Thermal characterization and kinetics of crude oils by TGA and DSC methods
TGA ve DSC metotları yoluyla ham petrollerin termal karakterizasyonu ve kinetiği
- Tez No: 255465
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA VERŞAN KÖK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 220
Özet
Son yıllarda, petrolün yanma va piroliz reaksiyonları sırasındaki davranışlarını incelemek için kullanılan ısı analizleri, endüstriyel ve ekonomik açıdan büyük önem arz ettiğinden oldukça geniş bir kabul görmektedir. Bu çalışmada, farklı kökenli petrol örneklerinin ısısal ve kinetik analizleri iki yaygın ısı analiz tekniği olan termogravimetri (TG/DTG) ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın başlıca amaçları petrol örneklerinin yanma ve piroliz özelliklerinin incelenmesi, kinetik hesaplamalar ve ısıtma hızının etkilerini belirlemektir. Deneyler için, Türkiye'nin Güneydoğu Bölgesi'ne ait altı farklı petrol örneği kullanılmıştır. Tüm deneyler, farklı ısıtma hızlarıyla (5, 10 and 15ºC/dak.) gerçekleştirilmiş ve yanma deneylerinde hava, piroliz deneylerinde ise azot kullanılmıştır.Yanma deneyleri sonucu, TGA ve DSC yöntemleri petrolün yanma işleminin iki ana reaksiyon aralığında gerçekleştiğini göstermiştir. Bunlar düşük sıcaklık oxidasyonu (LTO) ve yüksek sıcaklık oxidasyonunun (HTO) olduğu bölgelerdir. LTO aralığında, petrollerin içerdiği yüksek nem ve uçucu hidrokarbon oranından kaynaklı % 69'dan 87'ye varan bir ağırlık kaybı gözlenmiştir. Yanma reaksiyonları 900 K sıcaklığa kadar sürmüştür. DSC sonuçlarında, iki ayrı ekzotermik bölge belirlenmiştir. TG/DTG ve DSC sonuçları karşılaştırıldığında, yanma sırasındaki ağırlık kaybının, petrol bileşenlerinin yanma degradasyonu sırasında uğradığı ekzotermik reaksiyonlarla ilişkili olduğu anlaşılmıştır.Yanmada olduğu gibi, petrollerin pirolizi sonucu da iki ana reaksiyon bölgesi tespit edilmiştir. İlk bölge distilasyon, ikinci bölge ise yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen ısısal ayrılmadan kaynaklanmaktadır ve 840 K civarında tamamlanmıştır. Beklendiği gibi, hafif petroller distilasyon sırasında daha fazla ağırlık kaybına uğramıştır. Bununla birlikte, kalan miktar ve reaksiyon tamamlanma sıcaklığı daha fazla asfalt oranına sahip olan ağır petroller için daha yüksektir. DSC sonuçları, her iki reaksiyonun endotermik olduğunu göstermektedir.Yanma ve piroliz deneylerinde, yüksek ısıtma hızının reaksiyon aralığını da yüksek sıcaklıklara taşıdığı gözlenmiştir. Petrollerin tepe sıcaklıkları da artan ısıtma hızıyla birlikte daha üst sıcaklıklara kaymıştır. DSC eğrisinin altında kalan alandan hesaplanan reaksiyon ısısı miktarı petrolün asfalt oranı ve ?API değeriyle ilgilidir. Petrolün ?API değeri düştükçe, reaksiyon ısısının arttığı sonucuna varılmıştır.Farklı modeller kullanılarak petrollerin kinetik parametreleri hesaplanmış ve ortalama aktivasyon enerjileri (Em) elde edilmiştir. Son olarak, petrollerin Em ve ?API değerleri arasında bir ilişki kurulmuştur. Ağır petrollerin her iki reaksiyon aralığında da aktivasyon enerjisi ve Arrhenius katsayılarının daha büyük olduğu görülmüştür. Ayrıca, aktivasyon enerjisinin ısıtma hızıyle çok fazla değişmediği ispatlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In recent years, the application of thermal analysis to study the combustion and pyrolysis behavior of fossil fuels has gained a wide acceptance because of its significance for industry and economy. In this thesis, the thermal and kinetic analyses of different origin crude oil samples are performed by two well-known thermal analysis techniques: Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetry (TG/DTG). The investigation of combustion and pyrolysis behaviors, kinetic analysis of oil samples and the determination of heating rate effect are the main objectives of this study. Six different crude oils from the Southeastern region of Turkey are analyzed throughout the study. All experiments are performed at different heating rates (5, 10 and 15ºC/min) and air is used for combustion and nitrogen for pyrolysis experiments.In combustion experiments, TGA and DSC techniques indicate that the combustion process of crude oils studied is composed of two main reaction regions. These are low-temperature (LTO) and high-temperature oxidation (HTO) regions. In LTO, huge mass loss occurs (from 69 to 87 %) due to high amount of free moisture and volatile hydrocarbons contained in oil samples. Combustion reactions continue up to 900 K. On DSC curves, two exothermic regions of oxidation regimes are detected. Comparing TG/DTG and DSC curves, it can be understood that the mass loss under combustion is accompanied by exothermic peaks because of the oxidative degradation of crude oil components.As in combustion, two distinct reaction regions are revealed under pyrolysis for all samples. The first region indicates distillation and the second one is due to thermal cracking reactions occur at high temperatures and completed up to 840 K. As expected, lighter crude oils have relatively higher amounts of mass loss in distillation region as compared to heavier ones. Besides, residue amount and burn-out temperatures are higher for heavier oils with higher asphaltene content in cracking region. DSC curves for both reactions show endothermic effects.In combustion and pyrolysis experiments, it is noticed that higher heating rates are resulted in higher reaction regions. Distinguishing peaks of samples shift to higher temperatures with an increase in heating rate. Heat of reaction amount under DSC curves is related to asphaltene content and ?API gravity of crude oils. It is deduced that, when ?API gravity of crude oils decreases, the heat value of this reaction increases.The kinetic parameters are evaluated by different kinetic models and mean activation energies (Em) of samples are obtained. At the end, a correlation is established between Em and ?API gravity of oil samples. It is concluded that heavier oils have higher activation energy and Arrhenius constant values for each reaction region. Besides, it is proved that the activation energy is mostly insensitive to the heating rate.
Benzer Tezler
- Effect of nanoparticles on the thermal characterization and kinetics of crude oils
Nanopartiküllerin ham petrollerin termal karakterizasyonu ve kinetiği üzerine etkisi
BAHAR PINAR DİKEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA VERŞAN KÖK
- Development of graphene oxide based aerogels for environmental applications
Çevre uygulamaları için grafen oksit esaslı aerojellerin geliştirilmesi
DUYGU SEZEN POLAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN BAT
- Thermal characterization and kinetic analyis of sara fractions of crude oils by TGA and DSC methods
TGA ve DSC methotları yoluyla ham petrollerin sara fraksiyonlarının termal karakterizasyonu ve kinetik analizi
KIYMET GİZEM GÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA VERŞAN KÖK
- Türkiye kökenli aspir tohum yağlarının transesterifikasyonu ve dizel yakıt alternatifi olarak değerlendirilmesi
Transesterification of safflower seed oil of Turkish origin and its evaluation as a diesel fuel alternative
ASLI IŞIĞIGÜR
- Bazı yabani mantarlardan polifenol oksidaz enziminin izolasyonu ve karakterizasyonu
Polifenol oksidase enzyme isolation and characterization from some wild mushrooms
EMİNE ŞAHİN
