Hızlı piroliz yöntemi ile fındık kupulasının katalitik pirolizi ve sıvı ürünlerin karakterizasyonu
Catalytic fast pyrolysis of hazelnut cupula via fast pyrolysis and liquid products characterization
Yazar: SEDAT KELEŞ
Danışman: PROF. DR. KAMİL KAYGUSUZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Sürdürülebilir gelişme = Sustainable development

Özet:
Biyokütleye uygulanan hızlı piroliz işlemi sonucunda elde edilen sıvı ürünler hem enerji kaynağı hem de kimyasal madde eldesi için hammadde olarak kullanılmaktadır. Bunun için piroliz işlemi süresince biyokütlenin bileşimi ve yapısı, ısıtma hızı ve alıkonma zamanlarının değişimiyle reaksiyon hızının ve piroliz ürünlerinin verimlerinin nasıl değiştiği geniş ölçüde incelenmektedir. Bu çalışmada, değişik deneysel şartlar altında sabit yataklı bir reaktör içerisinde fındık kupulasının hızlı pirolizi incelenmiştir. Piroliz deneyleri için tarımsal bir yan ürün olan fındık kupulası biyokütle olarak seçilmiştir. Sabit yataklı bir reaktör içerisinde fındık kupulasına uygulanan hızlı piroliz deneyleri sonucunda ürün verimi üzerine piroliz sıcaklığı, sürükleyici gaz akış hızı ve parçacık boyutunun etkileri araştırılmıştır. Deneyler 200 ? C/dak ısıtma hızında 400, 500, 600 ve 700 ? C piroliz sıcaklıklarında gerçekleştirildi. Deneyler sonucunda piroliz ürün veriminin büyük ölçüde piroliz sıcaklığına bağlı olduğu gözlendi ve piroliz sıvısının maksimum verimle elde edildiği, en uygun piroliz sıcaklığı 600 ? C olarak belirlendi.Hızlı pirolizden elde edilen sıvı ürün verimini artırmak için sabit yataklı reaktör içerisinde katalizörlü deneyler gerçekleştirildi. Katalizör olarak ZnO kullanıldı. Katalitik deneyler azot atmosferi altında 200 ? C/dak ısıtma hızında, 0,250?0,150 mm parçacık boyutunda ve 400, 500, 600 ve 700 ? C piroliz sıcaklıklarında gerçekleştirildi. Hammaddeye değişik oranlarda katalizör ilave edilerek ürün verimi ve bileşimi üzerine etkisi incelendi.Spektroskopik ve kromotografik teknikler kullanılarak piroliz sıvısının yapısı incelendi. Elde edilen sonuçlar katalizörsüz deneylerde elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldı. Spektroskopik ve kromotografik çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre, fındık kupulasından elde edilen piroliz sıvısının hem bir yakıt olarak hemde kimyasal madde eldesi için hammadde olarak kullanılabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
Fast pyrolysis utilizes biomass to produce a product that is used both as an energy source and a feedstock for chemical production. The effect of the wood composition and structure, heating rate, and residence time during pyrolysis on the overall reaction rate and the yield of the volatiles are discussed. In this study, fast pyrolysis of hazelnut cupula was investigated experimentally in a fixed-bed reactor under various conditions. Hazelnut cupula, an agricultural by-product, was selected as raw material for pyrolysis experiments. The fixed-bed fast pyrolysis experiments have been conducted on a sample of hazelnut cupula in a fixed bed reactor to determine particularly the effect of pyrolysis temperature, particle size and sweep gas flow rate on the pyrolysis product yields. The reactor was heated at a heating rate of 200 °C per minute to a pyrolysis temperature of 400, 500, 600 and 700 °C. Experiments show that pyrolysis yields and conversion efficiencies depended mainly on pyrolysis temperature and 600 °C was the most suitable for decomposition of the hazelnut cupula to reach maximum oil yield.In order to increase the oil yield, biomass pyrolysis experiments were performed in a fixed bed reactor with catalyst. ZnO was used as catalyst. Experiments were conducted in a nitrogen atmosphere with a heating rate of 200 °C min-1, pyrolysis temperatures of 400, 500, 600 and 700 °C and mean particle size of 0.250- 0.150 mm. In the experiments catalyst were used with various percentages, and the effects of the variable catalysts on the yields and chemical composition of the oils obtained were investigated.The pyrolysis oils were examined by using spectroscopic and chromatographic analysis techniques, and the obtained results were compared with the results of similar experiments achieved without a catalyst. Chromatographic and spectroscopic studies on bio-oil have shown that the oils obtained from hazelnut cupula can be used as a renewable fuel and chemical feedstock