Karbitol asetat ile karbon dioksitin absorpsiyonu
Absorption of carbon dioxide with carbitol acetate
Yazar: İREM KOÇYİĞİT ÇAPOĞLU
Danışman: PROF. DR. ÖZKAN MURAT DOĞAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ DUYGU UYSAL ZIRAMAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzün en önemli ve güncel problemlerinden biri atmosfere salınan sera gazları sonucu meydana gelen küresel ısınmadır. Küresel ısınmadaki en kritik etkiyi yapan sera gazı, karbon dioksit (CO2) olarak kabul edilmektedir. Karbon dioksit en yüksek oranda, fosil yakıtların güç üretimi ve ısı için yakılması sonucu ortaya çıkmaktadır. Günümüzde, atmosfere salınan karbon dioksit emisyonlarını kontrol altına almak amacıyla birçok çalışma yapılmaktadır. Bunun için en etkili yöntemlerden biri, noktasal emisyon kaynaklarındaki baca gazı içerisindeki karbon dioksitin bir çözelti içerisine absorplanmasıdır. Ticari uygulamalarda çoğunlukla absorbent olarak alkanolamin çözeltileri kullanılmaktadır. Bununla birlikte, alkanolaminlerin karbon dioksit yükleme kapasiteleri sınırlı ve kullanılan çözeltinin rejenerasyonu için harcananan enerjinin yüksek olması nedeniyle işletme maliyeti oldukça yüksektir. Bu sebeple, araştırmacıların odaklandığı konu, mevcut sistemlerdeki dezavantajları ortadan kaldıracak verimli, alternatif çözeltiler bulmaktır. Bu yüksek lisans tezi çalışmasında, karbon dioksitin, karbitol asetat ile absorpsiyonu incelenmiştir. Karbitol asetat, yüksek kaynama noktası ve düşük viskozite özelliğine sahip olması, korozif olmaması, suda kolayca çözünebilmesi, kararlı yapıda olması gibi özellikleri sebebiyle tercih edilmiştir. Ayrıca, kolay bir şekilde rejenere edilebilen karbitol asetat, yapısal olarak karbon dioksitin fiziksel absorpsiyonuna uygundur. Bu özellikleri ile karbitol asetat, enerji tasarrufu sağlaması ve daha az maliyetli olması yönüyle dikkate değer alternatif bir çözeltidir. Literatürde bu çözeltinin karbon dioksit absorpsiyonunda kullanılması ile ilgili çok az çalışma olduğundan bu çalışmada karbon dioksit-karbitol asetat sisteminin kütle transferinde etkin olan parametrelerin çalışması yapılmıştır. Çalışmada öncelikle, karbon dioksitin karbitol asetat içerisindeki difüzyon katsayıları diyafram hücre sisteminde deneysel olarak belirlenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen deneysel verilerle teorik olarak yapılan hesaplamaların karşılaştırması yapılmıştır. Daha sonra Raschig halkalı laboratuvar ölçekli dolgulu kolonda kütle transferi karakterizasyonu çalışmaları yapılmıştır. Kütle transferi karakterizasyonu çalışmalarında öncelikle sıvı ve gaz tarafı bireysel fiziksel kütle transferi katsayıları (k_L^0 a" ve " k_c^0 a)" " deneysel olarak elde edilmiştir. Daha sonra, iki direnç teorisi ile su-karbon dioksit sistemi için gaz tarafı toplu fiziksel kütle transfer katsayısı "(" K_c^0 a")"  hesaplanmıştır. Çalışmalara, karbon dioksitin sodyum hidroksit çözeltisine absorpsiyonu ile devam edilmiştir. Bu sistemden, gaz tarafı toplu kimyasal kütle transfer katsayıları (K_c a) elde edilmiştir. Son olarak, karbon dioksitin karbitol asetat çözeltisine absorpsiyonu incelenmiş olup, bu sistemden de gaz tarafı toplu fiziksel kütle transferi katsayıları elde edilmiştir. Ayrıca doğrusal olmayan regresyon yöntemi ile her iki sistem için korelasyonlar geliştirilmiştir.

Abstract:
Global warming is one of the most recent and important problem of the world, which is caused by greenhouse gases released to the atmosphere. Carbon dioxide (CO2) is considered to have the highest critical impact that affects global warming amongst all greenhouse gases. Carbon dioxide occurs at the highest rate by burning fossil fuels for power generation and heat. Currently, many researches are carried out to control the carbon dioxide emissions released into the atmosphere. One of the most effective method is to capture carbon dioxide in flue gases at the source of emission into a solution. Alkanolamine solvents are mostly used as absorbent in commercial applications. However, these solvents have several drawbacks related to limited cyclic carbon dioxide loading capacity and the operating cost is fairly high due to the high energy requirement for regeneration of the solution. Therefore, researchers have been focused on finding efficient alternative solutions that may eliminate the disadvantages of the current systems. In this master's thesis, possibility of using carbitol acetate for carbon dioxide capture was investigated. Carbitol acetate has been preferred because of its thermally stable characteristic, high boiling point, low viscosity, non-corrosivity and its high solubility in water. In addition, carbitol acetate can be easily regenerated and it is structurally suitable for physical absorption of carbon dioxide. With these features, carbitol acetate is a remarkable alternative solution in terms of energy saving and lower cost. Since, there are hardly any studies about using carbitol acetate for absorption of carbon dioxide in literature, studies about parameters that are effective on mass transfer in carbon dioxide-carbitol acetate system were done. Firstly, diffusion coefficients of carbon dioxide in carbitol acetate were determined experimentally using a diaphragm cell system. Theoretical calculations were compared with experimental data which obtained from this part of the study. Then, mass transfer characterization studies were performed using a laboratory scale Raschig ring packed column. In the mass transfer characterization studies, primarily the liquid side and gas side physical individual mass transfer coefficients (k_L^0 a" ve " k_c^0 a) were obtained experimentally. Subsequently, the gas-side physical overall mass transfer coefficients "(" K_c^0 a")"  were calculated regarding the two-resistance theory for the carbon dioxide-water system. Studies were continued by absorption of carbon dioxide into sodium hydroxide solution. In this means, gas side overall chemical mass transfer coefficients (K_c a) were obtained. Finally, absorption of carbon dioxide with carbitol acetate were investigated and gas side overall physical mass transfer coefficients were obtained. In addition, by nonlinear regression method correlations were developed for both systems.