Atıktan türetilmiş yakıtın termokimyasal dönüşüm karakterinin incelenmesi

Abstract

Evsel katı atık yönetimi, nüfusun hızla arttığı, ilkel çöp toplama sisteminin hala benimsendiği ve çöp depolama alanlarının oldukça kısıtlı olduğu ülkelerde oldukça kritik bir konudur. Etkin bir yönetim sisteminde farklı atık yönetim işlemleri çevresel, ekonomik ve sosyal parametrelerin ihtiyaçlarını karşılamak üzere birbiri ile harmanlanır. En uygun işlemlerin seçilmesi ve birleştirilmesiyle insan sağlığı ve çevrenin korunmasını garanti altına alan yönetim sistemi aynı zamanda bütünleştirilmiş katı atık yönetimi adını alır. İyi tasarlanmış bir atık yönetim sistemi atığın önlenmesini, tekrar kullanılmasını, geri dönüştürülmesini, enerji geri kazanımını ve nihai bertarafını içerir.Bu çalışmada, evsel atığın geri dönüştürülebilir fraksiyonunun (cam, PP, PE, metal vs) ayrıştırılması sonrasında kalan yanabilir nitelikteki kısmın parçalanmış hali olan atıktan türetilmiş yakıt kullanılmıştır. Çalışma dört aşama halinde yürütülmüştür.Birinci aşama atıktan türetilmiş yakıtın karakterizasyonuna yöneliktir. Bu aşamada yakıtın kısa ve nihai analizi ve kalorifik değer analizi yapılmıştır.Çalışmanın ikinci aşamasında inert ortamda termogravimetrik (TG) ve diferansiyel termogravimetrik (DTG) analiz yöntemleri kullanılarak termal analiz yapılmıştır. ATY'nin piroliz profilini yorumlayabilmek amacıyla ATY'nin ana bileşenleri olan kağıt, polipropilen (PP), yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve elyaf numuneleri için de termal analiz yapılmıştır. ATY'nin inert ortamda termal bozunma profilinin ATY'ı oluşturan bileşenlerin termal bozunma profili ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. ATY'nin pirolizinin düşük sıcaklık bölgesindeki nem giderilmesi (<110°C) haricinde üç aşamada gerçekleştiği görülmüştür. Selülozik fraksiyon bozunması 293-355°C'de gerçekleşmiştir. ATY içindeki plastik atıklara ait fraksiyon 430-495°C aralığında bozunmakta olup en yüksek ağırlık kaybı 470°C'de görülmüştür. 634-696°C aralığındaki üçüncü adım ise CaCO3 bozunmasını göstermektedir.Çalışmanın üçüncü aşamasında oksidatif ortamda termal analiz yapılarak tutuşma sıcaklığı, yanma bitiş sıcaklığı, pik sıcaklıkları ve toplam dönüşüm oranı parametrelerine göre yanma profili incelenmiştir. Ayrıca farklı oranlarda atık elyaf (AE) katkısının kalorifik değer ve yanma profili üzerindeki etkisi incelenmiştir. ATY ve ATY-AE karışımlarının oksidatif ortamda termal bozulması, uçucuların oluşumu, char yanması ve kalsinasyon reaksiyonu sonucu CaO ve CO2 oluşumu adımlarını içermiştir.Çalışmanın son aşamasında yüzde kül içeriği ve külü oluşturan elementler incelenmiştir. Büyük ölçüde CaO, SiO2 ve Al2O3 içeren ATY külünün yapısında yüksek konsantrasyonlarda Cu, Zn ve Ba bulunduğu saptanmıştır.

Municipal solid waste (MSW) management is a critical issue in most countries where the population is fast growing, primitive collection system is still preferred and the landfill spaces are limited. In an effective management system, different waste management activities are harmonized in order to meet the requirements of environmental, economic and social parameters. Selecting and combining the most appropriate activities that ensure the protection of human health and the environment are also called as integrated solid waste management. A well designed integrated waste management system includes waste prevention, re-use, recycling, energy recovery and disposal.In this study refused derived fuel, which is the combustible fraction left after segragating recoverable fraction (glass, polypropylene, polyethylene, scrap metals etc.) from municipal solid waste,was used. Study was done in four stages. First stage was dedicated to characterize the refused derived fuel. Proximate analysis, ultimate analysis and calorific value were determined in this stage.In the second stage of the study, thermal analysis was done under inert atmosphere by using thermogravimetry (TG) and differential thermogravimetry method. To interpret the pyrolysis profile of RDF, thermal analysis was done on the main constituents of RDF, namely paper, polypropylene (PP), high density polyethylene (HDPE) and fiber. Thermal decomposition of RDF under inert atmosphere was coherent with the pyrolysis profiles of the RDF constituents. Thermal decomposition of RDF, apart from moisture removal at low temperature reagion (<110°C), occurred in three steps. Decomposition of cellulosic fraction occurred between 293-355°C. Plastic fraction of RDF was decomposed between 430-495°C where the maximum weight loss was observed at 470°C. The third step between the temperatures 634-696°C denoted CaCO3 decomposition.In the third stage of the study ignition temperature, burnout temperature, peak temperatures and total conversion rates were investigated by thermal analysis under oxidative atmosphere. Besides, the effects of mixing ratio of waste fibre with RDF on calorific value and combustion profile were investigated. The thermal decomposition of RDF and RDF-WF mixtures under oxidative atmosphere included devolatilization, char combustion and CaO and CO2 evolution as a result of calcination reaction.In the last stage of the study, ash content and ash forming elements were investigated. The RDF ash which was mainly comprised of CaO, SiO2 and Al2O3 had high concentrations of Cu, Zn and Ba.