Geri Dön

Sodyum karbonatın kömür oksidasyonuna etkisi ve oksidasyon külünden sodyum silikat eldesi

Investigation of the effect of sodium carbonate on the oxidation of coal and the oxidation ash

  1. Tez No: 827823
  2. Yazar: KÜBRA YANIK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. JALE NAKTİYOK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Kömür, Na2CO3, katalitik yanma, sodyum silikat, TG-DTG/DTA, Coal, Na2CO3, catalytic combustion, sodium silicate, TG-DTG/DTA
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Atatürk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 93

Özet

Amaç: Doğrudan kömür oksidasyonu, düşük karbon dönüşümüne yani düşük verimliliğe sebep olmaktadır. Bu durumun önüne geçebilmek için daha düşük sıcaklıklarda katalitik oksidasyon işlemi gerçekleştirilmektedir. Böylelikle düşük sıcaklıklarda yüksek karbon dönüşümlü, yüksek enerjili tam yanma şartları sağlanmaktadır. Yapılan çalışmada, Erzurum (Oltu) Umutbaca ve Kütahya Tavşanlı kömürlerine farklı oranlarda Na2CO3 ilave edilerek kömürlerinin katalitik oksidasyonu incelenmiştir. Bir yakıtın tanımlanmasında önemli bir unsur olan yanma profilleri elde edilmiştir. Ayrıca Na2CO3 eşliğinde yanma işleminden sonra kömür küllerinde değerli bileşenlerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmamızda oksidasyon boyunca Na2CO3'ın kömürdeki SiO2, Al2O3 gibi inorganik bileşenlerle reaksiyona girerek Na2SiO3 ve Na2Si2O5 gibi sodyum bileşiklerine dönüşümü incelenmiştir. Bu bileşenlerin eldesi literatürde uçucu küle Na2CO3 gibi maddeler ilave edilip tekrar fırınlanarak elde edilmektedir. Bu çalışmamızda sodyum silikat eldesinde ilk defa denenen yeni ve ekonomik bir yöntem geliştirilmiştir. Yöntem: Çalışmamız iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada Erzurum (Oltu) Umutbaca ve Kütahya Tavşanlı kömürlerine farklı oranlarda (%1, %2.5, %5 ve %10) Na2CO3 ilave edilerek katalitik oksidasyonu incelenmiştir. Kömürlerin yanma davranışları TGA cihazında oda sıcaklığından 800°C'ye kadar incelenerek, TGA verilerinden kinetik analizi yapılmıştır. İkinci aşamada Na2CO3 katkılı kömürler kül fırınında yakılması sonucunda elde edilen kömür küllerinde oluşan sodyum silikat bileşiklerini belirleyebilmek için FTIR, SEM-EDS, XRD ve BET analizleri yapılmıştır. Bulgular: Kömürlerin oksidasyonundan kullanılan TG-DTG/DTA grafiklerinde Na2CO3 katkısının katalitik bir etkiye sahip olduğu görülmektedir. Özellikle Umutbaca kömüründe yanma sıcaklıklarının azaldığı belirlenmiştir. Yanma için gerekli olan aktivasyon enerjisi Tavşanlı kömürü için 154.83 kJ/mol' den 101.37 kJ/mol'e, Umutbaca kömüründe ise 112.32 kJ/mol'den 108.03 kJ/mol'e düştüğü gözlenmiştir. XRD analiziyle Umutbaca kömüründe büyük bir oranda sodyum silikat (Na2SiO3 ve Na2Si2O5) elde edildiği tespit edilmiştir. Tavşanlı kömür külünde alüminyumlu bileşikler oldukça fazladır. Na2CO3 ilavesi alüminyumlu bileşiklerin (Al4Na14O13 ve Na1.68Al11O17) oluşmasını sağlamıştır. Üstelik sodyum silikat üretiminin yanında zeolitin de oluştuğu belirlenmiştir. SEM ve EDS analizlerinde ise ham kömür küllerinin bileşime bağlı kalarak farklı morfolojik yapılar sergiledikleri görülmüştür. Tavşanlı kömür külünde iğne yapılı bileşenler, Umutbaca kömür külünde ise homojen, düzgün ve gözenekli bir silisyum oksit yüzeyine rastlanmıştır. FT-IR analizinde ham kömür küllerinde baskın olan silikatlı (O-Si-O) yapının Na2CO3 ilavesi ile Na-O-Si bağlarının oluştuğu tespit edilmiştir. Umutbaca külünden elde edilen yapının SBET yüzey alanı 53.42 m2/g'dır. Sonuç: Na2CO3'ın katalitik etkisi ile kömürlerin yanma sıcaklıkları ve aktivasyon enerjileri düşürülerek yanma işlemi iyileştirilmiştir. Ayrıca Na2CO3 ilavesi ile her iki kömürde bulunan mineraller yanma esnasında reaksiyona girerek cam yapımında kullanılan ve endüstriyel olarak önemli bir ham madde olan gözenekli sodyum silikatlar elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Purpose: Direct coal oxidation causes low carbon conversion, ie low efficiency. In order to prevent this situation, catalytic oxidation process is carried out at lower temperatures. Thus, at low temperatures, high carbon conversion, high energy complete combustion conditions are provided. There is very little information about the catalytic oxidation of our lignite resources. In our study, catalytic oxidation of coals will be provided by adding Na2CO3. Combustion profiles will be obtained, which is an important element in the identification of a fuel. In addition, valuable components will be determined in the coal ashes after the combustion process in the presence of Na2CO3. In our study, it is expected that Na2CO3 reacts with inorganic components such as SiO2, Al2O3 in coal during oxidation and transforms into sodium compounds such as Na2SiO3 and Na2Si2O5. The production of these components is obtained by adding substances such as Na2CO3 to the fly ash and baking it again in the literature. In this study, a new and economical method was developed, which was tried for the first time in the production of sodium silicate. Method: Our study was carried out in two stages. In the first stage, Na2CO3 was used at different rates for the catalytic oxidation of Erzurum (Oltu) Umutbaca and Kütahya-Tavşanlı coals. Combustion behaviors of coals were examined in TGA device from room temperature to 800°C, and kinetic analysis was made from TGA data. In the second stage, coals with Na2CO3 additives were burned in the muffle furnace and ashes were obtained. FTIR, SEM-EDS, XRD and BET analyzes were performed to determine sodium silicate compounds from coal ash. Findings: It has been understood that the Na2CO3 contribution has a catalytic effect in the TG-DTG/DTA graphs used from the oxidation of coals. Combustion temperatures have decreased significantly, especially in Umutbaca coal. It was observed that the activation energy required for combustion decreased from 154.83 kJ/mol to 101.37 kJ/mol for Tavşanlı coal and from 112.32 kJ/mol to 108.03 kJ/mol for Umutbaca coal. By XRD analysis, it was understood that a large proportion of sodium silicate was obtained in Umutbaca coal. There are many aluminium compounds in rabbit coal ash. Therefore, the addition of Na2CO3 provided the formation of aluminium compounds. Moreover, traces of zeolite were also found in addition to the production of sodium silicate. In SEM and EDS analyses, it was observed that the raw coal ash exhibited different morphological structures depending on the composition. Needle-like components were found in Tavşanlı coal ash, and a homogeneous, smooth and porous silicon oxide surface was found in Umutbaca coal ash. In the FT-IR analysis, the silicate (O-Si-O) structure in the range of 1250-780 cm-1, which is dominant in the raw coal ash, was replaced by Na-O-Si bonds in the range of 1600-1300 cm-1 with the addition of Na2CO3. Results: With the catalytic effect of Na2CO3, the combustion temperatures and activation energies of the coals have been reduced, that is, the combustion process has been improved. In addition, with the addition of Na2CO3, the minerals in both coals reacted during combustion porous sodium silicates, an industrially important raw material used in glass making, were obtained.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    595929

