Torf – Linyit Kömürü Karışımlarının Yanma Kinetiği ve Sinerjik Etkilerinin İncelenmesi

Yıl 2024, Cilt: 14 Sayı: 4, 1723 - 1735, 15.12.2024

Esra Bakkaloğlu , Yildiray Topcu , Selim Ceylan

https://doi.org/10.31466/kfbd.1456644

Öz

Bu çalışmada Ladik Gölünden elde edilen torf ve Kütahya linyitinin birlikte yanma kinetiği ve sinerjik etkileri incelenmiştir. Torf, düşük kül içeriği, enerji değerine sahip olması aynı zamanda mevcut bulunduğu ekosistem üzerinde zamanla bir atık olması nedeniyle , linyit kömürü evlerde ve termik santrallerde yaygın olarak kullanılan, düşük ısıl değere sahip bir kömür olduğundan çalışmada kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda, 20:80, 40:60, 50:50 (20T:80K, 40T:60K, 50T:50K) oranlarında torf ve kömür karışımları oluşturulmuştur. Torf ve kömür ve karışımların kısmı ve elementel analizleri gerçekleştirilmiştir. Birlikte yanma deneyleri termogravimetrik analiz cihazı ile 10, 20, 30 ℃/dk ısıtma hızlarında, dinamik hava atmosferinde (50 mL/dk) farklı oranlarda (0:100, 20:80, 40:60, 50:50, 100:0) torf-kömür karışımları oda sıcaklığından 1000 ℃’ye kadar ısıtma gerçekleştirilmiştir. Dağılımlı Aktivasyon Enerji Modeli (DAEM) kullanılarak farklı ısıtma hızları için izodönüşümsel veriler elde edilmiştir. Torf, kömür 20T:80K, 40T:60K, 50T:50K karışımlarının aktivasyon enerjileri sırasıyla 96.82, 67.94, 36.22, 65.84, 51.16 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Tüm karışım oranlarında torf eklenmesiyle aktivasyon enerjisinin düştüğü görülmektedir. Karışımların yanma sonrasında sinerjik etkilerin belirlenebilmesi amacıyla uçucu madde kütle kayıpları incelenmiştir. Karışım oranları arasında sinerjik etkinin olduğu belirlenmiştir. 40T/60K karışımının uçucu madde miktarı diğer karışım oranlarına göre daha fazla çıkmıştır ve birlikte yanma işleminde daha az kül oluşturabilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Torf, Kömür, Yanma, Sinerjik etki, Birlikte yanma, DAEM

Investigation of Combustion Kinetics and Synergistic Effects Peat-Lignite coal Mixtures

Öz

In this study, the combustion kinetics and synergistic effects of peat obtained from Ladik Lake and Kütahya lignite were examined. Peat was used in the study because it has low ash content, energy value, and at the same time, it becomes a waste on the ecosystem in which it exists over time. Lignite coal is a coal with low calorific value that is widely used in homes and thermal power plants. In experimental studies, peat and coal mixtures were created in the ratios of 20:80, 40:60, 50:50 (20T:80K, 40T:60K, 50T:50K). Proximate and elemental analyzes of peat, coal and mixtures were carried out. Co-combustion experiments were performed with a thermogravimetric analyzer at different rates (0:100, 20:80, 40:60, 50:50, 100:0) in a dynamic air atmosphere (50 mL/min) at heating rates of 10, 20, 30 ℃/min. Peat-coal mixtures were heated from room temperature to 1000 ℃. Isotransformational data were obtained for different heating rates using the Distributed Activation Energy Model (DAEM). The activation energies of peat, coal 20T:80K, 40T:60K, 50T:50K mixtures were calculated as 96.82, 67.94, 36.22, 65.84, 51.16 kJ/mol, respectively. It is seen that the activation energy decreases with the addition of peat in all mixture ratios. Volatile matter mass losses were examined in order to determine the synergistic effects of the mixtures after combustion. It was determined that there was a synergistic effect between the mixture ratios. The amount of volatile matter in the 40T/60K mixture is higher than the other mixture ratios and it can produce less ash in the combustion process.

