Süperkritik su ortamında zeytin karasuyunun PT katalizörü kullanılarak hidrotermal arıtımı ve gazlaştırılması

Abstract

Son zamanlarda yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi sürekli artış göstermektedir. Bu kaynaklar arasında biyokütle enerjisi önemli bir yer tutmaktadır. Aynı zamanda, biyokütleden enerji üretmek amacıyla çeşitli enerji dönüşüm teknolojileri uygulanmakta ve denenmektedir. Süperkritik su ortamında katalitik hidrotermal gazlaştırma, her türlü sulu organik karışımın, suyun kritik noktasının (T=374°C, P=221 bar) üzerindeki sıcaklık ve basınç koşullarında gazlaştırılarak arıtılmasına dayanan çok etkili bir yöntemdir. Bu koşullarda, apolar özelliğe sahip organik maddeler su ile her oranda karışabilir ve tek faz oluşturur. Ayrıca yüksek sıcaklıktan kaynaklanan kinetik enerjileri nedeniyle, su molekülleri arasındaki hidrojen bağları kopar ve süperkritik suyun dielektrik sabiti, apolar özelliğe sahip organik çözücülerinkine yakın değerler alır. Böylece tepkimeler, kütle aktarımı kısıtlamaları olmadan rahatlıkla gerçekleşebilir. Ayrıca süperkritik su ortamının sağladığı yüksek kinetik enerjiye sahip moleküller, ortam yoğunluğu sayesinde sıklıkla etkin çarpışma imkanı bulurlar. Böylece süperkritik su koşullarında katalitik hidrotermal gazlaştırma ile çok kısa reaktörde kalma sürelerinde %100'e yakın arıtma verimine ulaşılır. Bu tez çalışmasında, süperkritik su koşullarında zeytin karasuyunun, dolgulu yatak reaktör sisteminde, Pt/Al2O3 katalizörü kullanılarak arıtımı ve gazlaştırılması araştırılmıştır. Kirlilik potansiyeli oldukça yüksek olan karasuyun arıtımı ve uzaklaştırılması, tüm Akdeniz ülkelerinde çözüm bekleyen önemli bir çevresel problem olarak kabul edilmektedir. Zeytin karasuyunun içerdiği yüksek miktardaki organik kirlilik biyokütle olarak değerlendirilmiş, süperkritik su ortamında gazlaştırılması yapılırken aynı zamanda arıtımı sağlanmıştır. Zeytin karasuyunun süperkritik su ortamında, platin (Pt/Al2O3) katalizörü kullanarak hidrotermal arıtımı ve gazlaştırılması sonucunda hidrojen, metan, etan, propan ve propilen gibi enerji üretiminde kullanılabilen gazlar elde edilmiştir. Geliştirilen prosesle atıktaki organik içeriğin büyük oranda giderilmesi ve gerçek bir biyokütle kullanılarak enerji eldesi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla yapılan deneylerde: 250 bar basınç altında beş farklı reaksiyon sıcaklığı (400, 450, 500, 550 ve 600'C) ve beş farklı reaksiyon süresinin (10, 15, 20, 25, ve 30s), gaz kompozisyonuna, net gaz debisine, toplam enerji miktarına ve toplam organik karbon (total organic carbon-TOC) değişimine etkileri incelenmiştir. Daha sonra sistem basıncının etkisini incelemek için 100, 150, 200, ve 250 bar basınçta, konsantrasyon etkisini incelemek için de 2000, 4000, 6000, 8000 ve 10000 mg/L konsantrasyonda deneyler yapılarak bu parametrelerin etkileri incelenmiştir. Ayrıca elde edilen deneysel veriler kullanılarak katalitik hidrotermal bozunma reaksiyonunun kinetik modeli oluşturulmuştur.