Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Anabilim Dalı

A study on the catalytic pyrolysis and combustion characteristics of Turkish lignite and co-processing effects with biomass under various ambient conditions

Türk linyitlerinin ve biyoyakıt karışımlarının çeşitli atmosfer koşullarında piroliz ve yanma özellikleri hakkında bir çalışma

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 318930 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

In this study the catalytic pyrolysis and combustion characteristics of Turkish coal samples in O2/N2 and O2/CO2 (oxy-fuel conditions) ambient conditions were explored and the evolution of emissions during these tests was investigated using non-isothermal Thermo-gravimetric Analysis (TGA) technique combined with Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy. Potassium carbonate (K2CO3), calcium hydroxide (Ca(OH)2), iron (III) oxide (Fe2O3) and iron (III) chloride (FeCl3) were employed as precursors of catalysts to investigate the effects of potassium (K), calcium (Ca) and iron (Fe). Furthermore the effects of these catalysts on calorimetric tests of Turkish coal samples were investigated.TGA-FTIR pyrolysis tests were carried out in 100 % N2 and 100 % CO2 ambient conditions which are the main diluting gases in air and oxy-fuel conditions. Lignite pyrolysis tests revealed that the major difference between pyrolysis in these two ambient conditions was observed beyond 720 ?C and Derivative Thermogravimetric (DTG) profiles experienced sharp peaks at 785 ?C in pure CO2 cases which can be attributed to char-CO2 gasification reaction. Furthermore K2CO3 found to be the most effective catalyst in lignite char gasification reaction during pyrolysis tests in 100 % CO2. Combustion experiments were carried out in various oxygen concentrations from 21 % to 35 % in N2 and CO2 ambient conditions. Lignite combustion tests carried out in CO2 ambient revealed that in 30 % and 35 % oxygen concentrations, the relative active sequence of catalysts to the reaction rates of devolatilization can be described as Fe?? K? Ca? Raw-form and Fe? Ca? Raw-form?? K respectively. Furthermore K-based catalyst showed the best char reactivity due to its much higher reaction rates in all the oxygen concentrations. Emission profiles of CO2, CO, H2O, CH4, SOx, COS, NH3, NO and HCl evolved species were analyzed using Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR) method for pyrolysis and combustion tests in both N2 and CO2 ambient conditions. A good correlation was seen in most of the combustion tests between the T2max (temperature of the maximum rate of weight loss in the devolatalization region of combustion) and TFG-max (temperature of the maximum flue gas emission) and also between |(dm/dt)2max| (the maximum rate of weight loss in the devolatalization region) and maximum spectral absorbance at a given wavenumber in both N2 and CO2 ambient conditions.Finally the possible way of using biomass as a potential source of inexpensive catalysts in the co-processing of coal and biomass was investigated through co-processing combustion tests of lignite and biomass ash contents in O2/N2 and O2/CO2 ambient conditions. These experiments revealed that the hazelnut shell and walnut shell ash contents were significantly effective in increasing the char reactivity of Kangal lignite due to high concentration of potassium based oxides in the ash. Furthermore the catalytic reactivity of wheat straw, cattle manure and saw dust ash contents were observed in the devolatalization region due to high concentrations of alkali and alkaline earth metals existed in the ash. In conclusion, these results revealed that the ash contents of the evolved biomass fuels can be used as a potential source of inexpensive alkali and alkaline earth metal catalysts and develop a step forward in economic aspects of catalytic coal combustion.

Summary:

Bu çalışmada Türk linyitlerinin, O2/N2 ve O2/CO2 (oksi-yakıt) ortamlarında katalitik piroliz ve yanma özellikleri incelenmiştir. Ayrıca testler esnasında salınım değişimleri eş ısılı olmayan Thermo-gravimetric Analiz (TGA) ve Fourier Transform Infrared (FTIR) spektroskopi methodları ile gözlemlenmiştir. Potasyum karbonat (K2CO3), kalsiyum hidroksit (Ca(OH)2), demir (III) oksit (Fe2O3) ve demir (III) klorit (FeCl3), bileşikleri potasyum (K), kalsiyum (Ca) ve demir (Fe) elementlerinin katalitik etkilerinin gözlemlenmesi için kullanılmıştır. Katalizörlerin Türk linyitlerinin kalorimetri testlerine etkileri de incelenmiştir.TGA-FTIR piroliz deneyleri hava ve oksi yakıt ortamlarının ana seyreltik bileşenleri olan N2 ve CO2 % 100 olduğu atmosfer içinde yapılmıştır. Linyit piroliz testleri sonucunda bu iki ortam arasında 720 ?C'den sonra önemli farklılaşmalar görülmüştür. Örneğin 785 ?C' de % 100 CO2 ortamında karbon- CO2 gazlaşma reaksiyonlarına bağlı olabilecek keskin tepe noktaları görülmüştür. Ayrıca % 100 CO2 içeren ortamda yapılan testlerde, K2CO3 bileşiğinin linyit karbon- CO2 gazlaşma reaksiyonlarında en etkili katalizör olduğu gözlemlenmiştir. Yanma deneyleri % 21 ve % 35 arasında değişen oksijen oranlarında, N2 ve CO2 ortamlarında yapılmıştır. Linyitin % 30 ve % 35 oksijen içeren oksi yakıt ortamında devolatilizasyon hızına katalizörlerin etkisi Fe?? K? Ca? katkısız linyit ve Fe? Ca? katkısız linyit ?? K olarak görülmüştür. Ayrıca, potasyum bileşeni katalizörlerin bütün oksijen oranlarında en etkin karbon-CO2 gazlaşma reaksiyonlarına sebep olduğu görülmüştür. N2 ve CO2 ortamlarının her ikisinde de, piroliz ve yanma sırasında CO2, CO, H2O, CH4, SOx, COS, NH3, NO ve HCl salınımları FTIR yöntemi kullanılarak izlenmiştir. Bütün yanma deneylerinde T2max (yanma devolatilizasyonu sırasında maksimum ağırlık kaybı oranına karşılık gelen sıcaklık) ve TFG-max (maksimum emisyona karşılık gelen sıcaklık) ve ayrıca |(dm/dt)2max| (yanma devolatilizasyonu sırasında maksimum ağırlık kaybı oranı) ve belirli bir dalga boyunda maksimum spektral tutunum arasında anlamlı bağıntılara rastlanmıştır.Son olarak hava ve oksi-yakıt ortamlarında biokütlenin kömürün eş işlenmesinde ucuz bir katalizör olarak kullanılmasına yönelik olanaklar incelenmiştir. Bu deneylerde, fındık ve ceviz kabuklarının küllerinin Kangal linyitinin karbon dönüşüm reaksiyonlarıüzerindeki müspet etkileri gözlemlenmiştir. Bu etki fındık ve kestane kabuğu küllerinin yüksek oranlarda potasyum içermesinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca, buğday samanı, inek gübresi ve odun talaşının içerdiği yüksek oranlardaki alkali ve toprak alkalilere bağlı olarak devolatilizasyon esnasında katalitik reaksiyonlara rastlanmıştır. Özetlemek gerekirse, gözlemlenen sonuçlar ışığında gelecekte, biokütlenin işlenmesi ile elde edilecek küller, içerdikleri yüksek oranlardaki alkali ve toprak alkaliler nedeniyle, ucuz birer katalizör olarak kullanılabileceği ortaya çıkmaktadır.