K
ÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASIKimya Müh. Erol HACIOĞLU / Kim. Yük. Müh. Murat ECE
1. GİRİŞ
Ülkemizde gün geçtikçe artan enerji ihtihacı ithal yoluyla sağlanan enerjiden çok, eldeki kaynakların daha bilinçli kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu nedenle linyit rezervlerimizin önemi gün geçtikçe artmaktadır.
Linyit rezervleri açısından zengin bir ülke olmamıza karşın linyitlerimizin kül, nem ve kükürt miktarları yüksek olup ısıl değeri düşüktür. Bu yüzden bunların herhangi bir işleme tabii tutulmadan değerlendirilmesi ekonomik değildir. Bu linyitlerimizi gazlaştırmakla değerlendirebiliriz.
Eğer kömür gazlaştırma tesisleri büyük linyit sahaları yakınına inşaa edilirse temiz ve nakli kolay, ısıl değeri linyitimize göre yüksek gaz elde etmek mümkündür.
2. TÜRKİYE 'DE KÖMÜR
2.1. Türkiye'de Taşkömürü
Türkiye'nin taşkömürü rezervi 1.4 milyar ton olarak belirlenmiştir. [1]
Bu rezervi Diyarbakır taşkömür yatağı, Antalya bölgesi taşkömür yatakları, Zonguldak bölgesi taşkömür yatakları oluşturmaktadır. [2]
Ülkemizde üretilen taşkömür üretimimiz çok değişik sektörlerde tüketilmekte ve her yıl artan açık, ithalatla karşılanmaktadır. 1987 yılında ülkemiz 200 milyon dolar değerinde taşkömürü ithal etmiştir. [3]
Ülkemizde taşkömürü üretimi ile talep tahminleri arasında farkın yıllara göre değişimi Şekil 1 'de gösterilmiştir. Bu tabloda görüldüğü gibi ihtiyacımızı karşılayacak kadar taşkömürü olmadığından konumuzda taşkömürüyle gazlaştırmaya değinilmemiştir.
Şekil 1 - Taşkömürü üretimi ile talep arasındaki fark değişimi
2.2. Türkiye'de Linyit
Ülkemizin bugün belirlenmiş toplam linyit rezervi 76 milyar ton olup, bunun yaklaşık %79'u görünür, %15'i muhtemel, %6'sı mümkün rezerv sınıfı ile ifade edilebilir. [1,4]
2.2.1. Rezervlerimizin Bölgelere Göre Dağılımı
a) Garp Linyitleri İşletmesi Sahaları: Mevcut müesseselerin en eskisi, en gelişmişi olup halen Tunçbilek, Seyitömer ve Kavacık bölgelerinde üretim yapmaktadır. Müessesenin toplam rezervi 490 milyon ton olup bunun 414 milyon tonu görünür durumdadır. Bölgede üretilen kömürlerin alt ısı değerleri Tunçbilek bölgesi için 4000, Kavacık için 3800 ve Seyitömer için 2750 kcal'dır. Bölge kömürlerinde kül miktarı %10-19 arasında , kükürt miktarı ise %1.5 civarındadır. [4]
b) Ege Linyitleri İşletmesi (ELİ) Sahaları: Müessesenin Soma, Yatağan ve Aydın bölgeleri, rezerv bakımından 1113 milyon ton ile Elbistan, Zonguldak havzasını takiben üçüncü sırayı almaktadır. Soma bölgesi Merkez ve Önen sahalarının kömür analizleri 3000-3500 kalori arasındadır. Bölge kömürlerinde kül miktarının %32.8-10.6 arasında değişmesi ısıl değer üzerinde olumsuz etki gösterir. Kükürt miktarı ise %0.6-3.7 arasında değişen oranlardadır.
c) Bursa Linyitleri İşletmesi Sahaları: Bursa ve Çanakkale civarındaki sahalar ile Trakya'daki Saray linyit sahası "Bursa Linyitleri İşletmesi" adında bir müessese haline dönüştürülmüştür. Müesseseye ait sahaların 2000-3000 kalori değerinde olduğu belirlenmiştir. Bu linyitlerde %52.6 oranında küle rastlandığında ısıl değer 3647 kaloriye kadar yükselmektedir.Bölge kömürlerinde %4.54'e kadar kükürde rastlanmaktadır. [1,4]
d) Orta Anadolu Linyitleri İşletmesi Sahaları: Bu saha, Beypazarı ve Bolu sahalarını içine alarak bir müessese haline getirilmiştir. Bölgelerden en gelişmişi olan Çayırhan sahasında toplam 222 milyon ton rezerv vardır. Bu yörenin kömürlerinde kükürt oranı %3.8'e kadar yükselmektedir. Mengen sahaları da halen 123.000 ton üretim yapmaktadır. Bölge kömürlerinde kül oranının %35'e kadar çıktığı durumda ısıl değerin 2600 kalori değerine karşılık, %15.5 kül oranına 4951 kalori ısıl değer karşılık gelmektedir. [4]
e) Afşin-Elbistan Linyitleri İşletmesi Sahaları: Bu saha rezerv bakımından 3539 milyon ton ile Türkiye'nin en büyük rezervine sahip olmasına karşın, ısıl değer bakımından düşük kalitelidir. (1100 kcal/kg) Bölge linyitlerinde kükürt oranı %1.5 civarındadır. Isıl değeri önemli bir biçimde etkileyenlerden nem, bu bölge kömürlerinde %54'e kadar çıkmaktadır. [4]
f) Alpayut-Dodurga Linyitleri ve Civarı Sahaları: Çorum, Amasya, Samsun illerini kapsayan bu saha linyit üretimi bakımından eski bir maziye sahiptir. Türkiye Kömür İşletmeleri'ne ait Alpagut-Dodurga işletmesi halen 518.000 ton üretimle bu bölgede baş sırayı almaktadır. Toplam 50 milyon tonluk rezerv bu bölgenin yakıt ihtihacı olarak kullanılabilir. Kömür kalitesi oldukça iyi, kükürt içeriği düşüktür. Isıl değeri 2810-5300 kalori arasında değişirken kükürt miktarı %1-2 dolaylarındadır. Bölge kömürlerinde kül miktarı %20-54 arasındadır. %54 kül içeren Bayören kömürleri nem içeriği az olması nedeniyle (%1.1) 3000 kalorilik yüksek bir ısıl değere sahiptir. [4]
g) Konya Linyitleri İşletmesi Sahaları: Konya ve civarı linyit üretimi bakımından 661 milyon ton rezerv ile büyük bir potansiyeldir. Beyşehir gölü ve civarında 440 milyon ton 1100 kalorilik rezerv mevcuttur. Halen Ermenek'ten 40.000, Ilgın'dan 356.000 tonluk üretimler yapılmaktadır. Bölge linyitlerinde ısıl değer 1100-3000 kalori arasında değişir. Kükürt miktarı %1.5-1 arasında olan bölgede kül miktarı %10-30 arasında, nem miktarı ise %43-50 arasında değişmektedir. [4]
h) Sivas-Kangal Linyitleri İşletmesi Sahaları: Bölgede Kangal 140 milyon ton, Karlıova 90 milyon ton ile büyük bir rezervdir. 1300-1700 kalori arasında değişir. Bölge kömürlerinde kül miktarı %20-26 oranında, kükürt miktarı %2-3 dolaylarındadır. Nem miktarı oldukça yüksektir. (%50 dolayında) [4]
