Patates atığından termokimyasal gazlaştırma ile hidrojen üretimi ve modellenmesi

Abstract

Bu tez kapsamında cips fabrikası patates atığının (biyokütle) süperkritik su koşullarında gazlaştırılması ile H2 eldesinde uygun reaksiyon koşulları araştırılmıştır. Gazlaştırma sırasında gerçekleşen temel reaksiyonlardan biri olan su-gaz yer değiştirme reaksiyonunun kinetiği incelenmiştir. Reaksiyon parametrelerinden hızlandırıcı/katalizör tipinin (Ca(OH)2, Ru/C, Ru/C:Ca(OH)2, CaCO3), sıcaklık (400, 450, 500, 550, 600oC), basınç (220, 270, 290 bar), süre (20, 30, 60 dk), Ca(OH)2 oranı (%10, 20, 30, 50, 70 (% a/a hızlandırıcı/biyokütle)) ve biyokütle oranının (%1,00, 1,75, 2,00, 5,00 (% a/a biyokütle/su)) hidrojen verimine etkisi belirlenmiştir. Uygun reaksiyon koşulu 600oC, 270 bar, 30 dk, %20 Ca(OH)2 ve %1,75 biyokütle oranı olarak tespit edilmiştir. Bu koşullarda H2 verimi ve gazlaştırma etkinliği sırasıyla 34,88 mol/kg biyokütle ve %98,93 olarak belirlenmiştir. Aynı koşullarda Ru/C varlığında 41,77 mol H2/kg biyokütle verim elde edilirken reaksiyon ortamına Ca(OH)2 eklenmesiyle maksimum verime (44,02 mol H2/kg biyokütle) ulaşılmıştır. Planckett-Burman deney tasarım yöntemi kullanılarak CaCO3 varlığında optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. %1,75 biyokütle oranında sıcaklık (400, 500, 600oC), süre (10, 20, 30 dk) ve CaCO3 oranı (%10, 20, 30) değişken olarak seçilmiş olup optimum gazlaştırma koşulu 600oC, %30 CaCO3 oranı ve 30 dk olarak belirlenmiştir. Minitab 14 paket programı kullanılarak belirlenen teorik H2 verimi 29,79 mol/kg biyokütle iken deneysel olarak 32,16 mol/kg biyokütle sonucuna ulaşılmıştır. H2 verimini doğrudan etkileyen su-gaz yer değiştirme reaksiyonunun farklı sıcaklık (350, 400, 450oC) ve 3:1 H2O:CO molar oranında kinetiği incelenmiştir. Katalizörsüz ve Ru/C ile gerçekleştirilen çalışmalar sonrasında aktivasyon enerjisinin sırasıyla 158,42 ve 69,45 kJ/mol olduğu belirlenmiştir.