Geri Dön

Zonguldak Taşkömürünün pirolizinde mineral madde ve katalizörlerin etkisi

The Effects of mineral matter and catalysis in the pyrolysis of Zonguldak bituminous coal

  1. Tez No: 55404
  2. Yazar: NURŞEN ALTUNTAŞ
  3. Danışmanlar: PROF.DR. YUDA YÜRÜM
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Bituminous coal, pyrolysis, tar, catalyst, kinetics
  7. Yıl: 1996
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 151

Özet

IV ÖZET Bu çalışmada vitrinit maserallerince zengin Zonguldak taşkömürü ve asit yıkamaları ile elde edilen demineralizasyon ürünlerinin düşük sıcaklık pirolizinde (300-500 °C) mineral madde ve çeşitli katalizörlerin organik madde dönüşümüne etkisi incelenmiştir. HC1 yıkaması ile kömürden Ca, Mg ve Fe içeren karbonat minerallerin uzaklaştırıldığı bulunmuştur. HC1 ile yıkanmış kömürün piroliz dönüşümünün azalması, bu minerallere bağlı olan kalsiyum, magnezyum ve demirin katalitik etkisinin olduğunu göstermiştir. Kaolinit, illit, klorit ve kuartz gibi gibi silikat mineralleri uzaklaştırıldığında, piroliz dönüşümünün arttığı bulunmuştur. Piroliz kinetiği, yükselen sıcaklık bölgesi ve sabit sıcaklık bölgesi olmak üzere iki farklı bölgede incelenmiştir. Değişen sıcaklık bölgesinde piroliz kinetiği incelendiğinde, ham kömür, HC1 ile yıkanmış ve HC1-HF ile yıkanmış kömürün pirolizi için aktivasyon enerjisi sırasıyla, 230.8 U/mol, 194.1 kJ/mol ve 232.2 kJ/mol dür. Ham kömüre % 5 ve % 10 oranında ZnCk, C0CI2, Q1CI2, NiCfe, FeCU ve Fe2C>3.S04 gibi katalizörler eklendiğinde aktivasyon enerjisinin 132.1-200.1 kJ/mol arasında, reaksiyon derecesininde 0.9-1.6 arasında değiştiği, HC1 ile yıkanmış kömüre aynı katalizörler eklendiğinde 146.1-201.2 kJ/mol arasında, reaksiyon derecesinin de 0.8-1.9 arasında değiştiği ve HC1-HF ile yıkanmış kömüre aynı katalizörler eklendiğinde ise 45.1-222.7 kJ/mol arasında, reaksiyon derecesinin de 0.8-1.4 arasında değiştiği bulunmuştur. Sabit sıcaklık bölgesinde piroliz reaksiyonlarının 1. dereceden yürüdüğü kabul edilmiş ve yapılan deneylerde hesaplanan dönüşüm değerlerinden yararlanılarak aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Ham kömüre % 5 ve % 10 oranında ZnCfe, C0CI2, CuCl2, NİCI2, FeCU ve Fe2C>3.S04 gibi katalizörler eklendiğinde aktivasyon enerjisinin 32.2- 58.9 kJ/mol arasında değiştiği, HC1 ile yıkanmış kömüre aynı katalizörler eklendiğinde 4.5-61.5 kJ/mol arasında değiştiği ve HC1-HF ile yıkanmış kömüre aynı katalizörler eklendiğinde ise 16.2-57.0 