ı) Doğu Linyitleri İşletmesi Sahaları: Doğu Anadolu'ya yayılmış pekçok küçük rezervli (5-30 milyon ton), orta ısı değerli (2000-4000 kalori) bu rezervlerin yakıt olarak değerlendirilmesi mümkündür. Bölge kömürlerinde kül miktarı %10-30 arasında, kükürt miktarı %1-5 arasında değişir. Nem miktarı %5-40 arasında değişen bölge kömürlerinde ısıl değer 1600-4500 kalori arasında değişir. [4]
j) Güney Doğu Asfaltit ve Linyitleri İşletmesi Sahaları: Halen bilinen toplam rezervi 57 milyon ton olarak ifade edilmekte ise de derinlerde ve civardaki aramalarda bu rezerv artabilir. Halen Şırnak'tan 242.000 ton, Silopi'den 318.000 ton üretim yapılmaktadır. Rezervlerin alt ısısı 2600-6500 kalori arasında değişmekte, kükürt içeriği %8.3'e kadar çıkmaktadır. [4]
k) Gediz Havzası Özel Sahaları: Türkiye'nin Zonguldak Taşkömürü Havzası'ndan sonra en iyi kömürleri bu sahada bulunmakta, koklaşma özelliği göstermektedir. Havzanın rezervi 20 milyon ton olarak ifade edilmekte ise de gerçek bir arama yapılmış değildir. Bu havzadaki kül miktarı %25-28 arasındadır. Kükürt miktarı ise %8.4'e kadar çıkmaktadır. Nem oranının %3-5 arasında değiştiği bölgede, ısıl değer 5500 kalori civarındadır. [4]
l) Trakya Havzası Özel Sahaları: Bölge kömürleri, damar sayısı az ve ince damarlar oluşmakta olup genç devirlere aittir. Bu sahadaki kömürlerin kül miktarı %6-42 arasında, nem oranı %28-40 arasında değişmektedir. Kükürt miktarının %1-2 dolayında olduğu bu sahada ısıl değer 3500 kaloriye kadar çıkmaktadır. [4]
2.2.2 Linyitlerimizin Teknolojik Özelliklerinin Değerlendirilmesi
Bu bölümde, linyit kaynaklarımızın ısıl değer, nem içeriği, kül miktarı ve kükürt içeriği, damar kalınlığı gibi teknolojik özelliklerin dağılımları, bunların birbirleri arasında saptanan istatiksel bağıntılar konu edilecektir. 3.5 milyar tonluk Afşin-Elbistan linyit rezervi, dağılımların karakterini önemli ölçüde değiştirdiğinden, burada yapılan değerlendirmelerde sözü edilen rezerv toplam rezerve dahil edilerek ve hariç tutularak ayrı ayrı verilmiştir.
Linyit yataklarının 26 adedinin rezervi 1-10 milyon ton, 12 adedinin 10-20 milyon ton, 10 adedinin 20-100 milyon ton, 10 adedinin 100-250 milyon ton arasında ve bir adedinin rezervi ise 3 milyar tonun üzerindedir. [5]
Linyit rezervlerimize göre alt ısıl değerin dağılımı tablolarda gösterilmektedir. Çok genel bir değerlendirme yapıldığında, rezervlerimizin %25'i 2000 kcal/kg'ın, %64.7'si 3000 kcal/kg'ın altında ısıl değerlere sahiptir. Isıl değeri 5000 kcal/kg'ın üzerindeki rezervlerin oranı ise %0.51 oranındadır.
[5,6]
Türkiye linyit rezervi damar kalınlığı ortalaması 6.8 metredir. Rezervlerimizdeki kül, nem ve kükürt içeriği dağılımları tablolarda verilmiştir.
Beklendiği gibi nem içeriğinin artmasıyla ısıl değer azalmaktadır. Örneğin nem içeriğinin %20'den %30'a çıkması durumunda ısıl değerde yaklaşık 800 kcal/kg'lık bir düşme kaydedilmektedir. [6]
Kül miktarı ile ısıl değer arasında anlamlı bir ilişki kurulamamıştır. Ancak Türkiye linyitlerinde kül miktarı rezervden bağımsız olarak incelendiğinde ortalama değeri ve bu değerin %90 güven aralığı sırasıyla %23.17 ve %37.69-8.37 olarak elde edilmiştir. [1,6]
3. KÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASI
Linyit ve taşkömürünün gazlaştırılmasından elde edilen yakıtlar, gelecek yıllarda petrol ve doğal gazın yerini alacak en güçlü adaylar olarak gözükmektedir. Geçen yüzyılın ortalarında, öncelikle taşkömürünün koklaşmasında yan ürün olarak elde edilen Benzen ve Asfalt, boya ve ilaç sanayinde hammadde olarak kullanılnıştır. Zamanla kömür gazlaştırma konusu geliştirilmiştir. 20. yüzyılın başında kömürden yağ, gaz ve kimyasal madde üretimi alanında büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. 1950'lerde petrol, tüm sanayi alanlarına girdiğinden kömür önemini büyük ölçüde yitirmiştir. Kömürün gazlaştırılması konusuna ilişkin araştırmaların sürdürülmesine karşın yine de, çok az kömür gazlaştırma yöntemi ve süreçleri geliştirilmiştir. 1973-75 yıllarında yaşanan petrol sıkıntısı yüzünden kömürün gazlaştırılması ve sıvılaştırılmasına duyulan ilgi ve araştırmalar artmıştır.
3.1. Kömür Gazlaştırmada Amaç
Kömürü su buharı, hava, oksijen ve hidrojen ile tepkimeye sokarak gaz ürünler elde etmektir. Kömürlerin gazlaştırılmasıyla üretilen gazların bileşimi ve miktarı, kömürün cinsine ve aktivitesine, kullanılan gazların türüne ve uygulanan gazlaştırma işlemine (basınç, sıcaklık, v.b.) bağlıdır. Kullanılan gazların bileşimi aşağıdaki gibi olup, gerekirse CO2 'de eklenmektedir:
Hava,
Hava + Su Buharı,
Su Buharı,
Oksijen + Su Buharı,
Oksijen ile zenginleştirilmiş Hava + Su Buharı,
Oksijen ile zenginleştirilmiş Hava
Üflenen gazın bileşimine göre sistemden, jeneratör gazı, su gazı, şehir gazı, sentez gazı veya kuvvet gazı elde edilebilir. Kömür gazı, ısıl değerine göre genellikle üç grup altında toplanabilir. [1,7]
1- Düşük ısıl değerli (3.35 - 7.53 MJ/m3)
2- Orta ısıl değerli (7.53 - 15.07 MJ/m3)
3- Yüksek ısıl değerli (35.6 MJ/m3)
Düşük ve orta ısıl değerli gazların üretimi daha ekonomiktir. Ancak, ısıl değerlerinin düşük olması nedenyiyle, aynı miktar enerji üretimi için gerekli dağıtım gideri, yüksek ısıl değerli gaza oranla fazla olmaktadır. Bu durum, düşük ve orta ısıl değerli gazın üretildiği yerin hemen yakınında kullanılmasını zorunlu kılmaktadır.
