Obtaining hybrid fuel briquettes using local biomass and fossil fuel resources
Yerli enerji kaynaklarımızdan fosil yakıt-biyokütle bazlı hibrit yakıt briketi eldesi
- Tez No: 599116
- Danışmanlar: PROF. DR. NACİ EMRE ALTUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada pirina ile linyitin ağırlıkça çeşitli oranlarda (%10-50) karıştırılmasıyla hibrit bir fosil yakıt-biyokütle enerji kaynağı eldesi hedeflenmiştir. Çalışmanın en önemli amacı her iki yakıtın olumlu özelliklerinin bir araya getirilmesiyle, hem pirina hem de linyitin kullanımını olumsuz etkileyen özelliklerin iyileştirilmesini sağlamak, yerel iki enerji kaynağımızdan, yaygın şekilde kullanılabilen, çevreye dost ve sürdürülebilir alternatif bir yakıt formu elde etmektir. Önerilen hibrit yakıtın eldesinde, Ege Bölgesi'nden getirilen pirina ile yüksek kül ve kükürt içerikli tüvenan Tunçbilek linyiti kullanılmıştır. Çalışma iki ana safhadan oluşmaktadır. Bu safhalar; 1-Hibrit karışımların yakıt özelliklerinin ve yanma davranışlarının belirlenmesi; 2- Karışımların hibrit bir yakıt formuna dönüştürülmesi amacıyla briketlenmesidir. İlk safhada pirina ve linyitin önce ayrı ayrı daha sonra karışım halinde yakıt, yanma, emisyon özellikleri ve yanmaya olan yatkınlıkları belirlenmiştir. Kısa ve elementer analizler, TG/DTG, DSC, ve TG-FTIR çalışmaları sonucunda, pirina ve linyitin bir karışım halinde kullanılmasının, yakıtların tek başlarına kullanılmalarına göre, yakıt özellikleri, yanma davranımları, SO2 emisyonları ve yanmaya olan yatkınlık bakımından önemli farklılıklar sağladığı belirlenmiştir. Pirina-linyit karışımlarının kükürt içerikleri ve SO2 emisyonlarında, tek başına linyit ile karşılaştırıldığında, belirgin iyileşmeler söz konusudur. Hibrit karışımlardaki pirina oranı arttıkça, karışımların S içeriği düşmekte, SO2 emisyonları azalmaktadır. Bu durum, kükürt içeriği yüksek linyitlerimizin, pirina ile karıştırılmasıyla SO2 emisyonlarının azaltılmasına yönelik rehabilite edilebileceğini ortaya koymaktadır. Yanmaya olan yatkınlıklar incelendiğinde linyitin aktivasyon enerjisinin pirinaya göre yaklaşık 2,5 kat düşük olduğu, yani linyitin pirinaya göre, yanmaya çok daha yüksek yatkınlık gösterdiği belirlenmiştir. Hibrit yakıt karışımlarının da aktivasyon enerjisi, tek başına pirinaya göre daha düşük olup karışımlar pirinaya göre yanmaya çok daha yüksek yatkınlık göstermektedirler. Dolayısıyla, pirinanın yakıt olarak tek başına kullanılmasındansa, linyit ile birlikte hibrit formda kullanılmasının çok daha verimli olacağı, çünkü pirinanın yanmaya olan düşük yatkınlığının linyit katkısı ile rehabilite edilebildiği belirlenmiştir. Yakıt ve yanma özelliklerine ilişkin sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde linyit ve pirinanın bir hibrit yakıt formunda kullanılması halinde hem linyit hem de pirina için önemli avantajların söz konusu olduğu belirlenmiştir: Her iki yakıtın tek başına kullanılmaları durumunda geçerli olan olumsuzluklar, bu iki yakıtın birlikte kullanımı ile önemli ölçüde rehabilite edilmektedir. Önerilen hibrit yakıt formu, linyit ve pirinanın olumlu özelliklerini öne çıkaran, olumsuz özelliklerini önemli ölçüde ortadan kaldıran yenilikçi ve faydalı bir yaklaşımdır. İkinci aşamada, yani briketleme çalışmalarında, öncelikle linyitin briketlenebilme davranımı incelenmiş, bağlayıcı olarak ağırlıkça %10 melas katkısı ile linyit briketleri elde edilmiştir. Tane boyutu, su ilavesi ve briketleme yükünün briketlerin dayanım özelliklerine etkileri belirlenmiş olup ideal şartlarda, TS12055 standardında Sınıf 1 briketler için gerekli kırılma, aşınma ve düşme sağlamlıkları sağlanabilmektedir. Hibrit pirina-linyit briketlerinin bağlayıcısız briketlenmesi aşamasında pirinaya ilişkin briketleme parametrelerinin (karışımdaki pirina miktarı, pirina tane boyutu ve nem içeriği) briketlerin dayanım özelliklerine etkileri belirlenmiştir. Çalışmalar sonucunda pirinanın sınırlı bağlayıcı etki gösterdiği ve pirina-linyit karışımlarının bağlayıcısız briketlenebildiği görülmüştür. Fakat Sınıf 1 için gerekli dayanım koşulları sağlanamamakta, ideal briketleme koşullarında, pirinanın gösterdiği sınırlı bağlayıcı etki sayesinde, ancak Sınıf 2 briketler için gereken aşınma sağlamlığı sağlanabilmekte, gerekli kırılma sağlamlığına önemli ölçüde yaklaşılmaktadır. Son aşamada hibrit briketlerin, TSE12055'de Sınıf 1 tipi briketler için geçerli dayanım