Basit öğe kaydını göster

dc.contributor.advisorGüllü, Gülen
dc.contributor.authorSever Akdağ, Ayşe
dc.date.accessioned2021-10-13T06:34:11Z
dc.date.issued2021
dc.date.submitted2021-02-26
dc.identifier.citationSever Akdağ, A. (2021). Post-combustion carbon dioxide (CO2) capture with biomass derived activated carbon (Doctoral dissertation). Hacettepe University, Ankara, Turkey.tr_TR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/25433
dc.description.abstractThe carbon dioxide (CO2) capture and storage are indispensable for reducing greenhouse gas emissions. Post-combustion capture is one of the most promising technologies to capture CO2 because it can be retrofitted to any facility with an acceptable footprint. Adsorption-based technologies are appealing for CO2 capture mainly due to the ease of the regeneration and the benign character of solid sorbents. To date, the greatest research efforts have aimed at improving efficient adsorbents with higher working capacity for CO2, higher selectivity, and better impurity tolerance. Among the alternative methodologies in adsorbent production, valorization of agricultural residues is an efficient way in terms of a sustainable circular economy. Besides, valorizing the agricultural residues in porous carbon materials contributes to the reduction of the overall cost of carbon capture since they are ubiquitous and inherently of low-cost. It may also provide a further benefit for more cost-effective waste management. In addition, in order to scale-up the adsorption based CO2 capture technology, cyclic adsorption processes are being designed and tried to be optimized. Especially, the temperature swing adsorption (TSA) processes are gaining more and more attention because they only require thermal energy, offering an additional advantage over pressure/vacuum swing adsorption (PSA/VSA) processes. In post-combustion CO2 capture literature, there are many studies that address the use of waste materials as precursors of adsorbents; the thesis study puts for the first time on evaluating the performance of hazelnut shells. The first aim of this dissertation is to develop activated carbon from hazelnut shells with suitable textural development in terms of microporosity and surface area to enhance the adsorption capacity, and to investigate its potential use for CO2 capture under post-combustion capture conditions with particular emphasis on the thermal energy requirements for regeneration. The second aim is to evaluate the performance of the hazelnut shell based activated carbon under dynamic conditions in a fixed-bed reactor over consecutive adsorption−desorption cycles. For that, the maximum CO2 capture capacities were determined from breakthrough curves in CO2/N2 binary mixture at different temperature and partial pressure conditions (14% and 30% CO2 at 30°C and 50°C) which close to the real ones encountered in an industrial process. The last aim is to design different TSA processes providing higher product (CO2) purity, recovery, productivity and lower specific energy consumption and to compare these processes performances with the ones obtained in VSA processes, which were also tested in the current study. The results obtained in this dissertation revealed that it is possible to develop highly microporous carbonaceous adsorbent using hazelnut-shells and the higher separation factor of CO2 over N2 observed at low CO2 partial pressure makes the adsorbent a good candidate for CO2 capture from post-combustion flue gases. According to evaluation of adsorption capacity under static conditions, the net