Torrefiye edilmiş fındık kabuğunun afşin elbistan linyiti ile birlikte yakılması
Combustion of torrefined hazelnut shell with afşin elbistan lignite
Yazar: BEDRİYE AYDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MELEK YILGIN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Fındık kabuğu = Hazelnut shell ; Linyit = Lignite ; Pelet = Pellet ; Yakma = Burning

Özet:
Lignoselülozik biyokütlenin kullanımı, yenilenebilir enerji kaynaklar ile yakından ilgilidir. Bununla birlikte yüksek nem içeriği, düşük yoğunluk, yüksek hacim ve heterojen bileşim gibi doğal özellikleri lignoselülozik biyokütlenin toplu taşıma, depolama ve dönüştürme işleminde elverişsiz hale getirir. Biyokütleye uygulanan ön işlem lignoselülozik biyokütlenin biyoyakıtlara dönüşüm verimliliğini arttırırken biyokütlenin kullanımını sınırlayan doğal özelliklerinden bazılarını da gidermektedir. Katı yakıt üretimi için biyokütleye uygulanan bu termal ön işlem torrefaksiyondur. Bu işlem ile biyokütleden elde edilen katı ürün birlikte yakma, gazlaştırma ve metalürjide kullanılabilir. 
Bu çalışmada, Türkiye'de önemli bir tarımsal atık olan fındık kabuğunun torrefaksiyon işlemi ile kullanılabilir bir yakıta dönüştürülmesi daha sonra linyit ile birlikte yakılması amaçlanmıştır.  Bu nedenle fındık kabuğu hafif, orta ve şiddetli olmak üzere üç farklı sıcaklık ve farklı sürelerde sabit yatak sisteminde torrefaksiyon işlemine tabi tutuldu. Torrefaksiyon işlemi,  200, 240, 280 °C sıcaklık ve 0, 10, 20, 30, 40 dakika işlem sürelerinde gerçekleştirildi. Ürün verimi ve katı ürünün özelliklerine, sıcaklık ve işlem süresinin etkisi araştırıldı. İşlem sonunda elde edilen katı ürünün özelliklerinin belirlenmesi ve ham biyokütle ile karşılaştırılması için; kısa, elementel, TGA ve DTG analizleri yapıldı.
Fındık kabuğunun farklı sıcaklık ve sürelerde torrefaksiyon işlemi sonrası elde edilen katı ürün daha sonra Afşin Elbistan linyiti ile birlikte yakma işlemine tabi tutuldu. %10, %20, %30, %40 ve %50 ham ve torrefiye fındık kabuğu linyit ile pelet haline getirildi. Bu peletlerin yanma davranışı sabit yakma sisteminde 550-700 oC farklı fırın başlangıç sıcaklıklarında incelendi.  Ham linyit, ham fındık kabuğu ve torrefiye fındık kabukları ile karışımların yanma davranışı tutuşma süresi, uçucu madde yanma süresi, karbon yanma süresi, uçucu madde yanma hızı ve karbon yanma hızları ile belirlendi. 
Torrefiye katı ürün veriminin torrefaksiyon şiddeti azaldığı ve  işlem sıcaklığının işlem süresinden daha etkili olduğu görüldü.  Torrefiye katıların karbon içeriği ve  kalori değerinde artış olduğu ve TGA ve DTG eğrileri incelendiğinde şiddetli torrefaksiyonda elde edilen katı üründe lignin içeriğinin yüksek olduğunu gözlendi.
Fırın başlangıç sıcaklığının düşük olduğu yakma sıcaklıklarında tutuşma süresi üzerinde yakıt türü, uçucu bileşen ve yakıttaki nemin etkili olduğu belirlendi. Uçucu madde yanma süresi ile uçucu madde yanma hızı arasında ilişki olmadığı ancak karbon yanma süresi ile karbon yanma hızı arasında ilişki olduğu sonucuna varıldı. Uçucu madde ve karbon yanma periyodunda şiddetli torrefaksiyondan elde edilen örneğin linyit ile birlikte yanması sırasında biri birini etkilediği ve farklı bir yakıt gibi davrandı görüldü.

Abstract:
The use of lignocellulosic biomass is closely related to renewable energy sources. However, natural properties such as high moisture content, low density, high volume and heterogeneous composition make lignocellulosic biomass unsuitable for bulk transportation, storage and conversion. The pretreatment applied to biomass increases the conversion efficiency of lignocellulosic biomass to biofuels, while also removing some of the natural properties of biomass that limit its use. Torrefaction is the thermal pretreatment applied to biomass for solid fuel production. Bu işlemle biyokütleden elde edilen katı ürün, birlikte yakma, gazlaştırma ve metalurjide kullanılabilir.
In this study, it was aimed to convert hazelnut shell, which is an important agricultural waste in Turkey, into a usable fuel by torrefaction process and then burn it together with lignite. Therefore, hazelnut shells were subjected to torrefaction process in the fixed bed system at three different temperatures and different times as mild, moderate and severe. Torrefaction process was carried out at 200, 240, 280 °C and processing times of 0, 10, 20, 30, 40 minutes. The effects of temperature and processing time on product yield and solid product properties were investigated. To determine the properties of the solid product obtained at the end of the process and to compare it with the raw biomass; proximate, elemental, TGA and DTG analyzes were performed.
The solid product obtained after the torrefaction process of the hazelnut shell at different temperatures and times was then  subjected to  the combustion process  with Afşin Elbistan lignite. Blends containing 10%, 20%, 30%, 40% and 50% raw and torified hazelnut shells were work up into pellets with lignite. The combustion behavior of these pellets was investigated at 550-700 oC different furnace initial temperatures in the fixed combustion system. Combustion behavior of raw lignite, raw hazelnut shells and torified hazelnut shells and blends were determined by ignition time, volatile matter combustion time, carbon combustion time, volatile matter combustion rate and carbon combustion rate.
It was observed that the torrefaction solid product yield decreased and the process temperature was more effective than the process  time. It was observed that there was an increase in the carbon content and calorific value of the torrefied solids, and when the TGA and DTG curves were examined, the lignin content was high in the solid product obtained in severe torrefaction.
It was determined that the fuel type, volatile component and moisture in the fuel were effective on the ignition time at combustion temperatures where the furnace initial temperature is low. It was concluded that there was no relationship between the volatile matter combustion time and the volatile matter combustion rate, but there was a relationship between the carbon combustion time and the carbon combustion rate. It was observed that the sample obtained from severe torrefaction during the volatile matter and carbon combustion period affected each other during combustion with lignite and behaved  like a different fuel.