kJ/mol arasında değiştiği gösterilmiştir. Değişik sıcaklık ve sürelerde piroliz sonunda elde edilen kokların piridinde şişmeleri ölçülerek, kömür yapısında bulunan minerallerin, eklenen katalizör miktarının ve türünün çapraz bağ oluşumuna etkisi incelenmiştir. Ham kömür, HC1 ve HC1-HF ile yıkanmış kömür örneklerinde katalizörlü ve katalizörsüz piroliz deney sonuçlan karşılaştınldığmda, katalizörlü örneklerin pirolizinden elde edilen koklarda piridinde şişmenin azalması, çapraz bağ oluşumunun arttığını göstermiştir. HC1-HF ile yıkanmış kömürden elde edilen kokların infrared spektrumlanmn alifatik 3000-2800 cm"1 (alifatik C-H) ve 900-700 cm'1 (aromatik C-H bükülme) aralığıeğri çözümleme yöntemi ile incelenerek, piroliz sıcaklığı ve süresi ile alifatik yapıların ve aromatik kondensasyonun değişimi araştırılmıştır. HC1-HF ile yıkanmış kömürün pirolizinde, ZnCfe, CuCb, C0CI2, FeCU, NİCI2 ve Fe203.S04 gibi katalizörlerin, genelde alifatik yapıların kırılmasını katalizlediği bulunmuştur. Piroliz sıcaklığı arttıkça aromatik kondensasyonun arttığı saptanmıştır. Ayrıca, katalizörlerin davranışlarının farklı olduğu bulunmuştur. Değişik sıcaklıklarda 60 dakika pirolizde ZnCİ2 ve Fe203.SC>4 katalizörleri, sıcaklıkla aromatik kondensasyonu azaltma eğilimi göstermiştirHam kömür ve demineralizasyon ürünlerinin değişik sıcaklık ve sürelerde pirolizinden elde edilen katran örneklerinin bileşimi gc-ms spektrometresi ile analiz edilmiştir. Ham, HC1 ve HC1-HF ile yıkanmış kömürlerden elde edilen (500 °C t = 60 dakika) katranların pirolizi karşılaştırıldığında, ham kömür katranının yüksek oranda benzendiol içerdiği, HC1 ve HC1-HF ile yıkanmış kömür katranlarının ise daha çok 2,6 bis(l,ldimetiletil) fenol içermektedir. HC1-HF ile yıkanmış kömürden elde edilen katran bileşimine piroliz sıcaklığı ve süresinin etkisi incelendiğinde, 300 °C daki katranın alifatik bileşenler içerirken sıcaklığı arttıkça katranın benzendiol, alkil fenol ve naftalin türü bileşenler içerdiği belirlenmiştir. Ham kömüre ZnCb, CuCfe, C0CI2, FeCİ3, NİCI2 ve Fe203.S04 gibi katalizörler eklendiğinde, ZnCfe, FeCk, ve Fe203.S04 katalizörlerinin, fenolik bileşiklerin oluşumunu artırdığı bulunmuştur. HC1-HF ile yıkanmış kömüre katalizör eklenip piroliz edildiğinde, CuCfe dışında kullanılan ZnCl2, C0CI2, FeCl3, NiCl2 ve Fe203.S04 gibi katalizörlerin alkil fenolleri azalttıkları gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler; Taşkömürü, piroliz, katran, katalizör, kinetik.

