Sodyum karbonatın kömür oksidasyonuna etkisi ve oksidasyon külünden sodyum silikat eldesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: KÜBRA YANIK
Danışman: Jale Naktiyok
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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. Anahtar Kelimeler: Kömür, Na2CO3, katalitik yanma, sodyum silikat, TG-DTG/DTA