Gazlaştırma sıcaklığının etkisi

Biyokütle debisi ve B/Y oranı sırasıyla, 0.3 kg/h ve 1 olacak şekilde sabit tutularak gazlaştırma sıcaklığının gazlaştırıcı performansı üzerindeki etkisi araştırılmaktadır. Ürün gazı bileşiminin ve H2/CO oranının değişimi 650-1100 C aralığındaki on farklı sıcaklık değeri için Şekil 5.7’de gösterilmektedir. Ürün gazı içindeki H2 derişikliğinin sıcaklıkla birlikte arttığı ve 900 C en yüksek değerine ulaştığı görülmektedir. Artan sıcaklıkla birlikte, R2 ve R12 endotermik reaksiyonları hidrojen üretimi üzerinde olumlu etki yaparken R9 ekzotermik reaksiyonu ise olumsuz etki yapmaktadır. Bu

94

reaksiyonların net etkisi H2’nin 650 ve 900 C sıcaklık aralıklarında artmasına neden olmaktadır. H2 bileşimi 900 C’de en yüksek değerinde ulaşmakta ve bu noktadan sonra neredeyse sabit kalmaktadır. CO derişikliği %9.12’den %33.8’e çıkmaktadır ve en önemli artış 650-850 C sıcaklık aralıklarında görülmektedir. CO2 derişikliği artan sıcaklıkla birlikte sürekli olarak azalmaktadır. CO ve CO2’de görülen bu eğilimler, R1 ve R12 endotermik reaksiyonları için reaksiyon dengesinin girenlerden ürünlere doğru kaymasından ve R9 ekzotermik reaksiyonunun ise geri yönde baskın hale gelmesinden kaynaklanmaktadır. Artan sıcaklıkla birlikte R12 reaksiyonu ileri yönde daha etkin olduğu için ürün gazı içindeki CH4 miktarı azalmaktadır. Sıcaklığın artmasıyla H2 ve CO’nun artma eğilimleri ve CO2 ve CH4’ün azalma eğilimleri literatürde yer alan diğer çalışmalarda da rapor edilmiştir [58, 62]. Sıcaklığın artmasıyla birlikte hem H2 hem de CO artmasına rağmen CO’da görülen artış oranı daha fazladır. Bu yüzden, H2/CO oranı 650 C’de 3.59’dan 1100 C’de 1.67’ye düşmektedir. Bu düşme eğilimi ayrıca, literatürdeki bir başka çalışmada da belirtilmiştir [61].

Şekil 5.7 : Gazlaştırma sıcaklığının ürün gazı bileşimi ve H2/CO üzerindeki etkisi (B/Y=1).

Sıcaklığın AID ve SGV üzerindeki etkisi Şekil 5.8’de gösterilmektedir. AID, CH4

derişikliğindeki keskin azalmadan dolayı 850 C’ye kadar 13.45 MJ/m3 değerinden 10.09 MJ/m³ değerine düşmektedir. Bu sıcaklığın üzerinde AID’de 1100 C’ye kadar kayda değer bir değişim görülmemektedir. Motta ve diğ. [62], artan sıcaklığın kütle-esaslı AID üzerinde olumlu bir etkiye sahip olduğunu söylemişlerdir. Bununla birlikte, bu çalışmanın da konusu olan hacim-esaslı AID’nin sıcaklıkla birlikte azaldığını

95

belirtmişlerdir. SGV’nin, 650 ve 850 C aralığında artan H2 ve CO derişiklikleri ve ürün gazı debisiyle birlikte arttığı görülmektedir. Daha sonra, 1100 C’de 1.001 değerine ulaşmaktadır. SGV’nin 1’den büyük değeri Nipattummakul ve diğ. [112] tarafından atık su çamurunun buhar ile gazlaştırılması için yapılan bir çalışmada rapor edilmiştir. Bu durum, buharın H2’ye kısmi dönüşümüyle ilişkilendirilmiştir. Benzer bir gerekçe bu çalışma için de geçerli olabilmektedir. SGV ayrıca CO2’nin gazlaştırma ajanı olarak kullanıldığı bir başka çalışmada da [53] yine 1’den büyük bulunmuştur. Bu durum, CO2-karbonun kısmen CO’ya dönüşmesinden kaynaklanmaktadır.

Son değerlendirme gazlaştırıcılar için en önemli iki performans parametresi olan AID ve SGV için yapılmıştır. Analizlerde, 850 C’nin üstündeki sıcaklıklarda AID ve SGV’de önemli bir değişmenin olmadığı görülmüştür. Ayrıca, en yüksek H2 derişikliği 900 C’de elde edilmiştir. Buradan yola çıkılarak, en uygun gazlaştırıcı sıcaklığının 850 ve 900 C sıcaklıkları aralığında olması gerektiği önerilmektedir. Bu bulgu, çalışma sıcaklık aralığı 800-1000 C olan ticari akışkan yatak biyokütle gazlaştırıcılar ile örtüşmektedir [56]. Fremaux ve diğ. [113] ayrıca, ele aldıkları akışkan yatak gazlaştırıcı için en uygun çalışma sıcaklığı olarak 900 C’yi tavsiye etmişlerdir.

