Gediz kömürünün sıvılaştırılması
Liquefaction of Gediz coal
Yazar: BELGİN GÖZMEN
Danışman: PROF. DR. OKTAY ERBATUR
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1996
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Kömür = Coal ; Sıvılaşma = Liquefaction

Özet:
47 ÖZET Bu çalışmada Uşak ilinden alınan Gediz altbitümlü kömürünün hiclrojenasyonla doğrudan sıvılaştınlmasmda çözücü ve katalizörün etkisi araştırıldı. Bu nedenle değişik sıcaklık, çözücü ve katalizör kombinasyonlarında tek ve iki aşamalı olarak sıvüaştırma tepkimeleri gerçekleştirildi. Hidrojen verebilen çözücü olarak tetralin, hidrojen aktaran çözücü olarak ise dekalin, katalizör ön bileşiği olarak da amonyum heptamolibdat (AHM) kullanıldı. Gediz kömürü ile katalizör ve çözücünün bulunmadığı ortamda kömür yapısının kısmen zayıf eterik bağlar içeren yapısı ve yüksek pirit içeriği nedeniyle oldukça reaktif davrandığı görüldü. 400°C'da yaklaşık %9Q toplam dönüşüm elde edildi. Tepkime sıcaklığının arttırılması toplam dönüşümün artmasına neden oldu ve,,- 'ürün dağılımım hafif ürünlere kaydırdı. Çözücü olarak tetralinin kullsınımı oluşan radikallerin hidrojenasyonunu arttırarak geri tepkimelerin oluşumunu engelledi ve hafif ürünlerin oluşumunu geliştirdi. 450°C'da tetralin kullanımı sonucu %97.0 toplam dönüşüm, %67.2 olarak da oil+gaz oluşumu elde edildi. Çözücü olarak dekalinin kullanımında, bu çözücünün hidrojen aktarma aktvitesinin düşük olman nedeniyle, toplam dönüşüm ve oil+gaz oluşumları azaldı. Tepkime sıcaklığına ve kömürün kükürt içeriğine bağlı olarak MoS2 yapısına dönüşebilen AHM katalizör ön bileşiğinin kullanıldığı deneyler gerçekleştirildi. Katalizörün daha çok AS ve PAS oluşumlarını arttıracak yönde etkili olduğu gözlendi. Katalizörsüz deneylerde 450°C'da %49.4 oil+gaz oluşumu sağlanırken, AHM kullanımı ile bu değer %41'e kadar düştü. Katalizör ve tetralinin birlikde kullanımı toplam dönüşümleri ve ürünlerin oluşumunu arttırırken, en önemli artış AS oluşumunda gözlendi. Katalizörsüz ve tetralinli deneylerde 400°C'da %32 AS oluşumu sağlanırke/ı, bu değer katalizörlü deneylerde %46'ya ul.ışdı. Tetralin kullanımı ile toplam dönüşüm ve oil+gaz oluşumu arttırılırken, H/»S oluşumu azaldı, buna karşın ürünlerin kükürt içerikleri aitti. 450°C'da katalizörsüz ve çözücüsüz olarak gerçekleştirilen deney sonrası oil fraksiyonuna geçen kükürt kükürt yüzdesi %9.1 iken, tetralin kullanımı ile bu değer %27.4'e yükseldi. Katalizörlü olarak gerçekleştirilen deneyde ise benzer şekilde %5.7'den %33.5'e yükseldi. Ürünlerin kükürt içeriklerindeki artışın nedeninin tetralin ve FfoS arasındaki ikincil tepkimeler sonucu olduğu düşünüldü. Tepkime süresinin 30 dakikadan 60 dakikaya çıkarılması ile kondenzasyon tipi tepkimeler artarak toplam dönüşüm hatalizörsüz deneyler (450°C'da) yoSl.^djp %74.6'ya, katalizörlü deneyde ise %93.5'den %85.7'ye düşüş gösterdi, îki aşamalı olarak gerçekleştirilen deneylerde, 60 dakika tek aşamalı deneylere göre daha yüksek toplam dönüşüm ve ürün oluşumu sağlanırken H2$ oluşumu da arttırıldı. AHMın kullanıldığı iki aşamasıda çözücüsüz olarak gerçekleştirilen deneyde %61.2 oil+gaz oluşumu sağlanırken, oil'a geçen kükürt yüzdesi %3,1 olarak bulundu, ikinci aşamasında tetralin kullanılan deneyde ise %71.5 ile en yüksek oil+gaz oluşumu sağlandı,....48 ancak oil ürününe geçen kükürt yüzdesi diğer iki aşamalı deneylere göre daha yüksek olduğu (%14,1) görüldü. Kömür yapısındaki mineral maddelerin dönüşümlere olan etkisini gözlemek için asitlerle demineralize edilmiş kömür örnekleri 400°C'da 30 dakikalık tepkimeleri gerçekleştirildi. Dönüşümlere bakıldığında kömür yapısındaki killerin dönüşümleri azalttığı, buna karşın pirit yapısının ise dönüşümleri katalizlediği ".'. görüldü. Sıvılaştırma tepkimeleri sonrası elde edilen oil ürünlerin gc-ms analizleri sonrası (C8-C33) arası düz zincirli alkan yapılan içerdiği görüldü. KatalizÖrlü deneylerde düz zincirli yapıların yanında piristan ve fitan gibi izoprenoid yapılanda gözlendi. Oil *.'.,.. fraksiyonlarının daha çok alkil sübstütüe gruplarına sahip benzen, fenoi ve naftalin yapılan içerdiği görüldü. Yüksek sıcaklık ve tepkime süresi uygulandığında mono ve.diaromatik yapılar yanında antrasen, fenantren gibi poliaromatik yapılar bulundu. Kükürdü yapıların sahip olduğu temel iyonların bulunduğu iyon aralıklarının seçilmesi sonucu kömür yapısında benzotiyofen ve dibenzotiyofen yapılan ite bu japıların alkil türevleri gözlendi. t \ *

