POLİETİLEN ATIĞIN VE CEVİZ KABUĞUNUN BİRLİKTE SU BUHARI GAZLAŞTIRMASIYLA HİDROJENCE ZENGİN SENTEZ GAZI ÜRETİMİ. Elshan NADİROV

Transkript

1

2 POLİETİLEN ATIĞIN VE CEVİZ KABUĞUNUN BİRLİKTE SU BUHARI GAZLAŞTIRMASIYLA HİDROJENCE ZENGİN SENTEZ GAZI ÜRETİMİ Elshan NADİROV YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EYLÜL 2016

3 Elshan NADİROV tarafından hazırlanan POLİETİLEN ATIĞIN VE CEVİZ KABUĞUNUN BİRLİKTE SU BUHARI GAZLAŞTIRMASIYLA HİDROJENCE ZENGİN SENTEZ GAZI ÜRETİMİ adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Kimya Mühendisliği Anabilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Özkan Murat DOĞAN Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Başkan : Prof. Dr. Gülay ÖZKAN Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye : Prof. Dr. Nail YAŞYERLİ Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Tez Savunma Tarihi: 06/09/2016 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum... Prof. Dr. Hadi GÖKÇEN Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

4 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Elshan NADİROV 06/09/2016

5

6 iv POLİETİLEN ATIĞIN VE CEVİZ KABUĞUNUN BİRLİKTE SU BUHARI GAZLAŞTIRMASIYLA HİDROJENCE ZENGİN SENTEZ GAZI ÜRETİMİ (Yüksek Lisans Tezi) Elshan NADİROV GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Eylül 2016 ÖZET Günümüzde her ne kadar enerjinin büyük bir kısmı fosil kökenli kaynaklardan karşılanıyor olsa da, bu kaynakların tükenir ve çevre sorunlarına neden olması alternatif ve temiz enerji kaynakları arayışını gündeme getirmiştir. Alternatif enerji kaynakları arayışı kapsamında yapılan çalışmalarda atıkların, özellikle plastik ve biyokütle atıklarından farklı dönüşüm teknolojileri ile daha temiz enerji üretilmesinin ve ekonomiye katkı sağlayabileceğinin mümkün olduğu görülmüştür. Bu teknolojiler içerisinde gazlaştırma teknolojisi önemli bir yere sahiptir. Gazlaştırma sonucunda üretilen sentez gazından değerli kimyasal maddelerin de (hidrojen, amonyak ve metanol gibi) üretilmesi mümkündür. Bu amaçla polietilen atığı ve ceviz kabuğunun gazlaştırma işlemi ile hidrojen üretimine yönelik olarak bu çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada, dolaylı olarak ısıtılan ve gazlaştırma ajanı olarak su buharı kullanılan, kuartz dan yapılmış 40 mm çapında sabit yataklı reaktör sistemi kullanılmıştır. Gazlaştırma için gerekli sıcaklık bir fırın yardımı ile, su buharı ise buhar jeneratörü vasıtası ile sağlanmıştır. Çalışmada plastik atık olarak polietilen (PE) atık ve biyokütle atık olarak ceviz kabuğu (CK) kullanılarak gazlaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Gazlaştırma işlemi yapılacak plastik ve biyokütle atığı ilk önce öğütülerek kaba ve elementel analizleri yapılmıştır. Ortalama çapı 1,15 mm olan polietilen atık ve ceviz kabuğu kütlece değişik yüzde oranlarda, farklı sıcaklık (600 o C, 650 o C, 700 o C, 750 o C, 800 o C ve 850 o C), farklı su buharı akışı (5, 10 ve 15 g su/dk ) ve farklı katalizörler (MgO, CaO ve K2CO3) kullanılarak gazlaştırma işlemine tabi tutulmuştur. Atık karışım oranının, sıcaklığın, su buharı akış hızının ve katalizörlerin gazlaştırma sonucu oluşan sentez gazı bileşimi üzerine etkileri araştırılmıştır. Gaz bileşimi gaz kromatografi cihazında analiz edilmiş ve hidrojen, metan, karbonmonoksit ve karbondioksit için gaz verimliliği belirlenmiştir. Deneyler sonucunda, gaz ürün içerisinde bulunan H2 ve CO hacimce yüzdeleri katalizörsüz çalışmalarda H2: %13 %69, CO: %14 76, katalizörlü çalışmalarda ise H2: %2 %70, CO: %18 - %64 aralığında bulunmuştur. H2/CO mol oranı ise 0,05 4,6 aralığında değiştiği görülmüştür. Çalışma şartlarına göre en verimli gazlaştırmanın %100 ceviz kabuğunun K2CO3 katalizörüyle 800 o C sıcaklıkta, 15 g su/dk buhar akış hızında yapılan deneyde olduğu gözlemlenmiştir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Gazlaştırma, polietilen, ceviz kabuğu, sentez gazı Sayfa Adedi : 68 Tez Danışmanı : Prof. Dr. Ö. Murat DOĞAN

7 v PRODUCTION OF HYDROGEN-RICH SYNGAS FROM STEAM CO-GASIFICATION OF POLYETHYLENE WASTE AND WALNUT SHELL (M.Sc. Thesis) Elshan NADIROV GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES September 2016 ABSTRACT Nowadays, although big part of our energy demands are meet by fossil-based sources, due to the facts that these kind of sources are exhaustible and cause environmental problems, investigating alternative and clean energy sources has been major concern. Researches carried out within the scope of investigating alternative energy sources show that from wastes particularly from plastic and biomass wastes, with the help of different conversion technologies production of new and cleaner energy, which will contribute economy in great extent, is possible. The gasification technology as one of these technologies has specific importance, as it is possible to produce valuable chemicals such (as hydrogen, ammonia and methanol) from syngas which is the product of that technology. For this purpose these studies were performed for hydrogen production with gasification proses of polyethylene waste and walnut shell. In this study, fixed bed reactor system with 40 mm diameter is used which is made of quartz and heated indirectly and where the water vapor is used as the gasification agent. The temperature required for gasification is supplied by furnace and the steam is provided by steam generator. Gasification was performed using polyethylene as a plastic waste and walnut shell as a biomass waste. First these wastes were grinded, then quartz and elemental analyses were carried out. Polyethylene waste and walnut shell mass in which average diameter of pieces were 1,15 mm, were subjected to different percentages, different temperatures (600 o C, 650 o C, 700 o C, 750 o C, 800 o C and 850 o C), different steam flow (5, 10 and 15 g water/min) and different catalysts (MgO, CaO, K2CO3) during gasification process. Effects of waste mixture ratio, temperature and steam flow rate on syngas, product of gasification, were investigated. The gas composition was analyzed in gas chromatography equipment and gas efficiency was determined for hydrogen, methane, carbon monoxide and carbon dioxide. As a result of the experiments, volume percentages of H and CO that were in the gas products, were within the range of H2: %13 %69, CO: %14 %76 and H2: %2 %70, CO: %18 %64, in studies without catalysts and with catalysts, respectively. H2 / CO molar ratio was found to range from 0,05 to 4,6. According to conditions of this study, most efficient gasification was observed in experiment which 100% of walnut shell was used, in 800 o C temperature and 15 g water/min steam flow ratio, with the presence of K2CO3 as a catalyst. Science Code : Key Words : Gasification, polyethylene, walnut shell, syngas Page Number : 68 Supervisor : Prof. Dr. Ö. Murat DOĞAN

8 vi TEŞEKKÜR Tez konusunu seçerken isteklerimi göz önünde bulundurup bana yardımcı olan, eğitim aldığım 2 yıl boyunca bilgilerini benden esirgemeyen, bilimsel alanda araştırma yeteneğimi geliştirmeme büyük katkı sağlayan, öğrencisi olmaktan onur duyduğum ve ayrıca tecrübelerinden yararlanırken göstermiş olduğu hoşgörü ve sabrından dolayı tez danışmanım sayın Prof. Dr. Özkan Murat DOĞAN a, tez konusu alanında edindiğim değerli bilgilerden dolayı sayın hocam Prof. Dr. Bekir Zühtü UYSAL a, Türkiye de eğitimim için maddi destek olan Azerbaycan Eğitim Bakanlığına, deneyler boyunca her zaman bana yardım eden arkadaşlarım Özgü YÖRÜK, Elif AKSOY, Emre UZUN ve Agieb Elnazır Agieb HAMMAD a, deney süresi boyunca çıkan sistem sorunlarında bana yardımcı olan sayın Muammer ve Lokman ustaya, her zaman Üniversite ilgili belge işlemlerinde bana yardım eden sayın Doğan KARA ya ve Türkiye de Yüksek Lisan eğitimim için her zaman bana destek olan değerli annem Tamella ya ve babam İnşallah a tüm kalbimle teşekkürlerimi sunarım.

9 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... ABSTRACT... TEŞEKKÜR... İÇİNDEKİLER... ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ŞEKİLLERİN LİSTESİ... RESİMLERİN LİSTESİ... SİMGELER VE KISALTMALAR... iv v vi vii ix x xiii xiv 1. GİRİŞ BİYOKÜTLE Biyokütle Oluşumu Biyokütle Kaynakları Bitkisel atıklar Hayvansal atıklar Şehir ve endüstri kaynaklı atıklar Biyokütle Çevrim Teknolojileri Ceviz Kabuğu PLASTİKLER VE PLASTİK ATIKLAR Plastiklerin Tarihi Plastik Atık Kaynakları Polietilen Plastiklerin Geri Kazanımı Plastik Atıkların Çevreye Etkileri GAZLAŞTIRMA... 17

10 viii Sayfa 4.1. Gazlaştırma Prosesinin Tarihi Gazlaştırma Reaksiyonları Gazlaştırma Teknolojileri Sabit yataklı gazlaştırıcı Akışkan yataklı gazlaştırıcı Sürüklemeli akışlı gazlaştırıcı Döner fırın gazlaştırıcı Plazma gazlaştırıcı LİTERATÜRDE YAPILAN ÇALIŞMALAR DENEYSEL ÇALIŞMALAR Deney Sistemi ve Deneylerin Yapılışı Sentez Gazı Analizi BULGULAR VE TARTIŞMA Sıcaklığın Etkisi Karışım Oranları Etkisi Su Buharı Etkisi Katalizör Etkisi SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKÇA EKLER EK-1. Öğütülmüş Ceviz Kabuğu Örneği EK-2. Öğütülmüş PE Atığı Örneği ÖZGEÇMİŞ... 68

11 ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Türkiye nin arazi varlığı ve kullanımı, bitkilerin ekim alanları ve miktarları... 5 Çizelge 2.2. Türkiye deki bahçe bitkilerinin yıllık toplam üretimi ve atık miktarları... 5 Çizelge 2.3. Türkiye deki tarla ürünlerinin yıllık toplam üretimi ve atık miktarları... 6 Çizelge 2.4. Biyokütle kaynakları, çevrim teknikleri, elde edilen yakıtlar ve uygulama alanları... 8 Çizelge 2.5. Türkiye nin dünyada lider olduğu ürünler... 9 Çizelge 3.1. Polietilenin fiziksel özellikleri Çizelge 6.1. CK ve PE atığın kaba analizi Çizelge 6.2. CK ve PE atığın element analizi Çizelge 6.3. Gazlaştırma parametreleri Çizelge 6.4. Gaz analizi sıcaklık programı Çizelge g su/dk buharı akış hızında yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar Çizelge g su/dk buharı akış hızında yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar Çizelge g su/dk buharı akış hızında yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar Çizelge 7.4. Katalizörlerle yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar... 53

12 x ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Doğal biyokütle çevrimi... 3 Şekil 3.1. Plastiklerin numaralandırılması Şekil 3.2. Atık türleri Şekil 3.3. Etilen monomeri ve polietilenin şematik gösterimi Şekil 3.4. Geri dönüşüm yöntemlerinin şematik görünümü Şekil 3.5. Bazı plastik atıkların doğada yok oluş süreçleri Şekil 4.1. Dünya genelinde gazlaştırma kapasitesinin birikimli toplamı Şekil 4.2. Yukarı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı Şekil 4.3. Aşağı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı Şekil 4.4. Karşıt akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı Şekil 4.5. Dolaşımlı akışkan yataklı gazlaştırma sistemi Şekil 4.6. Kabarcıklı akışkan yataklı gazlaştırma sistemi Şekil 4.7. Sürüklemeli akışlı gazlaştırma sistemi Şekil 4.8. Döner fırın gazlaştırıcı sistemi Şekil 4.9. Alter Nrg Plazma Gazlaştırıcı sistemi Şekil 5.1. Elde edilen kuru gazın temel bileşenlerinin konsantrasyonları Şekil 6.1. Deney düzeneği şeması Şekil 7.1. %100 CK nun 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil 7.2. %100 CK nun 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil 7.3. %100 CK nun 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil 7.4. %75 CK + %25 PE karışımının 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil 7.5. %75 CK + %25 PE karışımının 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi... 43

13 xi Şekil Sayfa Şekil 7.6. %75 CK + %25 PE karışımının 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil 7.7. %50 CK + %50 PE karışımının 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil 7.8. %50 CK + %50 PE karışımının 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil 7.9. %50 CK + %50 PE karışımının 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %25 CK + %75 PE karışımının 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %25 CK + %75 PE karışımının 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %25 CK + %75 PE karışımının 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %100 PE nin 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %100 PE nin 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %100 PE nin 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil g su/dk buhar akış hızında katı karışım oranının H2 gazı konsantrasyonuna Etkisi Şekil g su/dk buhar akış hızında katı karışım oranının H2 gazı konsantrasyonuna etkisi Şekil g su/dk buhar akış hızında katı karışım oranının H2 gazı konsantrasyonuna etkisi Şekil %100 CK ile yapılan deneylerde su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %75 CK + %25 PE karışımında su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %50 CK + %50 PE karışımında su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %25 CK + %75 PE karışımında su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi... 52

14 xii Şekil Sayfa Şekil %100 PE ile yapılan deneylerde su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil %100 CK nun 15g su/dk buhar akış hızında MgO katalizörü ile yapılan deneyde sıcaklığın gaz konsantrasyonuna etkisi Şekil %100 CK nun 15g su/dk buhar akış hızında CaO katalizörü ile yapılan deneyde sıcaklığın gaz konsantrasyonuna etkisi Şekil %100 CK nun 15g su/dk buhar akış hızında K2CO3 katalizörü ile yapılan deneyde sıcaklığın gaz konsantrasyonuna etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi Şekil MgO, CaO, K2CO3 katalizörlerin H2 konsantrasyonuna etkisi... 57

15 xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 6.1. Deney düzeneği Resim 6.2. Gaz kromatografısı cihazı ve bağlı bulunduğu bilgisayar... 38

16 xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Kısaltmalar Açıklamalar AYPE CK FAO PE PET PP PS PVC YYPE Alçak yoğunluklu polietilen Ceviz kabuğu Food and Agriculture Organization Polietilen Polietilen-tereftalat Polipropilen Polisitiren Polivinil klorür Yüksek yoğunluklu polietilen

