Pirina, fındık kabuğu ve talaşın karbon dioksit ortamında gazlaştırılması
Gasification of pomace, hazelnut shell and sawdust in carbondioxide medium
Yazar: ABDALLA ABDALRAZIG ABDALLA HUSSEIN
Danışman: PROF. DR. ÖZKAN MURAT DOĞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde enerji kaynağı olan fosil yakıtları (petrol ve doğal gaz) vazgeçilmez bir öneme sahip olsa da, bu enerji kaynakları yakın gelecekte tükenecektir.  Bu durum göz önüne alındığında, diğer enerji kaynakları ve enerji elde etme yolları üzerinde çalışmalar sürmektedir. Özellikle, biyokütle ve katı yakıt atıklarını kullanarak enerjiye erişim araştırması son zamanlarda artmıştır. Bu araştırmaların içinde yer alan gazlaştırma ile sentez gazı elde etme ve oradan da enerji elde etme ön plana çıkmıştır. Gazlaştırma sonucunda üretilen sentez gazından değerli kimyasal maddelerin de (hidrojen, amonyak ve metanol gibi) üretilmesi  mümkündür. Bu çalışmada, biyokütle atık olarak pirina, fındık kabuğu ve odun talaşı karbon dioksit ortamında gazlaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Gazlaştırma işlemi 40 mm çapa ve 1 m yüksekliğe sahip sabit yataklı kuartz cam reaktörde gerçekleştirilmiş. Gazlaştırma için gerekli sıcaklık bir fırın yardımı ile vasıtasıyle sağlanmıştır. Partikül çapı 1-1,25 mm olan pirina, fındık kabuğu ve odun talaşı, farklı sıcaklıklarda (600oC, 650oC, 700oC, 750oC, 800oC ve 850oC) ve farklı karbon dioksit akış hızlarında (1,5; 3 ve 4,5 ml/s) gazlaştırma işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca, katalizör (CaO, MgO ve K2CO3) sentez gaz konsantrasyonu üzerindeki etkilerini görmek için en iyi sonuçlar gazlaştırılmış biyokütlelerden (pirina, fındık kabuğu ve odun talaşı) ve en iyi karbon dioksit akış hızında katalizörlerle gazlaştırma işlemi gerçekleşilmiştir. Sıcaklığın, karbon dioksit akış hızı ve  katalizör gazlaştırma sonucu oluşan sentez gazı bileşimi üzerine etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda katalizörsüz çalışmada gaz karışımında en iyi H2 ve CO verimi fındık kabuğunun 800oC sıcaklıkta ve 1,5 ml/s CO2 akış hızında olduğu belirlenmiştir. H2 konsantrasyonu açısından % 33,63 en yüksek değeri ulaşılmıştır. Katalizörlü çalışmalarda ise en iyi katkı maddesinin CaO olduğu belirlenmiştir. H2 konsantrasyonu açısından CaO'in katkı olarak kullanıldığı durumda en yüksek değere ulaşıldığı görülmüştür. Fındık kabuğu katalizörlü CaO çalışma 600oC sıcaklıkta H2 verimi hacimce % 52,9, H2/CO ise 3,31 olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Although fossil fuels (oil and natural gas), which are the current energy sources, are of indispensable importance, these energy sources will not continue in the near future. Considering this situation, studies on other energy sources and ways of obtaining energy continue. In particular, research on access to energy using biomass and solid fuel wastes has increased recently. In this research, synthesis gas and gas production from gasification came into prominence. It is also possible to produce valuable chemicals (such as hydrogen, ammonia, and methanol) from the synthesis gas produced by gasification. In this study, the gasification process was carried out with carbon dioxide in the pomace, hazelnut shell and sawdust as biomass waste. Gasification was carried out in a fixed bed quartz glass reactor with a diameter of 40 mm and a height of 1 m. The temperature required for gasification is provided by means of an oven and carbon dioxide by means of a tube. Pomace, hazelnut shell and sawdust with  average particle diameter of 1-1.25 mm, at different temperatures (600 oC, 650 oC, 700 oC, 750 oC, 800 oC and 850 oC) and at different carbon dioxide flow rates (1.5, 3 and 4.5 ml/sec) gasification process. In addition, the best synthesis gas concentration results obtained from gasified biomass (pomace, hazelnut shell and sawdust) and used carbon dioxide rates (1.5, 3, 4.5 ml/sec) were investigated with catalysts (CaO, MgO and K2CO3). The effects of temperature and carbon dioxide flow rate on synthesis gas composition formed by catalyst gasification were investigated. In the experimental studies, the best H2 and CO yield in the gas mixture in the catalyst-free study were found to be hazelnut shell at 800oC temperature and 1,5 ml/sec CO2 flow rate. The highest value in terms of H2 concentration was reached 33.63%. In the catalytic studies, CaO was the best additive. When  hazelnut shell and CaO was used as an additive in terms of H2 concentration, it was found to be the highest. At 600 oC, H2 yield was 52.9% by volume and H2/CO was 3.31.