koşullarını sağlaması amacıyla bağlayıcı ilavesiyle briketleme yapılmıştır. Karışımlar önce melas daha sonra melas+kireç kullanımıyla briketlenmiş, melas (ağırlıkça %5-15) ve kireç miktarlarına (ağırlıkça %4-6) göre, briketlerin dayanım özellikleri belirlenmiştir. %5 melas ilavesinde dahi, Sınıf 1 briketler için gerekli kırılma ve aşınma sağlamlığı tamamen, düşme sağlamlığı çok büyük ölçüde karşılanabilmektedir. %5 melas ilavesinde dahi dayanım özelliklerinin iyi seviyelere gelmesinin, pirinanın -sınırlı da olsa- bağlayıcı etkisinden kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Yani, pirina varlığı, briketleme için gerekli bağlayıcı miktarını azaltabilmektedir. Melas ile birlikte kireç ilavesi ise dayanım özelliklerinde belirgin bir iyileşme sağlayamamaktadır. Öte yandan çalışmada elde edilen briketler hiçbir koşulda, suya dayanım gösterememektedir. Bu sorun linyitlerimizin çoğu için geçerli olup, hibrit briketlerin, TSE12055 standardında belirtildiği üzere kapalı ambalajlar içinde satılması bu duruma çözüm olarak önerilebilir. Sonuç olarak, pirina ve linyitlerimizin birlikte, hibrit yakıt formunda kullanılmalarının yakıt özellikleri, yanma davranımları ve SO2 emisyonları bakımından önemli faydalar sağlayabildiği belirlenmiştir. Hibrit kullanım sayesinde, iki yakıtın olumlu özelliklerinin öne çıkması ve olumsuz özelliklerinin rehabilite edilebilmesi çok önemli bir avantaj olup, her iki yakıtın daha yaygın, sürdürülebilir ve çevreye dost şekilde kullanımına yönelik önemli bir çözüme karşılık gelmektedir. Ayrıca, pirina-linyit karışımlarının başarıyla briket formuna dönüştürülebilmiş olması da, önerilen hibrit yakıtın yaygın şekilde kullanılabilmesini sağlayabilecek önemli bir husustur.
Özet (Çeviri)
This study aims at obtaining a hybrid fossil fuel-biomass fuel by blending olive pomace and lignite in varying amounts (10-50% by weight). The main objective is to combine the positive characteristics of both fuel types to rehabilitate their unfavorable sides that are potential drawbacks against their broader utilization. The suggested hybrid fuel is anticipated to be an effective, environmentally sound, and sustainable fuel alternative. To obtain the hybrid fuel, olive pomace from the Aegean region in Turkey and ROM Tuncbilek lignite characterized with high ash and sulfur content, are used. The project has two major phases: 1. Identification of the fuel characteristics and combustion behavior of hybrid blends; 2. Briquetting of fuel blends to obtain a hybrid fuel form. In the first phase, the fuel and emission characteristics of the olive pomace and lignite on an individual basis as well as in the form of fuel blends, were determined. The liability of both fuel types and their blends to combustion were also identified. The proximate and ultimate analysis, TG/DTG, DSC, and TG-FTIR work revealed that using olive pomace and lignite in blended form results in significant differences in terms of fuel characteristics, combustion behavior, and combustion liability as compared to the fuels on individual basis. Blending olive pomace and lignite resulted in reductions in sulfur contents and SO2 emissions as compared to the lignite alone and the extent of improvement increased as the amount of olive pomace in the blends was increased. This demonstrated that blending high-sulfur lignite with olive pomace could be an effective solution to rehabilitate SO2 emissions. When the liability to combustion was assessed, it was seen that the activation energy of lignite is approximately 2.5 times less than that of olive pomace. This shows that the liability of lignite to combustion is much higher than that of pomace. Activation energies of fuel blends were also less than olive pomace. This implies that the use of olive pomace with lignite in a hybrid fuel form is more favorable than using olive pomace alone as a fuel, since lignite in the fuel blend can rehabilitate the relatively lower combustion liability of olive pomace. Overall, the results of the investigations on fuel characteristics and combustion behavior revealed that using lignite and olive pomace in a hybrid fuel form can bring notable advantages to both fuel types. The negative aspects related to the use of these two fuels on an individual basis, could be significantly rehabilitated, if they are utilized together in the form of a hybrid fuel. The suggested