Defne talaşının torrefaksiyonu ve katı ürün özelliklerinin incelenmesi
Torrefaction of laurel shavings and investigation of solid product properties
Yazar: NİLGÜN TAŞKIN
Danışman: DOÇ. DR. MACİD NURBAŞ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Torrefaksiyon, inert bir atmosfer altında 200-300°C sıcaklık aralığında düşük ısıtma hızında gerçekleştirilen bir termokimyasal işlemdir. Bu işlem lignoselülozik yapıya sahip biyokütleye uygulandığında, elde edilen ürünlerin biyoyakıt olarak kullanımının rekabet gücü ve kalitesi önemli ölçüde arttırılabilmektedir. Bu çalışmada torrefaksiyon prosesi ile defne talaşının biyokütle özelliklerinin iyileştirilmesi incelendi. Deneyler için sıcaklık ve süre olmak üzere iki adet parametre belirlendi ve bu parametrelerin defne talaşı torrefaksiyonuna olan etkileri araştırıldı. Torrefaksiyon işlemi 210°C,230°C,250°C ve 270°C olmak üzere dört farklı sıcaklıkta gerçekleştirildi. Torrefaksiyon süresi her bir sıcaklık için 15 ve 30 dakika olarak belirlendi. Torrefaksiyon sonunda elde edilen katı ürünün özelliklerinin belirlenmesi ve ham biyokütle ile karşılaştırılması için; kısa, elementel, FTIR ve TGA analizleri yapıldı. Bunun dışında her bir defne talaşına, üst ısıl değer analizi yapılarak elde edilen sonuçlardan içerdikleri enerjinin ne kadar arttırıldığı incelendi. Kısa analiz ile torrefaksiyona uğrayan her bir defne talaşının nem, uçucu madde, kül ve sabit karbon içerikleri hesaplandı. Artan torrefaksiyon sıcaklığı ve süresiyle elde edilen katı ürünlerin sabit karbon miktarının arttığı, uçucu madde miktarının azaldığı görüldü. Yapılan elementel analizle literatürle uyumlu olarak artan torrefaksiyon sıcaklık ve süresi ile elde edilen ürünlerin karbon miktarının artığı, hidrojen ve oksijen miktarının azaldığı görüldü. Ham defne talaşı ve farklı sıcaklıklarda 30 dk torrefaksiyona uğramış defne talaşlarına yapılan TGA analiziyle torrefiye biyokütlenin yapısındaki selüloz, hemiselüloz ve ligninin bozunmaya uğradıkları sıcaklık aralıkları ve maksimum bozunma sıcaklıkları belirlendi. Bu sonuçlar fonksiyonel grup analizi için kullanılan FTIR grafiklerinde belirlenen kimyasal bağ yapılarının varlıklarıyla da desteklendi.

Abstract:
Torrefaction is a thermochemical process performed under an inert atmosphere at a low heating rate in the temperature range of 200-300°C. When this process is applied to biomass with lignocellulosic structure, the competitiveness and quality of the products obtained by torrefaction as biofuel can be increased significantly. In this study, the improvement of the biomass properties of laurel shavings with the torrefaction process was investigated. Two parameters, temperature and time, were determined for the experiments and the effects of these parameters on laurel shavings torefaction were investigated. Torrefaction was carried out at four different temperatures: 210°C, 230°C, 250°C and 270°C. Torrefaction time was determined as 15 and 30 minutes for each temperature. In order to determine the properties of the solid product obtained at the end of torrefaction and to compare it with the raw biomass; proximate, ultimate, FTIR and TGA analyzes were performed. Apart from this, the upper calorific value analysis was made for each laurel shavings and from the results obtained, it was examined how much the energy they contained was increased. Moisture, volatile matter, ash and fixed carbon contents of each torrefacted laurel shavings were calculated by proximate analysis. It was observed that the fixed carbon content of the solid products obtained with increasing torrefaction temperature and time increased and the amount of volatile matter decreased. With the ultimate analysis, it was observed that the carbon content of the products obtained increased and the hydrogen and oxygen content decreased with increasing torrefaction temperature and time in accordance with the literature. The temperature ranges and maximum decomposition temperatures of cellulose, hemicellulose and lignin in the structure of the torified biomass were determined by TGA analysis performed on raw laurel shavings and laurel shavings obtained by torrefaction for 30 minutes at different temperatures. These results were also supported by the presence of chemical bond structures determined in the FTIR charts used for functional group analysis.