Farklı kömürlerin termal analiz yöntemleri ile piroliz davranışlarının incelenmesi
Investigation of pyrolysis behaviors of different coals with thermal analysis methods
Yazar: MURAT FİDAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ JALE NAKTİYOK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada farklı özelliklere sahip olan yüksek kül içeriğine sahip linyit ve bitümlü kömürlerin pirolitik davranışları incelenmiştir. Elde edilen gaz ürünler ve karbonlaşmış katının yapısal özellikleri karşılaştırılmıştır. Kömür endüstrisinin geleceği olan gazlaştırma ve karbon tutma/depolama proseslerinin belirlenmesinde kömür yataklarımızın özeliklerinin belirlenmesi son derece önemlidir. Kömür örneklerin piroliz davranışlarının ve karakterizasyonlarının belirlenmesi amaçlanmaktadır. 
Yöntem: TG-DTG/DSC cihazında 10°C/dak'lık ısıtma hızında kömür örnekleri piroliz edildi. Bununla beraber piroliz esnasında açığa çıkan gazların analizleri TG-FTIR cihazında yapıldı. Piroliz boyunca elde edilen karbonlaşmış katının analizleri ise FTIR, SEM ve BET analizleri ile beraber gerçekleştirildi.  
Bulgular: Farklı yapılara sahip olan kömürlerin piroliz sonucunda özellikle linyit kömüründe birim kütle başına kül miktarında önemli ölçüde artış olduğu ve bu yüzden sabit karbon oranının ihmal edilecek kadar az olduğu belirlendi. Bitümlü kömürde ise özellikle 800°C'de gözenekliliği 100 kat artan ve aromatik yapıların yoğunlaştığı karbonlaşmış bir katı elde edildi. Linyitte düşük sıcaklıklarda gaz ürün CO ve CH4 gazı miktarının önemli olduğu anlaşıldı. Farklı piroliz bölgelerine sahip olan bu iki kömür örneğinin bozunma basamakları için gerekli aktivasyon enerjileri TG-DTG verilerinden faydalanarak Coast-Redfern metoduna göre hesaplandı. Bitümlü kömürün piroliz işlemi boyunca iki bozunma adımı sergilediği, birinci adımın 115.18 kJ/mol ve ikinci adımın ise 222.13 kJ/mol aktivasyon enerjisine sahip olduğu gözlendi. Linyit kömürün piroliz bölgesinde aktivasyon enerjileri sırasıyla 29.34 kJ/mol ve 45.51 kJ/mol olarak hesaplandı. 
Sonuç: Piroliz işlemi boyunca linyit kömürün gaz ürün eldesinde bitümlü kömürün ise karbonlaşmış katı ürün eldesinde daha verimli bir şekilde kullanılabileceği düşünülmektedir.Termal analiz ve yapısal analizler sonuçlarıyla elde edilen kinetik analiz ile her iki kömürün piroliz reaksiyonları için gereken aktivasyon enerjileri hesaplandı.

Anahtar Kelimeler: Linyit, Bitümlü kömür, Piroliz, TG-DTG/DSC, TG-FTIR, Kinetik Analiz

Abstract:
Purpose:. In this study, the pyrolytic behavior of lignite and bituminous coals with high ash content, which have different properties, were investigated. The gas products obtained and the structural properties of the carbonized solid were compared. It is extremely important to determine the properties of our coal beds in determining the gasification and carbon capture/storage processes, which are the future of the coal industry. It is aimed to determine the pyrolysis behaviors and charactarizations of coal samples.
Method: Coal samples were pyrolyzed in TG-DTG/DSC device at a heating rate of 10°C/min. In addition, the analysis of the gases released during pyrolysis was done in TG-FTIR device. Analyzes of the carbonized solid obtained during pyrolysis were carried out together with FTIR, SEM and BET analyzes.
Findings: It was determined that as a result of the pyrolysis of coals with different structures, there was a significant increase in the amount of ash per unit mass, especially in lignite coal, and therefore the fixed carbon ratio was negligible. In bituminous coal, a carbonized solid with increased porosity 100 times and aromatic structures were obtained, especially at 800°C. It was understood that the amount of gas product CO and CH4 gas at low temperatures in lignite was important. The necessary activation energies for the degradation steps of these two coal samples with different pyrolysis zones were calculated according to the Coast-Redfern method using TG-DTG data. It was observed that bituminous coal exhibited two degradation steps during the pyrolysis process, the first step had an activation energy of 115.18 kJ/mol and the second step had an activation energy of 222.13 kJ/mol. Activation energies of lignite coal in the pyrolysis zone were calculated as 29.34 kJ/mol and 45.51 kJ/mol, respectively.
Results: During the pyrolysis process, it is thought that low-rank coal can be used more efficiently in obtaining gas products and bituminous coal in obtaining carbonized solid products. The activation energies required for the pyrolysis reactions of both coals were calculated with the kinetic analysis obtained from the thermal analysis and structural analysis results.

Keywords: Lignite, Bituminous coal, Pyrolysis, TG-DTG / DSC, TG-FTIR, Kinetic Analysis