Biyokütle İşleme2018-08-14T18:25:39+00:00

BİYOKÜTLE İŞLEME

METWAVE BİYOKÜTLE İŞLEME

BİYOKÜTLE İŞLEME

Biyokütle piroliz işlemi aşağıdaki aşamalardan oluşur: besleme stokunun alınması ve depolanması; besleme stok ön işlem (ör. kurutma veya öğütme); uygun bir reaktörde uygun piroliz; katı kalıntının ayrılması (karbonizasyon ürünü ve kül); buhar soğutması ve yoğuşması; ve biyo-yağ toplama. Yoğuşmadan önce, pirolitik buharlar tercih edilen ürün açısından yeterli işlem seçiciliği elde etmek için katalitik reformasyona tabi tutulabilir.

Figur 1

Karbonizasyon ürününün bir kısmı geri kazanılabilir ve mikrodalga radyasyon emicisi olarak kullanılacağı ve reaktörün bir kısmının yenilenmesini mümkün kılacak olan mikrodalga reaktöre geri gönderilebilir. Gaz halindeki ürünün bir kısmı, besleme stoğu ön işlemi (örneğin kurutma) için termal enerji sağlamak üzere yakılabilir. Mikrodalga ışıması ile ısıtılan bir reaktör ile piroliz işlemi, Şekil l’de şematik olarak gösterilmiştir.

Geleneksel piroliz ve mikrodalga piroliz işlemleri arasındaki temel fark, besleme ısınma yönteminde yatmaktadır. Geleneksel ısıtmada, ısı enerjisi yüzeyden konveksiyon, radyasyon ve iletim yoluyla besleme stoğunun derinliğine iletilir. Böyle bir işlem nispeten yavaştır ve besleme malzemesi malzemesinin ince bir şekilde öğütülmesini gerektirir. Bunun yerine, mikrodalga ısıtma elektromanyetik enerjinin termal enerjiye dönüştürülmesi sürecidir. Mikrodalga enerjisi, dipol dönüşü ve iyon migrasyonu ile moleküler harekete neden olur [1].

Mikrodalga ısıtma, tüm malzeme hacmi boyunca gerçekleşen temassız ve hızlı bir işlemdir. Bu nedenle, ısı, her bir malzeme parçacığının tüm hacmi boyunca üretilir. Mikrodalga ısıtma seçici bir işlemdir, yani bir mikrodalga alanındaki besleme stoğu davranışı her hammadde malzemesi için aynı olmayacaktır. Mikrodalga radyasyona en hassas olan materyaller dielektrikler, örn. su veya metanol. Bu tip malzemeler, mikrodalga radyasyon emiciler olarak adlandırılır. Dielektrik özellikleri olmayan malzemeler, mikrodalga radyasyonu ısıtılmadan yansıtacak veya iletecektir. Bu nedenle, mikrodalga pirolizi sadece mikrodalga radyasyonunu tamamen veya kısmen emen malzemelere uygulanabilir, bu sayede bu malzemelerin ısıtılması mümkündür.

Önemli bir işlem parametresi kalma süresidir. Hızlı iç ısıtma, hammaddeden nemin hızlı şekilde salınmasına ve bunun sonucunda, piroliz işlemi sırasında uçucu madde salınım alanında bir büyümeye neden olur. Bir mikrodalga reaktöründe, katı partiküller (son olarak karbonizasyon ürününün ince parçacıkları) ile yüklü uçucu buharlar (küçük dipolar moleküller dahil), mikrodalgalar tarafından daha yüksek bir sıcaklığa kolayca ısıtılabilir. Bu nedenle, pirolitik buharlar, reaktör boşluğu içindeki buharların ikincil parçalanması ve su buharının uzaklaştırılması için çok hızlı bir şekilde reaktörden uzaklaştırılmalıdır. Önemli bir işlem parametresi kalma süresidir. Hızlı iç ısıtma, hammaddeden nemin hızlı şekilde salınmasına ve bunun sonucunda, piroliz işlemi sırasında uçucu madde salınım alanında bir büyümeye neden olur. Bir mikrodalga reaktöründe, katı partiküller (son olarak karbonizasyon ürününün ince parçacıkları) ile yüklü uçucu buharlar (küçük dipolar moleküller dahil), mikrodalgalar tarafından daha yüksek bir sıcaklığa kolayca ısıtılabilir. Bu nedenle, pirolitik buharlar, reaktör boşluğu içindeki buharların ikincil parçalanması ve su buharının uzaklaştırılması için çok hızlı bir şekilde reaktörden uzaklaştırılmalıdır.

