Geri Dön

Combustion performance of oil shale and biomass fuels and their blends

Petrol şeyli ve biyokütle yakıtlarının ve karışımlarının yanma performansının incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 355308
  2. Yazar: EMRE ÖZGÜR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA VERŞAN KÖK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Energy, Petroleum and Natural Gas Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Yanma, petrol şeyli, biyokütle, termal gravimetri, türevsel taramalı kalorimetri, kütle spektrometresi, enerji, Combustion, oil shale, biomass, thermogravimetric analyzer, differential scanning calorimeter, mass spectrometry, energy
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğalgaz Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 181

Özet

Bu çalışmada, iki farklı petrol şeyli (Ulukışla ve Himmetoğlu) ve dört farklı biyokütle numunelerinin (fındık kabuğu, buğday kepeği, kavak odunu ve fil otu) türünün birlikte yanması, farklı biyokütle oranlarında (ağırlıkça %10, 20 ve 50) ve farklı ısıtma hızlarında (10, 30, ve 50 oC/dakika) türevsel taramalı kalorimetri (DSC), termal gravimetri (TGA) ve termal gravimetri – kütle spektrometresi (TGA-MS) yöntemleri kullanılarak incelendi. Ana numunelerin ve karışımların tutuşma sıcaklıkları, yanma performansı göstergesi olarak, biyokütle artışı doğrultusunda incelendi. Biyokütle temel bileşenlerinin de (selüloz, hemiselüloz ve lignin) yanmaya etkileri incelendi. Ulukışla ve Himmetoğlu petrol şeyllerinin tutuşma sıcaklıkları sırasıyla 244, 296, 302 oC and 197, 224, 231 oC olarak ve de aynı deney koşullarında (10, 30, 50 oC/dakika) biyokütlelerin tutuşma sıcaklıkları 219-233, 240-255, 250-260 oC arasında ölçüldü. Biyokütlelerin kütlece %0.1-2.9 arasında düşük kül miktarlarına sahip olduğu gözlemlendi. Himmetoğlu ve Ulukışla petrol şeyllerinin de kül miktarlarının sırasıyla kütlece %18.5 ve %84.5 olduğu gözlemlendi. Tüm petrol şeyllerinin ve biyokütlelerin aktivasyon enerjileri Arrhenius, Coats-Redfern, Kissenger, Ozawa-Flynn-Wall, ve ASTM kinetik yöntemleri kullanılarak tespit edildi. Arrhenius ve Coats-Redfern kinetik metodları için petrol şeyllerinin yanma aktivasyon enerjilerinin sırasıyla 99-107 kJ/mol ve 66-76 kJ/mol aralığında olduğu; biyokütlelerin yanma aktivasyon enerjilerinin aynı kinetik metodlar için ise 72-85 kJ/mol aralığında olduğu tespit edildi. Petrol şeyllerinin yanma aktivasyon enerjilerinin Kissenger metodu için 101-284 kJ/mol, ASTM metodu için 113-184 kJ/mol, Ozawa-Flynn-Wall metodu içinse 176-302 kJ/mol aralığında olduğu tespit edildi. Biyokütlelerin yanma aktivasyon enerjilerinin Kissenger metodu için 129-222 kJ/mol, ASTM metodu için 139-151 kJ/mol, Ozawa-Flynn-Wall metodu içinse 184-198 kJ/mol aralığında olduğu tespit edildi Tutuşma sıcaklıklarıyla aktivasyon enerjilerinin doğrudan ilişkili olduğu gözlemlendi. Biyokütle eklenmesinin yüksek küllü petrol şeylinin yanmasını etkileşim ile tutuşma sıcaklığını düşürerek kolaylaştırdığı gözlemlendi. Selülozun güçlü yapısından dolayı biyokütle model bileşenleri (selüloz, hemiselüloz, lignin) arasında en zor yanan bileşen olduğu tespit edildi. Tüm elde edilen sonuçlar istatiksel olarak incelenip, numunelerin fiziksel özellikleri arasında bağlantılar bulunmaya çalışıldı. Karbon ve uçucu bileşen miktarının numunenin tutuşma sıcaklığında en belirleyici özellikler olduğu tespit edildi. Karbon ve uçucu bileşen miktarının numunenin tutuşma sıcaklığını düşürücü bir etkisi olduğu tespit edildi. Isıtma hızı arttıkça, tutuşma sıcaklığı ve karbon ve uçucu bileşen miktarları arasındaki ilişkinin arttığı gözlemlendi. Bunun muhtemel sebebinin yüksek ızıtma hızlarında tutuşma öncesi buharlaşmadan dolayı kaçan uçucu bileşenin azalmasından kaynaklı olduğu düşünüldü ve numune ve yanma özellikleri arasındaki ilişkiyi belirleyen R2 değerlerinin 50, 30, 10 oC/dakika ısıtma hızları için sırasıyla %94.0, 84.1, 76.7 olduğu tespit edildi.