Gazlaştırma ile üretilen en düşük ısıl değerli gaz, hava ve su buharı karışımıyla üretilen jeneratör gazıdır. Jeneratör gazından daha yüksek ısıl değere sahip gaz ise su gazıdır. Su gazı eldesi için, su içeriği düşük ve katransız yakıtlar kullanılır. Bunun nedeni katranlı yakıtlar için su gazı verimi %67-72, katransızlar için ise %85-90 dolayında olmasıdır. [1]
Oksijen veya oksijenle zenginleştirilmiş hava ile yürütülen gazlaştırma, sürekli bir çalışmayı gerektirir. Sonuçta yüksek ısıl değerli bir gaz elde edilir. Bu sistemin diğer üstünlüğü de, gazlaştırma bölgesindeki yüksek sıcaklık sayesinde, cürufun sıvı halde çekilmesidir.
Oksijen kullanılarak yapılan gazlaştırmada, aşırı sıcaklık yükselmelerine engel olmak amacıyla yapılan oldukça yüksek bir buhar fazlası ile çalışılır. Üflenen gazın azot, oksijen ve su buharı derişimlerinin denetlenmesiyle elde edilen jeneratör gazının H2, CO2, N2 içerikleri geniş sınırlar arasında değiştirilir.
Bazı yakıtların gazlaştırılmasından oluşan katran, kısmen gaz ürünle sürüklenerek boruların kirlenmesine neden olur. Bu tür gazlar bazı brülör tiplerinde kullanılamaz. Katran, aslında çok değerli organik bileşikler içeren bir üründür. Bu üründen naftalin, antrasen, fenol ve türevleri gibi Organik Kimya Sanayi'nde önemli hammaddeler elde edilir.
3.2. Dünya'da Gazlaştırmayla İlgili Yapılan Çalışmalar ve Projeler
Almanya, gazlaştırma alanında endüstri tarafından teklif edilen 13 proje üzerine eğilmektedir. ABD - Almanya'nın ortak hazırladıkları bir proje için 1990 yılına dek, 70 milyon markı proje ön çalışmaları olmak üzere 700 milyon mark harcamıştır.
Tabii gaz ve petrol tüketiminin %3'ü Almanya'da kömürün gazlaştırılması ile karşılanabileceği sanılmaktadır. Uzun planda, bugün termik santrallerin kullanıldığı kömürün gazlaştırma tesislerinde değerlendirilmesi planlanmaktadır.
Avrupa Ortak Pazar Komisyonu, 1982 yılından itibaren gazlaştırma konusunda yedi projeyi finanse etmeyi kararlaştırmıştır. [6]
Bu projeleri Torino'da (İtalya) akışkan yataklı kömür gazlaştırma tesisi, Sardunya'da (İtalya) Texaca devirgen yataklı gazlaştırma tesisi, Westfield'de (İskoçya) Lurgi sabit yataklı kömür gazlaştırma tesisi, Gelsenkirschen'de (Almanya) kömür ve ağır yağından hidrojen eldesi ile ilgili bir proje, Nuinberg-Salzbahn-Rosnoberg'de (Almanya) demir banyolu reaktörde kömür gazlaştırma deneyi, Fransa'da Bruay (Pas. de-Calais) ve Faulquemont'da (Lorruine) yeraltı gazlaştırması ile ilgili projelerdir. [1,6]
Bir diğer çalışma, Bonn yakınlarındaki Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff A.G. rafinerisinde, Loyi firmasınca yürütülmektedir. Metan elde etmek için geliştirilen pilot tesisin saatte 20-30 kg alan kapasitesi 1982 yılında 10 tona çıkarılmıştır. [6]
3.3. Gazlaştırma Maddeleri ve Oluşan Gaz Karışımları
Akım |
Kullanım alanları |
(1) |
Endüstride gaz yakıt |
(2) |
Güç merkezi ve türbin için gaz |
(3) |
-Amonyak sentezi -Metanol sentezi -Fischer-Tropsch -Hidrojen -Karbonatlaştırma -Demir indirgeme -CO kazanma |
(4) |
Kok gazı ve şehir gazını takviye |
(5) |
Yer gazını yedekleme ve takviye |
3.4. Kömür Özelliklerinin Gazlaştırmaya Etkileri
Gazlaştırma süreci seçimi için öncelikle gazlaştırılacak kömürün özellikleri çok iyi bilinmelidir. Kömürün nem, kül, sabit karbon ve uçucu madde içerikleri ile aktivitesinin, tane boyutunun, kekleşme özelliğinin ve külünün erime sıcaklığının gazlaştırmaya önemli ölçüde etkileri vardır.
a) Nem: Sabit yataklı gazlaştırıcılarda nem %35 ve kül içeriği %10'u geçmemek koşuluyla gazlaştırma işlemi uygulanmamaktadır. Kömürün nem içeriği bu değeri aştığında bir ön kurutma gerekmektedir. Sürüklenmeli yatak sistemlerinde yüksek oranda nem içeriği gazlaştırma için verilen su buharına yardımcı olmaktadır. Fakat bu durumda sisteme ısı verilmesi gereklidir.
b) Kül: Yüksek miktarda kül bırakan kömürler gazlaştırma sırasında problem yaratmaktadır.
1. Kül içeriği arttıkça, yanıcı ve gazlaştırılacak madde miktarları azalmakta; buna bağlı olarak, gazlaştırma verimi düşmektedir.
2. Kül içeriği arttıkça, kömürün gazlaşması güçleşmekte, belirli bir kül oranında imkansızlaşmaktadır.
3. Fazla kül, reaktörlerin kapasitesinin düşmesine neden olmaktadır.
c) Uçucu madde: Kömür gazlaştırma süreçlerinde uygulanan ısıtma işleminde, kömür önce uçucu içeriğini kaybeder. Süreçte üretilen gazlarla karışan uçucu maddeler, toplam gaz ürün miktarının artışına sebep olur. Yüksek basınçlı (5 bar) süreçlerde, uçucu madde içeriğindeki hidrojen, kömürdeki karbon ile birleşip metan ve hatta etan oluşturabilir. Katran ve yağlar da, sürecin verimini arttırabilirler.
d) Külün erime sıcaklığı: Sabit yataklı gazlaştırıcılarda yanma bölgesinin en yüksek sıcaklığı külün erime sıcaklığının altında olmalıdır. [1,9,11]
3.5. Kömür Gazlaştırmadaki Tepkimeler
Tablo 2:
| D H (kcal/mol) | Tepkime sıcaklığı | Basıncın Etkisi |
|
Heterojen (gaz/katı) tepkimeler |
|||
Su gazı tepkimesi C + H2O ------> CO + H2 |
+31.35 |
Yüksek |
- (CO + H2) |
Boudouard tepkimesi C + CO2 ------> 2CO |
+41.16 |
Yüksek |
- CO |
Hidrojenle gazlaştırma C + 2H2 ------> CH4 |
-17.90 |
Yüksek/Orta |
+ CO2 |
Kısmi yanma C + ½O2 ------> CO |
-26.46 |
Yüksek |
- CO |
Tam yanma C + O2 ------> CO2 |
-94.09 |
Yüksek |
|
Homojen (gaz/gaz) tepkimeler |
|||
Su gazı tepkimesi CO + H2O ------> H2 + CO2 |
-9.85 |
Yüksek/Orta |
|
Metanlaştırma CO + 3H2 ------> CH4 + H2O |
-52.69 |
Orta/Düşük |
+ CH4 |
3.6. Kullanılan Gaz Çeşitleri
a) Şehir Gazı
Kömürün yüksek sıcaklık koklaştırılmasında, özellikle dolaylı ısıtmada bileşimi yaklaşık %55 H2, %27 CH4, %6 CO, %10 N2 ve %2 CO2 olan kok fırın gazı elde edilmektedir. Isıl değeri yüksek olan bu gaz, doğrudan doğruya kullanılabildiği gibi, koktan elde edilmiş su gazıyla yada jeneratör gazıyla karıştırılarak da kullanılmaktadır.
