Bazı artık biyokütlelerin yavaş pirolizi ve piroliz ürünlerinin karakterizasyonu
Slow pyrolysis of some biomass residues and characterization of pyrolysis products
Yazar: MURAT ERTAŞ
Danışman: PROF. DR. M. HAKKI ALMA
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Defne = Laurel ; Karakterizasyon = Characterization ; Kinetik = Kinetics ; Piroliz = Pyrolysis ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu çalışmada, Akdeniz defnesi (Laurus nobilis L.) artığı, tesbih ağacı (Melia azedarach L.) meyvesi, Avrupa melezi (Larix decidua) kereste artığı ve crambe (Crambe orientalis var. orientalis) bitkisi biyokütle kaynağı olarak seçilmiş ve sabit yataklı reaktörde 10°C/dak ısıtma hızında pirolizi gerçekleştirilmiştir.Çalışmanın ilk bölümünde piroliz sıcaklığı (350-600°C), parçacık boyutu (1.60>Dp>0.850, 0.850>Dp>0.420 ve 0.420>Dp>0.250 mm), sürükleyici gaz akış hızı (50-400 ml/dak) ve katalizör (doğal zeolit ve alümina, ağırlıkça %10-50) gibi önemli piroliz parametrelerinin piroliz ürün verimlerine etkileri incelenmiştir. Akdeniz defnesi artığının, tesbih ağacı meyvesinin, Avrupa melezi odunu artığının ve crambe bitkisinin pirolizinde en yüksek sıvı ürün verimi 500°C piroliz sıcaklığında, 100 ml/dak azot akış hızında ve 0.850>Dp>0.420 mm parçacık boyutunda sırasıyla %21.91, 23.38, 21.14 ve 22.47 olarak bulunmuştur. Deneylerden elde edilen sıvı ürünlerin bazı fizokimyasal ve temel yakıt özellikleri ASTM standartlarına göre belirlenmiştir.Ayrıca sıvı ürünlerin ve sütun kromatografisinde fraksiyonlarına ayrılan alt fraksiyonların FT-IR ve elementel analizleri yapılmıştır. Sıvı ürünlerin n-pentan alt fraksiyonun kimyasal içeriği GC/MS ile karakterize edilmiştir.Farklı piroliz sıcaklıklarında elde edilen katı ürünler elementel analiz, X-ışınları difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla karakterize edilmiştir.Ayrıca hammaddelerin ısıl davranışı ve kinetiği termogravimetrik analiz (TG-DTG) tekniği ile belirlenmiştir. Isıl bozunma analizleri oda sıcaklığından 800°C'ye kadar azot ortamında 5, 10, 20 ve 30°C/dak ısıtma hızlarında gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this study, laurel (Laurus nobilis L.) residues, chinaberry (Melia azedarach L.) seeds, European larch (Larix decidua) sawmill residues and crambe (Crambe orientalis var. orientalis) plant were selected as biomass resources and pyrolyzed in a fixed bed reactor with a heating rate of 10°C/min.In the first part of this study, the effects of important pyrolysis parameters such as pyrolysis temperature (350-600°C), particle size (1.60>Dp>0.850, 0.850>Dp>0.420 ve 0.420>Dp>0.250 mm), sweeping gas flow rate (50-400 ml/min) and catalyst ratio (natural zeolite and alumina, 10-50% in weight) on the pyrolysis product yields were investigated. The maximum yields of bio-oils produced from laurel residues, chinaberry seeds, European larch sawmill residues and crambe plants at pyrolysis temperature of 500°C, with sweeping gas flow rate of 100 ml/min and in the particle size range of 0.850>Dp>0.420 mm were found to be as 21.91, 23.38, 21.14 and 22.47%, respectively. Some physicochemical and basic fuel properties of bio-oils obtained from the experiments were determined according to relevant ASTM standards.Bio-oils and subfractions fractioned in column chromatography were also characterized by FT-IR and elemental analyses. The chemical compositions of n-pentan subfractions were characterized by GC/MS.Chars produced at the different pyrolysis temperatures were characterized by elemental analyses, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).Furthermore, the thermal behavior of raw materials and their kinetics were determined through thermogravimetric analysis (TG-DTG). Thermal degradation analyses were conducted in the range of room temperature-800 °C under nitrogen atmosphere and at different heating rates of 5, 10, 20 ve 30°C/min.