Yeniköy linyitlerinin vinas bağlayıcısı kullanılarak üretilen briketlerinin diğer bağlayıcılarla kıyaslanması
Comparison of briquettes of Yenikoy lignites produced by using vinasse binder with other binders
Yazar: AYLİN BOZTEPE
Danışman: PROF. DR. HANİFİ SARAÇ ; DOÇ. DR. FATMA JALE GÜLEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kömür briketleri = Coal briquettes

Özet:
Bu çalışmada, İstanbul Yeniköy bölgesine ait 0-3 mm parçacık boyutundaki linyit kömürü, farklı türde (vinas, melas, şlempe ve hümik asit) ve oranda (%10 ve %20 arasında) bağlayıcılar kullanılarak briket kömür haline getirilmiş, elde edilen ürünlere kimyasal analizler (kısa analiz, ısıl değer analizi ve kükürt analizi) ve mekanik dayanım testleri (aşınma sağlamlığı, düşme sağlamlığı, kırılma sağlamlığı ve suya dayanım) uygulanarak, TS 12055 standartına uygunlukları araştırılmıştır. Laboratuvar ölçekli bu çalışmalardan yola çıkılarak, endüstriyel ölçekli briketleme işlemi için optimum koşullar saptanmıştır.
Briketleme prosesinde kullanılan bağlayıcı ve/veya katkı maddelerinin ve bu maddelerin karışımdaki oranlarının değiştirilmesi, kimyasal analiz ve mekanik mukavemet testlerinin sonuçlarını değiştirmiştir. Kömürün yapısında yer alan ve hem çevre hem de insan sağlığı açısından tehdit oluşturan yanar kükürt oranı, katkı maddesi olarak eklenen kireç ile kontrol altına alınmaya çalışılmıştır. Buna göre, briketlerdeki vinas ve melas oranı %18 ve üzerindeyken, standartta belirtilen %1 (kuru bazda) limiti sağlanırken, hümik asit ve şlempe katkılı briketlerde bu başarı sağlanamamıştır. Kirecin artan oranlarda (%1, %2 ve %3) kullanılması yanar kükürt oranını azaltırken, kül oranında bir miktar artış meydana getirmiştir. Ancak söz konusu artış, briket kalitesini olumsuz etkileyecek düzeyde gerçekleşmemiştir.  
Briketlerin nem oranları; hammadde olarak kullanılan toz kömüre ve bağlayıcılara uygulanan ön ısıtma işlemleriyle kontrol altında tutulmuş ve bu şekilde ısıl değerlerde meydana gelmesi olası düşüşler engellenmeye çalışılmıştır. Briketlerin yanma davranışlarını etkileyen kül analizleri; bağlama etkinliği şlempe ve hümik asite oranla daha iyi olan vinas ve melas ile hazırlanan briketlerde, diğer briketlere kıyasla düşük değerler almıştır. Yapılan çalışmalar, vinas, melas ve şlempe katkılı briketlerin, tüm bağlayıcı oranlarında, standartın öngördüğü 4000 cal/g (orjinal bazda) üzerinde alt ısıl değere sahip olduklarını ve piyasaya arzlarında engel bulunmadığını göstermiştir. Ancak, %20 hümik asit ile hazırlanan briketin yüksek nem değeri nedeniyle bu koşulu sağlamadığı ortaya konulmuştur.
Briketlerin fiziksel testleri, genel olarak artan bağlayıcı oranıyla artış göstermiştir. Aşınma sağlamlığı ve düşme sağlamlığı testlerinde, vinas ve melas katkılı briketler iyi sonuçlar verirken, şlempe ve özellikle hümik asit katkılı briketler ile olumsuz sonuçlar alınmıştır. Bu briketler içerisinde, standartta yer alan düşme ve aşınma sağlamlığı kriterini sağlayan tek bağlayıcı, vinas olmuştur. Briketlerin kırılma sağlamlığı değerlerinin ise standarttaki limiti karşılayabilecek kadar yüksek olmadığı belirlenmiştir. Bir diğer mukavemet testi olan suya dayanım testinde ise; tümü organik bazlı bağlayıcılar ile hazırlanan briketlerin hiçbirinin, suya dayanımının bulunmadığı saptanmıştır. Bu sebeple piyasaya arzlarında lamineli torbaların kullanılması gerektiği belirtilmiştir.
Endüstriyel ölçekli briketleme prosesi için uygun koşullar belirlenirken, analiz parametrelerinin tümü, fiziksel testler ve maliyet kıstasları göz önünde bulundurulmuş, en uygun briket bağlayıcısı vinas, kullanılacak oran ise %18 olarak saptanmıştır. 