17 1 1. GİRİŞ Günümüzde enerjinin büyük bir kısmı fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil kökenli kaynaklar enerji üretimi açısından vazgeçilmeyen bir öneme sahiptir. Fakat fosil kökenli enerji kaynaklarının kullanılması asit yağmurlarına, küresel ısınmaya ve hava kirliliği gibi çevresel sorunlara neden olmasıyla birlikte tükenir olması, bizleri bu enerji kaynaklarından bağımsız yapacak yeni alternatif enerji kaynaklarının bulunmasına yönelik çalışmalar yapmaya itmektedir. Günümüzde, dünyanın birçok ülkesinde alternatif enerji kaynaklarının bulunması yönünde birçok çalışma sürdürülmektedir. Bu çalışmalar arasında güneş, rüzgâr ve yenilenebilir olan biyokütle kaynakları yer almaktadır. Bu kaynaklar sürdürülebilir ve çevre kirliliği açısından fosil yakıtlarla kıyasla daha temiz olması, bu çalışmaların önemi vurgulamaktadır. Yenilenebilir kaynaklardan enerji elde edilmesine yönelik yapılan bu çalışmalar arasında biyokütle atığı (belediye atığı, evsel atık, inşaat atığı vb.) maddelerin enerjiye dönüştürme yöntemleri büyük bir paya sahiptir. Türkiye de her yıl milyon tonlarla ifade edilen tarımsal ve orman arazilerinde biyokütle atıkları oluşmaktadır. Bu atıklar yakılarak ya da çeşitli yerlerde depolanarak bertaraf edilmektedir. Biyokütle dışında, sanayinin gelişmesi ve artan nüfus ile orantılı olarak plastik üretiminin artması ve aynı zamanda da tüketimin yoğun olması, plastik atık oluşumunun artmasına neden olmuştur. Biyokütle ve atık maddelerin değerlendirilmesine olanak verecek yöntemler arasında gazlaştırma yöntemi yapılan çalışmalar arasında ön plana çıkmaktadır. Gazlaştırma işleminin yakarak enerji elde edilmesi yönteminden farklı olarak, çevre kirliliğine neden olmaması ve gazlaştırma sonucu elde edilen sentez gazının farklı birçok alanda hammadde olarak kullanılabilir olması, bu yöntemin önemini ve gerekliliğini göstermektedir. Gazlaştırma sonucu oluşan sentez gazı ister içten yanmalı motorlarda doğrudan kullanarak, isterse de içeriğinde olan gazları (H2, CO, CH4, CO2 vb.) ayırarak farklı amaçlar için kullanabilir, ya da farklı reaksiyonlarla (Fischer - Tropsch sentezi) gibi sıvı ürünlere (metanol, etanol, H2 vb.) dönüştürülmesi mümkündür. Bu çalışmada, plastik atık olarak polietilen türü atığın ve biyokütle olarak da ceviz kabuğunun ayrı ayrı ve birlikte kütlece farklı karışım oranlarında gazlaştırılması işlemi gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar laboratuvar ölçekli sabit yataklı gazlaştırıcıda yürütülmüştür. Gazlaştırma işlemi su buharı ortamında yapılmıştır. Çalışmalar kütlece farklı atık karışım oranında (%100 PE + %0 CK, %75 PE + %25 CK, %50 PE + %50 CK, %25 PE + %75

18 2 CK ve %0 PE + %100 CK), altı farklı sıcaklıkta (600 o C, 650 o C, 700 o C, 750 o C, 800 o C ve 850 o C) ve üç farklı su buharı akış hızında (5 g su/dk, 10 g su/dk ve 15 g su/dk) yapılmıştır. Ayrıca, ceviz kabuğu için üç farklı (CaO, MgO ve K2CO3) katalizörle de çalışma yapılmıştır. Deneyler sonucunda atık karışım oranının, sıcaklığın, su buharı akış hızının ve katalizörün sentez gazı içeriğine etkileri incelenmiştir. Amaç, Türkiye de çevre kirliliğine neden olan plastik ve biyokütle atıklarını değerlendirerek hem ekonomiye hem de alternatif enerji elde etme çalışmalarına yönelik olarak katkıda bulunmaktır.

19 3 2. BİYOKÜTLE 2.1. Biyokütle Oluşumu Biyokütle, yeşil bitkilerin güneş enerjisini fotosentez yolu ile kimyasal enerjiye dönüştürerek, depolaması sonucu meydana gelen ve canlı organizmaların kökeni olarak ortaya çıkan organik madde kaynakları olarak tanımlanmaktadır [1]. Biyokütlenin genel tanımı içeriği karbon, oksijen, hidrojen ve azottan oluşan bir hidrokarbon olarak tanımlayabiliriz. Bu elementler dışında bazı biyokütleler düşük kükürt içeriğine sahiptir. Ayrıca, bazı biyokütleler türlerine bağlı olarak %1 ile %15 arasında değişen miktarlarda inorganik maddeler içerebilir [2]. Canlı kütle ve dikili ürün deyimiyle eş anlama gelen biyokütle, çoğu kez zooplankton ve pitoplankton olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Bitkiler fotosentez sırasında güneş enerjisinden aldıkları enerjiyi kimyasal olarak selüloz şeklinde depolayıp daha sonra çeşitli şekillerde kullanmaktadırlar [1]. Organik maddeler enerji olarak sentezlenirken, oluşan oksijen de canlıların solunumu için atmosfere verilir. Organik maddelerin yakılması sırasında oluşan karbondioksit önceden bu maddelerin oluşumu sırasında atmosferden alındığından, enerjinin biyokütleden elde edilmesi sırasında çevre CO2 salınımı açısından korunmuş olur. Şekil 2.1 de bitkilerin güneş enerjisi, su ve havadaki karbondioksiti kullanarak oluşturduğu karbonhidrat, glikoz, lignin ve oksijen oluşumu prosesi verilmiştir [2]. Şekil 2.1. Doğal biyokütle çevrimi

20 Biyokütle Kaynakları Biyokütle, yaşayan ve ya kısa süre önce yaşamış bitki ve hayvanlardan türetilmiş organik maddelerden oluşur. Biyokütleye temel olarak ot, gıda bitkileri ve odunsu bitkiler, tarım ve ya ormancılık, yosun kalıntıları, belediye ve sanayi atıklardan oluşan organik yapıdaki bileşenler örnek olarak verilir [3]. Ayrıca petrol, doğal gaz ve kömür gibi yakıtlar canlı varlıkların yer altında milyonlarca yıl kalarak fosil büyokütleye dönüşümü gibi kabul edilebilir. Bu yakıtlar biyokütle ile aynı özellikler göstermiş olsalar da, yüksek sıcaklık ve basınç farklı değişime uğramış olduklarından dolayı yakıldıklarında havaya birçok zehirli madde bırakırlar. Karalardan denizlere kadar dünyanın hemen hemen her yerinde biyokütle kaynaklarını bulmak mümkündür [1]. Odun enerji elde edilmesi açısından en iyi biyokütle kaynağıdır. Fakat odun yetişmesi ve büyümesi uzun zaman alan ağaçların kesilmesi sonucunda elde edildiğinden, ormanlığın yok olmasına ve çevre felaketlerine neden olmaktadır. Bu nedenle son yıllarda doğal kaynakların yanı sıra suni kaynakların da yapılanmasına yönelik çalışmalar yapılmaktadır. Enerji üretimi için kullanılan biyokütle kaynakları bitkisel, hayvansal ve şehir ve endüstri kaynaklı atıklar olmakla üç başlık altında incelenebilir [2] Bitkisel atıklar Bitkisel atık olarak fındık, ceviz ve ayçiçeği kabuğu, prina, çiğit, bazı su otları, çay orman ürünlerini, 5-10 yıl arasında büyüyen ağaç türlerini içeren enerji ormanları, algleri, kuraklığa dayanıklı, suyu ve CO2 daha iyi kullanan ve daha iyi fotosentez verimine sahip olan mısır, tatlı şeker kamışı, sorgum gibi bitkileri örnek verilebilir [2]. Verilen istatistiklerden Türkiye nin yıllık biyokütle potansiyelinin yaklaşık 32 MTEP, toplam dönüştürülebilir biyoenerji potansiyelinin ise yaklaşık 16,92 MTEP olduğu söylenebilmektedir. Türkiye nin toplam tarımsal alanı hektardır. Bunun % 38 i ekili alan, % 45 i orman, % 10 u nadas alanı, % 7 si meyve ve sebze ekili alandır. Bu alanlarda oluşan en yüksek atık miktarı tahmini olarak arpa ve buğday yetiştiriciliğinde ve önemli miktarlarda pamuk ve mısır yetiştiriciliğinde oluşmaktadır (Çizelge 2.1). Türkiye de yaklaşık olarak Mtep yıllık toplam tarımsal atık miktarı oluşmaktadır.

21 5 Çizelge 2.1. Türkiye nin arazi varlığı ve kullanımı, bitkilerin ekim alanları ve miktarları Çizelge 2.2 de Türkiye de yıllık olarak bahçe bitkilerinin, Çizelge 2.3 de ise tarla ürünlerinin toplam üretimi ve atık miktarları verilmektedir [4]. Çizelge 2.2. Türkiye deki bahçe bitkilerinin yıllık toplam üretimi ve atık miktarları

22 6 Çizelge 2.3. Türkiye deki tarla ürünlerinin yıllık toplam üretimi ve atık miktarları Hayvansal atıklar Türkiye tarımsal üretimde olduğu gibi hayvancılıkta da önemli yere sahiptir. Bu alanda yetiştirilen hayvanların büyük bölümünü koyun, inek ve kümes hayvanları oluşturmaktadır. Hayvan yetiştiriciliğinde oluşan atıkların farklı modern biyokütle teknolojileri kullanılarak enerji elde edilmesi söz konusudur. Koyun, inek ve kümes hayvanları atıklarının ısıl değerleri sırasıyla yaklaşık 47,8, 3,6, ve 8,7 milyon GJ/yıl olarak bulunmuştur [4]. Hayvansal atıklar olarak hayvan kesiminde oluşan atıkları ve hayvan gübrelerini gösterebiliriz. Hayvancılıkta barınaklarda oluşan hayvansal atıklar tarım alanlarında üretimi artırmak amacı ile ticari amaçlı gübre olarak geniş ölçekte kullanılmaktadır. Böylece organik maddeler bakımından toprak dengesi korunmaktadır. Fakat Hayvancılıkta oluşan hayvansal atıkların çoğu bitki yetiştirmede kullanılmamaktadır. Barınaklarda oluşan hayvansal atıklar uygun şekilde depolanmadıklarından, barınaklarda ve çevrede büyük oranda kirliliğe neden olmaktadırlar [5]. Bu yüzden farklı dönüşüm teknolojileri ile hayvansal atıklardan biyogaz gibi ürünler elde etmekle hem çevre kirliliğini önlemek, hem de enerji üretimine katkı sağlanması açısından çalışmalar yapılmaktadır [6, 7] Şehir ve endüstri kaynaklı atıklar Şehir ve endüstri kaynaklı atıklara sanayi atıklarını, evlerden atılan çöplerde bulunan meyve ve sebze gibi atıklar gösterilebilir. Çöp depolama alanlarında ve evsel atık su arıtma

23 7 tesislerinde oluşan arıtma çamurları, önceden biyokimyasal aktiviteleri durdurulmamış ve stabilize edilmemişse farklı organizmalar tarafından en az su buharı ve karbondioksit kadar sera etkisinin oluşumunda etkili olmasından dolayı kontrol altına alınabilmesi için değerlendirilmektedir. Bunun için çöplerin toplandığı alanlarda ortaya çıkan gazların toplanmasını kolaylaştırmak için sondaj boruları düzenli bir şekilde yerleştirilerek oluşan gazların toplanması işlemleri yapılmaktadır. Elde edilen gazlar elektrik üretilmesi maksadı ile gaz jeneratörüne gönderilmektedir. Bunun dışında araçlara yakıt olarak, doğal gaz sistemlerinde ve kimya sanayisinde saf metan haline getirilerek kullanılmaktadır. Bu atıklardan enerji elde etmenin yollarından biri de Piroliz ve yüksek sıcaklıkta yakma işlemidir. Yakma işlemi zamanı elde edilen ısı elektrik üretimi için kullanılmaktadır [1, 8] Biyokütle Çevrim Teknolojileri Fosil kökenli kaynakların tükenir ve çevre sorunlarına neden olması durumunu göz önünde bulundurarak enerji elde etmede alternatif olan biyokütle ve katı atıklardan elde edilen enerjidir. Biyokütle enerji kaynağı olarak fosil kaynaklardan farklı bazı özelliklere sahiptir. Biyokütle kaynakları genelde homojen yapıya sahip olmayan, içeriği yüksek miktarda oksijen ve sudan oluşan, düşük yoğunluğa ve düşük ısıl değerlere sahiptirler. Bu özellikler yakıt gibi kullanma kalitelerini olumsuz etki etse de, fiziksel süreç ve bazı dönüşüm prosesleri uygulayarak ortadan kaldırılabilir. Çeşitli dönüşüm teknolojileri ile biyokütle kaynaklarından fosil kaynakların yerine geçecek kimya endüstrisi için değerli olan yüksek ısıl değeri ve aynı zamanda daha kullanışlı katı, sıvı ve gaz yakıtları elde edilmektedir [8]. Bu ürünlere örnek olarak, hidrojen, biyoetanol, biyogaz, biyodizel, pirolitik gaz gibi ürünler elde edilmektedir. Ayrıca, biyokütle farklı fiziksel işleme tabi tutularak kâğıt, mobilya, yalıtım malzemeleri yapımında da kullanılmaktadır. Çizelge 2.4 de bazı biyokütle kaynakları ve onlara uygulanan çevirim teknolojileri, elde edilen ürünler ve kullanıldıkları alanlar verilmiştir [4].

24 8 Çizelge 2.4. Biyokütle kaynakları, çevrim teknikleri, elde edilen yakıtlar ve uygulama alanları Biyokütle Çevrim Yöntemleri Yakıtlar Uygulama alanları Orman atıkları Havasız Çürüme Biyogaz Elektrik üretimi, ısınma Tarım atıkları Piroliz Etanol Isınma, ulaşım araçları Enerji bitkileri Doğrudan yakma Hidrojen Isınma Hayvansal atıklar Fermantasyon, Metan Ulaşım araçları, ısınma Havasız çürüme Çöpler (organik) Gazlaştırma Metanol Uçaklar Algler Hidroliz Sentetik yağ, Roketler Enerji ormanları Biyofotoliz Motorin Ürün kurutma Bitkisel ve Hayvansal yağlar Esterleşme reaksiyonu Motorin Ulaşım araçları, Isınma, seracılık 2.4. Ceviz Kabuğu Ceviz meyvesi, Karpat dağlarının güneyinden itibaren Türkiye, Irak, İran ın doğusunda, Doğu Avrupa ve Himalaya dağlarının ötesinde yerleşen ülkelerde yetişen sert kabuklu bitkidir. Ceviz ağaç üzerinde yeşil kabuk, sert kabuk ve iç cevizden oluşmaktadır. Ceviz meyvesinin kabuğuyla beraber ağırlığı ekolojik koşullara ve genetik yapılarına göre 2-25 g arasında değişmektedir. Kabuk kalınlığına göre kabuğu ince olan kağıt kabuklu ceviz ve kabuğu kalın ve sert olan çetin ceviz olarak bilinen farklı ceviz türleri bulunmaktadır [9]. Ceviz kabuğunun ağırlığı ortalama meyve ağırlığının yarısı kadardır [10]. FAO nun verdiği 2013 yılı bilgilerine göre Türkiye yıllık yaklaşık ton ceviz üretmekle dünya ceviz üretiminde ilk 10 da yer almaktadır [11]. Ortalama meyve ağırlığının yarısı kadarı kabuktan oluştuğunu varsaysak, Türkiye genelinde yaklaşık yıllık 106,70 bin ton ceviz kabuğu oluşmaktadır. Çizelge 2.5 ten göründüğü gibi Türkiye ceviz dışında fındık, zeytin gibi ürünlerin üretiminde de önemli yere sahiptir. Zeytin atıklarının ve fındıkkabuğunun değerlendirilmesi yapılan çalışmalardan görülmüştür [12, 13].