Şehir gazı içerisinde bulunan CO zehirli olduğundan bazı ülkelerde bu gaz, katalitik olarak su buharıyla tepkimeye sokularak;
CO + H2O ---------> CO2 + H2
kimyasal denklemine göre CO 'i giderilir. Böylece şehir gazı zehirli olan CO 'den arındırılmakta ve hidrojence zenginleştirilmektedir. Bu tepkime ekzotermik olup 0°C ve 1 atm 'de D H= -9.85 kcal/mol 'dür. Tepkimeye giren mol sayısı çıkana eşit olduğundan, basıncın kimyasal dönüşüme etkisi yoktur. Katalitik yoldan CO gidermede tepkime sıcaklığı yaklaşık 500°C 'dir.
b) Jeneratör Gazı (Havagazı)
Kızgın kömür üzerine yalnız hava üflenmesiyle elde edilen gaz karışımına jeneratör gazı veya havagazı denir. İdeal bir jeneratör gazında %35 CO ve %65 N2 bulunur.
Jeneratörde CO'in oluşması için, kömür tabakasının yeterli derecede kalın ve sıcak olması gerekmektedir. Yanma bölgesinde alttan gönderilen hava ile kömür tepkimeye girerek, kömür taneciklerinin yüzeyinde aşağıdaki tepkimeler oluşmaktadır:
C + O2 -------> CO2 (D H= -94.09 kcal/mol)
CO2 + C -------> 2CO (D H= +41.16 kcal/mol)
Ayrıca tanecikler arasındaki boşluklarda:
CO + ½O2 -------> CO2 (D H= -67.63 kcal/mol)
tepkimesi oluşmaktadır. Sonuçta, yanma bölgesinde esas itibariyle CO2 oluşmaktadır.
CO2 'in CO'ya dönüşümü ise indirgeme bölgesinde olmaktadır.
C + CO2 -------> 2CO (D H= +41.16 kcal/mol)
Jeneratörde ayrıca CO'in yanısıra az miktarlarda H2, CH4, ve SO2'de oluşmaktadır. Koktan elde edilen tipik bir jeneratör gazının bileşimi %12 H2,
%28 CO, %0.5 CH4, %54.5 N2 ve linyitten elde edilen gaz karışımının bileşimi ise %15 H2, %27 CO, %7 CO2, %2 CH4, %49 N2 'dir.
c) Su Gazı
Su gazı, yüksek alev sıcaklığını gerektiren durumlarda, amonyak, metanol ve sentetik benzin üretiminde, sentez gazı olarak kullanılmaktadır. Kızgın kömür içinden su buharı geçirilmesiyle elde edilmektedir. Aşağıda görüldüğü gibi, su gazı üretimi için en uygun sıcaklık 1000°C 'dir.
t (°C) |
% CO |
%CO2 |
% H2 |
400 |
0.2 |
33.1 |
66.6 |
600 |
19.2 |
200.3 |
60.5 |
800 |
46.1 |
2.6 |
51.3 |
1000 |
49.5 |
0.3 |
50.3 |
Bu sıcaklıkta aşağıdaki tepkimeler oluşmaktadır:
C + H2O -------> CO + H2 (D H= +31.35 kcal/mol)
CO + H2O -------> CO2 + H2 (D H= -9.85 kcal/mol)
Yönteme birinci tepkime egemen olup, ikincisi yarı tepkimedir. Birinci tepkime endotermiktir. Tepkime ısısının karşılanması için uygulamada çeşitli üretim yöntemleri geliştirilmiştir. İkincisi ise, jeneratöre su buharı ve oksijen karışımının gönderilmesiyle ya da jeneratörü dışarıdan ısıtma yoluyla, tepkime ısısının karşılanması biçimindedir.
d) Kuvvet Gazı
Kuvvet gazı, su gazı ile jeneratör gazının karışımıdır. Bu gaz karışımını elde etmek için, jeneratöre su buharı ile hava aynı zamanda gönderilmektedir. Jeneratörde şu tepkimeler oluşmaktadır:
C + ½O2 -------> CO (D H= -26.46 kcal/mol)
C + H2O -------> CO + H2 (D H= +31.35 kcal/mol)
C + 2H2O -------> CO2 + 2H2 (D H= +22.5 kcal/mol)
Bu durumda son iki tepkime endotermiktir. Gerekli ısıyı karşılamak için hava ile yakılan kömür miktarı, su buharı ile işlem görenden üç kat fazla olmalıdır. Bundan dolayı 1 kg kömürden üretilen kuvvet gazı, yaklaşık olarak 5 m3 'tür; bunun 4 m3 'ü jeneratör gazı, 1 m3 'ü ise su gazıdır.
4. GAZLAŞTIRMA SÜREÇLERİNİN SINIFLANDIRILMASI
Kömür gazlaştırma yöntemlerindeki ana aşamalar, hemen hemen şekil 7 'de görülmektedir. Tüm yöntemlerde metanlaştırma dışında gazlaştırmanın ana aşamaları açıkça gösterilmiştir. [1]
Gazlaştırıcılar, pek çok biçimde sınıflandırılmaktadırlar. En önemli sınıflandırma biçimleri gaz akımı ve kömür akımının birbirlerine göre durumları ile külün gazlaştırıcıdan uzaklaştırma yöntemine göre yapılmaktadır.
Akıma göre sınıflandırma dörde ayrılır:
1. Sabit yatak
2. Akışkan yatak
3. Sürüklemeli yatak
4. Erimiş yatak
Tablo 3 'te bu dört ayrı gazlaştırma yönteminin işletme koşulları açısından bir karşılaştırması yapılmıştır. [1]
Tablo 3:
Yatak Şekli |
Sabit Yatak |
Akışkan Yatak |
Sürüklemeli Yatak |
Erimiş Yatak |
Kapasite |
Düşük |
Orta |
Yüksek |
Orta |
Gazlaştırma Sıcaklığı (°C) |
540-1200 |
1000-1100 |
1400-1500 |
1700 |
Ürünün Cinsi |
CO+H2+sıvı |
CO+H2+CH4 |
CO+H2 |
CO+H2+N2 |
Kömür Boyutu |
Parça (Tozsuz) 5-60 mm |
Kırılmış
1.6-6.4 mm |
Belirli ölçüye kadar kırılmış 0.075 mm |
Kırılmış
0.6 mm |
Sabit yatakta kömür, gazlaştırıcıya tepeden yüklenmektedir. Gaz oldukça düşük hızla, yukarıya doğru yükselmektedir. Çok düşük hızla bile bir miktar uçucu kül ve kömür parçacıkları, gazla birlikte sürüklenmektedirler. Akışkan yataklı gazlaştırıcılarda, öğütülmüş kömür kullanılmaktadır. Kömür tyukarı doğru çıkan gazlar içinde akışkan yatakta yüksek bir verimle tepkimeye girmektedir. Gazla sürüklenen uçucu kül ve kömür parçacıklarının miktarı, sabit yataktakilere oranla daha yüksektir. Sürüklemeli akışkan yatak gazlaştırıcılarda öğütülmüş kömür gazla sürüklenir. Gaz akımı aşağı veya yukarı doğru olabilmektedir.
