Biyokömür elde edilmesine yönelik bir karbonlaştırma makinasının tasarımı, imalatı ve denenmesi

Abstract

Son zamanlarda alternatif yakıt kaynağı oluşturmasının yanı sıra ürün özellikleri ile yeni iş imkanları sağlayan termokimyasal çevrim yöntemlerinden biri olan karbonlaştırma (torefikasyon) yöntemi, genel olarak çeşitli biyokütle kaynaklarının 220-350 oC sıcaklıkta oksijensiz ortamda kömürleşme işlemidir. Karbonlaştırma (torefikasyon) yoluyla biyokütleden biyokömür elde edilmektedir. Elde edilen biyokömür, fosil yakıtlardan türetilen enerji bakımından daha temiz bir alternatif enerji kaynağıdır. Bu tez çalışmasında, geleneksel üretime kıyasla daha kaliteli, hızlı ve kontrollü koşullarda biyokömür elde etmek adına kimyasal ve fiziksel torefikasyon süreç özelliklerinin belirlenmesi ve biyokömür üretiminde uygulanan klasik yöntemin yerine seri üretime yönelik elektriksel tahrikli biyokömür makinesi üzerine çalışma yapılmıştır. Biyokömür deneyleri için tasarlanan, imalatı gerçekleştirilen ve denemesi yapılan karbonlaştırma cihazından alınan numuneler kısa analizlere tabii tutulmuş ve çıkan sonuçlar piyasada satılan ürünlerle karşılaştırılmıştır. Analizler sonucu karbonlaştırma makinesinden elde edilen ürünlerde en yüksek ısıl değere sahip biyokömür örneği 7135 cal/g ısıl değer ile 300 °C’de elde edilmiş örnek iken, en düşük ısıl değere sahip örnek ise 220 °C’de elde edilmiş olan (5421.33 cal/g) numune olarak belirlenmiştir. Ayrıca, 300 °C’de elde edilen numune sahip olduğu nem ve kül oranı ile ticari anlamda satışı yapılan piyasa ürününü geride bırakmıştır. 220 ºC ve 300 ºC uygulama sıcaklığı aralığında alınan numunelerde uçucu madde oranı %70-%80, sabit karbon oranları %20-%25 aralığında elde edilmiştir. Tüm analizlerde uygulama sıcaklığı arttıkça (sürme hızı sabit) kalorifik değerin arttığı, nem ve kül oranının düştüğü gözlemlenmiştir. Sonuç olarak biyokömür üretimi adına oluşturulan prototip, numune üretme ve numunenin kalitesi bakımından başarılı olmuş, ürün alma süresini 20-40 günlük sürelerden (klasik torluk) 7-8 dakikaya indirgemiştir. Gelişime ve değişime açık olan prototip, ileride bu konuda yapılacak ar-ge çalışmaları için yol gösterici nitelikte olup ülke ekonomisine katma değer sağlaması beklenmektedir.

Carbonization (Torrefaction) which is one of the thermochemical conversion methods is not only an alternative fuel source by the product features but it also provides new job opportunities. In general it is the process of carbonisation of various biomass resources in zero oxygen environment between 220-350 oC. Biocoal is obtained from biomass by Carbonization (Torrefaction). The obtained biochar is cleaner alternative energy source in terms of the energy that is derived from fossil fuels. In this study of thesis, in order to produce of better quality coal, to realize faster process in controlled conditions chemical and physical torrefaction process feautures are indicated and instead of classical method that is used in bio-coal production, electrically driven biochar machine was worked on so as to maintain mass production. Samples, which are designed for bio-coal experiments, are manufactured, are taken from carbonization device, are analyzed for short periods and the results are compared to the products that are sold in the markets. According to the results of analyses, bio-coal sample that has the highest heating value, which has been obtained from carbonization machine, is the sixth sample having a value 7135 cal/g obtained at 300 oC whereas the product having the least heating value is of 5421,33 cal/g in the second line. Furthermore the sixth number sample, obtained at 300 oC, has outdistanced the home product which is sold commercially speaking with the help of having the rate of ash and moisture. In the samples that are obtained at 220 oC and 300 oC has volatile substance ratio %70-%80, fixed carbon ratios %20-%25. It’s been observed in all analyses that calorific value will increase and the ratio of moisture and coal will decrease if applied heating increases. In conclusion, prototype that is formed in the name of bio-coal production has been successful in terms of producing the samples and the quality of the samples. It’s degraded the duration of buying the product from 20-40 days (in classical method) to 7-8 munites. Prototype that is open to development and change, it’s a leading figüre for research and development areas in the long run and it is expected to contribute into the country’s economy.