25 9 Çizelge 2.5. Türkiye nin dünyada lider olduğu ürünler(2013) [11] Bazı çalışmalarda gazlaştırma için yakıt olarak yüksek ısıl değerlerinden dolay çam yongaları yerine ceviz kabuğu kullanılmaktadır. Odunla kıyasta karşılaştırıldığında, ceviz kabuğunun farklı şekil ve bileşenlerinin olması, gazlaştırma prosesinde hava akınına karşı daha az direnç ve aynı zamanda yatak için daha düşük miktarlarda basınç dirençi göstermesi bununla ilgili yapılan çalışmalardan bilinmektedir [14].

26 10

27 11 3. PLASTİKLER VE PLASTİK ATIKLAR 3.1. Plastiklerin Tarihi İngiliz John Osborne 17. Yüzyılda kalıplama işlemi için doğal polimer olan boynuzu kullanmıştır. Daha sonraki yıllarda boynuz kalıplama işlemi gelişerek 19. Yüzyılda orta ölçekli seri üretim yapa bilecek endüstri haline gelmiştir. Yıllar geçtikçe içerisinde ilk plastiklerinde bulunduğu birçok malzemeler ortaya çıkmıştır yılında Bewley tarafından tropik ağaçlardan toplanan zamklar, özellikle gütaperka (gutta percha) ve lastik ilk plastik ekstrüderin yapımında kullanılmıştır. Polimer konusundaki çalışmalar sonraki yıllarda da devam etmiştir yılında Naylonun sentezi Wallace Carothers tarafından gerçekleştirilmiştir. Polimer çalışmaları konusunda Alman kimyageri Herman Stauding tanımladığı polimerizasyon koşullarının polimer üzerine etkisi çalışması için 1953 yılında Nobel ödülü kazanmıştır [15] Plastik Atık Kaynakları Plastikler, saf polimerlerden veya polimerlere katkı maddeleri katılarak kullanılan ve modifiye edilerek oluşturulan maddelerdir. Polimerler, içeriği karbon, azot, hidrojen, oksijen ve diğer organik ve inorganik elementlerin kombinasyonu sonucu meydana gelen monomer olarak adlandırdığımız küçük molekül grupların birbirilerine bağlanması sonucunda oluşturduğu yüksek molekül ağırlıklı ve uzun zincirli bileşiklerdir. Polimer aynı zamanda, içeriğinde uygun fonksiyonel gruplar olan basit yapıdaki moleküllerin birlikte oluşturduğu büyük moleküller olarak da tanımlanabilir. Plastikler ısıya gösterdikleri tepkilere göre termoset ve termoplastik olarak iki grupta incelenmektedir. Termoset plastiklerin çözücüye ve ısıya dirençli olmaları, ısıtıldıkça sertliklerinin artması, kopma ve çekme gibi özelliklerinden dolayı fiziksel dayanıklılığı termoplastiklere göre daha yüksektir. Termoplastikler ise termoset plastiklerle karşılaştırıldığında, daha yumuşak, kopmaya ve çözücülere karşı daha az dirençli, ısıtıldıkça yumuşayan özelliklere sahiptir. Termoplastikler esnek ve yumuşak oldukları için kolayca şekillendirilebilir [16]. Plastikler birçok özelliklerinden dolayı farklı alanlarda kullanılmaktadır. Bunlara özelliklere dayanıklı, hafif, güvenilir, ucuz ve birçok özellikleri sayabiliriz. Polietilen-tereftalat (PET), polietilen (PE), Polisitiren (PS), Polipropilen (PP), Polivinil klorid (PVC) ve diğerleri en

28 12 yaygın kullanılan plastik türlerine örnek gösterilebilir. Polietilen-tereftalat; yiyecek kapları, alkolsüz içecekler, maden suyu şişeleri vb., polietilen; çöp torbaları yapımında, yiyecek kapları, derin dondurucu poşetleri, deterjan şişeleri vb., Polipropilen; dondurma kapları, çeşitli ambalaj amaçlı kutular, sebze-meyve torbaları vb., Polivinil klorür; sulama hortumları, endüstriyel kaplama vb., Polisitiren; yoğurt kapları, ofis araç v gereçleri vb. örnek gösterilebilir. Plastikler türlerine göre sınıflandırılarak 1 den 7 ye kadar numaralandırılmaktadır. Bu plastikler içerisinde Polivinil klorid, Polisitiren ve diğerleri zararlı olup yakıldığında havaya zehirli gazlar salmaktadırlar. Aşağıda verilen Şekil 3.1 de Plastiklerin numaralandırılması verilmiştir [17]. Şekil 3.1. Plastiklerin numaralandırılması Bu plastikler kullanıldıktan sonra yararsız olan plastik atık olarak ortaya çıkmaktadır. Şekil 3.2 de bazı katı atık maddelerin sınıflandırılması verilmiştir [18]. Şekil 3.2. Atık türleri [18]

29 Polietilen Polietilen (PE), etilen monomerinin polimerleşmesi sonucunda ortaya çıkan uzun zincirli homopolimer yapıya sahip makromoleküldür. Tarihte ilk defa polietilen alçak yoğunluklu polietilen (AYPE) olarak üretilmiştir. Yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) ilk defa Ziegler-Natta adıyla bilinen katalizörün bulunmasından sonra üretilmiştir. Günümüzde polietilen toplam üretilmiş plastiklerin % 40 ına sahip olmakla en çok üretilen polimer olarak bilinmektedir. Polietilen düşük maliyetinden dolayı plastik tüp, plastik kutu, kabloların yalıtkan kısımları, boru, kap, oyuncak, kaplama, mutfak eşyası ambalaj filmi gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Aynı zamanda plastik şişe, torba, poşet, çanta yapımından da geniş ölçekte kullanılmaktadır [15]. Alçak yoğunluk polietilen (AYPE), yaygın olarak kg/cm 2 basınç altında ve C sıcaklık aralığında serbest radikallerin reaksiyon başlatıcı etkisi ile etilenin polimerizasyonu sonucu elde edilmektedir. Şekil 3.3 de polietilen ve onun monomeri verilmiştir. Şekil 3.3. Etilen monomeri ve polietilenin şematik gösterimi YYPE Elektrik direnci yüksek, hidrofobik bir polimerdir. Film hâlinde gaz geçirgenliği vardır. Nitrik aside karşı dayanıksızdır C nin altında çözücülerin büyük bölümünde çözünmez. Suya ve inorganik tuzların sudaki çözünürlüklerine dayanıklıdır. Aşağıdaki Çizelge 2.6 da AYPE ve YYPE nin bazı fiziksel özellikleri verilmiştir [19]. Çizelge 3.1. Polietilenin fiziksel özellikleri AYPE YYPE Özgül ağırlığı 0,915 0,925 g/ml 0, Kristalinin erime noktası C o C Gerilme kuvveti psi psi Darbe dayanımı Kırılma yok 0,5 20 ft, - lb, in/ notch

30 Plastiklerin Geri Kazanımı Geri dönüştürülebilir plastik atıklar kırma makinalarında küçük parçalara ayırılmadan önce cinslerine göre ayırılır. Bu parçalar ya direk orijinal hammadde ile karıştırılarak, ya da katkı maddeleri katarak ikinci sınıf hammadde olarak kullanılmaktadır. 1 ton plastik atık geri dönüştürüldüğünde kwh enerji tasarruf sağlanmaktadır. Buna göre, Türkiye genelinde elde edilecek enerji tasarrufu miktarı yıllık 4 Milyon MWh tır [20]. Şekil 3.4 te de verildiği gibi terminoloji bakımından geri dönüşüm 4 kategoride incelenmektedir: 1. Birincil geri dönüşüm (mekanik işlem uygulayarak, eşit özellikli ürünler elde etme). Genellikle kapalı döngü geri dönüşüm olarak ortaya çıkmaktadır. 2. İkincil geri dönüşüm (mekanik işlem uygulayarak alt özellikli ürünler elde etme) atık toplamaya dayalı kapalı döngü geri dönüşüm olarak nitelendirilmektedir. 3. Üçüncül geri dönüşüm (kimyasal bileşenlerin geri dönüşümü) kimyasal bileşenlerin polimerlerden depolimerize olması yolu ile oluşturduğu kimyasal veya hammadde geri dönüşümü gibi bilinmektedir. 4. Dördüncül geri dönüşüm ( enerji geri kazanımı) ise enerjinin atıklardan geri kazanımı olarak tanımlanmaktadır. Şekil 3.4. Geri dönüşüm yöntemlerinin şematik görünümü

31 15 PE, PP ve PET de dahil tüm termoplastikler yüksel mekanik geri dönüşüm potansiyeline sahip malzemelerdir [21] Plastik Atıkların Çevreye Etkileri Plastik maddeler günlük hayatımızda büyük miktarlarda kullanılmaktadır. Bu plastiklerin çoğunun kullanıldıktan sonra atılması büyük çevre kirliliğinin oluşmasına neden olmaktadır. Çukurova Üniversitesi Çevre Sorunları Araştırma ve Uygulama Merkezi nin yaptığı araştırmaya göre içeriğinde kanserojen maddeleri barındıran siyah poşetler doğada 1000 yıldan fazla sürede çözünmeden kalabilmektedir. Plastik atıkların çevrede birikmesi kötü görünüm oluşturmakla beraber aynı zamanda uzun süreli kirliliğe neden olmaktadır ve poşetlerin kirlettiği alanlar nehirlere ve denizlere kadar ulaşmaktadır [22]. Aşağıdaki Şekil 3.4 de birkaç atığın doğada yok olma süreçleri verilmiştir [23]. Şekilden de göründüğü gibi, karton ve metal atıklar doğada birkaç yıl içerisinde tamamen yok olmasına rağmen, plastikler doğada bin yıllar boyunca bozulmadan kalabilmektedirler. Bu nedenle plastik atıklar doğada kendiliğinden kaybolmadan uzun süre çevre kirliliğine neden olmaktadır [24]. Şekil 3.5. Bazı plastik atıkların doğada yok oluş süreçleri [23] Hayatsal akışımızda birçok alanda plastik malzemelerden yapılmış ürünleri çok kullanmaktayız. Otomobil, inşaat malzemeleri, elektrikli ev aletleri, gıdaların ambalajı, temizlik malzemeleri ve daha birçok alanda karşımıza çıkmaktadır. Yaşam standartlarının yükselmesi ile paralel olarak toplumda ambalajlı ürün kullanımının artışında beraberinde

32 16 getirdi. Bu nedenle kullanılan ürünün çeşitliliğini ambalajlama çeşitliğini de arttırmıştır. Bu hızla artış-çevre sorununu da gündeme getirmektedir. Çünkü plastik doğada kendiliğinden kaybolmamakta, bu da çevre kirliliği oluşturmaktadır. İnsanların çevre bilincini arttırmak gerekmektedir. Plastik atıkların geri kazanımı bu sorunların çözüm yollarından biri olabilir. Geri kazanım hem çevre kirliliğinin önlenmesinde yardımcı olur, hem de ekonomiye önemli ölçüde katkı sağlar [22].

33 17 4. GAZLAŞTIRMA 4.1. Gazlaştırma Prosesinin Tarihi Gazlaştırma insanların uzun zamandan beri kullandıkları bir prosestir. İlk defa sentez gazı üretimi kömürün pirolizi işlemi ile üretilmesi İskoçyalı mühendis Murdoch tarafından gerçekleştirilmiştir. Daha sonra Londra da 1812 yılında kömürden gaz üretmek maksadı ile kurulan ilk gaz şirketi Westminster Köprüsü nün aydınlatılmasını sağlamıştır. İlk defa kömürden gaz üretimi yapan tesis 1816 yılında Amerika Birleşik Devletleri nde kurulmuştur. Gazlaştırma işlemi daha da geliştirilerek, Carl Von Linde nin 1920 yılında yaptığı havanın soğutma çevrimi ile bileşenlere ayrılması işlemini ticari olarak gerçekleştirilmesi ile yaptığı çalışmaya kadar havayla gerçekleştirilen gazlaştırma prosesinde oksijenin kullanılmasıyla birlikte sentez gazı ve hidrojen üretimi gerçekleştirilmiştir. Daha sonralar 1926 yılında Winkler, 1931 yılında Lurgi, 1940 da Koppers Totzek Gazlaştırma Prosesleri bulunmuş ve uygulanmaya başlanmıştır. Türkiye de ise ilk defa 1853 yılında gazlaştırma prosesi Dolmabahçe Gazhanesinde kullanılmıştır [25]. Günümüzde gazlaştırma Günümüzde gazlaştırma teknolojisi enerji alanında en hızla gelişen teknolojiler arasında yer almaktadır. Şekil 4.1 den de görüldüğü gibi özellikle de son yıllık döneme bakıldığında her ne kadar gazlaştırma alanında yapılan çalışmalar planlandığı ölçüde yapılmasa da, bu yıllarda gazlaştırma işlemi geniş ölçüde yapılmaktadır li yıllarda gazlaştırmanın enerjiye katkısı 40 GWth olduğu halde, günümüzde 110 GWth a ulaşmıştır. Çalışma kapasitesinin büyümesi öncelikle Asiye ülkeleri olan Çin, Hindistan, Güney Kore ve Moğolistan da daha etkili ölçüdedir [26].

34 18 Şekil 4.1. Dünya genelinde gazlaştırma kapasitesinin birikimli toplamı Enerji maliyetlerinin artması ve çevresel sorunların farkına varılması gazlaştırma teknolojisine ilginin artmasına gösterilen birçok nedenlerden arasında temel nedenler olarak gösterile bilir. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığının 2016 yılında verdiği bilgilere göre, dünya çapında 272 den fazla gazlaştırma tesisinde olan 686 adet gazlaştırıcı bulunmaktadır. Sadece 74 tesiste bulunan 238 gazlaştırıcının ürettiği enerji 83 MWth değerindedir. Bunlardan 33 ü Amerika Bileşik Devletlerinde bulunuyor [26] Gazlaştırma Reaksiyonları Gazlaştırma, içeriği karbon, oksijen, hidrojen ve azot gibi elementlerden oluşan katı bileşiklerin yüzeyinde yüksek sıcaklıkta gerçekleşen katı-gaz reaksiyonu sonucu ortaya çıkan yanabilen gaz elde etme işlemidir. Gazlaştırma prosesi için sisteme verilen su buharı, hava, oksijen ile bitümlü şist, ağaç atıkları ve kömür gibi katılar gazlaştırma işlemine tabi tutuluyor ve gazlaştırma sonucunda elde edilen gaz bileşimi içerisinde yanabilir metan ve hidrojen gazlarının yanı sıra karbondioksit, karbonmonoksit ve azot gibi gazlar da bulunuyor. Katı-gaz reaksiyonu katıların yüzey alnındaki gözeneklerde gerçekleşen bir kimyasal işlem olarak bilinmektedir. Gazlaştırma işlemi ile yakma işlemi birbirilerinden farklıdır. Katıların yanması sonucu genelde su ve karbondioksit oluştuğu halde, gazlaştırma sonucu hidrojen, oksijen, azot, karbonmonoksit, karbondioksit, metan ve birçok azot ve kükürt oksitleri oluşuyor. Gazlaştırma sonucu elde edilen gazlar yanabilen gazlardır. Yanma prosesinden farklı olarak gazlaştırma zamanı genelde endotermik reaksiyonlardan dolayı sıcaklık düşüşü gözlemlenir.

