Ark plazma gazlaştırma sistemine entegre bir gaz temizleme ve partikül tutma ünitesinin tasarımı, imalatı ve ön deneyleri

Abstract

Bu tez çalışmasının temel amacı, ark plazma gazlaştırma sistemine entegre bir gaz temizleme ve partikül tutma ünitesinin tasarımını, imalatını yapmak ve ön deneylerini gerçekleştirmektir. Bu kapsamda, 50 m3/h gaz temizleme kapasiteli, modüler, geliştirilebilir gaz temizleme ve partikül tutma ünitesi tasarlanmış ve imalatı yapılmıştır. Yapılan ön deneylerde el yapımı bir yakma ünitesinden elde edilen kömür egzoz gazı kullanılmıştır. Elde edilen verilere bağlı olarak gaz temizleme ve partikül tutma ünitesi iyileştirilmiş, akabinde ark plazma gazlaştırma sisteminde elde edilen sentez gazı kullanılarak ön deneyler tamamlanmış ve ünitenin gaz soğutma ve partikül tutma performansı araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar sırasında, üretilen gaz hızı, su giriş-çıkış sıcaklık değerleri, suyun debisi, gaz giriş-çıkış sıcaklıkları ve partikül değerleri ölçülmüştür. Ayrıca, her bir çalışma modunda (tek kademeli gaz yıkama ve soğutma modu ve çift kademli gaz yıkama ve soğutma modu) gaz temizleme ve partikül tutma ünitesinin partikül tutma performansı hesaplanmıştır. Sonuç olarak; yapılan ön deneyler neticesinde, el yapımı yakma ünitesinden elde edilen egzoz gazı tek kademeli gaz yıkama ve soğutma sırasında sistemin partikül tutma performansı ortalama %90 iken, çift kademeli partikül tutmada ise %98 olarak belirlenmiştir. Ayrıca, ark plazma gazlaştırma sisteminden elde edilen sentez gazının çift kademeli gaz temizleme üniteli partikül tutma verimi % 98 olduğu belirlenmiştir. Üretilen yüksek gaz debisinden dolayı tek kademeli gaz yıkama ve soğutma işlemi yetersiz kaldığından kullanılmamıştır. Dolayısıyla, çift kademeli gaz yıkama ve soğutma modu, işletim güvenliği ve performans yüksekliği bakımından modüler ve esnek olması nedeniyle gaz soğutma, temizleme ve partikül tutma sistemleri için uygulamada yeni bir alternatif oluşturabileceği beklenmektedir.

The main purpose of this thesis is to design, manufacture and conduct the pre-experiments of a gas cleaning and particle capture unit integrated in the arc plasma gasification system. In this regard, a modular and developable gas cleaning and particle capture unit was designed and manufactured, which has a gas cleaning capacity of 50 m3/h. In the pre-experiments, exhaust gases produced from coal samples by using a hand-made small combustion unit was used. In accordance with the data obtained from pre-experiments, the gas cleaning and particle capture unit was improved, and the pre-experiments were conducted by using the synthesis gas from the arc plasma gasification of plastic wastes. During the pre-experimental studies, the produced gas velocity, water inlet-outlet temperatures, water flow rate, gas inlet-outlet temperatures and particle values were measured. Additionally, the particle capture performance of the gas cleaning and particle capture unit was estimated for each operating mode (single-stage washing and cooling mode and dual-stage washing and cooling mode). Accordingly, in the pre-experiments, the particle capture performance of the system during single-stage washing and cooling in case of the use of the hand-made combustion unit was determined to be 90% while that of the dual-stage washing and cooling mode was estimated to be 98%. In addition, due to the high synthesis gas flow rate, the single stage gas washing and cooling mode was not applied. The particle capture performance of the dual-stage washing and cooling mode during the arc plasma gasification was designated to be 98%. Thus, it is considered that the dual-stage washing and cooling mode for the particle capture will be a new alternate in practice in terms of the operational safety, efficiency, modularity and flexibility.