Odunun sıvılaştırılması

ÖZET Doktora Tezi ODUNUN SIVELAŞTIRILMASI Melek YILGIN FIRAT ÜNİVERSİTESİ Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı 2000, Sayfa: 119 Nüfûsu hızla çoğalan dünyamızda doğal kaynakların verimli bir şekilde kullanılması insan ihtiyaçlarının karşılanmasında çok önemli hale gelmiştir. Gelişmiş sanayi ülkelerinde odunun yakıt olarak kullanılması en az düzeye indirilmiştir. Oysa ülkemizde odun halen yaygın bir şekilde yakıt olarak kullanılmaktadır. Odunun yerine memleketimizde bol miktarda bulunan kömür kullanılarak odundan tasarruf sağlamak ve odunu kimyasal yollarla ekonomik değeri daha yüksek ürünlere çevirmek daha akıllıca bir yöntemdir. Bunun için uygun olan yöntemler biyokütle (biomass) adı verilen bitkisel kökenli materyallerin direkt sıvılaştırılması, piroliz ve yüksek basınçta sıvılaştırma çalışmalarıdır. Bu çalışmada, odunun sıvılaştınlmasında uygulanan adımların sıvı ürün verimi yönünden daha avantajlı hale getirilmesi koşullarını araştırmak üzere odundan hazırlanan sulu çamurun sıvılaştırılması incelendi. Bu inceleme çamurun hazırlanması ve reolojisi; tane büyüklük dağılımı; çamurun sıvılaştırma reaksiyonuna sıcaklığın,II katalizörlerin etkisini ve sıvılaştırma süresince çamur ve elde edilen yağların nitelik ve nicelik yönünden izlenmesini kapsamaktadır. Bu yüzden yağların niteliksel olarak incelenmesinde TGA, FTIR ve GC tekniklerinden yararlanıldı. Sıvılaştırmada alkali katalizörlerin etkisi Na2CÛ3 ve K2CO3 bileşikleri, asit katalizörlerin etkisi ise sadece formik asit (HCOOH) beraberinde incelendi. Çamur hazırlamada hem kuru, hemde yaş öğütülmüş odun kullanıldı. Odun-su karışımlarına en uygun akış modelinin Ostwald-de Waele modeli olduğu ve hazırlanan karışımların viskozitelerinin odun miktarı ile hızla arttığı görüldü. Sulu öğütmeden elde edilen çamurun miktar kesri dağılımı, öğütme süresine bağlı olarak suyun penatrasyonu ile önce odundaki lifli yapının şişmesi sonucu tane boyutunun artması sonra öğütme ile şişen yapının boyutunun küçülmesi şeklindedir. Kuru öğütme sonucu elde edilen miktar kesri dağılımı ise öğütme veya tane büyüklüğünün ölçümü sırasındaki elektrostatik kuvvetler nedeniyle topaklaşma da olabileceğini ve bunun iri tanelerin miktar kesirlerini artırabileceğini göstermektedir. Sıvılaştırma üzerine asitli (HCOOH) ve alkali (Na2C03, K2CO3) katalizörlerin etkisinin araştırıldığı deneylerde, asit katalizörün gerek yağ verimi gerekse yağdaki karbon yüzdesi yönünden diğer alkali katalizörlere göre daha etkili olduğu bulundu. Bu yüzden diğer parametrelerin (sıcaklık, sıvılaştırma süresi ve tane boyutunun sıvılaştırma üzerindeki etkisi) incelendiği bütün deneylerde asit katalizörü kullanıldı. Farklı sıcaklıklarda (250, 300 ve 350 °C) maksimum yağ verimi elde edilinceye kadar zamana bağlı olarak yürütülen deneylerde sıcaklık arttıkça yağ veriminin arttığı buna karşın her bir sıcaklık için zamanla yağ veriminin maksimum bir değere ulaştığı ve daha sonra azaldığı görüldü. Tane boyutunun elde edilen yağın özellikleri üzerinde etkili olmadığı; fakat odunun su ile çamuru şeklinde kullanılmasının talaş ve odun tozuna göre sıvılaştırmadaIll yağ verimini arttırdığı bulundu. Bu durumun da önceden odun taneciklerine çözücü penatrasyonundan kaynaklandığı sonucuna varıldı. Her üç sıcaklıkta (250, 300 ve 350°C) zamana bağlı olarak yürütülen deneylerde elde edilen yağların FTIR analizleri oldukça benzer olduğu ve temel oksijenli fonksiyonel grupların hemen hemen hepsine işaret ettiği bulundu. Termal gravimetrik analizler ısıl bozunma sırasında bir takım kondenzasyon reaksiyonlarında meydana geldiğini gösterirken GC analizleri yağların zamanla birtakım polimerizasyon ve oksidasyon reaksiyonlarına uğradıklarını göstermektedir. Anahtar kelimeler: Odun, Sıvılaştırma, Reoloji, Pirolitik yağ