Yataktaki hammaddeye verimli mikrodalga enerjisi aktarımı, mikrodalga reaktörüyle ilgili önemli bir konudur. Mikrodalgaya (örneğin, kuartz) saydam malzemelerden yapılmış olan reaktör kabı, özellikle sürekli çalışma modunda, dikkatli ve uygun bir şekilde temizlenmelidir. Buharlardaki katı parçacıkların ve damar duvarlarındaki ince karbon parçacıklarının varlığı, mikrodalgaların reaksiyon ortamına veya reaksiyon kabının lokal yanıklarına sokulmasında önemli zorluklara neden olacaktır. Hammadde karışımının, reaktördeki mikrodalga alan hareketinin homojen olması ve dolayısıyla tutuşma noktalarının (“sıcak noktalar”) oluşmasının önlenmesi için homojen olması önemlidir.

Sıcak noktalar, lokal piroliz sıcaklığının kontrol kaybına kolayca neden olabilir. Böylece, tüm reaksiyon sürecinin. Piroliz reaksiyonu tamamlandığında, katı tortular, esas olarak gaz fazındaki ikincil çatlamayı katalize edebilen karbonizasyon ürünü verimli bir şekilde ayrılmalıdır. Sıvı reaksiyon ürünü soğutulmuş olsa bile, karbonizasyon ürünü polimerizasyon sürecini hızlandırdığı ve sıvı reaksiyon ürününün viskozitesini yükselttiğinden stabilite problemlerinin oluşmasına yol açar. Bu nedenle, karbonizasyon ürünü hızlı ve tamamen uçucu buharlardan ayrılmalıdır. Bu işlem, geleneksel piroliz için kullanılanlar gibi katı madde ayırıcıları vasıtasıyla gerçekleştirilebilir. Geleneksel pirolizde kullanılan bir sıvı toplayıcı da kullanılabilir.

Toplayıcı, buharları yoğunlaştırmak için gereklidir ve 15 Sıvı fazı toplamak için biyokütle işleme için mikrodalga pirolizinin kullanılması. Bu işlemden elde edilen sıvı biyoyakıt genellikle iki fraksiyondan, yani su fraksiyonundan ve çözünmeyen bir yağ fraksiyonundan oluşur. Birincisi su ve suda çözünür organik bileşiklerden, örn. furfural ve ikincisi, yağlarda meydana gelen ve daha fazla rafine etme gerektiren hidrokarbonların bir karışımını içerir. İsteğe bağlı olarak, piroliz işlemi, tercih edilen ürün tipi (sıvı veya gaz) [2] ile ilgili olarak proses seçiciliğini geliştirmek için kullanılan katalitik reformu içerebilir. Bu durumda, ikincil buharın kırılmasını azaltmak için buhar sıcaklığına ve kalma süresine de dikkat edilmelidir.

REFERANSLAR

[1] RUMIAN M.; CZEPIRSKI L.: Zastosowanie promieniowania mikrofalowego w technologii adsorpcyjnej (The use of microwave radiation in adsorption technology). Przemysł Chemiczny, 84/5 (2005), pp. 329–332.

[2] YIN C.: Microwave-assisted pyrolysis of biomass for liquid biofuels production. Bioresource Technology, 120 (2012), pp. 273–284.