Sera atıklarından hızlı piroliz ile elde edilen biyoyağın cevap yüzey yöntemi ile optimizasyonu
Optimization of bio-oil obtained from fast pyrolysis of greenhouse wastes by response surface methodology
Yazar: CANTEKİN ÇORBACIOĞLU
Danışman: PROF. DR. HASAN MERDUN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Biyokütleden hızlı piroliz ile biyoyağ elde etme sırasında biyoyağ verim ve kalitesine etkili olan çeşitli parametreler söz konusudur. İstenilen miktar ve kalitede biyoyağ elde etmek için bu parametrelerin en uygun değerlerinin bilinmesi ekonomik olarak enerji üretimi açısından önemlidir. Bu doğrultuda, bu tez çalışması kapsamında, biyokütle kaynağı olarak seçilen domates, biber ve patlıcan sera atıklarının karışımından oluşan biyokütleden hızlı piroliz yöntemi ile yüksek verim ve kalitede biyoyağ üretilmesi için uygun işletme koşullarının araştırılması amaçlanmıştır. Hızlı piroliz işletme parametrelerinin optimum değerlerinin belirlenmesi amacıyla cevap yüzey yöntemi (CYY) merkezi kompozit tasarım (MKT) kullanılarak deneysel tasarım oluşturulmuştur. Biyoyağ kalitesine katalizörün etkisini araştırmak amacıyla optimum koşullarda potasyum karbonat (K2CO3), bakır oksit alümina (CuO), ZSM-5 ve alüminyum oksit (Al2O3) katalizörleri ile katalitik hızlı piroliz deneyleri yürütülmüştür.  
Sera atıkları karışımından oluşan biyokütlenin hızlı pirolizi için optimum proses işletme koşulları 400oC sıcaklık, 1,5 mm partikül boyutu ve 300-350 mL/dk azot gazı akış hızı olarak belirlenmiştir. Bu koşulların uygulanması sonucu hızlı piroliz prosesi ile elde edilen biyoyağ verimi yaklaşık %49'a ulaşmıştır. İki farklı gaz akış hızında (300 ve 350 mL/dk) elde edilen biyoyağ numunelerinin bileşenleri incelendiğinde ise hızlı pirolizin 300 mL/dk akış hızında uygulanması sonucunda biyoyağın daha fazla hidrokarbon ve asit içeriğine sahip olduğu belirlenmiştir. Belirlenen optimum koşullarda farklı katalizör kullanılarak katalitik hızlı piroliz uygulaması sonucunda seçilen katalizörlerin biyoyağ miktarını önemli derecede etkilemediği belirlenmiştir. Ancak, optimum koşullarda hızlı piroliz sonucu elde edilen H/C oranının artması ve O/C oranının azalması katalizör olarak K2CO3 kullanımıyla mümkün olmuştur. Katalizörlerin etkisi biyoyağ bileşenleri açısından değerlendirildiğinde katalizör olarak K2CO3 kullanımının hidrokarbon üretimini arttırdığı belirlenmiştir. Diğer katalizörlerin kullanımı ise asetik asit üretiminin artmasını sağlamıştır. Genel olarak farklı katalizörlerin kullanımı farklı kimyasal bileşiklerin elde edilmesini sağlamıştır.

Abstract:
Different parameters are effective on bio-oil yield and quality during the production of bio-oil from biomass through fast pyrolysis. Knowing the optimum values of these parameters is important to obtain bio-oil in the desired yield and quality and therefore economic production of energy. Therefore, the objective of this thesis study is to investigate the optimum process conditions during high yield and quality bio-oil production from biomass (the mixture of wastes of greenhouse vegetables such as tomato, pepper, and eggplant) through fast pyrolysis. Experimental design was formed by using the response surface methodology (RSM) with central composite design (CCD) in order to optimize the process parameters of fast pyrolysis. In optimum conditions, catalytic fast pyrolysis experiments were conducted by using catalysts such as potassium carbonate (K2CO3), copper oxide alumina (CuO), aluminum oxide (Al2O3), and ZSM-5 to investigate the effects of these catalysts on bio-oil quality. 
The optimum process parameters for fast pyrolysis of biomass from the mixture of greenhouse vegetable wastes were determined as 400oC temperature, 1.5 mm particle size, and 300-350 mL/min nitrogen gas flowrate. Bio-oil yield obtained from optimum fast pyrolysis condition was found about 49%.  When chemical compounds of bio-oil samples obtained under two different nitrogen gas flowrates (300 and 350 mL/min) were analyzed, bio-oil had higher hydrocarbon and acid contents in cafe of 300 mL/min. The catalysts used in this study had no significant effect on bio-oil yield. However, H/C increaed and O/C decreased during the application of K2CO3. When the effects of catalysts on bio-oil compounds were considered, the use of K2CO3 increased hydrocarbon production. On the other hand, the other catalysts increased the production of acetic acid. In general, the application of different catalysts produced different chemical compounds.