Kızılçam (Pinus brutia Ten.) kabuğunun katalitik pirolizi
Catalytic pyrolysis of red pine (Pinus brutia Ten.) bark
Yazar: SALİH KAYA
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ERTAŞ
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Ülkemizde ve dünyada birçok enerji türü kullanılmaktadır. Biyokütle enerjisi de günümüzde kullanılan enerji türlerinden bir tanesidir. Piroliz, biyokütle kaynağını havasız ortamda bırakıp ısıl işlem uygulanması sonucu katı, sıvı ve gaz olarak kimyasal bozundurma işlemidir. Piroliz sonucu üretilen biyoyağlar da biyoyakıt ve biyoenerji olarak kullanılabilmektedir.
Bu çalışmada materyal olarak dünyada en geniş yayılış alanı Türkiye'de olan kızılçamın (Pinus brutia Ten.) kabuğu biyokütle kaynağı olarak seçilmiştir. Sabit yataklı reaktörde 100 ml/dk azot akış hızı ve 10 °C/dk ısıtma hızında yavaş piroliz tekniği kullanılarak katalizörlü ve katalizörsüz ortamda piroliz deneyleri gerçekleştirilmiştir. Balıkesir ve Çanakkale çevresinde büyük yatakları olan halloysit piroliz işleminde ilk kez katalizör olarak kullanılmıştır. Ülkemizden yurtdışına işlenmeden ihraç edilen bu kimyasal maddenin piroliz sıvı ürün verimine etkisi araştırılarak ülkemiz ekonomisi için bir katma değere sahip olabileceği değerlendirilmiştir.
Çalışmanın ilk bölümünde 400, 450, 500, 550 ve 600 °C sıcaklıklarda piroliz yapılarak optimum piroliz sıcaklığı araştırılmıştır. Sıvı ürün veriminin en yüksek olduğu sıcaklık 500 °C olarak belirlenmiştir. Sıvı ürün veriminin en yüksek olduğu 500 °C sıcaklıkta katalitik piroliz deneyleri gerçekleştirilmiştir. 250, 400, 600 ve 1000 °C'de kalsine edilmiş halloysit katalizöründen numunenin %5, 10, 15 ve 20'si kadar kullanılarak katalitik piroliz deneyleri gerçekleştirilmiştir. Halloysitin piroliz ürünlerinin verimi üzerine etkisi araştırılmıştır. 
Hammaddenin nem tayini, kül tayini, ekstraktif madde tayini, lignin tayini ve elementel analizi yapılmıştır. Elde edilen sıvı ürünlerin elementel, GC-MS ve FT-IR analizleri yapılarak karakterize edilmiştir. Elde edilen katı ürünün elementel analizi yapılmıştır.
Bu çalışmada halloysit ile yapılan katalizörlü piroliz deneyleri sonucunda halloysitin piroliz sıvı ürün verimini %12,97-23,23 arasında arttırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen sıvı ürünlerin ısıl değerleri 16,02-30,76 MJ/kg, katı ürünlerin ısıl değerleri 13,73-26,01 MJ/kg arasında olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sıvı ürünlerin GC-MS analizleri incelendiğinde etken madde olarak furfural, p-krezol, 3-furaldehit bileşenleri tespit edilmiştir. Halloysitin piroliz işleminde sıvı ürün verimini arttırması piroliz tesislerinde katalizör olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Bu çalışma ülkemizde işlenmeden yurtdışına ihraç edilen halloysitin yurtiçinde kullanılarak ekonomik katma değer sağlayabileceği sonucunu göstermiştir.

Abstract:
Many types of energy are used in our country and in the world. Biomass energy is one of the types of energy used today. Pyrolysis is the process of chemical decomposition of the biomass source in the absence of air and the application of heat treatment as a result solid, liquid and gas. Pyrolysis-produced biofuels can also be used as biofuels and bioenergy.
In this study, the red pine (Pinus brutia Ten.) bark, which has the largest spreading area in Turkey, was selected as the biomass source and pyrolysis was carried out using a slow pyrolysis technique at a nitrogen flow rate of 100 ml/min and a heating rate of 10°C/min in a fixed bed reactor. The halloysite which has large beds around Balıkesir and Çanakkale, was used as the first catalyst in the pyrolysis process. It has been evaluated that this chemical substance exported from our country without being processed abroad can have an added value for the country economy by investigating the effect of pyrolysis liquid product yield.
In the first part of the study, the optimum pyrolysis temperature was investigated by pyrolysis at 400,450, 500, 550 and 600°C. The temperature at which the pyrolysis oil yield was the highest was found at 500°C. Catalytic pyrolysis experiments were carried out at 500°C, where the pyrolysis oil yield was the maximum. In catalytic pyrolysis experiments, halloysite which was activated at 250, 400, 600 and 1000 °C was used as catalyst. The effect of halloysit and its ratio (5%, 10%, 15% and 20% W/W) on the pyrolysis convension and product yields was investigated in detail.
Moisture, ash, extractive matter, lignin and elemental analysis of raw material were performed. The obtained liquid products were characterized by using elemental, GC-MS, FT-IR analysis. Obtained solid products are done elemental analysis.
In this study, the catalytic pyrolysis experiments with halloysite showed that halloysite increased pyrolyzed liquid yield by 12.97% to 23.23%. It was determined that the obtained liquid products had calorific values of 16.02-30.76 Mj / kg and solid products had calorific values of 13.73-26.01 Mj / kg. When the GC-MS analyzes of the obtained liquid products were examined, furfural, p-krezol, 3-furaldehit components were determined as active substances. Halloysite showed that increasing the yield of liquid product in the pyrolysis process could be used as a catalyst in pyrolysis plants. This study showed that halloysite exported abroad without processing in our country could provide economical added value by using it domestically.