Bazı Türk linyitlerinin akışkan yatak gazlaştırıcıda gazlaştırılması
Gasification of some Turkish lignites in a fludized bed gasifier
Yazar: AYŞE TARAKÇIOĞLU
Danışman: PROF. DR. BEDRİYE TÜLAY DURUSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, belirli işletme koşulları altında akışkan yatak tipi gazlaştırıcıda Türk linyitlerinin gazlaşabilme özelliklerinin belirlenmesidir. Çalışmalar deneysel ve model çalışması olmak üzere iki şekilde yapılmıştır. Her iki yöntemde de gazlaşma sonrasında elde edilen gaz bileşenlerinin işletme şartlarıyla bağlantısı incelenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. 
Deneysel çalışmalarda Manisa-Soma ve Kütahya-Tunçbilek bölgesi linyitleri kullanılmıştır. 20 kg/saat kapasiteli kabarcıklı hava beslemeli akışkan yatak tipi gazlaştırıcıda atmosferik koşulda yapılan testlerde;  kömür boyutu, gazlaştırma denge oranı (ER) gibi işletme koşullarının değiştirilmesiyle gaz bileşimlerindeki değişimler incelenmiştir. ER değerinin azaltılmasıyla CO, H2 ve CH4 miktarları ve gaz ısıl değerinin arttığı; CO2 miktarı, karbon dönüşüm oranı ve soğuk gaz veriminin azaldığı gözlemlenmiştir.  Yapılan deneysel çalışmalarda ER değeri 0.41 – 0.24 aralığında ısıl değeri 1.3 ile 3.4 MJ/Nm3 aralığında değişen gaz elde edilmiştir. Elde edilen sentez gazı miktarının; yakıtın özelliğine, ER değerine ve sıcaklığa büyük ölçüde bağlı olduğu görülmüştür. Kömür boyutu küçüldükçe, akışkanlaşmanın daha iyi sağlandığı, gazlaştırıcı içerisinde dengeli bir ısı dağılımının gerçekleştiği tespit edilmiştir. Isıl değeri yüksek ve kül oranı düşük kömürlerin daha iyi gazlaşma eğiliminde olduğu görülmüştür. 

Modelleme çalışmasında stokiyometrik kimyasal denge modeli yaklaşımı yöntemi kullanılmıştır. Model, doğrusal olmayan denklemleri iterasyon yöntemi ile çözen Matlab fonksiyonu olan  Matlab Isqnonlin programı ile oluşturulmuştur.  Çalışmalarda sıcaklığa bağlı ve ER değerine bağlı olmak üzere iki farklı işletme koşullarında modelleme yapılarak linyitlerin gazlaşabilme özellikleri belirlenmiştir. Sıcaklığa bağlı olarak yapılan  modelleme çalışmalarında;  sıcaklık yükseldikçe CO ve H2 oranı, soğuk gaz verimi, gaz ısıl değerinin arttığı, CO2 ve CH4 oranlarının azaldığı görülmüştür. Çalışmalarda sıcaklığın artmasıyla karbon dönüşüm oranının arttığı dikkate alınmıştır. ER değerine bağlı olarak yapılan modelleme çalışmalarında ise;  ER değeri azaldıkça CO,  H2, CH4 oranları ve gaz ısıl değerinin arttığı, soğuk gaz verimi ve CO2 oranlarının azaldığı görülmüştür. Çalışmalarda ER değerinin azalması ile karbon dönüşümünün azaldığı dikkate alınmıştır. Soma kömürü ile yapılan model çalışmalarında ER değeri  0.41 – 0.24 aralığında,  ısıl değeri 3.2 ile 4.6  MJ/Nm3 aralığında değişen gaz elde edilmiştir.
Model ve deneysel çalışmaları, linyitlerin gazlaşabilme özelliklerinin; linyitin özelliğine, ER değeri ve sıcaklığa büyük ölçüde bağlı olduğunu göstermiştir. Modelleme çalışması ile elde edilen sonuçların aynı koşullarda gerçekleşen deneysel çalışma sonucu ile uyumlu olabilmesi için, karbon dönüşümünün dikkate alınması ve doğru tahmin edilmesi gerektiği tespit edilmiştir. Bu şekilde, model çalışmalarında elde edilen gaz bileşimlerinin deneysel çalışmalarla genel olarak uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
The objective of this study is to determine the characteristics for the possibility of Turkish lignite to gasify in a fluidized bed gasifier under specific operation conditions. Studies were conducted in two types as experimental and model studies. In both of the methods, the connection of gas components obtained after gasification with the operation conditions was examined and the results are compared.
In the experimental studies, lignites from Manisa-Soma and Kütahya-Tunçbilek areas were used. In the tests carried out under atmospheric condition with a at airfed bubbling fluidized bed type of gasifier which has the capacity of 20 kg/hour, changes in the operation conditions, such as equivalent ratio (ER), coal size  effect to  in gas components were analyzed. By the decrease of equivalent ratio, it was observed that CO, H2 and CH4 concentrations and gas heating value increased; while CO2 concentration, carbon conversion ratio and cold gas efficiency decreased. In the experimental studies that conducted equivalent ratio of  0.41  to 0.24, gas which changed its heating value of 1.3 to 3.4 MJ/Nm3  was obtained. The concentration of the obtained synthesis gas was seen to be greatly depending on the characteristic of the fuel, equivalent ratios and bed temperature.  It was found that the smaller the coal size was, the better the fluidity was provided, and a balanced heat distribution was occurred in the gasifier. It was seen that the coal which had higher heating value and lower ash content tended to be gasified better.
In the modeling study, stoichiometric method of chemical equilibrium approach was  used. The model was created with Matlab Isqnonlin program which has Matlab function to solve the non-linear equations with iteration method. In the studies, the characteristics for the possibility of lignite to gasify was predicted by creating a model under two different operation conditions as it is depending on the bed temperature and equivalent ratio. In the modeling studies carried out in coherence with bed temperature; it was seen that CO, H2 concentrations, cold gas efficiency and the lower heating value of gas increased, while CO2 and CH4 concentrations decreased when bed temperature increased. In the studies, it is taken into consideration that carbon conversion efficiency increased by the increased of bed temperature. In the modeling studies carried out in coherence with the equivalent ratio; it is seen that CO and H2 and CH4 concentrations and the lower heating value of gas increased, while the cold gas efficiency and CO2 concentration decreased when ER value decreased. In the studies, it was taken into consideration that carbon conversion ratio decreased with the decrease of ER value. In the model studies for  Soma lignite, a gas component that changed between 0.4– 0.2 ER value and between the healing value of 3.2 and 4.6 MJ/Nm3.
The characteristics for the possibility of lignite to gasify were observed greatly depending on characteristic of lignite, equivalent ratio and bed temperature in model and experimental studies. It was found that carbon conversion ratio had to be taken into consideration and estimated correctly in order that the results obtained with the modeling study could comply with the results of experimental study done under the same conditions. Therefore, it was seen that the gas components obtained in the modeling studies were generally coherent with the experimental studies.