Anahtar Kelimeler: Linyit, briketleme, bağlayıcı, yanar kükürt, söndürülmüş kireç, aşınma sağlamlığı, kırılma sağlamlığı, düşme sağlamlığı

Abstract:
In this study, a lignite sample with a particle size of 0-3 mm obtained from Yeniköy (İstanbul) area was briquetted by using different binder materials (vinasse from yeast industry, molasses, vinasse from sugar industry and humic acid) and binder ratios (between 10% and 20%). Chemical analysis (proximate analysis, calorific value analysis and sulphur analysis) and mechanical strength tests (abrasion resistance, drop shatter resistance, compressive strength and water resistance) were applied to the gained products and confirmity with TS 12055 standard was investigated. By using these laboratory scale study, optimum operating conditions for industrial scale briquetting process were determined.
Changing binder and/or additives used for briquetting process and proportions of these materials in the mixture affected the results of chemical analysis and mechanical strength tests. Burnable sulphur which is found in the structure of the coal and threatens both environment and human health was tried to take under control with the lime added as an additive. While the ratio of vinasse and molasses were 18% and over, the limit specified in the standard (1% on dry basis) was achieved, for the humic acid and vinasse (from sugar industry) added briquettes that success could not be achieved. Increasing ratios of lime (1%, 2% and 3%) reduced burnable sulphur but an increase in the amount of ash content occurred. However, the rise did not happen at a level that affect the quality of the  briquettes negatively.
The moisture of the briquettes were kept under control with the preheating process applied to the binders and coal dust used as raw material. By this way, possible decreases at the calorific values were tried to prevent. Ash analysis- affecting the combustion behaviour of the briquettes- had low values for the briquettes prepared with vinasse and molasses which have better binding activity than humic acid and vinasse (sugar industry) compared to other briquettes. The studies showed that briquettes added vinasse (from yeast industry), molasses and vinasse (from sugar industry) for all binder ratios had a lower heating value of over 4000 cal/g (on original basis) which was specified in the standard and there was no obstacle to supply to the market. On the other hand, briquettes prepared with 20% humic acid couldn't provide that limit because of high moisture content.
Physical tests of the briquettes generally increased with the increasing binder ratio. While vinasse and molasses added briquettes gave good results for abrasion resistance and drop shatter resistance, negative results were taken with vinasse (sugar industry) and especially humic acid added briquettes. The only briquette that satisfy the drop shatter and abrasion resistance criteria in the standard was vinasse from yeast industry. It was also determined that compressive strength values of the briquettes were not enough high to meet the limit specified in the standard. An other strength test, the water resistance test; it was found that none of the briquettes which were prepared with organic based binders were water resistant. Therefore, it should be noted that the use of nylon bags were necessary before being sent on the market.
All of the analysis parameters, physical tests and cost criteria were taken into account during determining the appropriate conditions for industrial-scale briquetting process. It was found that the most appropriate briquette binder was vinasse (from yeast industry) with a ratio of 18%.

Keywords: Lignite, briquetting, binder, burnable sulphur, slaked lime, abrasion resistance, compressive strength, drop shatter resistance