approach is a novel and a favorable solution that fosters the positive sides of lignite and olive pomace in the body of a new fuel alternative. In the second phase, which focuses on briquetting, firstly the briquettability of the lignite alone was identified. Lignite briquettes were obtained using 10% (by wt) molasses as a binder. The effects of particle size, water addition, and briquetting pressure on the strength of the briquettes were investigated. In ideal briquetting conditions, the lignite briquettes can show required levels of drop, abrasion, and breakage resistance designated for Type I briquettes in the TS12055 standard. In obtaining hybrid briquettes from olive pomace-lignite blends, firstly the strength characteristics of binderless briquettes were evaluated for several olive pomace related briquetting conditions (such as the amount of olive pomace in blends, particle size of olive pomace, and moisture content). The binderless hybrid briquettes failed to meet the strength conditions for Type I briquettes. Yet, in ideal briquetting conditions they could meet the required abrasion and breakage resistance levels designated for Type II briquettes, thanks to the limited binding effect of olive pomace. As a last step, olive pomace-lignite blends were briquetted using binding agents to satisfy strength designations for Type I briquettes. The blends were briquetted, firstly, by using only molasses and then by using molasses+lime. The strength properties of the binder-added hybrid briquettes were determined with respect to varying quantities of molasses addition (5-15% by wt.) and lime addition (4-6% by wt.). It was seen that, even with 5% molasses addition, strength requirements for Type I briquettes could be achieved. Obtaining favorable strength features with limited molasses addition was attributed to the binding effect of olive pomace: Pomace in the blends successfully reduced the required binder amount or obtaining fuel briquettes with sufficient strength characteristics. Use of lime as a binder along with molasses could not provide an apparent improvement in the strength of the briquettes. On the other hand, none of the briquetting conditions studied in this project could provide water-resistant briquettes. This is a well-known problem common for most Turkish lignite. To overcome this problem, the hybrid briquettes could be supplied in sealed bags to the market, as suggested in the TS12055 standard. To conclude, this study showed that utilization of olive pomace and lignite in a hybrid fuel form can lead to several benefits in terms of fuel quality, combustion behavior, and SO2 emissions. It is very advantageous to stimulate the positive sides of both fuel types while controlling and reducing the negative features of lignite and olive pomace by utilizing these fuels in a hybrid form. This approach is therefore an effective solution towards an extensive, sustainable, and environmentally sound utilization of these fuel types. Proven briquettability of the olive pomace-lignite blends is another important aspect that would contribute to the broader use of the suggested hybrid fuel.
Benzer Tezler
- A novel hybrid thermochemical-biological refinery integrated with power-to-X approach for obtaining biopolymers
Biyopolimer elde etmek için enerjiden-materyale yaklaşımıyla entegre yeni bir hibrit termokimyasal-biyolojik rafineri
YUSUF KÜÇÜKAĞA
Doktora
İngilizce
2023
Çevre MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR KARA
DOÇ. DR. CRISTIAN TORRI
- Alternatif enerji kaynaklarıyla taşıt tahriki
Vehicles powered by alternative energy sources
CENK ENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İRFAN YAVAŞLIOL
- Şebekeden bağımsız uygulamalar için hibrit bir rüzgâr türbini/fotovoltaik/yakıt hücresi/batarya sisteminin optimizasyonu, tasarımı ve uygulaması
Optimization, design and application of a hybrid wind turbine/photovoltaic/fuel cell/battery system for stand alone applications
OZAN ERDİNÇ
Doktora
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UZUNOĞLU
- Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes
MERVE YILMAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY
- Turaç insansız hava aracının yapısal modelinin hazırlanması ve analizlerinin yapılması
Structural modeling and analysis of turac unmanned air vehicle
YASİN DERELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA