Characterization of pore structure of Turkish coals and their chars obtained by carbonization and CO2 activation
Türk kömürleri ve bunların karbonizasyon ve CO2 aktivasyon ürünlerinin gözenek yapılarının karakterizasyonu
- Tez No: 35769
- Danışmanlar: PROF. DR. HAYRETTİN YÜCEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Coal, Active Carbon, Pore Structure, Carbon Dioxide Activation, Reactivity Science
- Yıl: 1994
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 376
Özet
öz TÜRK KÖMÜRLERİ VE BUNLARIN KARBONİZASYON VE CO2 AKTİVASYON ÜRÜNLERİNİN GÖZENEK YAPILARININ KARAKTERİZASYONU ŞENEL, İ. Gökhan Doktora Tezi, Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Hayrettin Yücel Yardımcı Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Güniz Gürüz Ekim 1994, 347 sayfa Bu çalışmada, karbon içerikleri % 61-84 (kuru-külsüz temelde) arasında değişen oniki adet Türk kömürünün gözenek yapılarının karakterizasyonu gerçekleştirildi. Ön elemeler sonrası, ümit vaad eden dört kömür seçilerek yüksek gözenekli materyallerin (aktif kömür) elde olasılıkları araştırıldı. Bu kömürler, 750°C ile 1125°C arasında değişen son karbonizasyon sıcaklıklarına, 10°C/dakika ısıtma hızı ile ısıtıldı. Toplam karbonizasyon süresi iki saat olarak sabit tutuldu. Karbonize edilmiş olan kömürler, son karbonizasyon sıcaklığında, ek bir saat süresince CO2 ortamında aktive edildi. Orjinal kömürlerin ve bunlardan elde edilen türevlerinin gözenek yapıları şu şekilde tayin edildi: Gözenek çapları 8181-50 nın arasında Viideğişen makro gözenekler, civa yerleştirme porosimetresi ile tayin edildi. Mezo gözenek (50-2 nm aralığında) hacimleri, N2 adsorplaması tekniği ile 77 K' de, numunelerin BET yüzey alanları da, 0.05 ile 0.02 kısmi basınç aralığında tayin edildi. Gözenek çapları 2 nm'den küçük olan mikro gözeneklerin hacim ve alanlar 298 K'de, CO2 adsorplama ölçümleri ile Dubinin Radushkevich eşitliği (D-R) kullanılarak 1x1ü"4 ile 1x10~2 kısmi basınç aralığında tayin edildi. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar, Türk kömürlerinin, kömürleşme derecelerine bağımlı olmaksızın farklı oranlarda makro, mezo ve mikro gözeneklere sahip olduklarını gösterdi. Gözenek hacimleri, maksimum ve minimum değerler olmak üzere; sırası ile, makro gözenekler için, Zonguldak ve Mengen kömürlerinde, 0.04 ile 0.135 cc/g aralığında; mezo gözenekler için, Bursa ile Soma Linyitlerinde, 0.0008 ile 0.01 cc/g aralığında; ve mikro gözenekler için, Konya ile Amasra Kömürlerinde, 0.0052 ile 0.028 cc/g aralıklarında değişti. Gerçek ve görünen yoğunluk değerleri artan kömürleşme derecesi ile, %74 karbon içeriğinde minimum olmak üzere parabolik eğilimler gösterdi. Beypazarı ve Mengen linyitleri, sırası ile, kuru temelde, % 49.5 ve 45.3 olan yüksek kül içerikleri ile, göreceli olarak yüksek olmak üzere, 1.65 g/cc ve 1.70 g/cc olan gerçek yoğunluk değerleri ve 1.53 ve 1.50 g/cc olan görünen yoğunluk değerleri gösterdi. ViiiÇalışılan oniki kömür arasında, Tunçbilek kömürü, 33.64 m2/g olan N2 (BET) değeri ile en yüksek yüzey alanına sahip bulunmakla beraber bu değer diğerleri için 7.4 m2/g 'dan küçük bulundu. Sözü edilen kömürlerin, CO2 (D-R) yüzey alanları ise 18.68-15.44 m2/g arasında değişti. Bu iki değer sırası ile Konya ve Soma Linyitlerinde gözlendi. Seçilen dört kömürün; Soma, Elbistan, Seyitömer ve Tunçbilek linyitlerinin gözenek hacimleri, N2 ve CO2 yüzey alanları ve de gerçek yoğunluk değerlerinin karbonizasyon ve aktivasyon basamakları sonrası genellikle arttıkları belirlendi. Bunun yanında, artışlar aktivasyon sonrası elde edilen ürünlerde daha belirgin olarak gözlendi. Gözenek hacim ve alanlarındaki artışlar belli bir sıcaklık/ağırlık kaybı seviyesinden sonra azalan eğilimler gösterdi. Karbonizasyon basamağı sonrası, orjinal kömürlere nazaran, mikro gözenekliliğin oldukça, mezo gözenekliliğin ise kısmen artmış olduğu, makro gözenekliliğin ise pek değişmediği gözlemlendi. Aktivasyon sonrası ise, bütün boyutlardaki gözeneklerde daha belirgin derecelerde artışlar belirlendi. Genel olarak, mezo ve mikro gözeneklere nazaran, makro gözeneklerin katkılarının daha fazla olduğu belirlendi. Karbonizasyon sonucu elde edilen ürünlerin BET ve D-R yüzey alanları, sırası ile 4.01 ile 201 m2/g ve 42.03 ile 403 m2/g aralıklarında değişti. Aktivasyon sonrası ise, bu değerler dikkade alınacak derecelerde arttı. Bu ürünlerin, BET değerleri 32 ile 360 nr^/g aralığında, D-R değerleri ise 88.04 ile 657 m2/g aralığında değişti. IXKarbonizasyon ve aktivasyon denemeleri ile aynı şartlarda gerçekleştilen TGA çalışmalarından elde edilen CO2 reaktivite bulguları Elbistan linyitinin en düşük, Tunçbilek linyitinin ise en yüksek görünen aktivasyon enerji değerlerine; 32.38 ve 71.94 kJ/mol, ve böylelikle, sırası ile en yüksek ve en düşük reaktivitelere sahip olduklarını gösterdi. Elbistan linyitinin en yüksek reaktivite değerine sahip olması, orjinal kömürdeki yüksek CaO içeriği ve aktivasyon basamağı öncesi (orjinal halinde ve karbonizasyon sonrası), yüksek oranlardaki besleyici gözeneklere (makro ve mezo) sahip olması ve bunların aktivasyon ile daha da artması ile açıklanabileceği sonucuna varıldı. Anahtar Kelimeler Kömür, Aktif Karbon, Gözenek Yapısı, Karbon Dioksit Aktivasyonu, Reaktivite Bilim Dalı Sayısal Kodu: 603.02.01 i
Özet (Çeviri)
ABSTRACT CHARACTERIZATION OF PORE STRUCTURE OF TURKISH COALS AND THEIR CHARS OBTAINED BY CARBONIZATION AND C02 ACTIVATION ŞENEL, İ. Gökhan Ph.D. in Chemical Engineering Supervisor Prof. Dr. Hayrettin Yücel Co-Supervisor: Prof. Dr. Güniz Gürüz October, 1994, 347 pages. In this study, characterization of the porous structure of twelve Turkish coals with carbon contents varying between 61-84% (on dry ash- free basis) was carried out. After initial screening, four promising coals were selected for investigating the possibility of obtaining high surface area materials (activated carbon). These coals were heated; at a heating rate of 10 °C/min to the final carbonization temperatures in the range of 750° to 1125°C. The total carbonization time was kept constant at two hours. Carbonized coals were activated in CO2 atmosphere at the final carbonization temperature for an additional one hour. The pore structures of original coals and their chars obtained were determined as follows: The volume and area of macropores which are XXXin the pore diameter range of 8180-50 nm were determined by mercury intrusion porosimetry. Mesopore (in the range of 50-2 nm) volumes were determined by N2 gas adsorption technique at 77 K, BET surface area of the samples were also determined in the relative pressure range of 0.05 to 0.02. The pore volume and area of the micropores which are less than 2 nm in diameter were determined by CO2 adsorption measurements at 298 K by the application of Dubinin Radushkevich equation, in the relative pressure range of 1x1 0~4 to1x10~2. The results of these studies indicated that Turkish coals have various proportions of macro, meso and micropores which appears to be independent of the coal rank. Pore volumes were varied between the minimum and maximum values of 0.04 and 0.135 cc/g for macropores corresponding to Mengen and Zonguldak coals; 0.0008 and 0.01 cc/g for mesopores corresponding to Bursa and Soma lignites; and 0.0052 and 0.028 cc/g for micropores, in Konya and Amasra coals, respectively. True and apparent densities showed parabolic trends with the increasing rank, exhibiting a minimum at around 74% carbon content of the coals. Beypazari and Mengen lignites with their high ash contents of 49.5 and 45.3 % on dry basis gave correspondingly higher values of true densities as 1.65 and 1.70 g/cc and apparent densities, as 1.53 and 1.59 g/cc, respectively. XVAmong the twelve coals studied, Tunçbilek coal was found to have the maximum N2 (BET) surface area as 33.64 m2/g while the corresponding values for rest of the coals were less than 7.4 m2/g. CO2 (D-R) surface areas of the mentioned coals varied in the range of 18.68 - 115.44 m2/g. These two values were observed for Konya and Soma lignites, respectively. Pore volumes, N2 and CO2 surface areas as well as true densities of the selected four coals; namely, Soma, Elbistan, Seyitomer and Tunçbilek lignites generally increased both after carbonization and activation steps. However, pore development was more pronounced in the chars produced after the activation step. The initial increasing trends in the pore volume and areas, exhibited a decreasing trend after a certain temperature/burn-off levels. After the carbonization step the microporosity developed significantly, mesoporosity developed moderately and macroporosity remained almost the same in comparison to the corresponding porosities of the parent coal. A significant increase in all range of pores is observed after the activation step. In general, contribution of macropores was found to be greater than those of mesopores and micropores. BET and D-R surface area values of the products obtained after carbonization of the four coals varied from 4.01 to 201 m2/g and from 42.03 to 403 m2/g, respectively. Upon activation, these values increased considerably. BET values of these products varied from 32 to 360 m2/g and D-R values from 88.04 to 657 m2/g.CÛ2 reactivities of the coals which were evaluated from the TGA studies under the identical conditions with the carbonization and activation experiments indicated that Elbistan lignite has the lowest and Tunçbilek the highest apparent activation energy values; as 32.38 and 71.94 kJ/mol, exhibiting the highest and lowest reactivities, respectively. Highest reactivity of Elbistan coal can be explained by the high CaO content in the starting material and the presence of considerable amount of feeder (macro and meso) pores prior to activation (both in its original state and also after carbonization) which developed significantly upon activation.
Benzer Tezler
- Kömürün mineral içeriğinin yanma özelliklerine etkisi
The Effect of mineral matter content of coal on its combustion properties
HANZADE AÇMA
- Kolza sap-samanı piroliz katlı ürününün (Char) eldesi ve tanımlanması
Başlık çevirisi yok
AYDIN SEVER
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ KARAOSMANOĞLU
- Organik kirletici maddelerin karbon nanomateryallerle adsorpsiyonu ile doğal sulardan giderilmesi
The removal of organic pollutants from natural waters by adsorption on carbon nanomaterials
GAMZE ERŞAN
Doktora
Türkçe
2014
Çevre Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASEMİN KAYA
PROF. DR. TANJU KARANFİL
- Fischer Tropsch sentezi için zeolit destekli demir katalizörlerin geliştirilmesi
Development of zeolite supported iron based catalysts for Fischer Tropsch synthesis
BETÜL GÜRÜNLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Eşzamanlı karbondioksit kullanımı ve hidrojen dönüşümü için nikel-demir bazlı katalizör üzerinde karbondioksitten metan eldesi
CO2 to methane over nickel-iron based catalyst for simultaneous CO2 utilization and hydrogen conversion
BUKET KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
PROF. DR. ŞAHİKA SENA BAYAZİT