35 19 Gazlaştırma işlemi düşük ve yüksek sıcaklıklı gazlaştırma olarak 2 ye ayrılabilir. Düşük sıcaklıklı gazlaştırma genelde 700 o C o C, yüksek sıcaklıklı gazlaştırma ise yaklaşık 1200 o C o C sıcaklıkta gerçekleşiyor. Genelde gazlaştırma sıcaklıkları katının türüne bağlı olarak belirlenmektedir. Gazlaştırma işlemi için oksijen veya hava gibi yanma ortamı sağlayacak gazlar gerekmemektedir. Gazlaştırma reaksiyonları gerçekleştiği sırada veya ondan önce katılar pirolize uğruyor. Katıların partikül tipi ve boyutu, ısıtma hızı ve gazın akış hızı gibi parametreler elde edilen gaz bileşimine ve piroliz prosesine doğrudan etki etmektedir [24]. Gazlaştırıcıda endotermik reaksiyonların gerçekleşmesi için gerekeli sıcaklık yanma reaksonlarının gerçekleşmesi ile oluşuyor. Isıl enerjinin ayrılması ile beraber karbondioksit ve su da oluşuyor. Yanma zamanı genelde aşağıdaki iki reaksiyon oluşuyor. Tam yanma: karbonun oksijende tam yanması ile karbondioksit oluşumu. C + O2 CO ,77 kj /mol karbon (4.1) Kısmi yanma: karbonun ve karbonmonoksitin oksijende kısmi yanması ile karbonmonoksit ve karbondioksit oluşumu. C + 1 O2 CO kj /mol karbon (4.2) 2 CO + 1 O2 CO kj /mol karbon (4.3) 2 Hidrojenin oksidasyonu: hidrojenin az miktar oksijende yanması. H O2 H2O kj /mol H2 (4.4) Yukarda verilen yanma reaksiyonlar sayesinde üretilen ısı endotermik reaksiyonların gerçekleşmesine neden oluyor. Gazlaştırma verimi olan H2, CO, CH4 gibi yanıcı gazlar aşağıda verilen 4 temel gazlaştırma reaksiyonlarını oluşturuyorlar. Su gazı reaksiyonu: karbon ve su buharının reaksiyonu sonucu hidrojen ve karbon monoksit üretilmesidir.

36 20 C + H2O H2 + CO - 131,38 kj/kg mol karbon (4.5) Boudouard reaksiyonu: karbon ve karbondioksitten karbonmonoksitin oluşum reaksiyonu. CO2 + C 2CO - 172,58 kj/mol karbon (4.6) Su gazı yönlendirme (water-gas shift) reaksiyonu: karbon monoksit ve su buharından karbondioksit ile hidrojen oluşumu reaksiyonu. CO + H2O CO2 + H2-41,98 kj/mol (4.7) Metanlaşma: karbon ve hidrojenden metanın oluşumu reaksiyonu C + 2H2 CH4 + 74,90 kj/mol karbon (4.8) Sonuncu reaksiyon 1100 o C sıcaklıkta nikel bazlı katalizör ve 6-8 bar basınç altında hızlandırılabilir. Genelde bu uygulama metan elde edilmesine yönelik çalışmalarda kullanılmaktadır [24, 27] Gazlaştırma Teknolojileri Gazlaştırma sürecinde farklı biyokütle atıklarının plastik ve ceviz kabuğu gibi katı yakıtların hava, oksijen ve su buharı gibi oksidantlar ile temas edeceği bir ortamda, reaktörlerin içerisinde gerçekleşmektedir. Gazlaştırma işleminin gerçekleştiği bu reaktörlere gazlaştırıcı adı verilmektedir. Reaktör seçimi, kullanılacak yakıtın türüne, kullanım amacına, sistemin kapasitesine ve işletme zorlukları gibi kriterlere göre belirlenmektedir. Seçilen reaktör türüne bağlı olarak reaktör boyunca sıcaklık dağılımları, karbon dönüşümü, gaz ürün bileşiminde bulunan parçacık miktarı değişeceğinden elde edilecek son ürünün ısıl değeri ve bileşimi de reaktörün çalışma prensibinden doğrudan etkilenmektedir. Gazlaştırıcı türleri temel olarak sabit yataklı gazlaştırıcılar, akışkan yataklı gazlaştırıcılar ve sürüklemeli tip gazlaştırıcılar olmak üzere üçe ayrılır [25]. Fakat son yıllarda Döner fırın gazlaştırıcısı ve Plazma gazlaştırıcı reaktörleri de geliştirilmiştir.

37 Sabit yataklı gazlaştırıcı Kullanılan eski endüstriyel gazlaştırma prosesleri içinde yer almaktadır. Bu proseste gaz ürünlerin ile katı madde, kül ve reaktif gazlar arasında zıt yönde bir akış sağlanıyor olması, ısı taşınımı çok iyi gerçekleşmesine olanak sağlamaktadır. Bu tip gazlaştırıcılarda sisteme beslenen yakıtın tutunması ve belirli bir tepkime bölgesi oluşturmak amacıyla bir metal ızgara yerleştirilmiştir. Aynı zamanda bu tipteki gazlaştırıcılar gazın ve havanın akış yönüne göre aşağı akışlı gazlaştırıcılar, yukarı akışlı gazlaştırıcılar ve karşıt akışlı gazlaştırıcılar olmak üzere sınıflandırılmamaktadır [24]. Yukarı akışlı (Updraft) sabit yataklı gazlaştırıcılar Yakıt akışı, hava akışına ters olacak şekilde yukarıdan ve gaz beslemesi ise alt kısmından yapılmıştır. Elde edilen gaz ise gazlaştırıcının üst kısmından alınmaktadır. Bu tip gazlaştırıcılarda verim çok yüksek olmaktadır ve bu da sıcak gazların yakıt kolonundan geçerek oldukça düşük sıcaklıkta gazlaştırıcıyı terk etmesi ile alakalıdır. Damıtma ve kurutma bölgesinde meydana gelen ürünler ise; yağ, katran, buhar ve su olup bunlar oksitlenme bölgesine geçmezler. Bundan dolayı bu tip gazlaştırıcılarda uçucu madde oranı yüksek olan yakıtların gazlaştırılması yapılıyorsa, elde edilen gazın katran içeriği yüksek olacaktır. Birçok firma nemli hava kullanarak hem gaz kalitesi hem de gaz sıcaklığını külün ergime noktasının altında tutmaktadır. Bu tip gazlaştırıcıların en önemli tasarım parametreleri şöyledir: gaz çıkışının pozisyonu, yakıt yatağının yüksekliği, hava beslemesinin yöntemi, nemli hava girişi için ortalama buharlaşan su miktarı, ızgaranın boyutu ve tipi, ateş kutusu içi, beklenen özgül gazlaştırma oranı. Yukarı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı Şekil 4.2 de verilmiştir [29].

38 22 Şekil 4.2. Yukarı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı Aşağı akışlı (Downdraft) sabit yataklı gazlaştırıcılar Aşağı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcıların özellikleri gönderilen gazların ve katıların daralarak aşağıya doğru uzanan yatak boyunca aşağıya hareket etmesinden ve oluşan sentez gazının ise reaktörün alt kısmından alınmasından ibarettir. Biyokütle yakıtı hazne boyunca aşağıya doğru hareket ederek kısmi yanmadan önce kuruyor ve pirolize uğruyor. Gazlaştırıcının dar alanı yüksek sıcaklık dolayı katranın parçalanmasına ve gazların maksimum oranda karışmasına olanak sağlıyor. Aşağı kısımda yerleşen daralma veya boğazdan katran ile birlikte yanma gazlarının sıcak yakıttan geçerek içerisinde CO ve H2 gazlarının da bulunduğu gaz karışımını oluşturuyor. Bu gazlaştırıcıda %20 den daha düşüş nem ve % 5 den daha az kül içeriğine sahip eşit ölçekteki biyokütle yakıtlarını gazlaştırılması mümkündür. Aşağı akışlı gazlaştırıcı (İmbert tipli) genelde düzgün boyuttaki odunsu biyokütlelerin gazlaştırılmasında kullanılıyor. Aşağı akışlı gazlaştırıcıda elde edilen gaz karışımı yukarı akışlı gazlaştırıcı ile kıyasla daha düşük katran içeriğine ( %1), yüksek sıcaklığa ve daha çok partiküller maddeye sahiptir. Aşağı akışlı gazlaştırıcının boğaz kapasitesi biyokütle partikül boyutunun fiziksel sınırlamalarından dolayı 500kW ile sınırlıdır. Şekil 4.3 te aşağı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı örneği verilmiştir [30].

39 23 Şekil 4.3. Aşağı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı Karşıt akışlı (Crossdraft) sabit yataklı gazlaştırıcılar Karşıt akışlı sabit yataklı gazlaştırıcılar aşağı akışlı gazlaştırıcılarla birçok benzer özelliklere sahiptir. Hava veya hav/buhar karışımı sisteme aşağı kısma yakın yerleşen yanlardan gönderilirken ürün gazları da gönderilen gazların karşısındaki çıkıştan alınıyor. Genelde hava girişinin ağız kısmı yanma bölgesinin merkezine havayı sağlamak için kullanılıyor. Gönderilen hızlı hava sayesinde merkezde yanma oluşuyor. Yanma (oksidasyon) ve indirgeme bölgelerinin her ikisi ünitenin her iki tarafında konsantre ediliyor. Karşıt akışlı gazlaştırıcılar yük değişimlerine hızlı tepki veriyorlar. Bunlar motorları çalıştırmak için diğer sabit yataklı gazlaştırıcı türlerine göre daha basit ve uygundur. Ancak bu gazlaştırıcılar biyokütle bileşimlerine değişikliğine ve nem içeriğine daha hassastırlar. Şekil 4.4 te Karşıt akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı örneği verilmiştir [31].

40 24 Şekil 4.4. Karşıt akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı [32] Akışkan yataklı gazlaştırıcı Akışkan yataklı gazlaştırıcılar ticari olarak kullanılan ilk gazlaştırıcı tiplerinden biridir. Bu gazlaştırıcıların en etkili özelliği katı/gaz temasının ve mükemmel karışımın sağlanmasıdır [27]. Uygun parçacık boyutlarına getirilmiş yakıtlar Akışkan yataklı gazlaştırma sistemlerinde akışkan duruma getirilerek gazlaştırma işlemi yapılmaktadır. Bu sistemlerde parçacık boyutu mm ortalama çapında olan kömür ve biyokütlenin gazlaştırılması mümkündür. Sistemde kireç taşı, kum ve yakıtın kendi külü yatak malzemesi olarak kullanılıyor. Akışkan yataklı sistemler dolaşımlı ve kabarcıklı akışkan yataklı sistemler olmak üzere ikiye ayrılmaktadır [25]. Dolaşımlı akışkan yataklı gazlaştırıcı Dolaşımlı akışkan yataklı gazlaştırıcılarda gaz yeterince yüksek hızla püskürtüldüğünden, tüm katı parçacıkları fırın dışına çıkıyor. Fırın dışına çıkan katı parçacıkların büyük bir kısmı katı-gaz ayırıcıda tutuluyor ve fırın içinde katıların minimum derecede dikey karışımına neden olacak şekilde fırının tabanına geri gönderiliyor. Birinci yanma havası fırının tabanından, ikinci hava ise fırının tabanından belli bir yükseklikten enjekte ediliyor. Yakıt sıcaklık oluşturmak için fırının alt kısmına besleniyor. Yanma ısısının bir bölümü fırında

41 25 bulunan su-soğutucu veya buhar-soğutucu sayesinde absorbe ediliyor, geri kalanı ise baypas olarak bilinen daha aşağı yerleşen kısımda absorbe ediliyor. Bu tip sistemlerde reaktörün farklı bölgelerinde indirgeme, oksidasyon, piroliz ve kuruma reaksiyonları gerçekleştirilerek yoğun katı gaz karışımı sağlanmış oluyor. Reaktöre dağıtıcı plaka bulunmaktadır. Bu plaka sayesinde gazlaştırıcı ortama gazın geçişi sağlanıyor. Böylece karışımın homojen olması sağlanıyor. Dolaşımlı akışkan yatakta da yatak malzemesi bulunuyor ve bu yatak malzemesi bütün reaktör boyunca sıcaklık dağılımını daha homojen yapıyor. Akışkanlaşma hızı 5 10 m/s mertebesinde ve daha yüksek olduğunda yatak malzemesinin reaktörden çıkması mümkün oluyor. Şekil 4.5 de dolaşımlı akışkan yataklı gazlaştırma sistemi için örnek verilmiştir [27]. Şekil 4.5. Dolaşımlı akışkan yataklı gazlaştırma sistemi Kabarcıklı akışkan yataklı gazlaştırıcı Bu sistemlerde yatağa beslenen yakıtın akışkanlaşmaya başlaması gazlaşma ortamı hızı belli seviyeye ulaştıktan sonra gerçekleşiyor. Bu noktadaki hız akışkanlaşma hızı olarak tanımlanmaktadır. Bu tip reaktörler için akışkanlaşma hızı genellikle 2 3 m/s mertebesinde tutulmaktadır. Akışkanlaşma hızının daha yüksek hıza ulaşması yatağım genişlemesine ve

42 26 sonuçta yatak malzemesinin reaktörden dışarı çıkıp siklonda birleşmesine neden oluyor. Bunun için kabarcıklı akışan yataklı gazlaştırıcılarda hızın yükselmemesi için dikkat edilmelidir. Şekil 4.6 da kabarcıklı akışkan yataklı gazlaştırma sistemine ait şematik resim görülmektedir [25]. Şekil 4.6. Kabarcıklı akışkan yataklı gazlaştırma sistemi Sürüklemeli akışlı gazlaştırıcı Sürüklemeli akışlı sistemlerde gazlaştırıcı katı yakıt partiküllerini püskürterek buhar ve oksijen (hava) akımında süspansiyon haline getiriyor. Gazlaştırıcının yüksek sıcaklığı sayesinde kömürdeki kül eriyerek sıvı cüruf halde sistemden uzaklaştırılıyor ve bunun sayesinde bu sistemlerde katran içermeyen temiz sentez gazı alınması mümkündür. Ticari amaçlı geniş ölçekli uygulamalarda kullanılması için Texaco, Shell ve Koppers Totzek sürüklemeli akışlı gazlaştırıcılar olarak gösterilebilir. Bu gazlaştırıcılar genellikle 35 bar basınca kadar kullanılabilmektedir ve gazlaştırma ortamı olarak oksijen kullanılmaktadır. Genelde kömür gazlaştırılması için kullanılsada, atıkların gazlaştırılması içinde kullanılmaktadır. Şekil 4.7 de sürüklemeli akışlı yatak sistemine örnek olarak Noell tipli gazlaştırıcı sistemini gösterebiliriz [27].