    Investigation of fly ash characteristics on zeolite 4A synthesis

    Kül karakteristiğinin zeolit 4A sentezi üzerindeki etkisinin incelenmesi

    SÜLEYMAN ŞENER AKIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FEYZA KAZANÇ ÖZERİNÇ

    PROF. BURCU AKATA KURÇ

  2. Tez No

    127104

    Bitlis disteninin flotasyonla zenginleştirilmesi

    Benefication of Bitlis kyanite by flotation

    TAMER ÇAĞRI YURTSEVER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Cevher-Kömür Hazırlama ve Değerlendirme Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SUNA ATAK

  3. Tez No

    184027

    C3 enerji bitkisi olan enginar (Cynara cardunculus L.) saplarının pirolizi ve biyoyakıt üretiminin incelenmesi

    Pyrolysis of artichoke stalks (Cynara cardunuculus L.), c3 energy crop, and an investigation into production of bio-oil

    YUNUS EMRE ŞİMŞEK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Kimya MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SAİT YORGUN

  4. Tez No

    749537

    Termal analiz, optimizasyon ve katalitik hızlı piroliz ile pirinanın enerji potensiyelinin incelenmesi

    Investigation of olive pomace energy potential using thermal analysis, optimization and catalytic fast pyrolysis

    BALKIS YAHYAOUI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Çevre MühendisliğiAkdeniz Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN MERDUN

  5. Tez No

    232346

    Çeşitli polimerik temelli atıklardan yüksek yüzey alanlı aktif karbon eldesi, karakterizasyonu ve uygulama alanları

    Preparation, characterization and utilization of high surface area activated carbon from various polymeric based wastes

    ÇİĞDEM SARICI ÖZDEMİR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Kimyaİnönü Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. M. ENGİN ŞENER

    YRD. DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL

Geri Dön