Production of hydrogen and bio-oil from biomass wastes
| dc.contributor.advisor | Yanık, Jale | |
| dc.contributor.advisor | Emrullah, Mustafa | |
| dc.contributor.author | Duman, Gözde | |
| dc.date.accessioned | 2020-10-13T05:55:06Z | |
| dc.date.available | 2020-10-13T05:55:06Z | |
| dc.date.issued | 2015 | en_US |
| dc.date.submitted | 2015 | |
| dc.department | Fen Bilimleri Enstitüsü | en_US |
| dc.description.abstract | Over the last century, fuels and chemicals are produced from fossil reserves such as crude oil, natural gas and coal. Contrast to its negative environmental impact and finitude, biomass is worldwide available and renewable. Besides heat and power, biomass is a promising starting material for transportation fuels. Two main approaches in thermochemical conversion of biomass are gasification or pyrolysis. Gasification produces synthesis gas, which may then be further processed for Fischer–Tropsch synthesis or purification for hydrogen as product. Bio-oil is a liquid product of the pyrolysis of biomass and it can then be converted catalytically to give smaller molecules that are suitable for use as fuels or fuel additives. The main drawbacks of these products is concerning with their yield and quality. The research described in this thesis deals with the improvement of gasification and pyrolysis products. In the scope of this thesis, catalytic thermochemical conversion of biomass was investigated to obtain bio-fuel. For this purpose catalytic pyrolysis, steam reforming and combined pyrolysis-steam reforming techniques were performed in different systems. In the first part of this thesis, catalytic steam gasification of different types of biomass was carried out over iron based catalysts. The effects of catalysts on tar decomposition and product gas yield were comparatively investigated. For this purpose, ceria modified iron catalyst with different ratio was tested. Beside of lignocellulosic biomass, three types of algal biomass that are Fucus serratus, Laminaria digitata and Nannochlorophsis oculata, were also gasified with steam in absence and presence of catalyst. Red mud, which mainly contains iron oxide, were also used as a low cost catalyst. Steam gasification of both safflower seed cake as terrestrial biomass and algal biomass is a propitious alternative way to produce H2 gas. The expected major challenge in processes arising from the tar formation can be successfully overcome by catalytic decomposition. The second part of the thesis concerns with the catalytic pyrolysis of two different biomass types. The catalytic pyrolysis was conducted in two stage in fixed reactor system over catalysts. Ex situ catalytic upgrading of bio-oil is more preferable since the catalyst can be easily regenerated without poising with inherent ash in raw biomass. Red mud is also a promising candidate for bio-oil upgrading, however, regeneration cannot be achieved without loss of catalytic activity due to the dissolving of iron oxide with acidic pyrolysis vapors. Zeolites were also screened as catalyst for bio-oil upgrading. It is noticed that the HZSM-5 addition to FCC catalyst develops the catalytic activity in terms of deoxygenation. Commercial zeolites for oil refineries can also applied for partial deoxygenation of bio-oil. In the last part, thermal and catalytic steam reforming of bio-oil was investigated in a dual reactor system for both increase overall gas products and production of hydrogen. The main goal of this study was to find out an alternative process with small modifications in two-stage pyrolysis system. The char from olive pomace and brown coal as catalyst and support for Ni and/or Fe based catalyst was used in catalytic bed to increase H2 yield. Ni loaded char catalyst exhibited the highest catalytic activity in terms of H2 production. Olive pomace char decomposes during steam reforming of bio-oil while brown coal char is relatively stable. Decomposition of char is derived from the gasification of char. Nevertheless, the use of char, which is pyrolysis solid product, as steam reforming catalyst is a cheap and sustainable way for H2 production from biomass. | en_US |
