Biyokütlenin hidrotermal sıvılaştırma parametrelerinin deneysel tasarım yaklaşımıyla optimizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında farklı proses koşullarında hünnap çekirdeklerinin hidrotermal sıvılaştırılması Box-Behnken tasarım yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen biyo-yağ verimi ve biyokütle dönüşümüne üç bağımsız değişken olan sıcaklığın, reaksiyon süresinin ve biyokütle derişiminin etkisi cevap yüzey yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Hidrotermal sıvılaştırma prosesinde kullanılan modelin etkinliğinin göstergesi olan yüksek R2 değerleri elde edilmiştir. Kullanılan matematiksel model biyo-yağ verimi ve biyokütle dönüşümünü tahmin etmede başarılı olmakla birlikte kullanılan modelin uyumu biyokütle dönüşümü için biyo-yağ veriminden daha iyi olmuştur. Tasarımda en yüksek verimin elde edildiği koşulda metal karbonatların (K2CO3, Na2CO3, ve SrCO3) farklı derişimlerde (ağ. % 5-20) biyo-yağ ve katı ürün verimine etkisi incelenmiştir. Metal karbonatın türü ve derişimi biyo-yağ verimini önemli derecede değiştirmezken; her bir katalizörün derişiminin artmasıyla katı ürün verimi azalmıştır. Katalizör kullanılmadan gerçekleştirilen optimum koşuldaki deneyden ağ. % 9,62 biyo-yağ verimi elde edilmiştir. En yüksek biyo-yağ verimi ağ. % 18,66 olup; ağ. % 10 K2CO3 kullanılma- sıyla elde edilmiştir. Kullanılan katalizörlerin (ağ. % 10) biyo-yağların elementel içeriğine veya bileşimlerine önemli bir etkisi olmamıştır. Katalizörsüz ve katalizör varlığında gerçekleştirilen deneylerden elde edilen biyo-yağlar çoğunlukla fenolik bileşikler ve asit esterlerden oluşmaktadır. Ayrıca alkil fenoller, metoksi fenoller gibi fenol türevleri de tüm deneylerden elde edilen biyo-yağlarda gözlenen bileşiklerdir.

The hydrothermal liquefaction of Jujuba stones were carried out at different process conditions using a Box-Behnken design in this thesis. The effects of three independent variables including hydrothermal liquefaction temperature, biomass concentration and residence time on the bio-oil yield and biomass conversion were analyzed using response surface methodology. High correlation coefficients which indicate the effectiveness of the adopted model were obtained from hydrothermal liquefaction process. Although the used mathematical model well predicted the experimental results of bio-oil yields and biomass conversions, the model fitted better for biomass conversions than bio-oil yields. The catalytic effects of metal carbonates (K2CO3, Na2CO3, and SrCO3) in different concentrations (from 5 to 20 wt % ) on bio-oil and char yields were investigated under identical conditions obtained from the experimental design. The neither concentration of metal carbonates nor the type of catalyst affected the bio-oil yields significantly, whereas the char yields decreased with increasing the catalyst concentration for each tested catalyst. The bio-oil yield from the non-catalytic run was found to be 9,62 wt %. The highest bio-oil yield of 18,66 wt % was achieved with the use of K2CO3 at a concentration of 10 wt %. The tested catalysts (for the representative concentration of 10 wt %) had no significant effects on either elemental contents or compositions of the bio-oils. The bio-oils obtained from non-catalytic and catalytic runs commonly consisted of phenolic compounds and acid esters. The phenol derivatives such as alkyl phenols and methoxy phenols were also observed in the bio-oils from all runs.