Biyogaz akımı içerisindeki siloksan bileşiklerinin giderimi

Abstract

Biyogaz, enerji gereksiniminin sağlanması noktasında en etkili teknolojilerden biri olarak görülmektedir. Söz konusu bu gazın, enerji verimliliğinin yüksek olması için içerisinde bulunan CO2, H2S ve siloksan gibi safsızlıkların giderilmesi gerekmektedir. Biyogaz akımı içerisindeki siloksan bileşiklerinin enerji üretimi sırasında motor aksamlarında oluşturduğu hasarlardan dolayı bu bileşiklerin giderilmesi öncelikli hale gelmiştir. Bu çalışmada, Denizli Merkez Atıksu Arıtma Tesisi biyogaz örnekleri ile çalışılarak impinger ve Tedlar torbası örnekleme yöntemleri ile biyogazda bulunan uçucu metil siloksan (UMS) bileşiklerinin konsantrasyonları belirlenmiştir. İki örnekleme yöntemi kıyaslanmış sonuç olarak impinger ile sahada örneklemede daha fazla verim elde edilmiştir. Adsorpsiyon çalışmalarında, granüler aktif karbon (GAC), metal organik kafes yapılar (MOF) ve karbon nanotüp (CNT) adsorbanları ile uçucu metil siloksan (UMS) bileşiklerinin gerçek biyogaz akımındaki adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Her bir adsorban için, kırılma ve tükenme zamanlarına göre adsorpsiyon kapasiteleri ve arıtılmış yatak hacimleri hesaplanmıştır. GAC bileşiklerinden kırılma zamanlarında yüksek adsorpsiyon kapasitelerine L4, L5, D4, D5 ve D6 bileşiklerinde sırasıyla 24 mg/g, 18 mg/g, 22 mg/g, 107 mg/g ve 26 mg/g değerleri ile AC2 adsorbanı ile ulaşılmıştır. MOF bileşiklerinde istenen van der Walls etkileşimi sağlanamamış ve adsorpsiyonda yüksek verim alınamamıştır. CNT adsorbanları arasında en yüksek adsorpsiyon kapasiteleri SWCNT-saf, DWCNT-saf ve DWCNT-OH türleri ile sağlanmıştır. Biyogaz içerisinde en fazla bulunan D5 bileşiğinin adsorpsiyon kapasitesi en fazla SWCNT-saf adsorbanında 45mg/g olarak tespit edilmiştir. Karboksilik grupların siloksan adsorpsiyonunda diğer türlere göre daha başarısız olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada, adsorbanların BET spesifik yüzey alanı, toplam gözenek boyutu ve mezogözenekliliği gibi yapısal özellikleri incelenmiştir. Çalışmada, bir adsorbanının yüzey alanının ve mezogözenek dağılımının artırılmasının büyük molekül yapılı UMS bileşiklerinin adsorpsiyonunda ciddi artışlara neden olabileceği ortaya konmuştur.

Biogas is one of the most effective technologies in terms of providing energy requirements. In order to increase the energy efficiency of this gas, the impurities such as CO2, H2S, and siloxanes must be removed. The elimination of siloxane compounds in the biogas stream has become a priority, due to the siloxanes cause damage on the engine parts during the energy production. In this study, the concentrations of volatile methyl siloxane (UMS) compounds were determined with impinger and Tedlar bag sampling methods in the gas composition at Denizli Central Wastewater Treatment Plant. Two sampling methods were compared and more efficiency was obtained in the site sampling with impinger. Adsorption experiments of volatile methyl siloxane (UMS) compounds were carry out by granular activated carbon (GAC), metal organic frameworks (MOF) and carbon nanotube (CNT) adsorbents in the real biogas stream. For each adsorbent, adsorption capacities and treated bed volumes were calculated according to breakthrough and exhausted times. High adsorption capacities of GAC compounds at breakthrough points were achieved with AC2 values of 24 mg/g, 18 mg/g, 22 mg/g, 107 mg/g, and 26 mg/g for L4, L5, D4, D5, D6 compounds, respectively. The desired van der Walls interaction could not be achieved in MOF compounds and high efficiency in adsorption could not be obtained. Among the CNT adsorbents, the highest adsorption capacities were obtained with SWCNT-pure, DWCNT-pure and DWCNT-OH types. The adsorption capacity of D5 compound, which is the most abundant in biogas, was determined as 45 mg/g for SWCNT-pure adsorbent. It was determined that carboxylic groups were more unsuccessful in siloxane adsorption than other species. Structural properties of adsorbents such as BET specific surface area, total pore size and mesoporosity were also investigated within the scope of the study. It was revealed that increasing the surface area and mesoporosity of an adsorbent give more effective results in the siloxane adsorption of large molecular structure UMS compounds.