Tunçbilek linyiti ve pirinanın su buharı ile akışkan yatakta gazlaştırılması
Steam gasification of Tuncbilek lignite and olive kernel in a fluidized bed
Yazar: HAZAL ÖZTAN
Danışman: PROF. DR. ÖZKAN MURAT DOĞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Hızla yenilenen teknoloji, teknolojiyi takip eden yeni endüstriyel kuruluşlar, artan insan nüfusu ve aktiviteleri günümüzdeki enerji ihtiyacını hiç olmadığı kadar arttırmış durumdadır. Artan enerji ihtiyacı ise temel olarak birincil enerji kaynaklarından karşılanmakta ve kaynakların rezerv ömürleri açısından sıkıntıların olduğu bilinmektedir. Geleneksel enerji üretim sistemlerinin neden olduğu sera gazı emisyonları, fosil yakıta bağlı kül ve ağır metal içeriklerinin çevre sorunlarına yol açması da tükenen kaynaklara alternatiflerinin sunulmasını zorunlu hale getirmiştir. Enerji üretiminde kömürün gazlaştırılması ile yanabilen gaz ürünlere dönüştürülmesi verimli yollar sunmaktadır. Kömür gazlaştırma sistemlerinden elde edilen gaz ürün sentez gazı olarak adlandırılmaktadır. Sentez gazının bileşiminde yanabilen gazlar olan CH4, CO ve enerji taşıyıcısı H2 bulunmaktadır. Sentez gazı, yanabilen gazlar sayesinde motorlarda kullanılabilirken aynı zamanda H2 içeriğine sahip olduğundan değerli kimyasalların üretiminde de büyük rol almaktadır. Günümüzde kömürün gazlaştırılması çalışmaları yeniden hızlanmış ve alternatif yakıt olarak biyokütle kullanımı ön plana çıkarılmıştır. Biyokütle içeriğindeki karbonun değerlendirilmesi ve sentez gazındaki H2 konsantrasyonunun desteklenmesi biyokütle gazlaştırılmasında amaçlanırken kömürle birlikte gazlaşma davranışının da belirlenmesi alternatif enerji kaynağı olarak değerlendirilmelerini kolaylaştırmaktadır. Akışkan yatak sistemlerinde çok iyi gaz-katı etkileşimi, homojen sıcaklık dağılımı ve besleme koşullarındaki esneklikler, kömür ve biyokütle gazlaştırmasında daha verimli gaz üretimine yardımcı olmaktadır. Bu nedenle, günümüzde kömür-biyokütle birlikte gazlaştırma çalışmalarında akışkan yatak sistemler çoğunlukla tercih edilmektedir.  Bu tez kapsamında, yerli linyit kaynağı olan Tunçbilek linyitinden ve biyokütle kaynağı olan pirinadan su buharı gazlaştırması ile akışkan yatakta sentez gazı üretimi gerçekleştirilmiştir.  Sentez gazındaki H2 konsantrasyonuna gazlaştırma sıcaklığının ve yakıttaki pirina miktarının etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde öncelikle Tunçbilek linyiti ve pirina tek başına gazlaştırılıp daha sonra belirli oranlardaki pirina-linyit karışımlarının birlikte gazlaştırması yapılmıştır. Gazlaştırma deneylerinde, pirina ve Tunçbilek linyitinin birlikte gazlaşabilme davranışı ve ayrıca pirinadaki alkali metal içeriğinin gazlaştırmadaki katalitik etkileri de belirlenmiştir. Deneysel çalışmaların yanı sıra, sentez gazının denge bileşiminin belirlenmesi için Polymath programı ile teorik bir model oluşturulmuştur. Oluşturulan model yardımıyla gazlaştırma sıcaklığının ve buhar/yakıt oranının sentez gazı bileşimi üzerindeki etkileri teorik olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Regenerating technologies, young industries that are following up new techniques, increasing human population and activities have enhanced the global energy requirement. The enhanced global energy requirement is mainly supplied with primary sources and it is known that the fossil fuels' remaining lives are troubled. Greenhouse gas emissions of conventional energy systems and environmental issues of fossil fuel ash and heavy metals make it necessary to find alternative energy sources. Conventional coal-burning systems are known as the most common techniques to produce energy. However, coal gasification processes offer more efficient ways to produce energy due to gas products. The gas product of gasification is called syngas. It contents combustible gases CH4, CO, and H2 as an energy carrier. Syngas is can be used both to burn in engines and to produce various chemicals. Nowadays, coal gasification researches are reawakened and biomass sources are being chosen as fuel. Assessing the carbon in the biomass content and supporting the H2 concentration in the synthesis gas are aimed at the gasification of biomass, while determining the gasification behavior along with the coal facilitates their evaluation as an alternative energy source. Fluidized beds have a well gas-solid interaction, homogenous temperature pattern, and flexibility of fuel condition. Because of these advantages, fluidized beds are preferred to gasification. In this master's thesis, the production of syngas in a fluidized bed was studied. Tunçbilek lignite and olive kernel were used as fuel. Gasification agent was selected as steam. The effects of gasification temperature and biomass ratio in fuel mixture on H2 concentration were investigated experimentally. First of all, Tunçbilek lignite and olive kernel were gasified separately. Secondly, co-gasification experiments of lignite and olive kernel were done. Synergy's co-gasification of lignite and olive kernel was obtained. Also, the catalytic effects of alkali metal contents in olive kernel were specified. In other respects, a theoretical model was developed to estimate the effects of steam/fuel ratio and temperature on syngas composition by using Polymath program.