Atık taşıt lastiğinden üretilen pirolitik yakıtın bir dizel motorda kullanımının deneysel olarak araştırılması
The experimental investigation of utilization of scrap tire derived pyrolytic fuel in a diesel engine
Yazar: OĞUZHAN DOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. M. BAHATTİN ÇELİK
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Atıklar = Wastes ; Dizel motorlar = Diesel engines ; Dizel yakıtlar = Diesel fuels ; Emisyon = Emission ; Enerji = Energy ; Performans = Performance ; Piroliz = Pyrolysis ; Yanma = Combustion

Özet:
Bu çalışmada, kullanım ömrünü doldurmuş atık taşıt lastiklerinden elde edilen pirolitik yakıtın dizel motorlar için alternatif bir enerji kaynağı olarak kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Bunun için, ülkemiz atık lastik sektöründen rastgele toplanan atık taşıt lastikleri kullanılarak, sanayi ölçekli bir dönüşüm firması bünyesinde vakum pirolizi yardımı ile ham lastik pirolitik yakıtı (HLPY) üretilmiştir. Motor testleri öncesinde, HLPY'nin özellikleri distilasyonlu asit-kil yöntemi ve oksidatif desülfürüzasyon yöntemi ile iyileştirilerek lastik pirolitik yakıt (LPY) elde edilmiştir. Testler; tek silindirli direkt püskürtmeli bir dizel motorda standart dizel yakıtı, LPY20 (%20 LPY+%80 dizel yakıt), LPY40, LPY60, LPY80 ve LPY100 yakıtları ile, değişik yük (%25, %50, %75, %100), değişik hız (1400, 2000, 2600, 3200 d/d) ve farklı püskürtme basınçlarında (185, 205, 225, 245 bar) gerçekleştirilmiştir.Motor hızı, motor yükü, yakıt türü ve püskürtme basıncının tork, güç, fren özgül enerji tüketimi, efektif verim, NOx, HC, CO, is emisyonlarına etkileri incelenmiş ve yanma karakteristikleri ayrıntılı olarak analiz edilmiştir.Deney sonuçları; motor yakıt sisteminde herhangi bir değişikliğe gidilmeksizin standart dizel yakıta %40'a kadar LPY ilavesinin motor performansı ve yanma karakteristiklerini önemli ölçüde etkilemeden bazı egzoz emisyonlarında (CO, HC ve is) iyileşmeler sağladığını göstermiştir. Bununla birlikte, standart dizel yakıta %40'tan fazla LPY ilavesi motorun bütün çalışma koşullarında tutuşma gecikmesini önemli ölçüde artırarak motor performansını, emisyonları ve yanma karakteristiklerini olumsuz etkilemiştir. Tutuşma gecikmesinin aşırı artması yüksek oranda LPY içeren yakıt karışımlarının yüksek hızlı dizel motorlar için uygun olmadığını göstermiştir. Ayrıca yakıt püskürtme basıncının artışı motor performansı, emisyonlar ve yanma karakteristikleri açısından olumlu katkı sağlamıştır. Bütün yakıt türleri için performans ve emisyon bakımından optimum püskürtme basıncının motor yüküne bağlı olarak değiştiği tespit edilmiştir. Ayrıntılı yanma analizleri ile test yakıtlarının silindir basıncı, maksimum basınç, basınç artış hızı, ısı açığa çıkış oranı ve yanma periyotları incelenmiştir. Dizel yakıta ilave edilen pirolitik yakıtın silindir basıncının ve ısı açığa çıkışının oluşumunu geciktirdiği, maksimum silindir basıncı, basınç artış hızını ve ısı açığa çıkış oranını artırdığı, tutuşma gecikmesini ve ani yanma periyodunu uzattığı, difüzyon kontrollü yanma periyodunu ve toplam yanma süresini kısalttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, tire derived fuel produced from scrap tire was evaluated as an alternative-fuel source for diesel engines. Fort this purpose, by using the scrap tires collected randomly from Turkey's scrap tire sector, the raw tire derived fuel was obtained at an industrial-scale plant by a vacuum pyrolysis process. The tire derived pyrolytic fuel (TDF) properties were refined by using acid-clay-distillation method with the oxidative desulfurization before engine tests. The engine tests were performed in a single-cylinder DI diesel engine under various engine loads (25%, 50%, 75%, 100% load), various engine speeds (1400, 2000, 2600, 3200 rpm) and different fuel injection pressure conditions by using standard diesel fuel, TDF20 (20%TDF+80% standard diesel), TDF40, TDF60, TDF80 and TDF100 fuel blends.The effect of engine speed, engine load, fuel type and fuel injection pressure on engine performance (torque, power, specific energy consumption, effective efficiency) and emissions (NOx, HC, CO, smoke) were investigated and detailed combustion characteristics were analysed.Without any modification in the engine fuel system, the overall test results showed that tire derived fuel addition into diesel fuel up to 40% improved some engine emissions (CO, HC, smoke) without deteriorating in the engine performance. However, more than 40% TDF addition into diesel fuel effected the engine performance, emissions and combustion characteristics negatively, as the ignition delay was prolonged significantly during all engine test conditions. Excessively increased ignition delay showed that the fuel blends composed of a higher ratio TDF was unsuitable for the high speed diesel engines. Furthermore, increasing fuel injection pressure provided some advantage in the view point of engine performance, emissions and combustion characteristics. It was seen that the optimum injection pressure was varied depending on the engine load for all test fuels in the view point of engine performance and emissions. By using the measured cylinder gas pressure, the maximum cylinder pressure, pressure rise rate, heat release rate and combustion periods of the test fuels were examined with the detailed combustion analysis. It was seen that the addition of TDF into diesel fuel retarded the formation of cylinder gas pressure and heat release rate, increased the maximum cylinder gas pressure, pressure rise rate and maximum heat release rate, extended the ignition delay and premixed combustion period, and shortened the diffusive combustion period and total combustion duration.