Abstract:
49 SUMMARY In this study, the solvent and catalyst effects on the direct liquefaction of Gediz subbituminous coal from Uşak were investigated. Therefore at different temperatures, solvent and catalyst combinations, coal were liquefied in single and two stage reactions. Tetralin was used hydrogen donor, decalin as hydrogen shuttler and ammonium heptamolibdate as catalyst precurser. It was observed that Gediz coal was highly reactive due to its high pyrite and weak etheric bonds. At 400°C temperature total conversion of a 90% was obtained. Increase of reaction temperature caused an increase in conversion and lowered the molecular weight distribution. The use of tetralin as solvent increased the hydrogenation of radicals and prevented reverse reactions, there by advancing the formation of low molecular weight products. At 450°C temperature the use of tetralin provided 97% total conversion and a 67.2 yield of % oil+gas. AHM which becomes M0S2 during liquefaction depending on the reaction temperature and sulphur content of the coal, was also used in experiments. It was observed that the catalyst was effective.in the formation of AS and PAS. In the experiment without catalyst at 450°C temperature the oil+gas yield was 49.4%, this value decreased to 41% when the catalayst was used. The use of tetralin and catalyst together increased total conversion, oil yields and particularly AS yield. In the experiment with tetralin and without catalyst at 400°C, the AS yield was 32 %. This yield was 46% with catalysed coal. The use of tetralin increased the total conversion and yield of oil+gas, but decreased H2S formation. As a result, the sulphur content of the products increased. In experiments at 450"^Ç without catalyst and solvent, sulphur content of the oil fraction was 9.1%. This value increased to 27.4% when tetralin was used. In the experiments in which catalysed coal was used the sulphur content of oil was increased from 5.7% to 33.5 % by the use of tetralin. The reason for the increase in the sulphur contents of the products was thought to be secondary reactions between tetralin and H2S. Total conversion decreased from 81.9% to 74.6% in experiments performed without catalyst and decreased from 93.5% to 85.7% in experiments with catalyst when the reaction period was increased from 30 minutes to 60 minutes. Experiments in the absence of catalyst showed an 8% decrease. In two staged experiments the total conversion,the conversion to other producls, the formation of H2S increased. Two staged experiments with AHM and no solvent showed a 61.2% oil+gas yield having a 3.1% sulphur content. When tetralin was used in the second stage, the highest yield of oil+gas was is 71.5%. However, the sulphur content of the oil product was higher than in other two staged experiments (14.1%). In order to determine the effect of coal mineral matter, demineralized coals were liquefied at 400°C for 30 minutes. As a result, it was observed that pyrite catalysed total conversion and clays decreased total conversion. GC-MS analyses of liquid products (oil) showed that these products to contain straight chain hydrocarbons, there were also pristane andV.50 phytane isoprenoids in ail oil fractions from catalysed coal. Oil fractions also containing mono and dicyclic hydrocarbon structures substituted with alkyl groups. Such polyaromatic structures as anthracene, phenanthrene were obserbed in much higher quantities with increasing temperature and reaction period. By taking certain ion- range values such sulphur containing compounds as benzothiophene, dibenzothiophene and their alkyl substituents were determined.