Kayın ağacı odun peletinin torrefaksiyonu ve torrefiye peletlerin yanma davranışı
Torrefaction of beech wood pellet and combustion behavior of torrefied pellets
Yazar: MERVE ÇINAR
Danışman: DOÇ. DR. MELEK YILGIN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Fosil yakıta bağımlı endüstrinin çevresel sonuçları göz önüne alındığında, yenilenebilir kaynakların kullanımı, enerji tedariki için hala önemli bir seçenektir. Bugün, dünyadaki enerji ihtiyacının sadece % 10'u biyokütle kaynakları tarafından karşılanmaktadır. Bu, biyokütle enerjisine olan büyük ilgiyi göz önünde alındığında beklentilerin altındadır ve fosil yakıt kullanımı yerine daha pratik yaklaşımlar gerektirmektedir. Torrefaksiyon günümüzün enerji sistemlerine dahil edilebilecek kömür benzeri katılar elde etmek için umut verici bir tekniktir.
Bu çalışmada, kayın ağacı odun talaşından hazırlanan peletlerin torrefaksiyonu ve torrefiye peletlerin yanma davranışı incelenmiştir. Bunun için odun peletleri sabit yatak sisteminde torrefaksiyon işlemine tabi tutuldu. Ürün verimi ve katı ürünün özelliklerine, sıcaklık, işlem süresi gibi işlem parametrelerinin etkisi incelendi. Torrefaksiyon işlemi 220, 260 ve 300 °C sıcaklık ve her bir sıcaklıkta 10, 20, 40 ve 60 dakika işlem süresince gerçekleştirildi. İşlem sonunda elde edilen katı ürün sabit yatak yakma sisteminde yakılarak yanma davranışı üzerine fırın başlangıç sıcaklığının etkisi incelendi. Ayrıca torrefiye ürünün kısa, elementsel, TGA ve DTG analizleri yapıldı.
Kayın ağacı odun peletinin torrefaksiyon işlemi ile kullanılabilir bir katı yakıta dönüştürülmesi amacıyla yürütülen çalışmada,  katı ürün verimi üzerine işlem sıcaklığının işlem süresinden daha etkili olduğu sonucuna varıldı. 
Katı ürünün torrefaksiyon sıcaklığı ile uçucu madde içeriğinin azaldığı ve sabit karbon içeriğinin arttığı belirlendi. İşlem sıcaklığındaki artış ile torrefiye katıların karbon içeriği artarken  oksijen içeriği azaldı. TGA ve DTG analizleri hemiselülozun orta ve şiddetli torrefaksiyon sonucu elde edilen katı ürünlerde tamamen parçalandığını gösterdi.
Torrefiye peletlerin sabit yatak yakma sisteminde yanma davranışlarının incelendiği deneylerde torrefiye peletlerin tutuşma sürelerinin kısaldığı görüldü. Torrefiye peletlerin uçucu madde yanma sürelerinin torrefaksiyon sıcaklığı ve işlem süresi ile kısaldığı ve uçucu madde yanma süresi ile uçucu madde yanma hızı arasında ilişki olmadığı tespit edildi. Karbon yanma süresinin,  torrefiye ürünün  sabit karbon içeriği ile  uzadığı görüldü. Uçucu madde yanma periyodu ile karbon yanma periyodunun fırın başlangıç sıcaklığından etkilendiği sonucuna varıldı.
Ham ve torrefiye katıların uçucu madde yanma periyodunda belirlenen CO2 ve NO emisyonlarının torrefaksiyon şiddetine bağlı olarak yapıdan uçucu bileşenlerin ayrılması nedeni ile  azaldığı tespit edildi.

Abstract:
Use of renewable sources is still a crucial option for energy supply in view of environmental consequences of fossil fuel-dependent industry. Today, only 10% of world's energy needs have been met by biomass sources. This is lower than expectations considering vast interest on biomass energy and necessitates more practical approaches to substitute fossil fuel usage. Torrefaction is a promising technique to obtain coal-like solids which can be incorporated into today's power systems. 
In this study, torrefaction of pellets prepared from beech wood sawdust and combustion behavior of torrefied pellets were investigated. For this purpose, the wood pellets were subjected to torrefaction in the fixed bed system. The effect of process parameters such as temperature and processing time on product yield and solid product properties were examined. The torreaction was carried out at 220, 260 and 300 ° C for 10, 20, 40 and 60 minutes at each temperature. The solid product obtained at the end of the process was burned in the fixed bed combustion system and the effect of the furnace initial temperature on combustion behavior was investigated. In addition, proximate, elemental, TGA and DTG analyzes of the torrefied product were performed.
In the study carried out with the aim of converting beech wood pellet into a usable solid fuel by torrefaction process, it was concluded that the procedure temperature was more effective on the solid product yield than the processing time.
It was determined that the increased procedure temperature increased fixed carbon content of the solid product and decreased the volatile content of the solid product. With the increase in the process temperature, the carbon content of torrefied solids increased while oxygen content decreased. TGA and DTG analyzes showed that hemicellulose was completely degraded in solid products obtained from moderate and severe torrefaction.
The combustion behavior of torrefied pellets in the fixed bed combustion system was investigated and it was observed that the ignition times of the torrefied pellets were shortened. It was determined that volatile combustion times of torrefied pellets were shortened with torrefaction temperature and processing time. There was no relationship between volatile combustion time and volatile combustion rate. The carbon combustion time was found to be prolonged by an increase in the fixed carbon content in the torrefied product. It was concluded that volatile combustion period and carbon combustion period were affected by the furnace initial temperature.
It was found that the CO2 and NO emissions determined during the volatile combustion period of the raw and torrefied solids were reduced due to the leaving of volatile components from the structure depending on the severity of torrefaction.