theoretical CO2 uptake of the hazelnut-shells derived activated carbon (HS-AC) would be up to 0.064 kg CO2/kg adsorbent. Secondly, the dynamic evaluation of CO2 capture capacity of HS-AC with breakthrough experiments in a fixed-bed showed that HS-AC has a fast adsorption and desorption kinetics, which is very crucial in rapid swing adsorption processes. Lastly, novel TSA configurations, which were not experimented in literature before, were proposed and they resulted in CO2 purities of 93% and 89% with recoveries of 71% and 87%, respectively (with feed condition of 30% CO2 at 30°C, and regeneration at 120°C). The thermal energy requirements of TSA configurations were calculated between 1.06 – 2.35 MJ/kg- CO2 (46.6 – 103.4 kJ/mol-CO2) depending on the feed condition and cycle configuration, which are lower than the energy requirement of amine absorption, which is the mature technology of CO2 post-combustion capture. The CO2 recovery and purity of optimal VSA configuration were found 100% and 92%, respectively pressure at 0.05 kPa for 7 min evacuation and 10 mL/min N2 purging (with feed condition of 30% CO2 at 30°C). The comparison of the best results among the two methods, TSA and VSA, illustrated that the cyclic performance parameters are slightly lower when TSA is used; however, considering the possibility of using available waste heat sources in the real applications, the utilization of TSA process is a promising method for capturing CO2 from post-combustion flue gases.tr_TR
dc.language.isoentr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectBiomasstr_TR
dc.subjectActivated carbontr_TR
dc.subjectCO2 Capturetr_TR
dc.subjectTemperature swing adsorptiontr_TR
dc.subjectVacuum swing adsorptiontr_TR
dc.subject.lcshÇevre mühendisliğitr_TR
dc.titlePost-Combustion Carbon Dioxide (CO2) Capture with Biomass Derived Activated Carbontr_TR
dc.title.alternativeBiyokütleden Elde Edilen Aktif Karbonun Yanma Sonrası Karbondioksit (CO2) Yakalamada Kullanımıtr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesistr_TR
dc.description.ozetSera gaz emisyonlarının azaltımı için karbondioksit (CO2) yakalama ve depolama vazgeçilmezdir. Yanma sonrası yakalama, CO2'yi yakalamak için en umut verici teknolojilerden biridir, çünkü herhangi bir tesise kabul edilebilir bir ayak izi ile sonradan eklenebilir. Adsorpsiyon temelli teknolojiler, esas olarak katı sorbentlerin uygun karakteristik özellikleri ve rejenerasyon kolayliklari sayesinde CO2 yakalama için caziptir. Bugüne kadar, araştırmalar, CO2 için daha yüksek çalışma kapasitesi, daha yüksek seçicilik ve daha iyi safsızlık toleransına sahip etkili adsorbanları geliştirmeyi amaçlamışlardır. Adsorban üretimi için tarımsal kalıntıların değerlendirilmesi, sürdürülebilir döngüsel ekonomi açısından verimli bir yoldur. Ayrıca, gözenekli karbon malzeme üretiminde tarımsal kalıntıların kullanılması, bu kalıntıların her yerde bulunmaları ve doğaları gereği düşük maliyetli olmaları nedeniyle, toplam karbon yakalama maliyetinin azaltılmasına katkıda bulunur. Bu durum, daha uygun maliyetli atık yönetimi için de fayda sağlayabilir. Ek olarak, adsorpsiyon temelli CO2 yakalama teknolojilerini sanayi ölçeklerine taşıyabilmek için döngüsel adsorpsiyon süreçleri tasarlanmakta ve optimize edilmeye çalışılmaktadır. Özellikle, sıcaklık salınımlı adsorpsiyon (TSA) süreçleri, sadece termal enerjiye ihtiyaç duyduklarından ve bu durum basınç / vakum salınımlı adsorpsiyon (PSA / VSA) işlemlerine göre ek bir avantaj sunduğundan giderek daha fazla dikkat çekmektedir. Yanma sonrası CO2 yakalama ie ilgili literatürde, atık malzemelerin