Yumuşak ve sert odun peletlerinden torrefaksiyonla biyokömür üretimi
Production of biocoal from soft and hard wood pellets by torrefaction
Yazar: ELVAN ÇATAK
Danışman: DOÇ. DR. MELEK YILGIN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüz dünyasında sera gazı emisyonunun gitgide artmasının neden olduğu iklimsel değişiklik endişeleri enerji üretiminde kullanılan yanma, gazlaştırma ve piroliz gibi ısıl kimyasal işlemler için yenilenebilir hammaddeler olarak lignoselülozik biyokütlelere daha fazla ilgi gösterilmesini sağlamaktadır. Lignoselülozik kütleler genellikle karmaşık kimyasal yapılı heterojen maddelerdir. Menşelerine bağlı olarak fiziksel ve kimyasal bileşimlerinin geniş bir aralıkta değişmesinden dolayı ısıl kimyasal işlem teknolojilerinin uygulanabilirliği karmaşıktır. Çoğu uygulamada asıl işlem öncesi ön işlemlere sokulmaları gerekmektedir. Torrefaksiyon da bilinen biyokütle ön işleme yöntemlerinden biridir.
Bu çalışmada sert ve yumuşak ağaç odunundan hazırlanan peletlerin torrefaksiyon işlemi ile kullanılabilir bir katı yakıta dönüştürülmesi amaçlanmaktadır. Bu nedenle meşe ve çam ağacı odunu gibi iki farklı odun türü sabit yatak sisteminde torrefaksiyon işlemine tabi tutuldu. Ürün verimi ve katı ürünün özelliklerine, sıcaklık, işlem süresi ve biyokütle türü gibi parametrelerin etkisi araştırıldı. Torrefaksiyon işlemi 230, 260, 300 °C sıcaklık ve 10, 20, 40, 60 dakika işlem süresinde gerçekleştirildi. İşlem sonunda elde edilen katı ürünün özelliklerinin belirlenmesi ve ham biyokütle ile karşılaştırılması için; kısa, elementel, TGA ve DTG analizleri yapıldı.
Meşe ve çam ağacı odunlarının torrefaksiyon işlemi ile kullanılabilir bir katı yakıta dönüştürülmesi amacıyla yapılan çalışma sonucunda, ürün veriminin en fazla çalışma sıcaklığından etkilendiği ve artan sıcaklıkla katı ürün verimi düşerken sıvı ürün veriminin arttığı belirlendi. İşlem süresinin ise düşük sıcaklıklarda etkili olduğu görüldü. Meşe ağacı odunundan elde edilen katı ürün veriminin çam ağacı odunundan düşük olduğu tespit edildi.  Artan işlem sıcaklığının katı ürünün sabit karbon oranını artırdığı ve oksijen içeriğinde azalmaya neden olduğu belirlendi. İşlem sıcaklığı ile peletlerin yoğunluğunun azaldığı görüldü. Ham biyokütle ve torefiye biyokütlelerin TGA ve DTG eğrileri incelendiğinde, torrefaksiyon sıcaklığının lignoselülozik yapı üzerinde etkili olduğu ve artan torrefaksiyon sıcaklığı ile lignin içeriği yüksek bir katı ürün elde edilebileceği sonucuna varıldı. Katı üründeki lignin içeriğinin meşe ağacı odununda belirgin bir şekilde yüksek olduğu gözlemlendi.

Abstract:
In today's world, due to the worries about climate change stemming from increasing green house gas emissions, much attention has been given to the use of lignocellulosic biomasses as renewable raw materials in thermo chemical processes such as combustion, gasification and pyrolysis for energy production. Lignocellulosic masses are usually heterogeneous materials of complex chemical structure. Because of their physical and chemical compositions vary over a wide range depending on source, the applicability of thermo chemical process technologies is a complex issue. In majority of applications, they need taking up some pre-processes before the main process.
In this study, it is aimed to convert the pellets prepared from hard and soft wood into a more valued solid fuel by torreaction process. For this reason, two different types of wood, such as oak and pine wood, were subjected to torreaction in a fixed bed system. The effects of parameters such as temperature, processing time and biomass type on product yield and solid product properties were examined. The torreaction was carried out at temperatures of 230, 260, 300 ° C and processing time of 10, 20, 40, 60 minutes. To determine the properties of the solid product obtained at the end of the process and to compare with raw biomass,  proximate, elemental, TGA and DTG analyzes were performed.
As a result of the study carried out with the aim of converting oak and pine wood into a usable solid fuel by torreaction process, it was determined that the yield of the product was affected mostly by the working temperature and the liquid product yield increased with increasing temperature while the solid product yield decreased. Process was found to be effective at low temperatures. It was determined that solid product yield obtained from oak wood was lower than pine wood. It was determined that the increased process temperature increased the solid carbon content of the solid product and caused a decrease in oxygen content. It was observed that torrefied pellets became more porous as severity of torrefaction increased. When the TGA and DTG curves of crude biomass and torrefied biomasses were examined, it was concluded that torreafaction temperature had an effect on the lignocellulosic structure and a solid product with high lignin content could be obtained with increasing torreaction temperature. It was observed that the lignin content in the solid product was significantly higher in oak wood.