| dc.description.abstract | Geçtiğimiz son yüzyılda, yakıtlar ve kimyasallar ham petrol, doğal gaz ve kömür gibi fosil yakıtlardan üretilmektedir. Fosil yakıtların çevreye olumsuz etkileri ve sinirli olmalarına karşı, biyokütle tüm dünyada bulunabilir ve yenilenebilir bir hammaddedir. Isı ve güç üretiminin yanı sıra biyokütle taşıt yakıtları için umut vadeden bir başlangıç materyalidir. Biyokütlenin termokimyasal dönüşümünde Gazlaştırma ve piroliz iki temel yöntemdir. Gazlaştırma ürünü olan sentez gazı daha sonra Fischer-Tropsch sentezi için kullanılabilir yada hidrojen gazi olarak saflaştırılır. Biyoyağ biyokütle pirolizinin sıvı ürünüdür ve katalitik yöntemlerle daha küçük moleküllere dönüştürülerek yakıt ve yakıt katkı maddeleri olarak kullanılabilir. Bu ürünlerle ilgili başlıca problemler verim ve kaliteleri ile ilgilidir. Bu tezdeki araştırmaların temel amacı gazlaştırma ve piroliz ürünlerinin iyileştirilmesine dayanır. Bu tez kapsamında, biyoyakıt elde etmek için biyokütlenin katalitik termokimyasal dönüştürümleri araştırıldı. Bu sebeple, katalitik piroliz, su buharı iyileştirmesi ve kombine piroliz-su buharı iyileştirmesi çalışmaları farklı sistemlerde gerçekleştirildi. Bu tezin ilk bölümünde, farklı biyokütle türlerinin katalitik buhar gazlaştırması demir içeren katalizörler varlığında gerçekleştirildi. Katalizörlerin tar parçalama ve gaz verimine etkileri karşılaştırmalı olarak incelendi. Bu amaç için, farklı oranlardaki seryum demir katalizörleri test edildi. Lignoselülozik biyokütlenin yanı sıra, algal biyokütle olarak Fucus serratus, Laminaria digitata ve Nannochlorophsis oculata katalizör varlığında su buharı gazlaştırmasına tabi tutuldu. Esas olarak demir oksit içeren, aynı zamanda düşük maliyetli kırmızı çamur katalizör olarak kullanıldı. Lignoselulozik biyokütle olan aspir küspesi ve algal biyokütlenin su buharı gazlaştırması hidrojen gazı üretmek için elverişli bir alternatiftir. Tar oluşumundan kaynaklanan temel zorluklar, tarın katalitik parçalanmasıyla ile etkili bir şekilde aşılabilir. Bu tezin ikinci bölümü, iki farklı biyokütle türünün katalitik pirolizi ile ilgilidir. Katalitik piroliz, katalizörler üzerinden sabit bir reaktör sisteminde iki aşamada yürütülmüştür. Biyoyağın ex-situ katalitik iyileştirilmesi, katalizörün biyokütlenin kül ile zehirlenmesini engelleyerek rejenere edilebilmesinden dolayı tercih sebebidir. Kırmızı çamur, biyoyağın katalitik iyileştirmesinde etkili bir katalizör olmaya adaydır. Fakat asidik piroliz buharı ile demir oksitin çözünmesine sebep olduğundan rejenerasyon katalitik aktivite kaybı olmadan gerçekleştirilemez. Farklı tipteki zeolitler biyoyağ iyileştirmesi için katalizör olarak incelendi. FCC katalizörüne HZSM-5 ilavesinin deoksijenasyon açısından katalitik aktiviteyi geliştirdiği bulundu. Yapılan çalışmalar sonucunda, petrol rafinerileri için zeolitlerin, biyoyağın kısmen deoksijenasyonu için kullanılabilirliği öngörüldü. Son bölümde, biyoyağın termal ve katalitik buhar gazı iyileştirmesiyle gaz ürünler ve hidrojen üretimindeki artış ikili reaktör sisteminde araştırılmıştır. Bu çalışmanın temel hedefi, iki aşamalı piroliz sisteminde küçük değişiklikler ile alternatif bir proses bulmaktır. H2 verimini arttırmak için, pirina ve linyit pirolizinden elde edilen kati bakiyenin Ni ve/veya Fe bindirilmiş formlarının tar parçalanmasında kullanımı incelenmiştir. Ni bindirilmiş katalizörler, H2 üretimi bakımından yüksek katalitik aktivite gösterdi. Linyit koku nispeten kararlı iken biyoyağın buhar gazı iyileştirmesi sırasında bozunur. Kokun bozunması, su buharı iyileştirmesi sırasındaki gazlaşmasından kaynaklanır. Bunula birlikte, biyokütleden H2 üretimi için buhar gazı iyileştirmesinde katalizör olarak piroliz kati urunu olan kok kullanımı ucuz ve sürdürülebilir bir yoldur. | en_US |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11454/58544 | |
| dc.language.iso | en | en_US |
| dc.publisher | Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü | en_US |
| dc.relation.publicationcategory | Tez | en_US |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | en_US |
| dc.subject | Pyrolysis | en_US |
| dc.subject | Steam Gasification | en_US |
| dc.subject | Biomass | en_US |
| dc.subject | Bio-Oil | en_US |
| dc.subject | Char | en_US |
| dc.subject | Catalyst | en_US |
| dc.subject | Piroliz | en_US |
| dc.subject | Su Buharı Gazlaştırması | en_US |
| dc.subject | Biyokütle | en_US |
| dc.subject | Biyoyağ | en_US |
| dc.subject | Kok | en_US |
| dc.subject | Katalizör | en_US |
| dc.title | Production of hydrogen and bio-oil from biomass wastes | en_US |
| dc.title.alternative | Biyokütle atıklarından hidrojen ve biyoyağ üretimi | en_US |
| dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