Şekil 5.8 : Gazlaştırma sıcaklığının AID ve SGV üzerindeki etkisi (B/Y=1). 5.1.4.2 B/Y oranının etkisi

B/Y oranının ürün gazı bileşimi ve H2/CO üzerindeki etkisi Şekil 5.9’da gösterilmektedir. Burada, biyokütle debisi 0.3 kg/h ve gazlaştırma sıcaklığı 770 C’de

96

sabit tutulurken, B/Y oranı 0.5-4 aralığında değişmektedir. B/Y oranının artmasıyla birlikte, ileri yönde R2, R9 ve R12 reaksiyonları daha elverişli hale gelmektedir. Bu da, H2 ve CO2 derişikliklerinin artmasına CH4 derişikliğinin ise azalmasına neden olmaktadır. H2, B/Y oranının artmasıyla birlikte artmakta ve en yüksek değeri olan 64.7’ye B/Y’nin 4 olduğu durumda ulaşmaktadır. CO2 derişikliği B/Y oranı ile birlikte yaklaşık %12 oranında artmaktadır. İleri R9 reaksiyonunun CO derişikliği üzerindeki olumsuz etkisinden dolayı CO sürekli olarak azalmakta ve B/Y’nin 4 olduğu noktada en küçük değerine (%8.4) ulaşmaktadır. Ürün gazı bileşimine ait benzer eğilimler başka çalışmalarda da elde edilmiştir [56, 58, 114]. H2 ve CO’da meydana gelen artış ve azalışlardan dolayı H2/CO oranı doğrusal olarak artmaktadır.

Şekil 5.9 : B/Y oranının kuru gaz bileşimi üzerindeki etkisi (T=770 C ). B/Y oranının AID ve SGV üzerindeki etkisi Şekil 5.10’da gösterilmektedir. Ürün gazı ısıl değeri 12.4’den 8.09’a ve SGV ise 0.92’den 0.66’ya düşmektedir. AID’deki bu düşüş CO ve CH4 derişikliklerinin azalmasından kaynaklanabilmektedir [115]. Gaz bileşimindeki değişmeler ile buhar debisindeki artış SGV’nin düşmesine sebep olan temel nedenlerdir. Shahbaz ve diğ. [116] SGV’nin B/Y oranı ile birlikte azaldığını belirtmişlerdir.

B/Y oranındaki artış H2 üretimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve bu çalışmada H2

%20.8 oranında artış göstermiştir. Bununla birlikte, artan buhar AID ve SGV’nin azalmasına neden olmakta ve bu da gazlaştırma performansını düşürmektedir. Bu yüzden, göz önüne alınan çalışma koşulları için en uygun B/Y oranının belirlenmesi

97

gerekmektedir. Şekil 5.9’da B/Y oranının 1.5’in üzerindeki değerlerde H2

derişikliğindeki artışın göreceli olarak küçük olduğu görülmektedir. Chutichai ve diğ. [117] gaz bileşimindeki değişimin B/Y oranının 1.2 değerine ulaşmasından sonra oldukça küçük olduğunu vurgulamışlardır. Başka bir çalışmada ise [118] B/Y>1.5 için hidrojen üretiminde çok küçük bir artış gözlemlenmiştir. Bu yüzden, bu çalışmada göz önüne alınan koşulları için en uygun B/Y değeri 1.5 olarak belirlenmiştir.

Şekil 5.10 : B/Y oranının AID ve SGV üzerindeki etkisi (T=770 C ). 5.1.4.3 Biyokütle nem içeriğinin etkisi

Biyokütle nem içeriğinin ürün gazı kompozisyonu üzerindeki etkisi, biyokütle debisinin, B/Y oranının ve gazlaştırma sıcaklığının sırasıyla, 0.3 kg/h, 1 ve 820 C’ye sabitlenmesiyle incelenmiştir. Ürün gazı bileşiminin farklı nem içeriklerine göre değişimi Şekil 5.11’de gösterilmektedir. Biyokütle nem içeriği %0-30 arasında değişmektedir. Nem miktarının artması ürün gazı bileşiminde değişimlere yol açan R2, R9 ve R12 reaksiyonlarını etkilemektedir. Nem içeriği ile birlikte H2 derişikliği %51.1’den %58.7’ye yükselmektedir. Nemin, doğrusal olarak artan ve %30 nem içeriğinde en yüksek değerine (%19.8) ulaşan CO2 derişikliği üzerinde olumlu etkisi bulunmaktadır. CO ve CH4 derişikliklerinin her ikisi de nem artışından olumsuz etkilenmektedir ve bu gazlarda sırasıyla, %8.1 ve %3.8’lik düşüşler görülmektedir. Ürün gazı bileşimi için benzer sonuçlar literatürde yer almaktadır [59, 62].

Şekil 5.12’de biyokütle nem içeriğinin AID ve SGV üzerindeki etkisi yer almaktadır. Beklendiği üzere, ürün gazı bileşimindeki değişimlere bağlı olarak artan nem miktarı

98

ele alınan KAYG performansını sınırlamaktadır [58]. AID tüm nem içerikleri boyunca 1.59 MJ/m3 azalmaktadır. SGV’nin en yüksek değeri %0 nem içeriği için elde edilirken, en düşük değeri ise %30 nem içeriğinde elde edilmiştir.

Şekil 5.11 : Nem içeriğinin ürün gazı bileşimi üzerindeki etkisi (B/Y=1, T=820 C).

Şekil 5.12 : Nem içeriğinin AID ve SGV üzerindeki etkisi (B/Y=1, T=820 C). 5.2 İkinci Simülasyon Modeli

İkinci simülasyon çalışmasında, içten dolaşımlı bir KAYG için simülasyon modeli geliştirilmiştir. Bu simülasyonda yakıt olarak badem kabuğu, gazlaştırma ajanı olarak

99

buhar/oksijen kullanılmıştır. Geliştirilen model önce bir deneysel çalışma ile doğrulanmıştır. Daha sonra, parametrik çalışmalar gerçekleştirilmiş ve bu kapsamda B/Y oranının ve EO’nun ürün gazı kompozisyonu, gaz üretimi, AID ve SGV üzerindeki etkileri incelenmiştir.