Sürüklemeli akışkan yataklı gazlaştırıcılarda ürün olarak yalnız CO ile H2 elde edildiğinden ve CH4/(CO+H2) oranını ayarlama gibi bir sorun olmadığından, organik sentezler için bu uygun yöntemdir.
Külün gazlaştırıcıdan uzaklaştırılma biçimi, gazlaştırıcı içindeki en yüksek sıcaklığa bağlıdır. Kömürün mineral maddesinin erime sıcaklığı ve yumuşama aralığı, bileşik sayısı ve miktarı belirlenmektedir. Bazen akışkanlaştırma sıcaklığını düşürmek amacıyla, katkı maddeleri kullanılmaktadır. Külün durumuna göre, kömür gazlaştırıcıları, kuru dipli, aglomerli veya cüruflu olarak sınıflandırılmaktadırlar.
Gazlaştırma sistemlerinin sınıflandırılması ve kömürün gazlar ile tepkimesi sırasında oluşan sıcaklık değişimleri Şekil 8 'de görülmektedir.
Bir kömür gazlaştırma süreci aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:
1. Mümkün olduğu kadar çok katı yakıt (linyit,taş kömürü,antrasit) için uygun olmalıdır. Süreç ; bunların koklaşma özelliği, uçucu madde içeriği, aktivitesi, kül içeriği, kül yapısı, kekleşme ve çeşitli sıcaklıklarda mekanik dayanıklılığı gibi özelliklerden bağımsız olmalı ve etkilenmemelidir.
2. Kömürdeki yanabilen organik bileşiklerin tamamen gaza dönüşmesi istenmektedir.
3. Üretilen sentez gazı veya indirgeme gazı H2 ve CO ağırlıklı, sentetik doğal gaz ise CH4 ağırlıklı olmalıdır.
4. Süreçler, pratik olması açısından teknik olarak basit, güvenli, kullanımda esnek ve az bakım gerektirecek biçimde olmalıdırlar.
5. Çevreyi olumsuz biçimde etkileyecek maddeler oluşmamalıdır. Yan ürünler kullanılabilir özellikte olmalıdır.
6. Üretilen gaz, üretimde kullanılan hammaddelere oranla, şu anda veya ileride rekabet edebilecek kalite ve fiyatta olmalıdır.
4.1. Sabit Yatakta Gazlaştırma
Gazlaştırma, döner ızgara ile donatılmış bir jeneratörde gerçekleştirilmiştir. Döner ızgaralı jeneratörler, kül çekiminin mekanikleşmesini sağlamaktadır. Hemen hemen bütün jeneratörlerde soğutma ceketleri vardır. Ceket, külün ergiyerek cüruflaşmasını ve jeneratör çeperine yapışmasını önlemektedir. Otomatik karıştırma düzenekli jeneratörler, kekleşme özelliği gösteren kömürlerin gazlaştırılmasında kullanılmaktadırlar. Kömür yukarıdan verilir, alttan gelen reaktif gazlar ile tepkimeye girerek gazlaşmaktadır. Gazlaştırma sonucu oluşan kül, döner ızgara üzerinden , alt bölümden dışarıya atılmaktadır.
Sabit yatak gazlaştırma sistemlerinde kömür, kok, reaktif gazlar ve ürünlerin akışı, zıt akım ilkesine göre gerçekleştiği için ısı transferi çok iyi gerçekleşmektedir. Örneğin, çıkan kül gelen gazları ve çıkan ürünler de gelen kömürü ısıtmaktadır. Ayrıca, yatağa doğru hareket eden kömür parçacıklarının burada sürelerinin uzun olması, yüksek karbon dönüşüm verimlerine neden olmaktadır.
4.1.1. Sabit Yatakta Gazlaştırma Süreçlerinden Lurgi Süreci
Lurgi gazlaştırıcısı ; dikey silindirik konumda sabit yataklı ve basınç altında çalışan bir reaktördür.
Çalışma basıncı 24-30 atm arasında değişmektedir. Ana gazlaştırıcı, kabuk biçiminde bir su ceketi ile sarılmıştır. Buhar kazanını besleyen su, ceketin içinden geçerek gazlaştırıcı kabuğundan kaçan ısıyı geri kazanmaktadır.
Kömür besleme deposu, gazlaştırıcının tepesine yerleştirilmiştir. Kömür buradan sisteme gönderilirken, bir dağıtıcı gelen kömürü, kömür yatağına gönderir. Gazlaştırıcının dibindeki mekanik ızgara, oluşan külün sistemden alınmasını sağlamaktadır. Kül ise kül toplama kabına gider. Burası gazlaştırıcının en önemli parçasıdır. Bazı gazlaştırıcı tasarımlarından belirli biçimde kömür kullanımı için mekanik karıştırıcılardan da yararlanılmaktadır. Gazlaştırma işleminin daha verimli olması için gazlaştırıcının alt bölümünden sisteme buhar ve oksijen gönderilmektedir. Buhar ve oksijen kömür yatağı içinde dönen bir ızgara ile dağıtılmaktadır. Izgara, kömür yatağını desteklemekte ve sabit kül akışını sağlamak üzere sürekli dönmektedir.
Buhar ve oksijen yukarı doğru çıktıkça, kömür yatağında sıcaklığın etkisiyle oluşan tepkimeler dört farklı bölgeyi karakterize eder.
Bunlar, alt bölgeden üst bölgeye doğru sırasıyla, karbon yanma (gazlaştırma için ısı sağlanır), gazlaştırma, uçuculuğun giderilmesi ve kurutma bölgeleridir. Kömür, yatağa doğru indikçe, ilk olarak kömürün içindeki bazı uçucu maddeler açığa çıkmaktadır. Geriye kalan sabit karbon, daha sonra gazlaştırılmakta ve yakılmaktadır. Oluşan kül, kül toplama kabında birikir ve gazlaştırıcının altından sistemi terkeder. Külün cüruflaşmasını önlemek için, ızgaranın üstündeki kül tabakasına, aşırı buhar gönderilmektedir.
Gazlaştırıcıda oluşan ham gaz, tepkimeye girmemiş buhar, yağ, katran, fenol, amonyak, kükürt bileşikleri ile kömür ve küllerden oluşan toz içermektedir. Ham gaz, gazlaştırıcının tepesinden sistemi terketmektedir.
4.2. Akışkan Yatakta Gazlaştırma
4.2.1. Akışkan Yatak
İnce kömür parçacıklarından (0.2 - 3 mm) oluşan bir yatağa aşağıdan yukarıya doğru düşük hızda hava yada herhangi bir gaz akımı verildiğinde, bu hava, kömür parçacıkları arasından geçerek onları rahatsız etmeden yukarı çıkmaktadır. [1] Hava veya gaz hızı sürekli olarak arttırılacak olursa öyle bir an gelir ki, parçacıkların bir kısmı yukarıya doğru harekete zorlanır ve akım içinde asılı duruma geçer. Yatak içinde basınç düşüşünün, yatağın birim yüzeye düşen ağırlığına eşit olduğu ana "Yatağın Akışkan Hale Gelme Anı" , bu andaki hava hızına da "Minimum Akışkanlaşma Hızı" denilmektedir. Hız, bu kritik değerin üzerine çıkacak biçimde arttırılırsa, yatak daha fazla akışa olanak verecek ölçüde kabarmaktadır. Verilen fazla havanın büyük bir bölümü, yatak arasından kabarcıklar halinde geçmektedir. Akış hızı, kritik hızın 3-5 katı arasında bir değere ulaştığında, sistem parçacıkların hızla birbirine karıştığı yüksek bir türbülant özellik kazanmaktadır.
