Copyrolysis of avgamasya asphaltite and Göynük oil shale for pitch precursorsi characterisation and carbon fibre production
Zift eldesi için avgamasya asfaltiti ve Göynük bitümlü şistinin kopirolizi: Zift karakterizasyonu ve karbon fiber üretimi
- Tez No: 100804
- Danışmanlar: DOÇ.DR. M. FERHAT YARDIM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2000
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
ZİFT ELDESİ İÇİN AVGAMASYA ASFALTİTİ VE GÖYNÜK BİTÜMLÜ ŞİSTİNİN KOPİROLİZİ: ZİFT KARAKTERİZASYONU VE KARBON FİBER ÜRETİMİ ÖZET Son yıllarda malzeme bilimcilerin ve mühendislerin önem verdiği konuların başmda ileri teknoloji malzemelerinin üretimi ve üretim proseslerinin geliştirilmesi gelmektedir. İleri teknoloji malzemelerinin fiziksel özellikleri kullanım alanlarına göre geliştirilmektedir. Bu malzemeler yüksek derecede sıcaklık ve mukavemet gibi mekanik özellikler, yüksek sıcaklıklara dayanıklılık, yüksek optik ve elektriksel özellikler göstermektedirler. Karbon fiberler yüksek sıcaklık uygulamalarına uygun olmaları, çok iyi bir sertlik ve mukavemete sahip ve korozyona dirençli olmaları nedeniyle ileri teknoloji malzemeleri arasında önemli bir yer almaktadır. Karbon fiberler ticari olarak rayon, polyacrylonitrile (PAN) ve ziftten üretilmektedirler. Bu çalışmada, Türk katı yakıtlarının hammadde olarak kullanılmasıyla zift esaslı izotropik karbon fiber (GPCF) üretimi ve bu üretim için gerekli olan ziftin eldesi ve karakterizasyonu hedef alınmıştır. Katı fosil yakıt olarak Bolu'nun Göynük yöresinden çıkartılan bitümlü şist (GOS) ve Siirt'in Avgamasya yöresinden çıkartılan asfaltit (AA) kullanılmıştır. Bu çalışmada Göynük bitümlü şisti (GOS) ve Avgamasya asfaltiti (AA) öğütülüp elendikten sonra belirli oranlarda karıştırılmış ve azot atmosferi altmda sabit yataklı bir reaktörde piroliz işlemi uygulanarak katran üretilmiştir. Zift ise hava üfleme, azot üfleme, vakum destilasyonu, ve vakum destilastonu ile elde edilen ziftlerden birinin hekzan ile ekstraksiyonu sonucu üretilmiştir. Üretilen katran ve ziftlerin yapısal karakterizasyonu ve farklı işlemler sonucu oluşan kimyasal değişiklikleri elementel analiz, termogravimetrik analiz (TGA), dinamik diferansiyel taramalı kalorimetri (DDSC), yumuşama noktası ölçümü (SP), moleküler dağılım ölçümü (SEC), kütle spektrometrisi (MS), optik mikroskop, taramalı elektron mikroskopu (SEM), Fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR), !H ve 13C nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMR) ile ölçülmüştür. GOS ve AA'nın belirli oranlarda karıştırılmasından sonra uygulanan birlikte pirolizi az miktarda sinercitik etkiye neden olmuştur. Bunun yanısıra karışım içerisindeki GOS miktarı azaldıkça üretilen katran miktarında da bir azalma olduğu görülmüştür. Ziftlerin H/C atomik oranlan ve dolayısıyla yumuşama noktalan, uygulanan hava ve azot üfleme yöntemlerinin sıcaklık ve zaman parametrelerindeki değişikliğe bağlı olarak farklılık göstermiştir. Hava ve azot üfleme yöntemleriyle yumuşama noktalan 110-160°C olan ziftler üretilmiştir. Hava üfleme yöntemi ile ziftlerde hafif xvııoksidasyon etkisi görülmüştür. Vakum destilasyon yöntemi ile verimi ve yumuşama noktası en düşük ve H/C atomik oranı en yüksek olan ziftler üretilmiştir. FTIR, 'H ve 13C NMR sonuçlarından göre %50 GOS-%50 AA karışımından üretilen katrana 300°C'da 60 dakika süreyle uygulanan azot üfleme yöntemiyle aromatisitesi en yüksek olan zift üretildiği anlaşılmıştır. Üretilen ziftlerden S7A3-E1, fiber çekme deneylerinde kullanılmıştır. Bu zift çekme ünitesinde yumuşama noktasının yaklaşık 20°C üzerinde başarıyla çekilerek yeşil fiber haline getirilmiştir. Elde edilen yeşil fiberler nitrik asit ile stabil hale getirilmiş ve daha sonra 1000°C'da karbonize edilmiştir. Karbonize edilen fiberlerin taramalı elektron mikroskobu ile (SEM) incelenmesiyle fiberlerin yüzeylerinde bazı yarıklar ve pürüzler görülmüştür. Bunlar, ziftlerin yapısından ya da yeterli derecede stabilize edilememiş olmasından dolayı kaynaklanmaktadır. Süperkritik sıvı ekstraksiyonu (SFE), seçilen ziftlere CO2 ve hekzan ile modifiye edilmiş CO2 kullanılarak farklı sıcaklık ve basınçlarda uygulanmıştır. 150°C ve 400 atm'de hekzan ile modifiye edilmiş CO2 kullanılarak uygulanan SFE, fazla miktarda düşük fraksiyonları ziftlerden uzaklaştırmıştır. Dolayısıyla elde edilen ziftlerdeki H/C atomik oranlarının bir miktar daha düşmesi sağlanmıştır. S-A2 ziftinin 150°C ve 400 atm'de toluen ile modifiye edilmiş CO2 kullanılarak gerçekleştirilen ekstraksiyonu sonucunda S-A2 ziftinin alifatik yapısından dolayı tüm zift çözünmüştür. Süperkritik sıvı ekstraksiyonunun, yaygın olarak kullanılan klasik ekstraksiyon yöntemlerine göre daha temiz ve etkili bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır. xviii
Özet (Çeviri)