Özet (Çeviri)

The aim of this thesis was to evaluate the co-combustion performance of different origins of oil shales (Ulukışla and Himmetoğlu regions of Turkey) and various biomass samples (hazelnut shell, wheat bran, poplar, and miscanthus) at different biomass proportions (10, 20, and 50% by weight) using thermogravimetric analyzer (TGA), differential scanning calorimeter (DSC), and thermogravimetric analyzer-mass spectrometer (TGA-MS) at different heating rates (10, 30, 50 oC/minute). The ignition temperatures of the parent fuels and blended fuels as indicators of the level of improvement in combustion performance were investigated with the addition of biomass. The effect of biomass model compounds (cellulose, hemicellulose, and lignin) on the combustion performance were also investigated to identify the components that have the most influence in a combustion system. It is noticed that the ignition temperature of Ulukışla and Himmetoğlu oil shale is 244, 296, and 302 oC and 197, 224, and 231 oC, respectively; whereas the ignition temperature of biomass fuels are in the range of 219-233, 240-255, 250-260 oC, at the same experimental conditions (at heating rates of 10, 30, 50 oC/minute, respectively). Biomass fuels were characterized as low ash content fuels in the range of 0.1-2.9% by weight. Himmetoğlu oil shale and Ulukışla oil shale were observed to have ash contents of 18.5 and 84.5% by weight, respectively. The activation energies of all oil shale and biomass samples were determined using Arrhenius, Coats-Redfern Kissenger, Ozawa-Flynn-Wall, and ASTM kinetic methods. The results of the values for oil shale combustion are in the range of 99-107 kJ/mol and 66-76 kJ/mol, respectively for Arrhenius and Coats-Redfern kinetic methods. The results for the combustion of biomass fuels are in the range of 72-85 kJ/mol for Arrhenius and Coats-Redfern kinetic methods. The results of isoconversional kinetic methods are in the range of 101-284 kJ/mol by Kissenger method, 113-184 kJ/mol for ASTM method and in the range of 176-302 kJ/mol by Ozawa-Flynn-Wall method for oil shale; and in the range of 129-222 kJ/mol by Kissenger method, 139-151 kJ/mol for ASTM method and 184-198 kJ/mol by Ozawa-Flynn-Wall method for biomass fuels. It was observed that activation energies were in direct relation with the ignition temperatures. It was observed that the addition of biomass improved the combustion performance of high-ash oil shale by lowering the ignition temperature of the blends in a synergistic manner. Cellulose was the most difficult one to combust among biomass model compounds (cellulose, hemicellulose, and lignin) because of its strong structure. All results were evaluated statistically to identify possible relationships between the physical properties of the fuels and the combustion performance. It was observed that carbon content and volatile matter content are the most deterministic parameters for the ignition temperature of fuels. Carbon content and volatile matter content has a reducing effect on ignition temperature. It was also observed that as the heating rate increases, the dependence of ignition temperature on carbon content and volatile matter content increases. This is due to the better ignition conditions at higher heating rates by decreasing the loss of volatile matters in the devolatilization stage before combustion. The R2 values of 94.0, 84.1, and 76.7 were obtained between sample and combustion properties for the heating rates of 50, 30, and 10 oC/minute, respectively.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    55981

    Benzin ve metanol yakıtlı bazı ateşlemeli motorlarda performans ve emisyon karakteristiklerinin incelenmesi

    Başlık çevirisi yok

    İBRAHİM KORKMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1996

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. OĞUZ BORAT

  2. Tez No

    878825

    Biyokütle kaynaklarının tavuk gübresinin yanma kalitesine etkisi

    Fuel properties and incineration behavior of poultry litter blended with sweet sorghum bagasse and pyrolysis oil

    ÜMİT PEHLİVAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Yenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SAİM ÖZDEMİR

  3. Tez No

    66499

    Ayçiçek yağının doğrudan alternatif yakıt olarak değerlendirilmesi

    Direct use of sunflower oil as a fuel alternative

    GÜRKAN KURT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU

  4. Tez No

    803891

    Deniz taşımacılığı için sürdürülebilir biyoyakıt değerlendirme modeli

    Sustainable biofuel assessment model for maritime transportation

    ÇAĞATAYHAN SEVİM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Denizcilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK ZİNCİR

  5. Tez No

    568313

    Farklı biyokütle numunelerinden torrefaksiyon işlemi ile kaliteli yakıt peleti üretimi

    Producing high quality fuel pellets by torrefaction of different biomass samples

    YAĞMUR IŞIK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HANZADE AÇMA

Geri Dön