Bu durumda yatak, şiddetli kaynayan bir sıvı görünümündedir. Akışkan yatak denilen böyle bir yatak, bir sıvının bir çok özelliğini taşımaktadır. Örneğin yatak herhangi bir yöne eğilirse, yatak yüzeyi yatay konumunu korumaktadır. Değişik derinliklerde iki yatak birleştirilirse, iki yatak boyu eşit oluncaya kadar yüksek yataktan düşük yatağa, tanecik akımı sürer. Akışkan yatağı, herhangi bir noktadan açılarak deliklerden katı parçacıklar, gaz veya sıvı ortam gibi dışarıya akıtılarak boşalmaktadır. Sonuç olarak katı parçacıklara, böyle bir yatak içerisinde akışkan özellik kazandırılmasına "Akışkanlaştırma" denir.
Akışkan yatak gaz fazı ve katı faz olmak üzere iki fazlı bir ortama sahiptir. Böyle bir sistem, hem hava-su buharı ile kömür parçacıkları, hem de kömür parçacıkları arasında iyi bir ilişki sağlar. [6]
4.2.2. Kömürün Akışkan Yatakta Gazlaştırılması
Üstün nitelikli olan akışkan yataklı gazlaştırıcılar, düşük kaliteli kömürlerin gazlaştırılmasında da kullanılmaktadır.
Akışkan yatakta gazlaştırma, aslında kum yada kül gibi, yanıcı olmayan bir ortamda meydana geldiğinden yatağa verilen kömürün çok küllü olması gazlaştırmayı olumsuz etkilemez.
Böylece, yüksek kül ve rutubet içeren, ısıl değeri 1200 kcal/kg 'a kadar düşen düşük kaliteli kömürler de bu sistemde gazlaştırılabilmektedir.
Kömür gazlaştırılmasında kullanılan yatağın inert parçacıkları; kum, ateş tuğlası, kireç taşı yada özellikle kömürün kendi külü olabilir. Yatakta inert madde kullanılmamasının nedeni, kömür parçacıklarının yüksek sıcaklıklarda şişme ve koklaşma özelliklerinden dolayı birbirine yapışmalarını önlemektir.
Akışkan yatak, 0.5-1 m derinliğindedir. Kömür, yatağa beslenmeden önce, 1.6-6.4 mm 'lik tane boyutuna indirilir. Nem giderme, boyut küçültme işlemi sırasında yataktan çıkan gazlar aracılığıyla yapılmaktadır. [1,9]
Isı transferinin akışkan yataklarda yüksek olmasının nedeni; yataktaki güçlü karışım sayesinde oluşan ısının homojen olarak dağılmasıdır. Yatağın çalışma sıcaklığı, yerleştirilen su soğutucuları ve sıcak gazlar yoluyla denetlenerek, 750-950 °C arasında olması sağlanmaktadır.
Akışkan yatakta gazlaştırmada yüksek gaz sıcaklığına gereksinim olmadığından ortaya çıkan ısının %60 'ı yatak içine yerleştirilmiş olan ısı değiştirici tüplere transfer edilir. [6]
4.2.2.1. Kömür CO2 Alıcı Süreci
Özellikle linyitlerin gazlaştırılmasında uygulanır. Isı taşıyıcı olarak kalsine dolamit kullanılır. Gerekli ısı iki biçimde sağlanmaktadır. Kalsinasyon sırasında oluşan ısının gazlaştırıcıya verilmesi ve kalsine dolamit içinde bulunan CaO ile, gaz içindeki CO2 'in ısı tepkimesiyle:
CaCO3.MgCO3 + Isı ---------> CaO.MgCO3 + CO2
Akışkan yatakta ve yaklaşık 10 atm 'lik basınç altında uygulanan yöntem şöyle özetlenebilir:
Ön hazırlamadan geçirilen kömür, ısıtıldıktan sonra 1. gazlaştırıcıda, 2. gazlaştırıcıdan gelen gazlar verilen buharla, kızgın kalsine dolamitin ısısını alarak, CH4, CO ve H2 oluşturmak üzere tepkimeye girmektedir. Artık kömür, ikinci gazlaştırıcıda buharla tepkimeye sokularak tekrar gazlaştırılır. İki gazlaştırıcıda da ısı taşıyıcı olarak kızgın kalsine dolamit kullanılmaktadır. İkinci gazlaştırıcıdan çıkan dönüşmemiş kömür ise dolamiti kalsine etmek için rejeneratörde yakılmaktadır.
1 ton kömürün gazlaştırılması için gazlaştırıcıya 1.1 ton su buharı, jeneratöre 0.25 ton dolamit, yakıcıya ise 2.3 ton hava gönderilmektedir. Gaz ürünün ısıl değeri 3400 kcal/m3 'dür. 1 ton kömürden ise 1280 m3 gaz üretilmektedir. Gazlaştırma verimi %77 dolayındadır. [1]
Gazın Bileşimi |
% Mol |
CO |
15.5 |
CO2 |
9.1 |
H2 |
58.8 |
CH4 |
13.7 |
Türkiye'de kömürün CO2 gazlaştırma konusunda deneysel çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada kömür karbonizasyon işlemi öncesi çeşitli oranlarda kül ilave edilere, meydana gelen kok numunelerinin 800, 900 ve 950 °C 'de ve atmosferik basınç altında CO2 ile gazlaştırma reaksiyonu incelenmiştir. Deneyler laboratuvar çaptaki sabit yatak deney aletinde küresel numuneler kullanılmak suretiyle yürütülmüştür. Reaktivite, reaksiyon gazları içindeki CO yüzdesi ve ağırlık kaybı ölçümleri yapılmak suretiyle ifade edilmiştir.
4.2.2.2. Winkler Süreci
Winkler yöntemiyle çalışılan ilk işletme 1926 yılında Leuna (Almanya) 'da kurulmuştur. İkinci Dünya Savaşı sırasıda Fischer-Tropsch sentezi için gereken sentez gazı Winkler yöntemiyle üretilmiştir. Çeşitli ülkelerde 36 gazlaştırıcıyı kapsayan 16 fabrikada kullanılmaktadır. Atmosferik basınçta çalışan akışkan yataklı bir gazlaştırıcı tipi kullanılmaktadır.
Winkler gazlaştırıcısı, dikey silindirik yapıda çelik kaplı ve refrakter tuğla ile örtülmüştür. Jeneratör kesiti 25 m2 olup, yüksekliği 22 m olarak tasarlanmıştır.
