Bazı Türk linyitlerinin karbonizasyon ürünlerinin incelenmesi

Abstract

i ÖZET Bu çalışmada Seyitömer, Tunçbilek, Elbistan ve Kangal linyitlerinin 200°- 600*C aralığında yürütülen karbonizasyon deneyleri sonucunda elde edilen yarı kok, katran ve gaz verimi değerlerinin karbonizasyon sıcaklığı ile değişimleri sabit yataklı kesikli reaktör sisteminde incelenmiştir. Düşük sıcaklık karbonizasyonu sonucunda elde edilen katran; yağlar, asfaltenler ve preasfaltenler olmak üzere üç fraksiyona ayrılmıştır. Deneyler sonucunda elde edilen gaz ürün gaz kromatografında analiz edilmiş ve gaz ürünün içindeki H2, CO2, CO, CH^, C2Hfc, CsHs ve C4Hıo miktarları belirlenmiştir. Gaz ürün içindeki H2S ve H2Ö miktarları ise gravimetrik olarak tayin edilmiştir. Sistemin kinetik davranışını açıklayabilmek için Seyitömer ve Tunçbilek linyitleri ile zamanla değişim deneyleri yapılmış, önerilen modeller deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Her dört linyit örneği için de sıcaklığın artışı ile yarı kok verimlerinde azalma katran ve gaz verimlerinde ise artış olmuştur. Karbonizasyon işlemi ile linyitlerin toplam kükürt miktarlarında da önemli ölçüde azalma meydana geldiği görülmüştür. Linyit örnekleri ile bu linyitlerden değişik sıcaklıklarda elde edilen yarı kokların ısı değerleri bulunmuştur. Yarı koklardaki alt ısı değerlerindeki en yüksek artış Seyitömer linyiti ile elde edilmiştir. Karbonizasyon deneyleri sonucunda Seyitömer linyiti ile oldukça yüksek CO2 değerleri elde edilmiştir. Bütün örneklerde sıcaklığın artışı ile H2, CO, CH4, H2S ve H2O verimlerinin önemli ölçüde artmasına karşılık, CO2, C2H6 ve CsHg'de <?ok a2 b*r artış olduğu, C4Hjo ise 400'C'lerden sonra önemli ölçüde değişmediği görülmüştür. Bütün linyit örnekleri için elde edilen sıvı ürünün yağ içeriğinin yüksek olmasına karşılık asfalten içeriğinin çok düşük olduğu görülmektedir. Seyitömer ve Tunçbilek linyitleri için yapılan kinetik mekanizma analizi deneyleri sonucunda değişkin sıcaklık bölgesinde çok hızlı bir değişim gözlenmiş, sabit sıcaklıkta ise önemli bir değişim olmamıştır. Bu durumdaü sistem; sıcaklığın değiştiği ve sabit sıcaklık bölgesi olarak iki bölgeye ayrılmış ve kinetik davranışı incelenmiştir. Seyitömer linyiti ile Tunçbilek linyitine oranla daha yüksek toplam dönüşüm, katran ve gaz verimi değerleri elde edilmiştir. Sabit sıcaklık bölgesinde gaz ürün birincil ve ikincil gazlar şeklinde iki grup altında toplanmış, yapılan değerlendirmeler sonucunda yarı kok, katran ve ikincil gaz verimine ait dönüşüm değerlerinin t LİNYİT-^ KATRAN /k X, ^k3 BİRİNCİL GAZ ^* İKİNCİL GAZ *4 formuyla temsil edilen modele uyduğu sonucuna varılmıştır. Farklı sıcaklıklarda yürütülen karbonizasyon deneyleri sonucunda yarı kok, katran ve gaz verimine sıcaklığın yanısıra kömür elementlerinden C, H ve O'nin etkilerini incelemek amacıyla doğrusal regresyon analizi uygulanmış ve çeşitli ilişkiler bulunmuştur.

İÜ SUMMARY In this study, carbonization experiments have been performed on samples of Seyitömer, Tunçbilek, Elbistan and Kangal lignites in the range 200'C and 600*C. Variation of semi-coke, tar and gaseous yields with carbonization temperatures has been analyzed in a fixed-bed reactor system. Tar yields at low- temperature carbonization are categorized as oils, asphaltens and preasphaltens. Gaseous yields are analyzed through Gas-Chromatography and H2, CO2, CO, CH4, C2H6, C3H8 and C4H10 contents of the gaseous yield have been determined. Gravimetric measurements have been employed to find H2S and H2O contents of the gas yield. Experiments at constant temperatures with varying durations have been done with Seyitömer and Tunçbilek lignites to understand kinetic behaviors of lignites and results are compared with those of suggested models. Decrease in semi-coke yields and increase in tar and gaseous yields with increasing temperature are observed for all samples. Reduction in total sulfur content of the lignites after carbonization is also experimentally determined. Heating values of lignites and semi-cokes which have been obtained from such lignites at various temperatures have also been found. Seyitömer lignite has been determined to have the highest increase in the lower-heating values. Considerably high CO2 yields are achieved during carbonization experiments of Seyitömer lignites. For all samples, a marked increase in H2, CO, CH4, H2S and H2O yields but only a slight increase in CO2, C2H$, C3H8 yields is noted. However, C4H10 yield remains almost constant, after 400°C. For all lignites, oil content of liquid-yield is observed to be high whereas asphalten content is observed to be very low. In the kinetic mechanism experiments of Seyitömer and Tunçbilek lignites, while no notable conversion is observed at any constant temperature value, a rapid conversion is observed with varyingIV temperature values. Therefore, kinetic behavior of the system is analyzed in two regions; constant temperature and varying temperature regions. Seyitömer lignites have a much higher total-conversion tar and gas-yield values in comparison to Tunçbilek lignites. For the varying temperature region, total conversion activation energies, tar and gas yield activation energies have been determined. For the constant temperature region gaseous yields have been grouped as primary and secondary. After extensive analysis, it is concluded that tar and secondary gas yield conversion values could be explained through the following model, LIGNITE-? TAR *3 -* PRIMARY GAS ^~ SECONDARY GAS k4 In order to study effects of C, H and O to the semi-coke, tar and gaseous yields during carbonization experiments at different temperatures, a linear regression analysis has been developed and various relations have been deduced.