Baca gazı kükürt gidermede doğal soda külü üretim süreci atığının kullanımının araştırılması
Investigation of the use of natural soda ash production process waste for flue gas desulfurization
Yazar: YASEMİN İLHAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SUNA ERTUNÇ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kükürt giderme = Desulfurization ; Trona = Trona

Özet:
ÖZETYüksek Lisans TeziBACA GAZI KÜKÜRT GİDERMEDE DOĞAL SODA KÜLÜ ÜRETİM SÜRECİ ATIĞININ KULLANIMININ ARAŞTIRILMASIYasemin İLHANAnkara ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüKimya Mühendisliği Anabilim DalıDanışman: Y. Doç. Dr. Suna ERTUNÇBaca gazından SO2 gideriminde kalsiyum ve sodyum içeren bileşikler başta olmak üzere birçok sorbent kullanılmaktadır. Bu çalışmada; sodyumlu bileşikler içinde yer alan tronadan, doğal soda külü üretim süreci atığı olan, sodyum karbonat (Na2CO3) ve sodyum bikarbonat (NaHCO3) içerikli malzemenin, ıslak proseste baca gazından SO2 gideriminde kullanımı araştırılmıştırÇalışmada ilk olarak CaCO3 ve Na2CO3 sorbentleri ile ıslak desülfürizasyon proseslerinin CHEMCAD©6.0 programında benzetimleri gerçekleştirilmiş ve baca gazı desülfürizasyonunda Na2CO3 kullanıldığında daha iyi bir giderim sağladığı görülmüştür. İkinci adımda doğal soda külü üretim süreci atığının ıslak proseste baca gazından SO2 gideriminde kullanımı için benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Eti Soda A.Ş. Na2CO3 ve NaHCO3 üretim sürecinden alınan ortalama atık bileşimi 3,056x10-3 kmol Na2CO3/L ve 0,321x10-3 kmol NaHCO3/L'dir. CHEMCAD benzetim programında, 15,283 kmol/h Na2CO3, 1,607 kmol/h NaHCO3 ve 4745 kmol/h H2O içeriğinde doğal soda külü üretim süreci atığının kullanımıyla SO2 giderimi sağlanmıştır. SO2 giderimi üzerine, baca gazındaki SO2 akış hızının, baca gazı giriş sıcaklığının ve su akış hızının etkisi incelenmiştir. Baca gazı içeriğindeki SO2'nin artması ile SO2 gideriminin azaldığı, su akış hızının azalması ile SO2 gideriminin azaldığı gözlenmiştir. Design Expert® ???? paket programı kullanılarak doğal soda külü üretim süreci atığının kullanıldığı SO2 giderim prosesinde, baca gazındaki SO2 akış hızının (Fso2.g,kmol/h), baca gazı giriş sıcaklığının (TBG.g,°C) ve H2O akış hızının (FH2O.g ,kmol/h) optimum değerleri yanıt yüzey yöntemi (Response Surface Methodology, RSM) ile merkezi bileşik deney tasarımı (Central Composite Design) kullanılarak belirlenmiştir. Na2CO3 ve NaHCO3 içerikli atığın SO2 ile reaksiyonu sonucu oluşan sodyum sülfitin (Na2SO3), sodyum sülfata (Na2SO4) dönüşümünü incelemek amacıyla CHEMCAD benzetim programında proses geliştirilerek Na2SO4 oluşumu irdelenmiştir. Atık içeriğindeki H2O akış hızının, beslenen oksidasyon havası akış hızının ve oksidasyon havası sıcaklığının, Na2SO4 oluşumunu önemli oranda etkilemediği sonucuna varılmıştır.150 MW kapasiteli, %35 termal verimli, yakıt olarak pulverize kömürün ve %30 fazla hava kullanılan bir termik santrale ait baca gazı bileşimi stokiyometrik hesaplamalar ile bulunmuştur. Ağırlıkça %2'lik atık çözeltisi ile % 33,83'lük SO2 giderim verimi (?) sağlanmıştır. Atık derişimleri ağırlıkça % 8-10 oranlarına yükseltildiğinde %100 SO2 giderim verimi (?) sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği ve Büyük Yakma Tesisleri Yönetmeliği kapsamında belirtilen SO2 emisyon sınır değerleri dahilinde değerlendirilmiştir.Haziran 2012,129 sayfaAnahtar Kelimeler: Desülfürizasyon, Trona, Islak sistem, CHEMCAD benzetimi, RSM

Abstract:
ABSTRACTMaster ThesisINVESTIGATION OF THE USE OF NATURAL SODA ASH PRODUCTION PROCESS WASTE FOR FLUE GAS DESULFURIZATIONYasemin İLHANAnkara UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Chemical EngineeringSupervisor: Asst.Prof.Dr. Suna ERTUNÇMany sorbents particularly calcium and sodium compounds are used to remove SO2 from flue gas In this study, the use of natural soda ash production process waste containing sodium carbonate (Na2CO3) and sodium bicarbonate (NaHCO3) for flue gas desulphurization with wet desulphurization process is investigated. Wet flue gas desulphurization simulations were carried out on CHEMCAD©6.0.As a first step in simulation studies, CaCO3 and Na2CO3 are used as sorbent and it was determined that Na2CO3 provides better SO2 removal efficiency from flue gas. The second step of simulation is the use of natural soda ash production process waste for flue gas desulphurization. The composition of the waste owned by Eti Soda A.Ş. Na2CO3 and NaHCO3 production process is approximately 3.056x10-3 kmol Na2CO3/L and 0.321x10-3 kmol NaHCO3/L. The simulation runs were carried on CHEMCAD©6.0 with wet desulphurization process. SO2 removal were provided with using the waste of natural soda ash production process containing 15.283 kmol/h Na2CO3, 1.607 kmol/h NaHCO3 and 4745 kmol/h H2O. The effects of flue gas SO2 flow rate (Fso2.g,kmol/h), flue gas input temperature (TBG.g,°C) and water flow rate (FH2O.g ,kmol/h) are investigated on SO2 removal. SO2 removal decreased with increasing SO2 content of the flue gas and SO2 removal decreased with the reduction of feed flow rate of water were observed. Optimum values of Fso2.g,kmol/h, TBG.g,°C and FH2O.g are determined for SO2 removal process using natural soda ash production process waste with Design Expert® ???? programme based on Central Composite Design and Response Surface Methodology (RSM). A simulation process is developed on CHEMCAD to examine the conversion of sodium sulphite (Na2SO3) formed as a result of the reaction of SO2 and the waste consisting Na2CO3 and NaHCO3 to sodium sulphate (Na2SO4). It is concluded that H2O flow rate of the waste, feed oxidation air flow rate and oxidation air temperature are not significantly effected Na2SO4 formation.Flue gas composition of a 150 MW capacity thermal power plant with 35% thermal efficiency which uses pulverized coal with 30% excess air is determined by stochiometric calculations. 33.83% SO2 removal efficiency (?) with a waste solution of 2% by weight is provided. When the concentrations of waste solution is raised to 8-10% by weight, 100% (?) is provided. The results were evaluated in the scope of limit values in the regulations.June 2012, 129 pagesKey Words: Desulphurization, Trona, Wet process, CHEMCAD simulation, RSM