Petrol koku, 0.5-0.95 cm boyutlarında her türlü kömür gazlaştırılabilir. Isıl verimi yaklaşık %75 olan sürette öğütülmüş kömür, 800-1000 °C sıcaklıktaki akışkan yatakta oksijen ve buharla gazlaştırılmaktadır. Eğer CO yönünden zengin bir gaz ürün isteniyorsa, bir kısım buhar yerine, elde edilen CO2 kullanılabilir. Büyük kömür parçaları akışkan yatakta gazlaşırken toz ve küçük tanecikler yatağın üst kısmında gazlaştırılmaktadır. Gaz ürün ile sürüklenen katı parçalar bir siklonda tutulur. Artan kül ise çok güçlü bir soğutucudur.
Tepkime süresi kömürün özelliğine göre 20-30 dakika arasında değişmektedir. Elde edilen sentez gazının bileşimi aşağıda verilmiştir. [1,9]
Gazın Bileşimi |
% Mol (Sınır değerler) |
% Mol (Tipik değerler) |
CO |
30-50 |
48.2 |
H2 |
35-46 |
35.2 |
CO2 |
15-25 |
13.9 |
CH4 |
1-2 |
1.8 |
N2 |
0.5-1.5 |
0.9 |
Gaz ürünün ısıl değeri 2500 kcal/m3 , 1 ton kömürden elde edilen gazın hacmi 1755 m3 'tür. 1 ton kömürün gazlaştırılması için 0.35-0.6 ton oksijen ve 1.7-3 ton su buharı gereklidir.
4.3. Sürüklemeli Yatakta Koppers-Totzek Süreci
İki başlı K-T gazlaştırıcı, yatay ve elipsodal biçimdedir. Gazlaştırıcının çift yakma başlığıyla birlikte tüm çapı ve yüksekliği 3 m 'dir. İki başlı gazlaştırıcı için iç hacmi yaklaşık 28 m3 'tür. Dört başlı gazlaştırıcı için bu değer iki katına çıkar. Atık ısı kazanı, sıcak gazlardan çıkan ısıyı toplamak için tepeye yerleştirilmiştir. K-T prosesi için atık ısı kazan sistemi, ısı yayan (radiant) yüzeyli bir kazan ve bunu izleyen bir alev borulu kazandan oluşmaktadır. Kazanda sürecin bir yan ürünü olarak yüksek basınçlı buhar üretilmektedir.
Besleme ünitesinden gelen kömür, rutubet içeriği cinsine göre %2-8 'e kadar düşürülür ve aynı anda %70-90 'ı 200 mesh'e kadar öğütülür. Kömür, azot gazı ile gazlaştırıcı servis arabalarına taşınmakta, daha sonra da gazlaştırıcı besleme ünitesine gönderilmektedir. Buhar ve oksijen, püskürtülen kömürü sürüklemektedir. Buhar - Oksijen karışımı, geriye dönüşü önlemek için alev çoğalma hızının üstünde bir enjeksiyon hızında, gazlaştırıcı yakıcılarına enjekte edilmektedir. Her baştaki mevcut iki bitişik yakıcı, tek yakıcı olanlara göre daha iyi bir türbülans sağlamaktadır. Yakıcılardan biri, gerekirse geçici olarak durdurulabilir.
Kömür, gazlaştırıcıda oksitlenir. Bu sırada alevlenmeli bölgesinin sıcaklığı 1900 °C 'ye ulaşmaktadır. Tepkime bir saniye içinde tamamlanmaktadır. Isı kaybolmakta ve endotermik tepkimeler gaz karışımının sıcaklığını 1500 °C 'ye düşürmektedir. Gazlaştırma sıcaklığını, kömür eritme sıcaklığından daha yüksek tutmak için kömürdeki kül sıvılaştırılır. Kömürdeki külün yaklaşık %50 'si, eritilmiş cüruf olarak gazlaştırıcının çeperinden aşağıya doğru akar, bir cüruf söndürme tankında toplanır. Cüruf sirküle edilen su ile söndürülür ; granül biçimine sokulur. Geriye kalan kül, çıkış gazında sürüklenmiş cüruf parçacıkları olarak gazlaştırıcıyı terkeder. Çıkış gazının bileşimi, gazlaştırıcı çıkış sıcaklığında, su-gaz dengesi ile değişir ve basınçtan bağımsızdır. [6]
5. TÜRK LİNYİTLERİNİN GAZLAŞTIRILMASI YOLUNDA YAPILAN
ÇALIŞMALARIN ARAŞTIRILMASI
5.1. Kütahya Azot I-II Tesislerinde Seyitömer Linyitlerini Gazlaştırmak
İçin Kullanılan Akışkan Yataklı Winkler ve Sürüklemeli Yataklı
Koppers-Totzek Süreçlerinden Elde Edilen Veriler
5.1.1. Seyitömer Linyitlerinin Özellikleri [4]
% Nem |
% Kül |
% Kükürt |
AID (kcal/kg) |
33.54 |
19.10 |
1.36 |
2750 |
5.1.2. Gaz İşletmesinde Kullanılan Akışkan Yataklı Winkler
Gazlaştırma Ünitesi
Yakıt maddesi olarak düşük kalorili linyit kömürü, gazlaştırma maddesi olarak da 350°C 'de su buharı ve 0.5 atü basınçta oksijen kullanılmaktadır. Alt memelerden oksijen ve su buharı beraber veya ayrı ayrı verilmektedir.
Su buharı ve oksijen miktarları ile kömür miktarı üretime göre ayarlanmaktadır. Su buharı ve oksijen jeneratöre girerek kömürün boşlukta uçuşmasını sağlarlar. Bu esnada hem su gazı oluşumu hem de kömürün yanması için bir çok karışık reaksiyonlar birarada meydana gelir. Bu reaksiyonlar sonucu amonyak sentezi içingerekli su gazı elde edilir.
C + H2O <------> CO + H2
Daha düşük sıcaklıkta ise;
C + 2H2O <-------> CO2 + 2H2
reaksiyonu meydana gelir. Bu reaksiyonlar için gerekli 1000-1100 °C 'lik sıcaklık, kömürün yakılmasından elde edilir.
C + O2 <-------> CO2 + Q
Akım şeması Şekil 13 'deki gibidir. Üretilen su gazı gazlaştırıcı içinde yükselirken gazlaştırıcının üst bölgesinde içinde su dolaşan boru paketleri yardımı ile ani olarak soğutularak (840°C) gaz bileşimi içinde CO miktarı sabit tutulur. Böylece CO 'in Boduard reaksiyonuna göre CO2 'e tersinirliği önlenmiş olur.
CO2 + C <-------> 2CO
(1000-1100 °C) (800 °C)
Su gazı, jeneratörü 800-840 °C sıcaklığında terk ederek ısı giderme kazanına gönderilir. Burada ısının büyük bir kısmını açık sistem buhar, sulu buhar ve suya vererek ısı giderme kazanından 140-160 °C 'de çıkar. Daha sonra ham gaz temizleme ünitelerinden gaçirildikten sonra debisi (285mmSS, 50 °C) 9000 Nm3/h olan bir gaz akımı elde edilir. Winkler su gazı bileşimi ise; [10]
%28-36 CO, %38-41 H2, %2.5-4 CH4, %2.5-4 N2, %19-24 CO2
5.1.3. Gaz İşletmesinde Kullanılan Sürüklemeli Yataklı Koppers-Totzek
Gazlaştırma Ünitesi
Akım şeması Şekil 14 'deki gibidir.
