GELENEKSEL ENERJİ KAYNAKLARI - Deneme Sınavı - 4

Kömürün özelliklerinin bilinmesi, sınıflandırılmasında ve kullanım alanlarının belirlenmesinde büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla kullanılan temel özellikleri, nem, yoğunluk, gözeneklilik, sertlik, öğütülebilirlik, ısıl iletkenlilk, manyetik duyarlılık ve ufalanabilirliktir.

Kömürlerin sınıflandırılmasında yapılan elementel analiz sonuçlarına göre kömür içerisinde karbon, hidrojen, oksijen, azot, kükürt bulunmaktadır.

Mikrobiyal aktivitelerin izlenmediği, turbaların Kimyasal ve jeolojik etkiler ile çeşitli derecedeki kömürlere dönüşüm süreci kömürleşme olarak tanımlanır. Kömürleşmeye etki eden parametreler, sıcaklık, zaman, basınç, gömülme derinliği, jeolojik olaylardır.

Açık işletme metodunun üstünlükleri, kömür yatağındaki faydalı mineralin hemen hemen tamamının üretilmesi, randımanın yüksek olması, maliyetin daha düşük olması, istenilen zaman aralığında üretimin arttırılabilmesi ya da azaltılabilmesi, yeraltında karşılaşılan zorluk ve tehlikelerin büyük bir kısmının ortadan kalkması, havalandırma sorunun olmaması, iş kazası oranı düşük olması ve ocağın kontrolünün kolay olmasıdır.

Kömürün yakılması, konutların ısıtılmasından elektrik üretimine kadar çok çesitli alanlarda kullanılır. Kömürün yanması sonucu yapısındaki yanabilir maddeler karbondioksite (CO2), su buharına (H2O) dönüşür. Kömürler fırınlarda ve kazanlarda yakılmadan önce kırma, öğütme ve kurutma işlemine tabi tutulur. Yakma işlemi sırasında oksijen kaynağı havadan sağlanır. Kömürün tamamen yanabilmesi için gerekli olan oksijen miktarına teorik oksijen miktarı denir. Yanma tepkimeleri ekzotermik olup reaksiyon sırasında ısı açığa çıkar. Diğer şıklarda, yanma reaksiyonunu çeşitleri ve yanma ısısını ölçüldüğü cihazdır.

Türkiye’de koklaşabilir kömür rezervleri Zonguldak havzasının Karadon, Üzülmez ve Kozlu bölgelerinde yer almaktadır. Öte yandan, Türkiye’de Karabük, Ereğli ve İskenderun demir çelik fabrikalarında kok üretilmektedir. Ham madde olan taş kömürünün bir kısmı Zonguldak havzalarından sağlanırken bir kısmı ithal edilmektedir.

Kömürlerden elde edilen en önemli ürünlerden biri de koktur. Basta demir-çelik sanay iinde kullanılan kok, koklasabilir tas kömürünün üretildigi Türkiye için ayrı bir öneme sahiptir. Belirli özelliklere sahip tas kömürlerinin yüksek sıcaklık altında ve oksijensiz ortamda uzun süre boyunca bozundurulması sonucu sert ve iyi pismis ürün elde edilmesine koklaştırma denir. Yüksek sıcaklıkta koklasmaya uygun olan kömürlere koklaşabilir kömür ya da metalurjik kömür adı verilir.

Koklasma sürecinin basamakları asagıdaki gibidir:

-50-150 °C arasında kömür kurur ve ısının etkisiyle bir miktar genleşir.

-Kritik sıcaklık olarak kabul edilen 350 °C’ye kadar ısıtılan kömürde yumuşama başlar. Taneleri birbirine yapışan kömür, plastikleşir. Bunun sonucunda ise hacim küçülmesi meydana gelir.

-450-500°C arasında katran ve uçucu maddeler kömürden uzaklaşmaya başlar. Fakat plastik hâldeki kömürün gözenekliliği ve geçirgenliği düşük olduğu için, uçucu maddeler dışarıya atılmakta zorlanır ve oluşan basınçtan dolayı kömür şişmeye başlar. Şismeye başlayan kömürün gözenekliliği ve hacmi artar. Sertleşen bu kütle-ye yarı kok adı verilir.

-Artan sıcaklık etkisiyle kömür yeniden sertleşir. Bu sırada ortamda karbondioksit (CO2) ve hidrojen (H2) gazları oluşur.

-900-1200 °C arasında içten dışa doğru sırasıyla kuru kömür, ergime, yarı kok ve kok bölgelerini içeren metalurjik kok elde edilir.

-Elde edilen kok kömürü uzun süre boyunca soğuması için suda bekletilir. Koklaşma fırınından çıkan gazlar, soğutma kulesinden geçirilerek yogunlastırılır ve sıvı ürün olarak katran olusur. Yoğusmadan çıkan gazlar ise yakıt olarak kullanılır.

Kömürün pirolizi yavaş ve hızlı ısıtma olmak üzere genellikle iki şekilde yapılmaktadır.Yavaş ısıtma ile yapılan pirolizde tepkime süresi uzun olduğu için uçucu ürün verimi düşüktür. Çünkü yavaş ısıtmada ikincil, üçüncül parçalanma reaksiyonları gerçekleşebilir. Hızlı ısıtma ile yapılan pirolizde ise tepkime süreleri kısa tutularak ikincil tepkime oluşumları en az düzeye indirilir.

Yeryüzünün ve atmosferin en alt katmanının ısınmasına sera etkisi adı verilmektedir. Milyonlarca yıldır devam eden ve insan faaliyetlerine bağlı olmayan durum doğal sera etkisi olarak adlandırılır. Yeryüzünde kömür üretim ve tüketiminin artması ile yeşil alanların oranı gün geçtikçe azalmaktadır. Bunun sonucunda atmosferdeki karbondioksit (CO2), metan (CH4) gibi sera gazlarının derişimi artmaktadır ve ozon tabakası incelmektedir. Bu olaya küresel ısınma denir.