COPYROLYSIS OF AVGAMASYA ASPHALTITE AND GÖYNÜK OIL SHALE FOR PITCH PRECURSORS: CHARACTERISATION AND CARBON FIBRE PRODUCTION SUMMARY Formation of broad range of new advanced materials via integrated efforts in synthesis and processing is among the most significant recent advances in materials science and engineering. Materials with a wide spectrum of physical properties are being developed to meet a variety of highly specialised needs. These materials offer the potential for developing fibrous structures with unique combinations of mechanical properties, such as high stiffness and strength, high temperature performance, and optical and electrical properties. Carbon fibres occupy a premier position among advanced materials especially for composites in that they combine high stiffness and strength with high temperature performance, high corrosion resistance and also offer relatively inexpensive routes for large-scale production. Although a wide range of materials have been used to produce carbon fibres since their introduction in the early sixties, current commercial production is concerned on three major precursor materials; rayon, polyacrylonitrile (PAN), and pitch. In the present study, two Turkish fossil fuels, Goynuk oil shale (GOS) and Avgamasya asphaltite (AA), have been chosen as raw materials to prepare pitch precursors for isotropic carbon fibre production. In order to produce, tar material, ground GOS and AA have been mixed in some ratios. Tar materials have been produced by pyrolysis and co-pyrolysis of GOS and AA in a stainless steel fixed bed retort under the flow of nitrogen. Pitches have been prepared by four different methods. In the first method, selected tars have air-blown. In the second method, selected tars have heat-treated under the nitrogen atmosphere. In the third method, all tars have vacuum-distilled. In the last method, one of the pitches obtained by vacuum distillation has furthermore subjected to solvent extraction with hexane. The structural characterisation of the tar materials and pitch precursors and the chemical changes occurred due to different processing have studied by elemental analysis, thermogravimetric analysis (TGA), dynamic differential scanning calorimetry (DDSC), softening point measurement (SP), size exclusion chromatography (SEC), mass spectrometry (MS), optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), 1H and 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). The co-pyrolysis of GOS and AA mixture in some ratios has not resulted in obvious synergistic effect. However, the yield of all tars decreases as the percentage of the GOS decreases in the raw mixtures. xvThe H/C atomic ratios and therefore, the softening points of the pitches have been varied with the severity of the air and nitrogen blowing. Air-blowing and nitrogen- blowing have given pitches with higher softening points in the range of 1 10-160°C. Mild oxidation effect has been observed by air-blowing. Vacuum-distillation has resulted in lowest pitch yields, softening points, and higher H/C atomic ratios. Depending on the data obtained from FTER, 1H and 13C NMR analysis, nitrogen- blowing applied to 50%GOS-50%AA tar (S5A5) at 300°C for 60 minutes has resulted in the pitch with the highest aromaticity. A spinnable pitch with a moderate softening point has been produced by vacuum-distillation followed by hexane extraction (S7A3-E1). The stabilisation of the green fibres obtained by the spinning of this pitch has been done by using nitric acid instead of air or oxygen. The stabilised fibres have been carbonised in a tubular furnace with slow heating steps up to 1000°C. The SEM images of the carbonised fibres have shown some surface distortions due to insufficient stabilisation and/or pitch composition. In order to observe the effectiveness of supercritical fluid extraction (SFE), the selected pitches have been subjected to 30 minute dynamic SFE with C02 and with C02 modified by hexane at different temperatures and pressures. The SFE with C02 modified by hexane at 150°C and 400 atm has removed higher amounts of light fractions of the pitches. The elemental analysis of the residues of the pitches showed that SFE has resulted in lower H/C atomic ratios in the residues. The SFE of S-A2 pitch with C02 modified by toluene at 150°C and 400 atm has not been successful since the S-A2 pitch has totally dissolved during the extraction. This should be attributed to the aliphatic nature of S-A2 pitch. SFE of the selected pitches has shown that SFE can be used alternatively as a clean and effective extraction technique compared to ordinary solvent extraction technique. xvi
Benzer Tezler
- Linyit ve asfaltit karışımlarının düşük sıcaklık pirolizi
Low temperature pyrolysis of lignite and asphaltite mixtures
A.BANU ARABACIOĞLU
- Linyit ve ayçiçek yağının birlikte pirolizi
Başlık çevirisi yok
SAİT TAŞÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. TUNCER ERCİYES
- Bitümlü şist-plastik karışımları piroliz ürünlerinin değerlendirilmesi
Utilization of products obtained from copyrolysis of oil shale and plastic
CEVAHİR BOZOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
KimyaEge ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. TAMER KARAYILDIRIM
PROF. DR. JALE YANIK
- Copyrolysis of oil shales with waste plastics
Bitümlüşistler ile atık plastiklerin beraber pirolizi
PELİN SEÇİM