43 27 Şekil 4.7. Sürüklemeli akışlı gazlaştırma sistemi [28] Döner fırın gazlaştırıcı Genellikle kireç, çimento ve tehlikeli atık sektörlerinde döner fırın gazlaştırma sistemi kullanılıyor. Yakıt hava ile birlikte kontrollü bir şekilde yatağın üst kısmından beslemesi yapılıyor. Yuvarlanma hareketi sayesinde yakıt fırının içinden geçerek hava ile karışması sayesinde gazlaştırma işlemi gerçekleştiriliyor. Gazlaştırma zamanı oluşan sentez gazı fırında içinde tutulur ve üst tarafından alınıyor. Döner fırınların çalışma prensibi parçacık boyutuna ve yakıt türüne bağlı olmadığından, sabit yataklı gazlaştırıcı ile kıyasta önemli avantajlara sahiptirler. Bu sebepten döner fırın farklı parçacık boyutlarında olan ve çeşitli yakıtlar için kullanılabilir. Şekil 4.8 de döner fırın gazlaştırıcı sistemi verilmiştir [33]. Şekil 4.8. Döner fırın gazlaştırıcı sistemi

44 Plazma gazlaştırıcı Plazma gazlaştırıcısı olarak Şekil 4.9 ta verilen Alter Nrg Plazma Gazlaştırıcıyı örnek gösterilebilir. İlk defa Westinghouse Plasma Corporation (WPC) tarafından üretilen bu gazlaştırıcı sistemi atık yönetimi konusunda lider konumuna gelmiştir. Bu sistemlerde plazma meşalesi reaktörde olan su soğutuculu çift bakır elektrottan ibarettir. Bu elektrotlar arasında oluşan yoğun akım sayesinde plazma için yüksek sıcaklık sağlanıyor. Bu teknoloji son on yılda, özelliklede Japonya da daha çok geliştirildi. Westinghouse Plasma Corporation sıcaklık verimi %60 - %70 aralığındadır. Genelde daha çok biyokütle, evsel atık ve diğer katı atıkların gazlaştırılmasında kullanılan gazlaştırma yöntemidir [34]. Şekil 4.9. Alter Nrg Plazma Gazlaştırıcı sistemi

45 29 5. LİTERATÜRDE YAPILAN ÇALIŞMALAR Bu güne kadar Türkiye de ve dünyanın birçok ülkelerinde kömür, biyokütle ve plastik atık gibi farklı hammaddelerin gazlaştırılması ile ilgili birçok araştırmalar ve çalışmalar yapılmaktadır. Uysal ve diğerleri [35] tarafından yapılan çalışmada üç farklı yöreye ait kömürlerden (Çanakkale-Çan, Kütahya Tunçbilek ve Konya-Ilgın-Gölyaka) laboratuvar ölçekli sabit yataklı gazlaştırıcıda su buharı ortamında gazlaştırma işlemi ile hidrojen üretmişler. 1-1,5 mm partikül boyutlarındaki kömürler 600 o C 800 o C sıcaklık aralığında ve hacimsel akış hızı 10 g/dk su buharı atmosferinde gazlaştırma işlemine tabi tutulmuşlardır. Yapılan çalışma sonucunda optimum gazlaştırma sıcaklığı 700 o C belirlenmiş ve gaz ürün içerisinde bulunan hidrojenin yüzdesi % aralığında değiştiği gözlemlenmiştir. Vural ve diğerleri [36] tarafından yapılan çalışmada Soma Eynez Havzasına ait linyit kullanılarak, sabit yatakta, dolaylı ısıtmalı ve su buharı ile yapılan gazlaştırma tekniği ile yüksek hidrojen içeren sentez gazı elde edilmişler. Kömür partikül çapı, su buharı akış hızı ve sıcaklık parametrelerinin etkileri deneysel olarak incelemişler. İnceledikleri deneysel aralıklarda, optimum koşullar 1,2 mm kömür ortalama partikül çapı, 700 o C sıcaklık ve 10 ml/dk su buharı akış hızı olarak belirlemişler. Yapılan analiz sonucunda elde edilen sentez gazında hidrojen, karbonmonoksit, metan ve karbondioksit gazlarının konsantrasyonları sırasıyla %63, %3, %2 ve %32 olarak belirlemişler. Ayrıca, kalsiyum oksit, magnezyum oksit, potasyum karbonat gibi katalizörlerin gazlaştırma sürecine katalitik etkisi de incelemişler. Bunların arasında en uygunu kalsiyum oksit olduğunu bu durumda hidrojen, karbonmonoksit, metan ve karbondioksit konsantrasyonları sırasıyla, %73, %10, %5 ve %12 olarak bulunmuşlar. Gafur, [24] bitümlü şist ve plastik atıkların birlikte laboratuvar ölçekli akışkan yataklı gazlaştırma sisteminde gazlaştırarak sentetik gaz ürün elde edilmesine yönelik bir çalışma gerçekleştirmiştir. Deneylerde kum yatak malzemesi olarak kullanılmış ve iki farklı Türk bitümlü şisti (Seyitömer ve Himmetoğlu) ve plastik atık karışımı(polietilen %56, polipropilen %28 ve polisitren %16) kullanmıştır. Bitümlü şist tipi ve plastik atık karışımının etkisi, su buharı akış hızı, besleme karışımı oranları ve gazlaştırma sıcaklıklarının gazlaştırma ürünü olan sentetik gazı üzerine etkilerini incelemiş ve yapılan

46 30 bütün deneylerde metan yüzdesinin diğerlerinden daha büyük olduğu gözlenmiştir (%25 (v/v) hidrojen ve %75 (v/v) metan). Ayrıca optimum çalışma sıcaklığı 800 o C olarak belirlemiştir. Meryemoğlu [37] yaptığı yüksek lisan tez çalışmasında buğday samanının farklı katalizörler kullanarak sulu faz reformlama(apr) yöntemi ile gazlaştırma işlemini gerçekleştirmiştir. 10 g buğday samanı 250ºC de 4061 psi CO2 basıncında 2 saat süre ile hidroliz edilmiş ve gazlaştırma deneylerini 100 ml lik 4590 model mikro bench tipi Parr reaktörde gerçekleştirmiştir. Çalışmaları katalizörlü ve katalizörsüz olarak gerçekleştirmiştir. Katalizör olarak karbon ve alümina üzerine yüklenmiş Pt, Pd ve Ru ve Raney Ni (Raney Ni 2400 ve Raney Ni 2800) kullanmıştır. Katalizörsüz deneylerde oluşan gaz hacmi 14,6 ml ye, katalizörlü deneylerde ise ml ye ulaşmıştır. Gaz ürünleri çift kanallı gaz kromatografisi (Varian-450 GC) ile analiz edilmiştir. Reformlama katalizörü varlığında ( örneğin, Pt %5 (karbon)) buğday samanı hidrolizatlarının APR çalışmasında H2, CH4 ve CO gazlarını içeren çeşitli miktarlarda gaz karışımları elde etmiştir. Lv ve diğerleri[38] tarafından biyokütlenin katalitik gazlaştırılması ile biyo-sentez gazı üretilmesi konusunda çalışma gerçekleştirmişler. Çalışmada gazlaştırıcı olarak akışkan yataklı gazlaştırıcı ve aşağı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcı tipli rekatörler, katalizör olarak dolomit ve Ni bazlı katalizör, gazlaştırma ajanı olarak da hava-buhar karışımı kullanmışlar. Ana değişken olarak sıcaklık ve ağırlık bazında saat başına yer hızı dikkate almışlar. Yapılan deneylerin analizi sonucunda optimum sıcaklık 750 o C, gaz karışımındaki H2 miktarı % 52,47 ve H2/CO oranı ise 1,87 ve 4,45 olarak bulmuşlar. Zaccariello ve Mastellone [39] gazlaştırıcı olarak akışkan yataklı gazlaştırıcıda plastik atık, tahta ve bunların kömürle karışımını gazlaştırmışlar. Deneyler sonucunda plastik atık içeren yakıtlardan biyokütle gibi yakıtlara göre da az H2, CO ve CO2 ve daha hafif hidrokarbonlar oluşduğunu belirlemişler. Plastik atık fraksiyonunun %0 dan %100 e taşındığı zaman düşük ısıl değerinin devamlı olarak 5,1-7,9 MJ/Nm 3 olarak artmıştır. Tahta biyokütle sadece 13,4 g/kg yakıt oluştururken, plastik atık yüksek katran verimi ve 161,9 g/kg yakıt oluşturuyor. Kömür içeren iki yakıtın testleri düşük karbon dönüşüm verimi gösterirken (sırasıyla 0,78 ve 0,70), tahta gazlaştırılması zamanı 0.93 karbon dönüşüm verimi göstermiştir. Plastik atık ve tahtanın birlikte gazlaştırılması zamanı test değişkenleri 0,53 den 0,73 e kadar değişirken,

47 31 plastik atık ve tahtanın gazlaştırılması zamanı benzer soğuk gaz verimi sırsıyla 0,75 ve 0,76 olduğu belirlenmiştir. Şekil 5.1. Elde edilen kuru gazın temel bileşenlerinin konsantrasyonları Yukarıdaki grafikte sunulan sonuçları yorumlayacak olursak, besleme karışımındaki plastik atık bileşimi arttıkça CO oluşumunda bir azalma olduğunu görülür. Ayrıca besleme karışımındaki plastik kesri %0 - %100 e doğru arttıkça, metan ve hafif hidrokarbonların konsantrasyonlarında bir artış söz konusu olduğu gözlemlemişlerdir. Burada, RP- geri dönüştürülmüş plastik, WRP-, odun ve geri dönüştürülebilir plastik, WRPC- odun, geri dönüştürülebilir plastik ve kömür, WC- odun ve kömür, WD- odundur. Okajima ve diğerleri [40] plastik atık gazlaştırılması ile hidrojen üretmişler. Gazlaştırıcı olarak kesikli reaktör ve plastik atık olarak ta polietilen atığı ve poliyen atık kullanmışlar. Gazlaştırma işlemi sırasında sıcaklık, basınç, katı gazlaştırma zamanını, katalizör (Ni, KOH ve NaOH ) ve plastik/su mol oranı parametrelerinin elde ettikleri gaz karışımı üzerine etkilerini incelemişler. Elde etmiş oldukları deney sonuçlarına göre, 700 o C sıcaklıklarda ve yüksek su mol oranlarında reaksiyon basıncına göre yüksek hidrojen verimi olan gaz karışımı elde etmişler. Kullanılan katalizörler arasında düşük maliyet hesaplandığı taktirde alkali (KOH ve NaOH) katalizörlerin kullanışının uygun olduğu sonucuna varmışlar. Fakat katalizör etkisini incelediklerinde Ni, KOH ve NaOH sırasıyla etkili olduklarını belirlemişler. Deneyler sonucunda alkali katalizörlerin zehirlenmediğini ve Ni katalizörünün ise zehirlenmiş olduğunu gözlemlemişler. Ayrıca üretilen hidrojenin yarısının su gazı

48 32 reaksiyonu ve su gazı yönlendirme reaskiyonu sayesinde sudan sağlanmış olduğunu gözlemlemişler. Moghadam ve diğerleri [41] akışkan yataklı gazlaştırıcıda biyokütle ve polietilen atığının birlikte katalitik buhar gazlaştırılması işlem ile hidrojen üretmişler. Biyokütle olarak hurma çekirdeği kabuğu kullanmışlar. Deneyler sonucunda kullanılan katı karışımın içerisinde ağırlıkça %25 PE olduğu durumda ve 800 o C sıcaklıkta oluşan sentez gazında hidrojen konsatrasyonun maksimum değeri hacimce % 76,18 olarak elde etmiştirler. Elde etmiş oldukları gazın kalorifik değerinin ise 15,98 MJ/Nm 3 olduğunu belirlemişler. Ayrıca, hurma çekirdeği kabuğu ve PE nin birlikte gazlaştırılması zamanı sıcaklığın yükselmesini katran oluşumunu %70 - %80 e kadar azaltmış olduğunu gözlemlemişler. PE atığından yüksek hidrojen verimli ( 108,8 g/kg hammadde) gaz elde etmişler. Kwon ve diğerleri [42] karbondioksit ortamında ve çeşitli basınçlarda belediye atıklarından sentez gazı üretilmesi için çalışma gerçekleştirmişler. Deneylerde gazlaştırıcı olarak Düşürme Tüplü Reaktör kullanmışlar. Yapmış oldukları çalışmada iki aşamada sıcaklık düşüşü gözlemlemişler. İlk sıcaklık düşüşünde o C ye düşüyor ve genelde biyokütlede C1-3 hidrokarbonların bozulması süreci gibi gözlemlemişler. İkinci sıcaklık düşüşünde ise genelde o C de ve belediye atıkları karışımındaki plastiklerin bozulması olarak tanımlamışlar. Yapmış oldukları tüm deneylerde CO2 enjekte edilmesinin katran oluşumunu azalttığını, CO konsantrasyonunu ise artırdığını belirlemişler. Ayrıca, CO2 kullanıldığında oluşan CO miktarının N2 kullanıldığından daha çok oluşmuş olduğunu belirlemişler. Hidrojen ve karbonmonoksitin en yüksek değerini %30 CO2 kullanıldığı durumda elde etmişler. Uysal ve diğerleri [43] laboratuvar ölçekli sabit yataklı gazlaştırma sisteminde linyitten sentez gazı üretilmesi yönünde çalışma gerçekleştirmişler. Kullandıkları linyit 2 3 mm parçacık boyutunda, 600 o C 800 o C sıcaklık aralığında ve 5 15 g/dk su buharı atmosferinde işleme tabi tutulmuşlardır. Deneyler sonucunda gazlaştırma sıcaklığının ve su buharı akış hızının elde edilen sentez gazı bileşimi üzerine etkilerini incelemişler. Yapmış oldukları analiz sonuçlarına göre elde edilen gaz karışımında hidrojenin konsantrasyonu %8 - %76 aralığında, karbonmonoksitin konsantrasyonu ise %15 - %83 aralığında değişmiştir. Elde etmiş olduğu sonuçlardan optimum gazlaştırma sıcaklığı 700 o C, optimum su buharı akış hizi ise 10 g/dk olarak belirlemişler.