Gazlaştırma sonucunda elde edilen ürünler ısıl değerlerine göre sınıflandırılmaktadır:

Düşük ısıl değerli gaz: Isıl değeri 7.5 Mj/m³’ün altında olan gaz,

Orta ısıl değerli gaz: Isıl değeri 7.5-15 Mj/m³arasında olan gaz,

Yüksek ısıl değerli gaz: Isıl değeri yaklaşık 37 Mj/m³olan gaz.

Koklaşma sürecini ve oluşacak kokun özelliklerini belirleyen parametreler;

Kömürün fiziksel, kimyasal ve petrografik özellikleri,

Kömürün cinsi,

Proses koşulları olarak sıralanabilir.

Kullanılacak kömür belli özelliklere sahip taş kömürü olmalıdır. Kömürün kül, nem, kükürt ve alkali içerikleri de kokun kalitesini ve sürecin verimini doğrudan etkiler. Buna ek olarak prosesteki sıcaklık, basınç, ısıtma hızı, kömürün tanecik boyutu ve kömür yığın ağırlığı gibi parametreler oluşacak kokun özelliklerini belirler.

Partikül çapı 6 mm olan kömür partiküllerinin yakma işleminde kullanılan siklon ocaklar, yatay silindir görünümündedir. Siklon ocaklara teğetsel olarak beslenen kömür, hava ile birlikte yakılır. Yüksek sıcaklığın etkisi ile kömür tanecikleri ince tabaka hâlinde siklonun iç çeperlerine yapışır ve yanma işlemi gerçekleşir. Diğer yakma sistemleri farklı türdeki kömürleri yakmak için kullanılmaktadır.

Karbon ile oksijen arasındaki temel kimyasal tepkimeden görüldüğü gibi kömürün yeterli miktardaki oksijenle tam olarak tepkimeye girmesi tam yanma reaksiyonudur ve bu reaksiyon sonucunda 39356 kj/kmol ısı enerjisi açığa çıkmaktadır. Kömürün içerisinde bulunan karbon yeterli miktarda oksijen ile tepkimeye girmezse kısmi yanma reaksiyonu meydana gelir ve bu reaksiyon sonucunda karbonmonoksit (CO) gazı ve 11053 kj/kmol ısı enerjisi açığa çıkar. Kısmi yanma sonucu oluşan karbonmonoksit gazının oksijen ile tekrar reaksiyona girmesi sonucunda karbondioksit (CO2) gazı oluşur ve kısmi yanmadan açığa çıkan ısı enerjileri toplamı, tam yanma reaksiyonu ile açığa çıkan ısı enerjisine eşit olur. Yanma, yakıtın içerisindeki organik maddelerin havadaki oksijen ile kimyasal bir tepkimeye girdiği ekzotermik reaksiyondur. Teorik oksijen miktarı, bir kömürün tam olarak yanması için gereken en az hava miktarıdır. Koklaştırma ise kısaca, kömürün ısıl işleme maruz bırakılmasıdır.

Atmosferin %78’i azot, %21’i oksijen ve geri kalan yüzdesi sera gazlarından oluşmaktadır. Atmosferde bulunan ve sera etkisine neden olan gazlar, su buharı, karbondioksit, metan, azotprotoksit, troposfere ait ozon, kloroflorokarbonlar, hidroflorokarbon, perflorokarbon, kükürt herzaflorür gazlarıdır.

Yeryüzünün ve atmosferin en alt katmanının ısınmasına sera etkisi adı verilmektedir. Kömürün yerüstünde ve yeraltında yüksek sıcaklık ve basınç altında gazlaştırılması ­ile elde edi­len h­idrojen (H₂) ve karbonmonoks­it (CO) gaz karışımına sentez gazı adı verilmektedir. Organik maddelerin oksijensiz ortamda katı, sıvı ve gaz ürünlere bozundurulmasına piroliz adı verilir. Çeşitli prosesler yardımıyla kömürden sıvı yakıt elde edilmesine sıvılaştırma denir. Küresel ısınma ise, insan faaliyetleri sonucunda azalan yeşil alanlar ile birlikte atmosferde sera etkisi yapan gazların derişiminin artması sonucu oluşan durum olarak tanımlanmaktadır.

2013 yılında kömür miktarının yarısından fazlası Çin’de tüketilmiştir. Çin’i ABD, Hindistan, Almanya, Rusya ve Japonya takip etmektedir.

Ülkemizde kömür çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Kullanım alanları, termik santrallerde, çimento sanayinde, şeker sanayinde, tuğla sanayinde, linyitlerin gübre olarak kullanılması, ısıtma sektörüdür.

Yanma, yakıtın içerisindeki organik maddelerin havadaki oksijen ile kimyasal bir tepkimeye girdiği ekzotermik reaksiyondur. Koklaştırma, kömürün yüksek sıcaklık altında uzun süre boyunca oksijensiz ortamda ısıl işleme maruz bırakılmasıdır. Gazlaştırma, gaz ürün elde etmek amacıyla kömürün yüksek sıcaklık altında bozundurulması işlemidir. Piroliz, organik maddelerin oksijensiz ortamda katı, sıvı ve gaz ürünlerde bozundurulmasına verilen addır. Sıvılaştırma, kömürden sıvı yakıt elde etme prosesidir.

Piroliz işlemi sonucunda karbondioksit, karbonmonoksit, metan ve hidrojen gibi gaz ürünler, katran olarak adlandırılan sıvı ürün elde edilirken karbonizasyon işleminde karbonca zengin char üretilir.