşük miktarda karbon içeriği bio-char ürünlerinin yakıt olarak kullanım potansiyelini sınırlamaktadır.  Ham Ulva lactuca, Linyit kömür ve Ulva lactuca-Linyit kömür karışımlarının termal bozunma davranışları ve katalitik piroliz kinetikleri incelenmiştir. Ulva lactuca (UL), Linyit kömür (LK), Ulva lactuca-Linyit kömür (UL-LK) ve Ulva lactuca-Linyit kömür-Dolomit (UL-LK-D) karışımlarının termal bozunumu eş zamanlı bir termogravimetrik analiz cihazı (TGA) ile inert azot atmosferinde oda sıcaklığından 800 ºC'ye ısıtılarak 20 ºC/dk ısıtma hızında gerçekleştirilmiştir. Kinetik çalışmalar için TGA verilerine Coats-Redfern kinetik metodu uygulanmış ve aktivasyon enerjisi (E) değerleri belirlenmiştir. Ham numuneler (UL ve LK) Elementel analiz (% C, H, N, S ve O), Kısmi analiz (%Uçucu madde, kül ve sabit karbon) ve FT-IR gibi analiz yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Akışkan yatak reaktörde piroliz sonucu elde edilen sıvı (bio-oil) ve katı (bio-char) ürünler ise Elementel (% C, H, N, S ve O), FT-IR, GC-MS ve Isıl değer gibi analiz teknikleriyle karakterize edilerek yakıt performansları kıyaslanmıştır.

Abstract:
In this thesis, the catalytic co-pyrolysis of a marine biomass Ulva lactuca macroalgae and low quality lignite coal was carried out in a fluidized bed reactor at a temperature of 650 C, flow rate of 100 mL/min for 1 hour reaction time. Catalytic co-pyrolysis was carried out by adding 5 g of catalyst so that the bed height remained constant for 1 cm. By the usage of blends of macroalgae that can be grown naturally in environment without need on fresh water, pesticide, fertilizer and farm lands with lignite coal that has low heating value, liquid (bio-oil), solid (bio-char) and gas (bio-gas) products that can be used in development of more valuable fuel or chemical production will be produced. Especially the positive effect of dolomite catalyst, which is a cheap mineral, on pyrolysis products was examined. With the catalytic effect, the production of aromatic compounds obtained in the bio-oil structure after pyrolysis increased and the phenolic compounds decreased significantly. In addition, the oxygen content of the solid product (bio-char) after pyrolysis decreased significantly while the carbon content increased. Large amounts of oxygen and low carbon content limit the potential of bio-char products as fuel. Thermal decomposition behaviors and catalytic pyrolysis kinetics of raw Ulva lactuca, lignite coal and Ulva lactuca- Lignite coal mixtures were investigated. The thermal decomposition of UL, LK, UL-LK and UL-LK-D mixtures was carried out with a simultaneous thermogravimetric analyzer (TGA) in an inert nitrogen atmosphere at a heating rate of 20 C/min from room temperature to 800C. Coats-Redfern kinetic method was applied to TGA data for kinetic studies and activation energy (E) values were determined. Raw samples (UL and LK) were characterized using analysis methods such as elemental analysis (% C, H, N, S and O), proximate analysis (% volatile matter, ash and constant carbon) and FT-IR. Liquid (bio-oil) and solid (bio-char) products obtained by pyrolysis in fluidized bed reactor were characterized by analysis techniques such as Elementel (% C, H, N, S and O), FT-IR, GC-MS and heating value and their fuel performance was compared.