Düşük yoğunluklu lif levha atıklarının burgu reaktörde pirolizi
Pyrolysis of low density fiberboard wastes in an auger reactor
Yazar: ESRA KARAKAYA
Danışman: PROF. DR. YILDIRAY TOPCU
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Mobilya endüstrisi Türk ekonomisinin önemli bir bileşenini oluşturmaktadır. Bu sanayi kolu teknolojiyle bütünleşerek sürekli gelişmekte ve yapılan üretimler sonucu çeşitli atıklar oluşturmaktadır. Bu atıklardan biri olan Düşük Yoğunluklu Lif Levha (LDF) atıkları, yapılarında fenol-formaldehit reçine bulundurmaktadır. Bu sebeple çevre açısından tehlike oluşturan LDF atıkları, sektör için önemli bir sorun yaratmaktadır. Aynı zamanda LDF atıkları içerdiği yüksek karbon oranıyla biyokütle kaynakları arasında yer almaktadır. Biyokütle kaynaklarının dönüşüm yöntemleri ile enerji kaynağı olarak değerlenme imkânı bulmaktadır. Bu yöntemlerden bir tanesi de pirolizdir. Biyokütleden piroliz teknolojisi ile karbonca zengin katı (biyo-kok veya bio-char), sıvı (bio-oil) ve gaz (bio-gas, biyo-gaz) elde edilmektedir. Bu tez çalışmasında yerel bir sanayi kuruluşundan temin edilen LDF atıklarının biyokütle  potansiyeli incelenmiştir. Atıklar, burgu reaktör kullanılarak piroliz işlemine tabi tutulmuştur. İnert azot ortamında sıcaklık değişiminin etkisini gözlemlemek amacıyla farklı sıcaklıklar da (500, 600 ve 700 C) deneyler gerçekleştirilmiştir. Yapılan  piroliz  deneyleri sonucu, elde edilen bio-char ve bio-oil ürünlerinin karakterizasyonu yapılmıştır. Hammadde ve katı-sıvı piroliz ürünlerininin karakterizasyonu için elementel analiz, FTIR, SEM-EDS, TG/DTA/DTG, GC-MS, BET ve ısıl analiz yöntemleri kullanılmış, uygulama örneği olarak CO2 adsorpsiyonu incelenmiştir. Elde edilen veriler incelendiğinde bio-char ürünlerinin elementel analiz sonuçları sıcaklık artışıyla birlikte yapıdaki karbon miktarının azaldığını dolayısıyla yakıt kalitesinin azaldığı göstermektedir. Yapılan ısıl analiz deneyleri bu sonucu destekler niteliktedir. Piroliz katı ürünlerine yapılan SEM-EDS analizi incelendiğinde sıcaklık artışıyla gözenekli yapının önce arttığı daha sonra azaldığı görülmektedir. Yapılan BET analizi sonucu ve CO2 adsopsiyon sonuçları bu durumu desteklemektedir. Elde edilen bio-oil ürünlerinin GC-MS sonuçlarının sıcaklıkla değişimi incelendiğinde sıcaklık artışıyla yapıdaki alkan ve aromatik grubu bileşiklerin oranının arttığı dolayısıyla piroliz bio-oil ürünlerinin yakıt kalitesini olumlu etkilediği görülmektedir. FTIR analiz sonuçları da bu durumu destekler niteliktedir. Yapılan karakterizasyon çalışmaları değerlendirildiğinde,  çeşitli teknikler yardımıyla bu atığın işlem görmesi sektörün önemli bir sorununun önüne geçerken aynı zamanda yakıt kalitesi arttırılmış değerli ürünlerin elde edilmesine de imkân sağlamaktadır.

Abstract:
The furniture industry constitutes an important component of the Turkish economy. This branch of industry is constantly developing by integrating with technology and generates various wastes as a result of the production. Low Density Fiberboard (LDF) wastes, one of these wastes, contain phenol-formaldehyde resin in their structures. For this reason, LDF wastes, which pose a threat to the environment, create an important problem for the sector. At the same time, LDF wastes are among the biomass sources with their high carbon content. It finds the opportunity to be used as an energy source with the transformation methods of biomass resources. One of these methods is pyrolysis. Carbon-rich solid (bio-coke or bio-char), liquid (bio-oil) and gas (bio-gas, bio-gas) are obtained from biomass with pyrolysis technology. In this thesis study, the biomass potential of LDF wastes obtained from a local industrial enterprise was investigated. The wastes were subjected to pyrolysis using the screw reactor. In order to observe the effect of temperature change in an inert nitrogen environment, experiments were carried out at different temperatures (500, 600 and 700 C). As a result of the pyrolysis experiments, the bio-char and bio-oil products obtained were characterized. Elemental analysis, FTIR, SEM-EDS, TG/DTA/DTG, GC-MS, BET and thermal analysis methods were used for the characterization of raw materials and solid-liquid pyrolysis products, and CO2 adsorption was investigated as an application example. The elemental analysis results for bio-char products showed that the amount of carbon in the structure decreases with the increase in temperature; thus the fuel quality decreases. The thermal analysis experiments performed to support this result. The SEM-EDS analysis of pyrolysis solid products showed that at first, the porous structure increases and then decreases with the temperature rise. The results of the BET analysis and CO2 adsorption results support this situation. When the change of GC-MS results of the bio-oil products with temperature is examined, it is seen that the ratio of alkane and aromatic group compounds in the structure increases with the increase of temperature, so that the pyrolysis bio-oil products affect the fuel quality positively. FTIR analysis results also support this situation. When the characterization studies are evaluated, the treatment of this waste with the help of various techniques prevents an important problem of the sector, while at the same time, it enables to obtain valuable products with increased fuel quality.