49 33 Wu ve Williams [44] Polipropilen katalitik Piroliz-Gazlaştırılması ile hidrojen üretimi konusunda çalışma yapmışlar. Yapmış oldukları bu çalışmada buhar akış hızının, taşıyıcı gaz akış hızının ve sıcaklık parametrelerinin hidrojen konsantrasyonu üzerine etkisini incelemişler. Yapmış oldukları deneyler sonucunda, buhar akış hızının ve sıcaklığın kayda değer miktarlarda etki etmesine rağmen, taşıyıcı gaz akış hızının çok az etki ettiğini gözlemlemişler. Su buharı akış hızının 1,9 g/saat den 9,49g/saat e yükseltildiği durumunda hidrojen konsantrasyonunun oluşan gaz karışımındaki miktarının hacimce %63,5 den %70,4 e ulaştığını, buhar akış hızının 14,2 g/saat e yükseltilmesi durumunda ise hidrojen miktarında azalmanın olduğunu (61,4) belirlemişler. Deneylerde kütlece %10 Ni/CeO2/ZSM-5 katalizörlerin kullanılması durumunda sıcaklığın önemli etkisinin olduğu kanaatine varmışlar. Polipropilen in miktarının kütlece 136 dan 213,2 ye kadar artırılması ve sıcaklığın da 600 o C den 900 o C ye yükseltilmesi durumunda hidrojen oluşumunun hacimce %27 den %60,9 a yükseldiğini gözlemlemişler. Polipropilen in su buharı gazlaştırılması ile üretilen H2 in miktarı teorik olarak 42,9 g/100g polietilen olarak belirlemişler. Molino ve diğerleri [45] pilot ölçekli döner fırın gazlaştırıcıda çöp türevli yakıtların su buharı gazlaştırılması konusunda çalışma gerçekleştirmişler. Çalışmalarda 0,4-2,67 aralığında besleme oranının gaz özelliklerine etkilerini incelemişler. Bütün deneyler 850 o C sıcaklıkta yapmışlar. Çalışmalarda ana değişkenler olarak fırın sıcaklığı, gaz ve katı kalış süresi vs. parametreleri incelemişler. Deneyler sonucunda elde etmiş oldukları verilere göre besleme oranının artması durumunda gazın enerji içeriğinin azaldığını, gazın maksimum enerji içeriğinin ise besleme oranının 0,4 olduğu durumda elde etmişler. Bu durumda elde ettikleri gazın içeriği H2=%59,1, CO=%16,8 CO2=%20,1, CH4=%3, en yüksek alt ısıl değeri ise 16 MJ/kggas olarak bulmuşlar. Khan ve diğerleri [46] Hurma çekirdeği kabuğunun entegre katalitik absorpsiyon (ICA) su buharı gazlaştırılması ile H2 ile zengin gaz üretiminin geliştirilmesi konusunda çalışma gerçekleştirmişler. Gazlaştırma işlemi için pilot ölçekli akışkan yataklı gazlaştırıcı kullanmışlar. Deneylerde sıcaklık etkisi ( o C) ve kütlece su buharı/biyokütle oranının (1,5-2,5) H2 konsantrasyonu üzerine etkilerini, ürün gazı bileşimi, gaz verimliliği, gazlaştırma ve karbon dönüşümü verimi ve alt ısıl değeri parametreleri incelemişler. Deneyler sonucunda elde etmiş oldukları verilere göre 675 o C sıcaklıkta ve 2,0 su buharı /biyokütle oranında gaz karışımında H2 konsantrasyonunun en iyi değerinin hacimce %82,11

50 34 olduğunu gözlemlemişler. Ayrıca, 750 o C sıcaklıkta ve 2,0 su buharı /biyokütle oranında maksimum hidrojen veriminin 150 g/kg biyokütle olarak belirlemişler. Elde edilen ürün gazının en iyi ısıl değeri ise 600 o C sıcaklıkta ve 2,0 su buharı /biyokütle oranında 14,37 MJ/Nm 3 olduğunu hesaplamışlar. Kalici ve diğerleri [47] palmiye yağı atıkları ve diğer bazı biyokütlelerden hidrojen üretimi karşılaştırmalı ekserjetik performans analizi konusunda çalışma gerçekleştirmişler. Çalışmada palmiye yağı ve farklı biyokütlelerin gazlaştırılması sonucu elde ettikleri hidrojenin ekserjetik performans analizini incelemişler. Gazlaştırma da iki farklı gazlaştırıcı kullanmışlar. Birinci gazlaştırıcı yöntemi üçlü metal katalizör destekli palmiye yağ atıklarının su buharı gazlaştırılması olmuştur. Gazlaştırma da kabuk, lif ve meyve ağazı demeti kullanmışlar ve sırasıyla 22,7, 21,1 ve 20,03 MJ/kg elde etmişler. Çalışmalar katalizörsüz, kalsine edilmiş dolomit ve üçlü metal katalizörü kullanılmış ve elde ettikleri gaz karışımı içerisinde H2 konsantrasyonu hacimce %36,5 den %53,6 ya yükselmiştir. Katalizörsüz, kalsine edilmiş dolomit ve üçlü metal katalizörü ile elde edilen sentez gazının enerji değeri sırasıyla 14,59, 16,65 ve 15,15 MJ/kg olmuştur. İkinci gazlaştırıcı meyve ağacı demetinin akışkan yataklı gazlaştırıcıda hava gazlaştırılması yöntemi olmuştur. Her iki yöntemli yapılan deneylerde hidrojen ve yanıcı gaz içeriği için gazlaştırma sıcaklığı, katalitik yatak sıcaklığı, su buharı/biyokütle oranı, eşdeğerlik oranı ve parçacık boyutlarını incelenmişler. Sonuç olarak meyve ağacı demetinin performans analizi sonuçlarının altı farklı biyokütle kaynağı ile karşılaştırılması yapılmıştır. Altı farklı biyokütle için sentez gazının enerji verimi ve H2 verimi 4,07-6,95 MJ/kg ve %25,73-%55,4, meyve ağacı demeti için ise 12,35 MJ/kg ve %61,66 olarak elde edilmiştir.

51 35 6. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Deneysel çalışmalarda öğütülerek elekten geçirilmiş ortalama boyutu 1,15 mm (0,63 1,68 mm) olan ceviz kabuğu (CK) ve plastik atık olarak atık polietilen (PE) kullanılmıştır. Öğütme işlemi dışında CK ve PE atığına hiçbir ön işlem yapılmadan orijinal numune olarak kullanılmıştır. CK ve PE atığının kaba analizi ve Leco CHN 1000 markalı cihaz ile elementel analizi yapılmıştır. Çizelge 6.1. CK ve PE atığın kaba analizi (orijinal numune) Ceviz kabuğu % Nem % Uçucu madde % Kül % sabit C 7,87 67,92 0,66 23,55 PE(AYPE) 0,67 96,76 1,57 1,68 Çizelge 6.2. CK ve PE atığın element analizi (orijinal numune) % v/v Ceviz kabuğu C H N O S 48,7 5,71 0,72 41,77 0,1 PE(AYPE) 69,67 10,12 0,09 18,55 0, Deney Sistemi ve Deneylerin Yapılışı Gazlaştırma işlemi bir fırının içerisine yerleştirilmiş ve içinde elek olan 4 cm çapında ve 110 cm boyunda silindirik şeklinde cam kolondan oluşan sabit yatakta gerçekleştirilmiştir. Şekil 6.1 ve Resim 6.1 de deney düzeneğinin şeması ve resmi verilmiştir.

52 36 Resim 6.1. Deney düzeneği Şekil 6.1. Deney düzeneği şeması Gazlaştırıcıya gönderilen buhar, elektrikli buhar jeneratöründen sağlanmaktadır. Buhar jeneratöründe vanalı çıkış bulunmaktadır. Vanalı çıkışla gazlaştırıcı arasında jeneratörden gelen yoğunlaşmış buhar suyunu tutmak için yoğunlaşma balonu bulunmaktadır. Bunun sayesinde buhar, sudan ayrılarak doğrudan gazlaştırıcı kolona verilmektedir. Doygun su

53 37 buharı akış hızı yoğunlaşan suyun hızı ölçülerek belirlenmiştir. Su buharını yıkama şişesinden 5 dakika geçirdikten sonra yıkama şişesinin (etrafı buz ile kaplı bir banyo içerisinde ) içindeki soğuk suyun hacmindeki artış hesaplanır ve su hacmindeki artış yoğunlaşan buharın hacmi olarak alınmıştır. Elde edilen artış miktarını geçen buhar süresine bölerek buhar akış hızı hesaplanmaktadır. Buhar vanasından çıkan buhar miktarını arttırıp azaltarak ve yıkama şişesinde akış hızını ölçme işlemlerini devam ettirerek istenilen buhar akış hızına ulaştıktan sonra buhar, gazlaştırıcıya reaktörün alt kısmından gönderilmiştir. Sisteme beslenen katının akışını kolaylaştırmak için azot gazı kullanılmıştır. Her deneyde sisteme katı beslemeden önce kolon içerisinden oksijeni veya havayı tamamen uzaklaştırmak için yaklaşık 5 dakika boyunca azot gazı geçirilmiştir. Kolondan oksijeni uzaklaştırdıktan sonra katı besleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Biyokütle ve plastik atık reaktöre üst kısımdan beslenmiş ve bunun için motorlu besleyici kullanılmıştır. Katılar sisteme 10 g/dk sabit besleme hızında ve her deney için en az 20 g beslenmiştir. Gazlaşma sonucunda oluşan kül, reaktörün alt kısmında bulunan kül tutma balonunda biriktirilmiştir. Kolonun ortasında bulunan eleğin tıkanmadığından emin olmak için 1-2 deneyden sonra kolon soğutularak temizleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Gazlaşma sonucu oluşan gazlar reaktörün üst kısmında bulunan gaz çıkışından çıkıp iki geri soğutucu ve üç nem tutucudan geçerek numune şişelerinde numune almak için tutulmaktadır. Geri soğutucular hem buharı yoğunlaştırıp tutmak için, hem de gazın sıcaklığını düşürmek amacıyla kullanılmıştır. Geri soğutuculardan geçen nemli gaz önce silikon nem tutucudan, sonrada CaCl2 nem tutucudan geçirilerek suyu uzaklaştırılmıştır ve sentez gazı numune alma şişelernde analiz için toplanmıştır. Deneylerde 1,15 mm ortalama partikül çaplı biyokütle olarak ceviz kabuğu ve 1,15 mm ortalama partikül çaplı plastik atık olarak polietilen atığı kullanılmıştır. Deney sırasında farklı karışım oranı, sıcaklık, buhar akış hızları ve katalizör gibi parametrelerin gazlaştırma ve oluşan gazlar üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu parametreler aşağıdaki Çizelge 6.3 te verilmiştir.

54 38 Çizelge 6.3. Gazlaştırma parametreleri % 100 CK % 75 CK + % 25 PE Karışım oranı, g % 50 CK + % 50 PE % 25 CK + % 75 PE % 100 PE Sıcaklık, o C 600 o C, 650 o C, 700 o C, 750 o C, 800 o C, 850 o C Doymuş su buharı akış hızı, g su/dk 5, 10, 15 Katalizörler CaO, MgO, K 2CO Sentez Gazı Analizi Elde edilen sentez gazı numunesi gaz kromatografi cihazı kullanılarak analiz edilmiştir. Gaz kromatografi cihazının kolonu silika jeldir. Analiz sırasında taşıyıcı gaz olarak argon gazı kullanılmıştır. Gaz akış hızı 13 ml/dk ve gönderilen numunenin hacmi ise 0,5 ml dir. Gaz analizi cihazı ve sıcaklık programı sırasıyla Resim 6.2 ve Çizelge 6.4 te verilmiştir. Resim 6.2. Gaz kromatografısı cihazı ve bağlı bulunduğu bilgisayar Çizelge 6.4. Gaz analizi sıcaklık programı Başlangıç Sıcaklığı ( o C) Sabit kalma süresi (dk) Isıtma hızı ( o C/dk) 50 3, , , , ,0 0 0 Son sıcaklık ( o C)

55 39 7. BULGULAR VE TARTIŞMA Biyokütle ve plastik atıklardan enerji elde edilmesine katkı sağlamak amacıyla yapılan bu çalışmada sabit yataklı gazlaştırıcıda gazlaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada katı besleme hızı ve partikül boyutu sabit tutularak, biyokütle ve plastik karışım oranı, sıcaklık, su buharı akış hızı ve farklı katalizörler kullanılarak gazlaştırma üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmalar ilk önce tüm karışım oranı, sıcaklık ve buhar akış hızlarında katalizör kullanmadan yapılmıştır. Daha sonra %100 ceviz kabuğu karışımında tüm sıcaklıklarda ve 15 g su/dk buhar akış hızında her üç katalizörle(cao, MgO ve K2CO3) yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda elde edilen gaz numuneleri gaz kromatografi cihazı ile analiz edilmiş ve elde edilen tüm sonuçlar Çizelge te verilmiştir. Elde edilen değerler, azot ve oksijen gazları hariç H2, CO, CH4 ve CO2 gazlarının hacimce toplam yüzdeleri olarak verilmiştir. Bu değerlere göre elde edilen gaz ürünlerine karışım oranı, sıcaklık, su buharı akış hızı parametrelerinin etkileri incelenmiştir. Çizelge g su/dk buharı akış hızında yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar Besleme karışım oranı (ağırlıkça) %100 CK %75 CK + %25 PE %50 CK + %50 PE %25 CK + %75 PE %100 PE Sıcaklık, o C Gaz içeriği H 2, %(v/v) 13,01 26,40 35,44 20,09 28,78 34,19 CO, %(v/v) 66,24 51,75 48,21 53,66 44,99 41,12 CH 4, %(v/v) 18,95 17,39 13,64 22,35 23,53 22,44 CO 2, %(v/v) 1,80 4,46 2,70 3,90 2,70 2,25 H 2, %(v/v) 18,42 31,14 37,24 37,69 39,32 43,31 CO, %(v/v) 58,82 60,98 52,03 38,92 37,39 34,66 CH 4, %(v/v) 3,91 4,22 10,72 19,83 15,31 20,10 CO 2, %(v/v) 18,84 3,66 0,00 3,56 7,99 1,92 H 2, %(v/v) 16,61 13,45 13,37 30,58 53,07 50,40 CO, %(v/v) 63,16 54,57 55,65 29,07 22,49 23,84 CH 4, %(v/v) 14,03 22,20 26,41 33,09 18,10 20,77 CO 2, %(v/v) 6,20 9,77 4,57 7,25 6,34 4,99 H 2, %(v/v) 24,31 31,75 37,81 33,32 30,79 42,05 CO, %(v/v) 58,38 55,98 50,59 40,59 41,80 19,43 CH 4, %(v/v) 0,00 12,27 11,59 21,92 22,19 35,94 CO 2, %(v/v) 17,31 0,00 0,00 4,18 5,22 2,58 H 2, %(v/v) 17,18 25,42 21,28 26,00 27,88 34,17 CO, %(v/v) 68,91 39,98 38,21 26,10 19,01 26,48 CH 4, %(v/v) 13,91 21,29 32,71 38,82 40,94 36,97 CO 2, %(v/v) 0,00 13,30 7,80 9,07 12,17 2,38

