Liquefacion of Biomass Using Different Catalyst Systems by Pyrolysis and Hydrothermal Method, Characterization of the Products Obtained

Abstract

Biyokütle fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemlerle sıvı, katı ve gaz ürünlere dönüştürülmektedir. Termokimyasal dönüşüm yöntemleri (Hidrotermal sıvılaştırma, piroliz ve gazlaştırma) biyokütlenin dönüşümünde diğer yöntemlere göre daha avantajlı görünmektedir. Homojen ve heterojen katalizör sistemlerindeki gelişmeler sıvılaştırma yöntemlerindeki ürün kalitesi ve verimi üzerine olumlu etki yapmıştır. Yapılan bu çalışmada biyokütle kaynağı olarak Crambe orientalis bitkisi kullanılmış ve bu biyokütleye hidrotermal sıvılaştırma ve piroliz dönüşüm yöntemleri uygulanarak enerji değeri yüksek sıvı ve katı ürünlere eldesi amaçlanmıştır. Denemelere başlanmadan önce biyokütleye TGA ve FT-IR analiz yöntemleri uygulanmış ve içerik oranları belirlenmiştir. Yapılan çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada hidrotermal sıvılaştırma prosesi için NaF/Al2O3 katalizörü sentezlenmiştir. Hidrotermal sıvılaştırma denemeleri 275, 300, 325 ve 350 oC sıcaklık, 0, 15 30 ve 60 dakika reaksiyon süresi ve %5, %25 ve %50 katalizör oranlarında gerçekleştirilmiştir. Yapılan denemeler sonunda elde edilen ürünlerin verimi üzerine sıcaklık, reaksiyon süresi ve katalizör etkisi incelenmiştir. İkinci aşamada piroliz prosesi için MCM-41, MCM-41/Al, MCM-41/Fe katalizörleri sentezlenmiştir. Piroliz denemeleri 300, 400 ve 500 oC sıcaklık ve %5, %10 ve %25 katalizör oranlarında gerçekleştirilmiştir. Yapılan denemeler sonunda elde edilen ürünlerin verimi üzerine sıcaklık ve katalizör etkisi incelenmiştir. Her iki dönüşüm yöntemi sonunda elde edilen ürünlerin karakterizasyonu için farklı analiz yöntemleri kullanılmıştır. Sıvı ürünlerde GC-MS, Elementel, FT-IR, 1H NMR katı ürünler ise SEM-EDX, Elementel ve SEM-EDS analiz yöntemleri kullanılmıştır.

Biomass is converted into liquid, solid and gaseous products by physical, chemical and biological methods. Thermochemical conversion methods (Hydrothermal liquefaction, pyrolysis and gasification) regarded more advantageous than other methods in the conversion of biomass. Advancements in homogeneous and heterogeneous catalyst systems are effected positively on the product quality and yield in liquefaction methods. In this study, Crambe orientalis plant is used as a biomass source and hydrothermal liquefaction and pyrolysis conversion methods are applied to this biomass to obtain liquid and solid products with high energy value. Before starting the experiments, TGA and FT-IR analysis methods are applied to the biomass and the content ratios are determined. The study consists of two stages. In the first step, NaF/Al2O3 catalyst is synthesized for the hydrothermal liquefaction process. Hydrothermal liquefaction trials are carried out at 275, 300, 325 and 350 oC temperatures, reaction times of 0, 15, 30 and 60 minutes and catalyst ratios of 5%, 25%and 50%. At the end of the experiments, the effect of temperature, reaction time and catalyst on the yield of the products obtained are investigated. In the second step, MCM-41, MCM-41/Al, MCM-41/Fe catalysts are synthesized for the pyrolysis process. Pyrolysis experiments are carried out at 300, 400 and 500 oC temperatures and 5%, 10%and 25%catalyst ratios. The effects of temperature and catalyst on the yield of the products obtained at the end of the experiments are investigated. Different analysis methods are used for the characterization of the products obtained at the end of both conversion methods. GC-MS, Elementel, FT-IR, 1H NMR analysis methods are used for liquid products and SEM-EDX, Elementel and SEM-EDS analysis methods are used for solid products.