Özet (Çeviri)

VI ABSTRACT In this study, the effects of catalysts and mineral matter on the conversion of organic materials in the low temperature pyrolysis (300-500 °C) of the vitrinite-rich Zonguldak bituminous coal and acid treated coals were investigated. Calcium, iron and magnesium cations have been removed from coal with HC1 treatment. The result indicated that these cations had catalytic effects during pyrolysis. It was observed also that the conversion of pyrolysis was increased with removing the clay minerals illite, kaolinite, chlorite and quartz. The pyrolysis kinetics was determined in two different regions as increasing and constant temperature regimes. The activation energies were found as 230.8, 194. 1 and 232.2 U/mol for the original Zonguldak bituminous coal, HCl-treated and HC1-HF- treaed coals respectively in the pyrolysis at the increasing temperature region. It was found that the activation energies ranged from about 132.1-201.2 U/mol in the pyrolysis experiments with catalysts. Reaction orders were determined as 0.9-1.6 in the presence of catalyst such as ZnCl2, NiCl2, CoCl2, CuCl2, FeCl3 ve Fe203.S04 (% 5-20) in original coal sample. The activation energies were calculated as 146.1- 201.2 kJ/mol and 45.1-222.7 kJ/mol, for pyrolysis of HCl-treated and HC1-HF- treated coal samples, respectively at the same experimental conditions. It was found also that the reaction orders ranged from 0.8-1.9, 0.8-1.4 for pyrolysis of HCl-treated and HCl-HF-treated coal samples respectively. The activation energies were found from conversion values obtained in the experiments by assuming a first order reaction in the constant temperature region. It was found that these activation energies ranged from about 32.2-58.9 kJ/mol in the presence of catalyst such as ZnCl2, NiCl2, CoCl2, CuCl2, FeCl3 ve Fe203.S04 (% 5- 20) in original coal sample. The activation energies were calculated as 4.5-61.5 kJ/mol and 16.2-57.0 kJ/mol, respectively, in the pyrolysis of HCl-treated and HCl- HF-treated coal samples at the same experimental conditions. The volumetric swelling ratios of the chars obtained in different experimental conditions have been measured using the pyridine swelling technique and the extent of cross linking in the macromoleculer network of chars was examined. It was found that the cross linking increased with the catalysts. The HC1-HF treated coal samples without and with ZnCl2, NiCl2, CoCl2, CuCl2, FeCl3 ve Fe203.S04 as catalysts were pyrolysed under various temperatures and time conditions in an inert atmosphere. The aliphatic C-H stretching (3000-2800 cm“1) and aromatic C-H out of plane (900-700 cm”1) region of the infrared spectra the chars have been evaluated by curve fitting analysis. The changes in the aliphatic hydrogen and the degree of aromatic condensation have been examined as function of temperature, time ve catalyst type. The catalyst added reduced aliphatic structures and increased aromatic condensation in experiments of low temperature and short times (300 °C and 0 minutes) and increased aromatic condensation. ZnCl2 ve Fe203.S04 decreased the aromatic condensation with increasing pyrolysis temperature at constant time (t=60 minutes).vıı The tars from the slow pyrolysis of original coal and its demineralization products under various temperature and time conditions in an inert atmosphere were analyzed by gas chromatography-mass spectrometer. It was identified that the composition of coal tars changed as pyrolysis temperature and time were increased. The original coal tar consisted of mainly benzenediol and the tars obtained from the HC1 and HC1-HF treated coal samples consisted of mainly 2,6 bis (1,1 dimethylethyl) phenol. The effect of catalysts such as ZnCl2, NİCİ2, CoCl2, CuCl2, FeCU ve Fe203.S04 was studied the composition of coal tars obtained at constant temperature and time. The coal tars consisted of mainly benzenediol, alkyl phenol and naphthalane compounds and aliphatic compounds decreased as the pyrolysis temperature increased. Phenol type compounds increased in tars when the catalysts as ZnCl2, FeCU and Fe203.S04 was used with the original coal. It was observed that phenol type compounds in tar decreased when as ZnCl2, NiCl2, CoCl2, CuCl2, FeCk and Fe203.SC>4 catalysts were used in HC1-HF treated coal sample.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    378811

    0-10 mm Zonguldak taşkömürünün süperkritik gaz ekstraksiyonu

    Başlık çevirisi yok

    RAMAZAN CEYLAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1978

    KimyaKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ARAL OLCAY

  2. Tez No

    46633

    İthal taşkömürlerin oksidasyon özellikleri ve Zonguldak Taşkömürü ile harmanlama olanaklarının araştırılması

    Investigating the oxidation properties of imported bituminous coal and blending possibilition with Türkish bituminous coal

    MUSTAFA İLHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. GÜNDÜZ ATEŞOK

  3. Tez No

    4326

    Nevşehir-Arafa linyitinin koklaştırılması

    Başlık çevirisi yok

    HÜLYA TETİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1988

    Kimya MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RAMAZAN MİRZAOĞLU

  4. Tez No

    33553

    Kömürün akışkan yatakta yakılması

    Combustion of coal in fluidized bed

    NESLİHAN DEVECİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1994

    Kimya MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ.DR. DURSUN PEHLİVAN

  5. Tez No

    392953

    Türkiye farklı bölge kömürleri için radyoaktivitenin nükleer tekniklerle incelenmesi

    Investigation of coal samples from different regions in Turkey by nuclear techniques

    OSMAN YÜCEHAN KUTLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SEVİLAY HACIYAKUPOĞLU

Geri Dön