56 40 Çizelge g su/dk buharı akış hızında yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar Besleme karışım oranı (ağırlıkça) %100 CK %75 CK + %25 PE %50 CK + %50 PE %25 CK + %75 PE %100 PE Sıcaklık, o C Gaz içeriği H 2, %(v/v) 8,06 18,16 33,03 34,41 24,94 30,99 CO, %(v/v) 68,73 57,06 40,61 40,12 46,01 42,51 CH 4, %(v/v) 18,12 20,87 23,23 21,75 27,59 26,25 CO 2, %(v/v) 5,08 3,90 3,12 3,71 1,47 0,25 H 2, %(v/v) 15,05 21,65 14,27 20,70 28,66 48,05 CO, %(v/v) 70,17 64,79 64,92 49,54 44,01 40,74 CH 4, %(v/v) 6,14 13,55 17,20 23,34 23,79 9,64 CO 2, %(v/v) 8,65 0,00 3,61 6,41 3,54 1,56 H 2, %(v/v) 31,33 34,20 39,94 31,20 39,61 47,84 CO, %(v/v) 52,21 51,51 49,05 47,59 31,00 27,69 CH 4, %(v/v) 5,70 8,00 7,98 13,57 24,39 19,81 CO 2, %(v/v) 10,77 6,29 3,04 7,64 5,00 4,66 H 2, %(v/v) 13,84 28,40 19,11 15,63 34,60 45,62 CO, %(v/v) 75,94 58,26 66,64 48,03 40,87 27,21 CH 4, %(v/v) 0,00 11,59 9,77 25,61 19,13 27,17 CO 2, %(v/v) 10,22 1,75 4,48 10,72 5,41 0,00 H 2, %(v/v) 25,93 22,44 21,14 24,11 28,09 31,05 CO, %(v/v) 52,41 56,63 52,47 23,53 18,50 23,41 CH 4, %(v/v) 21,66 6,29 15,71 41,13 38,21 35,94 CO 2, %(v/v) 0,00 14,65 10,69 11,24 15,19 9,60 Çizelge g su/dk buharı akış hızında yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar Besleme karışım oranı (ağırlıkça) %100 CK %75 CK + %25 PE %50 CK + %50 PE %25 CK + %75 PE %100 PE Sıcaklık, o C Gaz içeriği H 2, %(v/v) 29,23 31,20 47,69 55,25 59,39 41,59 CO, %(v/v) 61,88 44,70 35,89 30,02 25,28 31,84 CH 4, %(v/v) 8,89 17,34 16,42 14,73 13,62 26,56 CO 2, %(v/v) 0,00 6,77 0,00 0,00 1,71 0,00 H 2, %(v/v) 9,37 13,16 19,51 25,55 35,07 34,26 CO, %(v/v) 73,19 67,31 61,31 53,10 39,26 35,82 CH 4, %(v/v) 6,28 14,62 17,23 16,46 21,98 28,77 CO 2, %(v/v) 11,16 4,90 1,95 4,89 3,69 1,15 H 2, %(v/v) 26,06 36,85 38,60 46,62 53,96 69,33 CO, %(v/v) 51,32 58,03 53,52 46,39 28,08 14,96 CH 4, %(v/v) 0,00 3,37 0,00 1,52 7,53 1,81 CO 2, %(v/v) 22,62 1,76 7,88 5,47 10,43 13,91 H 2, %(v/v) 16,27 19,26 27,58 34,80 25,80 45,95 CO, %(v/v) 59,75 63,72 47,67 44,03 49,61 29,46 CH 4, %(v/v) 0,00 8,98 11,22 16,31 19,96 21,20 CO 2, %(v/v) 23,98 8,04 13,53 4,86 4,63 3,40 H 2, %(v/v) 20,00 22,83 23,14 35,02 29,01 21,95 CO, %(v/v) 63,01 49,28 53,83 47,04 25,93 37,09 CH 4, %(v/v) 16,99 21,89 23,03 11,08 32,65 40,96 CO 2, %(v/v) 0,00 5,99 0,00 6,86 12,40 0,00

57 Konsantrasyon, % v/v Sıcaklığın Etkisi Gazlaştırma işlemi altı farklı sıcaklıkta (600 o C, 650 o C, 700 o C, 750 o C, 800 o C ve 850 o C) gerçekleştirilmiştir. Sıcaklığın gaz bileşimlerine etkisini görmek amacıyla Çizelge deki verilere göre Şekil deki grafikler elde edilmiştir. Bu grafiklerde CK ve PE atığın beş farklı karışımının (%100 CK, %75 CK + %25 PE, %50 CK + %50 PE, %25 CK + %75 PE, %100 PE) üç farklı su buharı akış hızlarındaki katalizörsüz yapılan gazlaştırma sonunda elde edilen gaz ürün konsantrasyonlarının sıcaklıkla değişimi verilmiştir. Şekil te %100 CK nun üç farklı su buharı akış hızında yapılan gazlaştırma işlemine sıcaklığın etkisi gösterilmektedir. Her üç şekil incelendiğinde sıcaklığın artması ile CO miktarında azalma, H2 ve CH4 miktarında ise artma görülmüştür. Özellikle sıcaklığın, 700 o C den sonra H2 konsantrasyonunda etkili olduğu görülmektedir. Bu sonuç, literatürde yapılan çalışmalarla [35,43] desteklenmektedir. Şekil 7.3 incelendiğinde H2 konsantrasyonun 800 o C sıcaklıkta kayda değer bir artış gösterdiği görülmektedir. Diğer yanda CO konsantrasyonu 600 o C sıcaklıkta en iyi değere sahipken sıcaklığın yükselmesiyle konsantrasyonun düşmeye başladığı tespit edilmiştir. CH4 konsantrasyonunda ise sıcaklık artışı ile küçük bir artış gözlenirken CO2 konsantrasyonunda değişim olmadığı görülmüştür H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.1. %100 CK nun 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi

58 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.2. %100 CK nun 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.3. %100 CK nun 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil da %75 CK + %25 PE karışımının üç farklı su buharı akış hızında yapılan deneylerde sıcaklığın etkisi gösterilmektedir. Her üç şekil incelendiğinde sıcaklığın artması ile Şekil deki grafiklere benzer olarak CO ve CO2 miktarında azalma, H2 ve CH4 miktarında ise artma gözlenmektedir. Özellikle 800 o C o C sıcaklıklarda H2 konsantrasyonunda kayda değer artış olduğu görülmektedir. CO konsantrasyonu 600 o C, 650 o C sıcaklıkta en iyi değere sahipken sıcaklığın artması ile konsantrasyonun düşmeye başladığı tespit edilmiştir. CH4 konsantrasyonunda ise küçük bir artış görülmüş ve en iği verimin Şekil 7.6 da verildiği gibi 850 o C de olduğu bulunmuştur.

59 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.4. %75 CK + %25 PE karışımının 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.5. %75 CK + %25 PE karışımının 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.6. %75 CK + %25 PE karışımının 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi

60 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v 44 Şekil da %50 CK + %50 PE karışımının üç farklı su buharı akış hızında yapılan deneylerde sıcaklığın etkisi gösterilmektedir. Şekilleri incelendiğinde, sıcaklığın artması ile H2 konsantrasyonunun arttığı, özellikle 800 o C ve 850 o C sıcaklıklarda maksimum değere ulaştığı görülmüştür. CO konsantrasyonunun sıcaklığın artması ile azaldığı görülmektedir. Sıcaklığın artması ile CH4 konsantrasyonu buhar akış hızına bağlı olarak değişim göstermiştir H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.7. %50 CK + %50 PE karışımının 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.8. %50 CK + %50 PE karışımının 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi

61 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil 7.9. %50 CK + %50 PE karışımının 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil de %25 CK + %75 PE karışımının üç farklı su buharı akış hızında yapılan deneylerde sıcaklığın etkisi gösterilmektedir. Şekiller incelendiğinde öncelikle H2 konsantrasyonunda 600 o C den 750 o C e kadar önemli bir değişiklik olmadığı, 800 o C den sonra artış olduğu görülmüştür. CO konsantrasyonu bazı sıcaklıklarda pik verse de genel olarak düşme eğilimi göstermektedir. CH4 konsantrasyonu ise sıcaklıkla doğru orantılı değişim sergilemiştir H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %25 CK + %75 PE karışımının 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi

62 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %25 CK + %75 PE karışımının 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %25 CK + %75 PE karışımının 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil te %100 PE nin üç farklı su buharı akış hızında yapılan deneylerde sıcaklığın etkisi gösterilmektedir. PE nin tek başına gazlaştırılması durumunda sıcaklığın H2 konsantrasyonu üzerinde önemli bir etkisi olmadığı görülmektedir. CO konsantrasyonunda ise yukarıdaki durumlar ile benzer değişim gözlenmiştir. Şekil de CH4 konsantrasyonu 750 o C de artış gösterse de, Şekil 7.15 te sapma olduğu görülmüştür.

63 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %100 PE nin 5 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %100 PE nin 10 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %100 PE nin 15 g su/dk buhar akışı hızında gazlaştırılması sonucu sıcaklığın gaz konsantrasyonu üzerine etkisi

64 48 Şekillerden anlaşıldığı gibi, tüm karışım oranları ve su buharı akış hızlarında sıcaklık, 600 o C den 850 o C ye arttıkça oluşan gaz ürünündeki hidrojen miktarı artmaya ve karbonmonoksit miktarı azalmaya başlamıştır. Aynı zamanda, CH4 konsantrasyonu sıcaklığın artması ile doğru orantılı değişim göstermiştir. Yapılan gazlaştırma işlemi esnasında deney sistemi hazır hale geldikten sonra, beslemenin verilmesi ile sistemde ani olarak sıcaklık düşüşü yaşandığı görülmüştür. Bunun nedeni, ortamda oksijen veya hava olmadığından yanma reaksiyonunun gerçekleşmemesi ve gerçekleşen reaksiyonların endotermik olmasıdır. Gazlaştırma sırasında kolonda gerçekleşebilecek reaksiyonlar aşağıdaki gibidir [35, 43]. Su gazı reaksiyonu: C + H2O CO + H2-131,38 kj/mol (4.5) Boudouard reaksiyonu: C + CO2 2CO -172,58 kj/mol (4.6) Su gazı yönlendirme reaksiyonu: CO + H2O CO2 + H2-41,98 kj/mol (4.7) Metanlaşma reaksiyonu: C + 2H2 CH4 +74,90 kj/mol (4.8) 7.2. Karışım Oranları Etkisi Gazlaştırma işlemi farklı karışım oranında (%100 CK, %75 CK + %25 PE, %50 CK + %50 PE, %25 CK + %75 PE, %100 PE) gerçekleştirilmiştir. Karışım oranının gaz ürün bileşimindeki H2 konsantrasyonu üzerindeki etkisini incelemek amacıyla Çizelge daki verilerden Şekil deki grafikler elde edilmiştir. Bu şekiller üç farklı (5, 10 ve 15 g su/dk) buhar akış hızlarındaki katalizörsüz yapılan deneylerin sonuçlarını göstermektedir. Şekil 7.16 incelendiğinde gaz karışımındaki en yüksek H2 konsantrasyonu en yüksek değeri %50 CK + %50 PE karışım oranında elde edilmiştir. Şekil 7.17 ye bakıldığında, 850 o C sıcaklıkta ceviz kabuğu ve PE nin her üç (%75 CK + %25 PE, %50 CK + %50 PE, %25 CK + %75 PE) karışım oranının H2 konsantrasyonuna hemen hemen aynı derecede etki ettiği görülmektedir. Şekil 7.18 de ise en yüksek H2 konsantrasyonun %50 CK + %50 PE karışım oranında elde edildiği görülmektedir.

65 H 2 konsantrasyon, % v/v H 2 konsantrasyon, % v/v Karışım oranı, % ağırlıkca Şekil g su/dk buhar akış hızında katı karışım oranının H2 gazı konsantrasyonuna Etkisi Karışım oranı, % ağırlıkca Şekil g su/dk buhar akış hızında katı karışım oranının H2 gazı konsantrasyonuna etkisi

66 H 2 konsantrasyon, % v/v Karışım oranı, % ağırlıkca Şekil g su/dk buhar akış hızında katı karışım oranının H2 gazı konsantrasyonuna etkisi 7.3. Su Buharı Etkisi Gazlaştırma işlemi 3 farklı su buharı akış hızında (5, 10 ve 15 g su/dk) gerçekleştirilmiştir. Su buharı akış hızının gaz ürün bileşimindeki H2 konsantrasyonunu üzerine etkisini incelemek amacıyla Çizelge deki verilerden Şekil grafikler elde edilmiştir. Bu şekiller her bir karışım oranı için katalizörsüz yapılan deneylerde buhar akış hızlarının H2 konsantrasyonuna karşı grafiğini göstermektedir. Şekil 7.19 ve 7.21 incelendiğinde en yüksek H2 konsantrasyonları 15 g su/dk buhar akış hızında bulunmuştur. Şekil 7.20 incelendiğinde ise 5 g su/dk buhar akış hızının H2 konsantrasyonu açısından daha verimli olduğu görülmektedir. Şekil 7.22 ve 7.23 incelendiğinde her üç buhar akış hızının H2 verimliliğine yaklaşık aynı derecede etki ettiği fakat 15 g su/dk buhar akış hızının daha verimli olduğu bulunmuştur.

67 H 2 konsantrasyonu, % v/v H 2 konsantrasyonu, % v/v H 2 konsantrasyonu, % v/v g su/dk buhar akış hızı Şekil %100 CK ile yapılan deneylerde su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi g su/dk buhar akış hızı Şekil %75 CK + %25 PE karışımında su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi g su/dk buhar akış hızı Şekil %50 CK + %50 PE karışımında su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi

68 H 2 konsantrasyonu, % v/v H 2 konsantrasyonu, % v/v g su/dk buhar akış hızı Şekil %25 CK + %75 PE karışımında su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi g su/dk buhar akış hızı Şekil %100 PE ile yapılan deneylerde su buharı akış hızının H2 konsantrasyonu üzerine etkisi Şekil e göre, %50 CK + %50 PE karışımı, 850 o C sıcaklık ve 15 g su/dk buhar akış hızı koşulları sağlanarak en yüksek H2 konsantrasyonu ve H2/CO mol oranına sahip sentez gazı elde edilmiştir. Daha düşük sıcaklıklarda yapılacak deneylerde, %100 CK ve 15 g su/dk buhar akış hızında veya %50 CK + %50 PE karışım oranında ve 10 g su/dk buhar akış hızında çalışılması gerekmektedir. Sıcaklığın ve su buharı akış hızının artması sentez gazında H2 miktarının oluşumuna olumlu yönde etki etmektedir. Bu durumun, yüksek sıcaklıklarda gazlaştırma ortamında bulunan su buharının karbonla reaksiyonu sonucunda hidrojen ve karbonmonoksitin oluşması, daha sonra ise oluşan karbonmonoksitin yeniden su buharı ile hidrojene ve karbondioksite dönüşümü ile ilgili olduğu düşünülmektedir. Su gazı reaksiyonu : C + H 2 O CO + H 2 (4.5) Su gazı yönlendirme reaksiyonu : CO + H 2 O CO 2 + H 2 (4.7)

69 Katalizör Etkisi Gazlaştırma prosesine ve oluşan sentez gazı içeriğine katalizör etkisini görmek amacıyla %100 CK nun 15 g/dk su buharı akış hızı ve altı farklı sıcaklıkta katalizörlerle gazlaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Katalizör olarak MgO, CaO ve K2CO3 kullanılmıştır. Yapılan deneylerde kullanılan CK ağırlıkça miktarının %10 u kadar katalizör kullanılmıştır. Çizelge 7.4 teki verilen bilgilere göre elde edilen Şekil da katalizörle yapılan deneylerin sıcaklık/konsantrasyon grafikleri verilmiştir. Çizelge 7.4. Katalizörlerle yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar Katalizör MgO CaO K 2CO 3 Sıcaklık, o C Gaz içeriği H 2, %(v/v) 2,34 7,14 21,22 24,26 30,13 42,22 CO, %(v/v) 50,03 64,25 55,63 43,71 44,50 37,33 CH 4, %(v/v) 4,95 23,76 11,76 26,46 21,74 17,99 CO 2, %(v/v) 42,69 4,85 11,39 5,57 3,63 2,46 H 2, %(v/v) 5,61 10,68 14,46 29,25 39,71 56,01 CO, %(v/v) 28,85 55,75 46,81 44,88 37,34 31,26 CH 4, %(v/v) 10,38 24,31 31,05 21,60 19,95 0,00 CO 2, %(v/v) 55,15 9,26 7,68 4,27 2,99 12,73 H 2, %(v/v) 9,58 17,75 27,89 57,64 69,61 53,18 CO, %(v/v) 35,49 54,33 43,61 26,94 17,59 27,73 CH 4, %(v/v) 4,55 21,37 23,08 13,64 11,38 17,34 CO 2, %(v/v) 50,38 6,55 5,42 1,78 1,42 1,75 Şekil incelendiğinde %100 CK ve 15 g su/dk buhar akış hızında MgO ve CaO katalizörleri ile yapılan deneylerde elde edilen H2 konsantrasyonu, katalizörsüz yapılan deneylerle karşılaştırdığında, daha düşük elde edildiği, K2CO3 ile yapılan deneylerde ise daha yüksek elde edildiği görülmüştür. CO konsantrasyonu katalizörsüz yapılan deneylerde 600 o C de en yüksek değere ulaşırken, katalizörle yapılan deneylerde 650 o C de ulaşmıştır. Her üç şekilde de CO2 konsantrasyonu ise sıcaklık ile ters orantılı olduğu görülmektedir. Bütün bu koşullar göz önüne alındığında, hidrojence zengin sentez gazı üretimi için gazlaştırma işleminde en iyi katalitik aktivite gösteren katalizörün K2CO3 olduğu tespit edilmiştir. Aynı zamanda bu katalizörle yapılan deneyde H2/CO mol oranının 3,96 olduğu belirlenmiştir. Kullanılan katalizörlerin oluşan gazların konsantrasyonlarına etkisi dışında, deneyler esnasında katran oluşmasına da etik etmektedir. Katalizörlü deneylerde CaO ve K2CO3 katalizörleri katran oluşumunun önemli miktarda azalmasına neden olmuştur.

