THE KINETICS AND MECHANISM OF TRONA-SULFURDIOKSIDE REACTION (PhD. Thessis) Fatma Çiğdem (Uçar) Güldür Gazi University Institute of Science and Technology December,1995 ABSTRACT Active soda-S02 reaction in dry system is simple and the most efficient method for the desulfurization of flue gases. Trona is natural soda with a chemical composition of NaHC03.Na2C03.2H20. One of the largest trona reserves of the world is in Ankara-Beypazari. The preparation method of the active soda is very important for the S02 removal. In the first group of the studies, effect of system parameters such as temperature, heating rate and gas flow rate on the kinetics of the decomposition of trona were investigated. Experimental studies in termogravimetric analysis system showed that the heat transfer effect became significant as the temperature and heating rate were increased. It was obtained that during the activation reaction, firstly crystalline water of trona was removed from the structure and then the conversion of sodium bicarbonate to sodium carbonate was observed after the temperature of 105°C. Kinetic data obtained from the experiments agreed well with the unreacted core model and the observed activation energy of the reaction was found as 61 kJ/mol at above 105°C. Effects of the system parameters were investigated on the reaction of S02 with three different active soda ( activated soda that is obtained in the spray drier, activated trona in TGA directly and soda that was obtained by the drying of trona solution in TGA) and kinetics and mechanism of this reaction were searched. It was observed that active trona was very porous and its conversion to sodium sulfite was 100 percent. By the adsorption of S02 on product, conversion was increased over one. On the other hand, soda which was obtained by drying ofVI trona solution was nonporous and the conversion to sodium sulfite was only 50 percent during the reaction. The data indicated that mechanism changed at low temperatures and sodium sulfite was formed in two paths. This mechanism was; the direct reaction of S02 with active soda, adsorption of SOa on sodium carbonate and finally desorption of C02. The modelling studies indicated that the observed reaction rate did not change with the temperature and the observed activation energy was very low. It was observed that the deactivation model gave good agreement with the experimental data. Fixed-bed dry filter was developed using kinetic data obtained. Effects of system parameters on the S02 removal efficiency were investigated in the dry filter. The results of these studies well agreed with the kinetic studies and it was shown that mechanism of the active soda-S02 reaction was as proposed. The best reaction temperature in the dry filter was found to be 100°C and trona can be succesfully applied for the effective removal of S02 from flue gases in dry system. Science Code : 603.02.01 Key Words : Trona, S02, Trona Activation, Trona-S02 Reaction, Termogravimetric Analysis, Fixed Bed Dry Filter Page : 303 Supervisior : Prof.Dr. Gülsen DO?U.

Ill TRONA-KÜKÜRT DIOKSIT REAKSİYONUNUN KİNETİ?İ VE MEKANİZMASI (Doktora Tezi) Fatma Çiğdem (Uçar) Güldür Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Aralık, 1995 ÖZ Kuru sistemde aktif soda-S02 reaksiyonu ile baca gazlarından kükürt dioksitin arıtılması basit ve en etkin yöntemlerden birisidir. Trona, NaHC03.Na2C03.2H20 yapısında bulunan doğal sodaya verilen addır. Dünyanın en büyük trona yataklarından biri Ankara- Beypazarında bulunmaktadır. S02 tutunmasında, aktif sodanın hazırlama yöntemi önemli yer teşkil etmektedir. Çalışmanın ilk aşamasında, aktif soda bozunum reaksiyonunun üzerine sıcaklik, gaz akış hızı ve ısıtma hızı gibi sistem parametrelerinin etkileri ve reaksiyon kinetiği incelenmiştir. Termogravimetri (TGA) cihazında yürütülen deneylerde sıcaklığın ve ısıtma hızının artması ile reaksiyonda ısı transfer etkilerinin önem kazandığı gözlenmiştir. Aktivasyon reaksiyonu sırasında öncelikle tronanın kristal suyunun yapıdan uzaklaştığı, sodyum bikarbonatın sodyum karbonata dönüşümünün ise 105°C den sonra başladığı belirlenmiştir. Büzülen çekirdek modeline göre reaksiyonun görünür aktivasyon enerjisi 105°Cnin üzerinde 61 kJ/mol olarak belirlenmiştir. Üç değişik aktif soda ( Püskürtmeli kurutucudan elde edilen aktif soda, tronanm aktivasyonu ile elde edilen aktif trona ve trona çözeltisinin kurutulması ile elde edilen soda) ile S02 reaksiyonu üzerine sistem parametrelerinin etkileri TGA cihazında araştırılmış, reaksiyon kinetiği ve mekanizması hakkında bilgi edinilmiştir. Aktif trona ile yapılan çalışmalarda reaktanın oldukça gözenekli olduğu belirlenmiştir. Aktif tronanm %100 sodyum sulfite dönüştüğü ve ürününIll TRONA-KÜKÜRT DIOKSIT REAKSİYONUNUN KİNETİ?İ VE MEKANİZMASI (Doktora Tezi) Fatma Çiğdem (Uçar) Güldür Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Aralık, 1995 ÖZ Kuru sistemde aktif soda-S02 reaksiyonu ile baca gazlarından kükürt dioksitin arıtılması basit ve en etkin yöntemlerden birisidir. Trona, NaHC03.Na2C03.2H20 yapısında bulunan doğal sodaya verilen addır. Dünyanın en büyük trona yataklarından biri Ankara- Beypazarında bulunmaktadır. S02 tutunmasında, aktif sodanın hazırlama yöntemi önemli yer teşkil etmektedir. Çalışmanın ilk aşamasında, aktif soda bozunum reaksiyonunun üzerine sıcaklik, gaz akış hızı ve ısıtma hızı gibi sistem parametrelerinin etkileri ve reaksiyon kinetiği incelenmiştir. Termogravimetri (TGA) cihazında yürütülen deneylerde sıcaklığın ve ısıtma hızının artması ile reaksiyonda ısı transfer etkilerinin önem kazandığı gözlenmiştir. Aktivasyon reaksiyonu sırasında öncelikle tronanın kristal suyunun yapıdan uzaklaştığı, sodyum bikarbonatın sodyum karbonata dönüşümünün ise 105°C den sonra başladığı belirlenmiştir. Büzülen çekirdek modeline göre reaksiyonun görünür aktivasyon enerjisi 105°Cnin üzerinde 61 kJ/mol olarak belirlenmiştir. Üç değişik aktif soda ( Püskürtmeli kurutucudan elde edilen aktif soda, tronanm aktivasyonu ile elde edilen aktif trona ve trona çözeltisinin kurutulması ile elde edilen soda) ile S02 reaksiyonu üzerine sistem parametrelerinin etkileri TGA cihazında araştırılmış, reaksiyon kinetiği ve mekanizması hakkında bilgi edinilmiştir. Aktif trona ile yapılan çalışmalarda reaktanın oldukça gözenekli olduğu belirlenmiştir. Aktif tronanm %100 sodyum sulfite dönüştüğü ve ürünün.