Kömür değirmenlerinde hazırlanan toz kömürün gazlaştırılması birbirine paralel çalışan dört adet gazlaştırıcıda yapılır. Bunların normal olarak üçü çalışır. Birisi yedeklenir.
Gazlaştırıcı kapasiteleri %71 ile %100 arasında ayarlanabilir. Tam kapasitede bir gazlaştırıcıda 14 ton/h toz kömür (>0.1 mm) 4200 Nm3/h 0.5 atü basınçtaki oksijenle gazlaştırılarak 13250 Nm3/h ham sentez gazı ve bu sırada açığa çıkan ısıdan 4 ton/h 0.5 atü buhar üretilir.
Ham sentez gazının bileşimi yaklaşık aşağıdaki gibidir: [10]
%12 CO2, %57 CO, %27 H2, %35 N2, %0.5 H2S
5.2. Çanakkale Çan'da Yapılmış Olan Tavşanlı Linyitlerinin
Gazlaştırılması ile İlgili Deneysel Çalışma Verileri
5.2.1. Tavşanlı Linyitlerinin Özellikleri [4]
% Nem |
% Kül |
% Kükürt |
AID (kcal/kg) |
15 |
10 |
1.50 |
4000 |
5.2.2. Deneysel Çalışma
Gazlaştırmada kullanılan jeneratör, kesikli çalışan türdendir. (Şekil 15) Kömürü gazlaştırmak için jeneratöre hava ve su buharı gönderilmektedir. Hava basıncı 0.918-1.16 atm (15-19 in SS), su buharı (doyma sıcaklığı: 50-60 °C) aralıklarında oynatılarak bir çok deney yapılmıştır. En iyi netice yani verimin en yüksek olduğu koşullar; hava basıncı 1.04 atm (17 in SS), su buharı doyama sıcaklığı 55 °C ve çıkış gazları sıcaklığı 160 °C dir. [11]
Oto termik gazlaştırmada toplam reaksiyon aşağıdaki gibidir:
1.333 C + 0.333 O2+ H2O (g) -------> 0.333 CO2 + CO + H2O
Bu şartlar için elde edilen gazın bileşimi:
%27 CO, %19 H2, %15 CH4
olarak verilmektedir. [11]
Verimi etkileyen faktörler; hava basıncı, su buharı doyma sıcaklığı, kömürün besleme hızı ayrıca kömürün partikül büyüklüğü ve partikül büyüklüğü dağılımı aglomerasyon eğilimi, kül erime sıcaklığı ve reaktivite gibi özellikleri de prosesi etkilemektedir.
Deneyler, tesiste çalışmakta olan dokuz aynı tip jeneratörden birinde yapılmıştır. Jeneratörün kapasitesi yaklaşık 1000 kg/110 dk 'dır. Elde edilen gazın ısıl değeri ise 1485 cal/l 'dir.
şeklinde tanımlanmaktadır.
6. SONUÇ VE TARTIŞMA
Lurgi sürecinin K-T ve Winkler süreçlerine göre verimi oldukça düşük gözükmektedir. Soğuk gaz verimi bakımından K-T en iyi olmasına rağmen, kömürün çok küçük tanecik boyutuna kadar öğütülmesi gerektiğinden ve su buharı tüketimi diğer süreçlere göre daha fazla olduğundan gaz maliyetinin yüksek olması beklenmektedir. Nitekim daha yüksek kapasiteli bir tesis için iki proses arasında üretim maliyeti açısından %5 kadar fark bildirilmiştir.[12]
(Tablo 5)
İncelenen tesislerin mevcut akış şemaları üzerinde tüm debiler bilinmediğinden maliyet hesapları yapılamamıştır.
Gazlaştırma için gerekli olan enerji güneş yoluyla sağlandığında verimin arttığı gözlenmektedir. [12] (Tablo 5) Örneğin 107 GJ kapasiteli bir tesis için güneş kullanıldığında verim K-T için %25, Lurgi için %24.3 artmaktadır.
Türkiye'de çıkan ve ısıl değeri 4000 kcal/kg olan linyit kömürünün muhtelif kömürcülerden öğrenilen fiyatı 700.000 TL/ton 'dur. (23.33 $/ton)
Linyit (1.39 $/GJ) ve gaz (23.6 $/GJ) ısıl değer açısından karşılaştırıldığında gazın yaklaşık olarak 16 misli daha pahalı olduğu görülmektedir.
Buna karşın gazda, kömürün hava kirletici özellikleri artık bulunmamaktadır.
7. ÖNERİLER
Ülkemizdeki linyitlerin kükürt miktarının yüksek oluşundan dolayı, herhangi bir işleme tabî tutulmadan yakılarak değerlendirilmeleri büyük hava kirliliğine yol açmaktadır. Gerek hava kirliliğinden dolayı gerekse bazı üretim tesislerinin hammadde ihtiyacını karşılamak amacıyla linyit kömürlerinin gazlaştırılarak değerlendirilmesi mümkündür. Ayrıca gaz yakıtın taşınması, kömüre nazaran daha kolay ve ucuz olacaktır.
KAYNAKLAR
1. PİŞKİN Sabriye,"Kömür Gazlaştırma", Kömür (Editör: KURAL Orhan), İTÜ Maden Fak.
Maden M.üüh. Böl., Şubat 1991
2. BİRÖN C. ,ATAK S.,"Maden Mühendisliğine Giriş", Çağlayan Kitabevi, İstanbul 1986
3. KURAL Orhan,"Taşkömürü ve Kullanım Alanları",Güney Grafik Kitabevi, Mart 1988
4. ARSLAN Ş. , YILDIRIM N.,"Türkiye'deki Linyitlerin Kül Miktarı ile Kalori Değeri Arasındaki
İlişkiler", Bitirme Ödevi, YTÜ Temmuz 1986
5. ARIOĞLU E.,YÜKSEL A., "Türkiye Linyit Madenciliğinin Sorunları ve Çözüm Önerileri"
Birsen Kitabevi, İstanbul 1984
6. KURAL Orhan, "Kömürün Enerji Sektöründeki Yerine Genel Bir Bakış",Uluslararası Kömür
Teknoloji Semineri, İTÜ Maden Fakültesi, 6-10 Eylül 1982
7. GUNSBURG D.B. ,"Düşük Değerli Yakıtların Gazlaştırılması",(Çeviren: RECEPOĞLU A.O.),
İTÜ Matbaası, İstanbul 1972
8. GERGEN Mustafa, "Gazlaştırma Reaksiyonlarında Külün Katalitik Etkisi", Uluslararası Kömür
Teknoloji Semineri, İTÜ Maden Fakültesi, 6-10 Eylül 1982
9. JOHNSON James Lee,"Kinetics of Coal Gasification", Cohn Wiley & Sons , New York 1979
10. ÖZÜDOĞRU Mazlum,"Kütahya Azot Kömür Nakil ve Gazlaştırma Durumunun Etüdü",
İTÜ Maden Fakültesi, Bitirme Ödevi, Ocak 1984
11. DERVİŞOĞLU Murat,"Industrial Scale Coal Gasification; An Experimental Study",
Bitirme Ödevi, Boğaziçi Üniversitesi, 1976
12. BAYKARA S.Z., BİLGEN E. ,"A Feasibility Study on Solar Gasification of Albertan Coal",
Alternative Energy Sources IV (Ed. VEZİROĞLU T.N.) , Volume 6, 1982
IV, Volume 6, 1982