70 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %100 CK nun 15g su/dk buhar akış hızında MgO katalizörü ile yapılan deneyde sıcaklığın gaz konsantrasyonuna etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %100 CK nun 15g su/dk buhar akış hızında CaO katalizörü ile yapılan deneyde sıcaklığın gaz konsantrasyonuna etkisi H2 CO CH4 CO Sıcaklık, C Şekil %100 CK nun 15g su/dk buhar akış hızında K2CO3 katalizörü ile yapılan deneyde sıcaklığın gaz konsantrasyonuna etkisi

71 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Katalizörsüz MgO CaO K2CO3 Katalizör etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi. %100 CK, 15g su/dk buhar akış hızı H2 CH CO CO Katalizörsüz MgO CaO K2CO3 Katalizör etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi. %100 CK, 15g su/dk buhar akış hızı H2 CO CH4 CO Katalizörsüz MgO CaO K2CO3 Katalizör etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi. %100 CK, 15g su/dk buhar akış hızı

72 Konsantrasyon, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Katalizörsüz MgO CaO K2CO3 Katalizör etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi. %100 CK, 15g su/dk buhar akış hızı H2 CO CH4 CO Katalizörsüz MgO CaO K2CO3 Katalizör etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi. %100 CK, 15g su/dk buhar akış hızı

73 H2 konsantrasyonu, % v/v Konsantrasyon, % v/v H2 CO CH4 CO Katalizörsüz MgO CaO K2CO3 Katalizör etkisi Şekil o C sıcaklıkta katalizörlerin konsantrasyon üzerine etkisi. %100 CK, 15g su/dk buhar akış hızı Katalizörsüz MgO CaO K2CO Sıcaklık, C Şekil MgO, CaO, K2CO3 katalizörlerin H2 konsantrasyonuna etkisi. %100 CK, 15g su/dk buhar akış hızı

74 58

75 59 8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada, plastik atık olarak polietilen türü atık ve biyokütle atık olarak ceviz kabuğu kullanılarak gazlaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Gazlaştırma sonucunda elde edilen gaz çeşitli bileşenler (H2, CO, CH4, CO2) içermektedir. Bu bileşenlerden hidrojenin bileşiminin sentez gazı içerisindeki miktarını arttırmak amacıyla gazlaştırma işleminde su buharı kullanılmıştır. Polietilen türü atığı ve biyokütle olarak ceviz kabuğu seçmemizin nedeni, şehirsel atıklar içerisinde polietilen türü atıkların miktarı fazla olduğundan, ceviz kabuğu da ülkemizde üretiminin fazla olmasından dolayı tercih edilmiştir. Bu iki atığın birlikte gazlaştırılmasının nedeni de, atıklara uygulanan ön ayırma işlemlerine gerek duymadan doğrudan işlenmesinden dolayıdır. Yapılan deneyler soncu polietilen türü plastik atığın ve biyokütle atığı olan ceviz kabuğunun birlikte gazlaştırılmasının elde edilen gaz üründeki bileşenlerin konsantrasyonuna etki ettiği gözlemlenmiştir. Bu çalışma sonucunda sıcaklığın ve su buharı akış hızının artması gaz karışımında H2 konsantrasyonunu artmasına etki etmiştir. Katalizörsüz yapılan çalışmalarda gaz karışımında en iyi hidrojen verimi %50 CK + %50 PE nin 850 o C sıcaklıkta ve 15 g su/dk buharı akış hızında olduğu belirlenmiştir. Bu durumda H2/CO mol oranının 0,05 4,6 aralığında değiştiği görülmüştür. %100 CK ve katalizör kullanılarak yapılan çalışmalarda ise katalizörlerin yüksek sıcaklıklarda etkili olduğu, en uygun katalizörün ise K2CO3 olduğu belirlenmiştir. K2CO3 katalizörü ile yapılan deneylerde H2 verimi için en uygun koşulların 800 o C sıcaklıkta ve 15 g su/dk buharı akış hızı olduğu görülmüştür. 800 o C sıcaklıkta elde edilen H2 veriminin hacimce %70, H2/CO mol oranı ise 3,96 olduğu tespit edilmiştir. Hidrojence zengin sentez gazı üretmek için gazlaştırma prosesinde polietilen atığın tek başına kullanılması yapılan çalışmalar sonucunda gazlaştırma bakımından uygun olmadığı sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada gazlaştırma işlemi azot gazı ortamında yapılmıştır. Polietilen türü atığın ve ceviz kabuğunun karbondioksit (CO2) ortamında da gazlaştırılması önerilmektedir. Ayrıca, birbirine ardışık olarak bağlanmış ve paralel yerleştirilmiş sabit yataklı gazlaştırıcı kullanılması önerilmektedir.

76 60

77 61 KAYNAKÇA 1. Koçer, N. ve Ünlü, A. (2007). Doğu Anadolu bölgesinin biyokütle potansiyeli ve enerji üretimi. Fırat Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Elazığ, Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, Tiftik, B.E. (2006). Çay fabrikası atığının pirolizi ve piroliz ürünlerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 16, Walker, D. M. (2012). catalytic tri-reforming of biomass-derived syngas to produce desired H2:CO ratios for fuel applications. Thesis of Master Sciences, Department of Chemical and Biomedical Engineering, University of South Florida, Saz, S. (2015). Biyokütle enerjisi ve yararlanma yöntemleri. Bitirme Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Karaman, S. (2006). Hayvansal üretimden kaynaklanan çevre sorunları ve çözüm olanakları. Fen ve Mühendislik Dergisi, 9(2), Kyoung S. R., Cantrell, K., Elliott, D. and Hunt., P G. (2007). Catalytic wet gasification of municipal and animal wastes. American Chemical Society, 46(26), Young. L. and Pian. C.C.P, (2003). High-temperature, air blown gasification of dairyfarm wastes for energy production. Energy, 28, Akdağ, N. F. (2007). Hidrolik ve yenilenebilir enerji çalışma grubu. Biyokütle Enerjisi Alt Çalışma Grubu Raporu, Ankara, Koçtürk, B. Ö. ve Gürhan, R. (2007). Değişik ceviz çeşitlerinin farklı nem değerlerindeki bazı mekanik özelliklerinin belirlenmesi. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Bilimleri Dergisi, 13(1), Bakkalbaşı, E., Yılmaz, Ö. M. ve Artık, N. (2010). Türkiye de yetiştirilen yerli bazı ceviz çeşitlerinin fiziksel özellikleri ve kimyasal bileşenleri. Akademik Gıda, 8(1), Bügem Faaliyetleri, T.C. (2016). Türkiye nin dünyada lider olduğu ürünler. Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Bitkisel Üretim Genel Müdürlüğü Raporu, Hammad, A.E.A., Nadirov, E., Uysal, D., Dogan, O.M. ve Uysal, B.Z. (2016). Pirinadan su buhari gazlaştırmasıyla sentez gazı üretimi. Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi (UKMK-12), İzmir, Dogru, M., Howarth, C.R., Akay, G., Keskinler, B. and Malik. A.A. (2002). Gasification of hazelnut shells in a downdraft gasifier. Energy, 27(5), Giltrap, D.L. (2002). İnvestigation downdraft gasification of biomass. Doctoral Thesis, Massey University, Palmerston North, New Zeland, 4-22, 23.

78 Ekşi, O. (2007). Plastik esaslı malzemelerin ısıl şekil verme özelliklerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Edirne, 18-19, Önal, E. (2007). Farklı biyokütlelerin ve bunların sentetik polimerlerle birlikte pirolizi, elde edilen ürün özelliklerinin belirlenmesi, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, T.C. Milli Eğitim Bakanlığı. (2012). Plasitk ambalaj. Ankara: Aile ve Tüketici Hizmetleri, 5, T.C. Milli Eğitim Bakanlığı. (2011). Evsel ve kentsel atıklar, Ankara: Çevre Sağlığı, T.C. Milli Eğitim Bakanlığı. (2010). Etilen türevleri ve prosesleri. Ankara: Kimya Teknolojisi, 11, 12, İnternet: URL: %2FGeri_d%C3%B6n%C3%BC%C5%9F%C3%BCm&date= , Son Erişim Tarihi: Oran, S. ve Taşdelen, M.A. (t.y.). Plastik geri dönüşümünde zorluklar ve fırsatlar. Yalova Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Polimer Mühendisliği Bölümü, Yalova, İnternet: URL: klerin-kullanimi-ve-tehlikeleri%2f&date= , Son Erişim Tarihi: İnternet: URL: atiklarin-dogada-yok-olus-sureleri%2f&date= , Son Erişim Tarihi: Gafur, A. A. (2006). Bitümlü şist ve plastik atıkların birlikte gazlaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 4-8, Nayır, T. (2012). Kömür ve biyokütle karışımlarının gazlaştırılması ve ASPEN HYSYS programı ile simülasyonu. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İnternet: URL: Son Erişim Tarihi: Basu, P. (2006). Combustion and gasification in fluidized beds. New York: Taylor and Francis Group, 3-7,61,66-67,74.

79 İnternet: URL: hp%3fscript%3dsci_arttext%26pid%3ds &date= , Son Erişim Tarihi: Olgun, H., Doğru, M. and Howarth, C.R. (1999). Katı atıkların enerji dönüşümünde kullanılması ve gazlaştırıcılar. IV. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir, Chopra, S. and Jain, A.K. (2007). A review of fixed bed gasification systems for Biomass, Agricultural Engineering International: The CIGR Ejournal, 5, IX. 31. Sadaka, S.P.E. and Eng, P. (2006). Gasification. Iowa State University Department of Agricultural and Biosystems Engineering, Nevada, İnternet: URL: 2Ft0512e%2FT0512e0a.htm% cross+draught+gasifier&date= , Son Erişim Tarihi: Richard, L. and Fosgitt, P. E. (2010). Gasification using rotary kiln technology. Cirque Energy, Ducharme, C., Themelis, N.J. and Castaldi, M. J. (2010). Technical and economic analysis of plasma-assisted waste-to-energy processes. M.S. Degree, Columbia University Earth Resources Engineering, Copumbia, Uysal, D., Doğan, Ö. M. ve Uysal, B. Z. (2011). Kömürün gazlaştırılması ile hidrojen üretimi üzerine kömür türünün ve sıcaklığın etkisi. ULIBTK' Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Zonguldak, Vural, E.S., Uysal, B.Z. ve Doğan, Ö.M. (2014). Soma-eynez linyitinden su buharı gazlaştırmasıyla hidrojen içeriği yüksek sentez gazı üretimi. Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, Eskişehir. 37. Meryemoğlu, B. (2009). Buğday samanının farklı katalizörler kullanılarak sulu faz reformlama yöntemi ile gazlaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana. 38. Lv, P., Yuan, Z., Wu, C., Ma, L., Chen, Y. and Tsubaki, N. (2006). Bio-syngas production from biomass catalytic gasification. Energy Conversion and Management, 48, Zaccariello, L. and Mastellone, M. L. (2015). Fluidized-bed gasification of plastic waste, wood, and their blends with coal. Department of Environmental, Energies, 8, Okajima, İ., Daisuke, S. and Takeshi, S. (2003). Waste plastic gasification and hydrogen production in supercritical water. Doctoral Thesis, Shizuoka University, Japan.

80 Moghadam, R.A., Yusup, S., Lam, H.L., Shoaibi, A.A. and Ahmad, M.M. (2013). Hydrogen production from mixture of biomass and polyethylene waste in fluidized bed catalytic steam co-gasification process. AIDIC The Italian Association of Chemical Engineering, Kwon, E., Westby, K. J. and Castaldi, M. J. (2009). An investigation into the syngas productiom from municipal solid wastes (MSW) gasification under various pressures and CO2 concentration atmoshperes. Proceedings of The 17th Annual North American Waste-to-Energy Conference (NAWTEC17), Chantilly, Virginia, USA. 43. Uysal, D., Doğan, Ö.M. ve Uysal, B.Z. (2011). Soma linyitinin su buharı gazlaştırmasıyla sentez gazı üretimi, Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Zonguldak, Wu, C. and Williams, P.T. (2009). Hydrogen production from the pyrolysisgasification of polypropylene: influence of steam flow rate, carrier gas flow rate and gasification temperature. Energy & Fuels article, 23, Molino, A., Lovane, P., Donatelli, A., Braccio, G., Chianese, S. and Musmarra, D. (2013). Steam gasification of refuse-derived fuel in a rotary kiln pilot plant: experimental tests. AIDIC The Italian Association of Chemical Engineering, 32, Khan, Z., Yusup, S., Ahmad, M. M. and Rashidi, N. A. (2014). İntegrated catalytic adsorption (IGA) steam gasification system for enhanced hydrogen production using palm kernel shell. Department of Chemical Engineering. International Journal of Hydrogen Energy, 39, Kalinci, Y., Hepbasli, A. and Dincer, İ. (2011). Comparative exergetic performance analysis of hydrogen production from oil palm wastes and some other biomasses. International Journal of Hydrogen Energy, 36,

81 EKLER 65

82 EK-1. Öğütülmüş Ceviz Kabuğu Örneği 66

83 EK-2. Öğütülmüş PE Atığı Örneği 67

84 68 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı : NADİROV Elshan Uyruğu : Azerbaycan Doğum tarihi ve yeri : Celilabad Medeni hali : Bekâr Telefon : enadirov89@gmail.com Eğitim Derece Yüksek Lisans Eğitim Birimi Gazi Üniversitesi/Kimya Mühendisliği Mezuniyet tarihi Devam ediyor Lisans Bakü Devlet Üniversitesi/Kimya Mühendisliği 2012 Lise Akademik Aliyeva. Z adına 7 numaralı okul 2008 İş Deneyimi Yıl Yer Görev Azerbaijan National Academy Teknisyen Of Scıences Academician A.M. Guliyev İnstitute of Chemistry of Additives Yabancı Dil İngilizce, Rusça, Azerbaycan, Türkçe Yayınlar Hammad, A.E.A., Nadirov, E., Uysal, D., Doğan, Ö. M. ve Uysal, B.Z. (2016). Pirinadan su buharı gazlaştırmasıyla sentez gazı üretimi, 12. Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir. Nadirov, E., Hammad, A.E.A., Uysal, D., Doğan, Ö. M. ve Uysal, B.Z. (2016). Polietilen atığın ve ceviz kabuğunun birlikte su buharı gazlaştırmasıyla sentez gazı üretimi, 12. Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir.

85 GAZİ GELECEKTİR...