Anahtar Kelimeler

Peat, coal, combustion, synergistic effect, co-combustion, DAEM

Kaynakça

• Akusta, E. (2019). Yenilenebilir Enerji, Büyüme ve Çevre İlişkisi: Türkiye Örneği. Yüksek Lisans Tezi, Kırklareli Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İktisat Anabilim Dalı, 193, Kırklareli.
• Arenas, C. N. Navarro, M. V. Martinez, J. D. 2019. Pyrolysis Kinetics of Biomass Wastes Using İsoconversional Methods and the Distributed Activation Energy Model. Bioresource Technology, volume 288, 121487.
• Bakkaloglu, E. (2021). Ladik Gölünden Elde Edilen Torf’un ve Kömür Karışımlarının Piroliz ve Yanma Davranışlarının Kinetik Açıdan İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, 75s, Samsun
• Bakkaloğlu, E., Ceylan, S., & Topcu, Y., (2024). Thermokinetics and synergistic effect analysis of peat-lignite coal co-pyrolysis. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects , vol.46, no.1, 3124-3135.
• Bozkurt, A. P. (2011). Atık Lastik- Kömür Karışımlarının Piroliz ve Kritik Üstü Ekstraksiyonlarla Değerli Ürünlere Dönüştürülmesi. Doktora Tezi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Üniversitesi, Kimya Anabilim Dalı, 218, Ankara.
• Celaya, A. M. Lade, A. T. Goldfarb, J. L. (2015). Co-combustion of Brewer’s Spent Grains and Illinois No.6 Coal: Impact of Blend Ratio on Pyrolysis and Oxidation Behavior. Fuel Processing Technology, 129, 39-51.
• Çepelioğullar, Ö. (2011). Farklı biyokütle-plastik atık karışımlarının termogravimetrik analiz yöntemiyle birlikte pirolizi ve elde edilen ürünlerin karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, 154, Ankara.
• Depci, T. Karta, M. Karaca, H. (2018). Co-liquefaction Process Olive Bagasse and Peat with Lignite and The Effect of Biomasses on The Products and Oil Yield. Energy, volume 156, 750-757.
• Işıtan, S. (2016). Endüstriyel biyokütle atıklarının pirolizi ve ürünlerin karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, 111, Samsun.
• Jiang, L., Z. Zhou, H. Xiang, Y. Yang, H. Tian, and J. Wang. (2022). “Characteristics and Synergistic Effects of Co-Pyrolysis of Microalgae with Polypropylene.” Fuel 314 (April): 122765. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122765.
• Karayılmazlar, S. Saraçoğlu, N. Çabuk, Y. Kurt, R. (2013). Biyokütlenin Türkiye’de Enerji Üretiminde Değerlendirilmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, cilt 13, 19, 63-75.
• Kim, J. Lee, H. Park, H. Kim, H. Kim, C. (2014). Combustion Possibility of Low Rank Russian Peat as a Blended Fuel of Pulverized Coal Fired Power Plant, Journal of Industrıal and Engineering Chemistry, 20, 1752-1760.
• Lee, J. Yang, X. Song, H. Ok, Y. Kwon, E. 2017. Effects of Carbon dioxide on Pyrolysis of Peat. Energy, 120, 929-936.
• Letho, J. (2007). Determination of Kinetic Parameters for Finnish Milled Peat Using Drop Tube Reactor and Optical Measurement Techniques. Fuel, 86, 1656-1663.
• Saleh, T. A. (2021). Kinetic models and thermodynamics of adsorption processes: Classification. Interface Science and Technology, 34, 65-97. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-849876-7.00003-8
• Shao, Y. Xu, C. Zhu, J. Preto, F. Wang, J. Tourigny, G. Badour, C. Li, H. (2012). Ash and Chlorine Deposition during Co-combustion of Lignite and a Chlorine-rich Canadian Peat in a Fluidized Bed- Effects of Blending Ratio, Moisture Content, Fuel, 95, 25-34.
• Tezer, O. (2017). Makrofit Yapılı Göl Bitkilerinden Polygonum amphibium’un Hidrotermal Karbonizasyon Yöntemiyle Biyoyakıtlara Dönüştürülebilirliğinin Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, 99s, Samsun.
• Varol, A. E. (2007). Farklı biyokütlelere değişik ısıl işlemler uygulanması ve elde edilen ürün özelliklerinin belirlenmesi. Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, 199s, Eskişehir.
• Wang, B., Z. Yao, M. Reinmöller, N. Kishore, F. Tesfaye, and R. Luque. (2023). “Pyrolysis Behavior, Kinetics, and Thermodynamics of Waste Pharmaceutical Blisters under CO2 Atmosphere.” Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 170 (March): 105883. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2023.105883.
• Yan, J. Liu, M. Feng, Z. Bai, Z. Shui, H. Li, Z. Lei, Z. Wang, Z. Ren, S. Kang, S. Yan, H. (2020). Study on the Pyrolysis Kinetics of Low- Medium Rank Coals with DAEM Model. Fuel, volume 261, 116359.
• Yıldız, Z. (2018). Deniz Makroalg-Kömür Karışımlarının Akışkan Yatak Reaktörde Hızlı Pirolizi ve Elde Edilen Ürünlerin Karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, 77s, Samsun.
• Zhiqiang, W. Wang, S. Zhao, J. Chen, L. Meng, H. (2014). Synergistic effect on Thermal Behavior Dring Co- pyrolysis of Lignocellulosic Biomass Model Components Blend With Bituminous Coal. Bioresource Technology, 169,220-228.