adsorban öncüleri olarak kullanımını ele alan birçok çalışma vardır; bu tez çalışmasında ise ilk kez fındık kabuklarının performansı değerlendirilmiştir. Bu tezin ilk amacı, fındık kabuğundan, adsorpsiyon kapasitesinin artması gözetilerek, mikro gözeneklilik ve yüzey alanı açısından uygun dokusal gelişime sahip aktif karbon geliştirmek ve rejenerasyonu için termal enerji gereksinimlerine özel vurgu yaparak özellikle yanma sonrası yakalama koşulları altında CO2 yakalama için potansiyel kullanımını araştırmaktır. İkinci amacı, dinamik koşullar altında, sabit yataklı bir reaktörde arka arkaya adsorpsiyon-desorpsiyon döngüleri boyunca fındık kabuğu bazlı aktif karbonun performansını değerlendirmektir. Bunun için, maksimum CO2 yakalama kapasiteleri geçiş eğrileri ile, endüstriyel bir süreçte karşılaşılan gerçek koşullara yakın olan farklı sıcaklık ve kısmi basınç altında (30°C ve 50°C'de % 14 ve % 30 CO2) değerlendirilmiştir. Son amaç, daha yüksek ürün (CO2) saflığı, geri kazanımı, üretkenliği ve daha düşük spesifik enerji tüketimi sağlayan farklı TSA süreçleri tasarlamak ve bu süreçlerin performanslarını mevcut çalışmada da test edilen VSA süreçlerinde elde edilenlerle karşılaştırmaktır. Bu tezden elde edilen sonuçlar, fındık kabukları kullanılarak oldukça mikro gözenekli karbon bazlı adsorban geliştirmenin mümkün olduğunu göstermiş ve düşük CO2 kısmi basıncında gözlemlenen CO2 gazının, N2 gazına göre daha yüksek ayırma faktörüne sahip olması, geliştirilen adsorbanın yanma sonrası baca gazlarından CO2 yakalamada kullanımı için iyi bir aday olduğunu ortaya koymuştur. Statik koşullar altında adsorpsiyon kapasitesinin değerlendirilmesi ile, biyokütleden elde edilmiş bu aktif karbonun (HS-AC) net teorik CO2 yakalama kapasitesinin 0,064 kg-CO2/kg-adsorban olabileceği ortaya konmuştur. İkinci olarak, sabit bir yatakta yapılan HS-AC'nin CO2 yakalama kapasitesinin dinamik değerlendirmesi, HS-AC'nin, hızlı salınımlı adsorpsiyon işlemlerinde çok önemli olan, hızlı bir adsorpsiyon ve desorpsiyon kinetiğine sahip olduğunu göstermiştir. Son olarak, daha önce literatürde deneysel olarak denenmemiş yeni TSA konfigürasyonları tasarlanmış ve sırasıyla %71 ve %87 geri kazanımları ve %93 ve %89 CO2 saflıkları elde edilmiştir (30°C'de %30 CO2 gaz besleme koşulunda ve 120°C'de rejenerasyon sıcaklığında). TSA konfigürasyonlarının ısıl enerji gereksinimleri, besleme durumuna ve döngü konfigürasyonuna bağlı olarak 1.06 - 2.35 MJ/ kg-CO2 (46.6 - 103.4 kJ/ mol-CO2) arasında hesaplanmıştır ve bu, yanma sonrası CO2 yakalamada ana teknoloji olan amin absorpsiyonunun enerji ihtiyacından düşüktür. Optimum VSA konfigürasyonunun ise, 0.05 kPa basınç altında, 7 dakika süren rejenerasyon ve 10 mL/dakika N2 süpürme gazı ile CO2 geri kazanımı ve saflığı sırasıyla % 100 ve % 92 bulunmuştur (30°C'de %30 CO2 gaz besleme koşulunda). TSA ve VSA konfigürasyonları arasındaki en iyi sonuçların karşılaştırılması, TSA kullanıldığında döngüsel performans parametrelerinin biraz daha düşük olduğunu göstermiştir; fakat, gerçek uygulamalarda mevcut atık ısı kaynaklarının kullanılması olasılığı göz önüne alındığında, TSA teknolojisi yanma sonrası baca gazlarından CO2'nin yakalanması için umut verici bir yöntemdir.tr_TR
dc.contributor.departmentÇevre Mühendisliğitr_TR
dc.embargo.termsAcik erisimtr_TR
dc.embargo.lift2021-10-13T06:34:11Z
dc.fundingBilimsel Araştırma Projeleri KBtr_TR


Bu öğenin dosyaları:

Bu öğe aşağıdaki koleksiyon(lar)da görünmektedir.

Basit öğe kaydını göster

info:eu-repo/semantics/openAccess
Aksi belirtilmediği sürece bu öğenin lisansı: info:eu-repo/semantics/openAccess