Sabit Yatak Bt

www.kimyamuhendisi.com

i

TEŞEKKÜR

Bu araştırmayı bize konu olarak veren Sayın Hocamız Prof.Dr.Esen BOLAT’a ve

çalışmalarımızda bizden yardımlarını esirgemeyen Sayın Hocamız Yrd.Doç.Dr.Fatma

KARACA’ya sonsuz teşekkürlerimizi sunarız.


ii

ÖZET

Kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıt rezervlerin azalması ve dünya genelinde enerjiye

olan talebin artması, yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik araştırmalara olan

ilginin artmasına neden olmaktadır. Biyokütle ve şehirsel atıklar yenilenebilir enerji

kaynakları arasındadır. Bu kaynaklardan enerji eldesi için kullanılan ısıl prosesler yakma,

piroliz/gazlaştırma ve sıvılaştırmadır. Son yıllarda, gazlaştırma prosesi ile ilgili çalışmalar

giderek artış göstermektedir. Kullanılan yakıt cinsine göre en çok tercih edilen gazlaştırıcı

tipleri akışkan yataklı ya da sabit yataklı gazlaştırıcılardır. Bu çalışmada, akışkan yataklı ve

sabit yataklı gazlaştırıcıların performanslarının incelenmesi amaçlanmıştır.


iii

SUMMARY

Reducing of fossil origin fuel reserves like coal, petroleum, natural gas and growing of energy

demand all around the world has caused increase of concern about researchment of

renewable energy sources. Biomass and municipal solid wastes are known as renewable

energy sources. The thermal processes which are used for obtaining energy are combustion,

pyrolysis/gasification and liquefaction. In recent years, studies about gasification process have

been increased. Fluidised bed and fixed bed gasifiers are mostly preferred gasifiers according

to use of fuel in gasification. In this study, comparison of fixed bed and fluidised bed gasifiers

performance is examined.


iv

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

TEŞEKKÜR............................................................................................................................... i

ÖZET......................................................................................................................................... ii

SUMMARY.............................................................................................................................. iii

İÇİNDEKİLER..........................................................................................................................iv

TABLO LİSTESİ..................................................................................................................... vi

ŞEKİL LİSTESİ...................................................................................................................... vii

1. GİRİŞ .............................................................................................................................1

2. GAZLAŞTIRMA ...........................................................................................................5

2.1. Doğrudan Gazlaştırma ...................................................................................................5

2.2. Pirolitik (Dolaylı Gazlaştırma) ......................................................................................6

3. HAMMADDE ÖZELLİKLERİ .....................................................................................9

4. GAZLAŞTIRMA İÇİN HAMMADDE ÖNHAZIRLIĞI ............................................12

5. GAZLAŞTIRMA UYGULAMA ALANLARI .......................................................... 13

5.1. Biyokütlenin Gazlaştırılması .......................................................................................14

5.1.1. Türkiye’de biyokütlenin gazlaştırılması.......................................................................16

5.1.2. Dünyada biyokütlenin gazlaştırılması.......................................................................... 16

5.2. Kömürün Gazlaştırılması ............................................................................................ 17

5.2.1. Türkiye’de kömürün gazlaştırılması............................................................................ 17

5.2.2. Dünyada kömürün gazlaştırılması............................................................................... 18

6. GAZLAŞTIRICI TİPLERİ ..........................................................................................19

6.1. Sabit Yatak Gazlaştırıcılar ...........................................................................................19

6.1.1. Yukarı akışlı gazlaştırıcılar.......................................................................................... 19

6.1.2. Aşağı akışlı gazlaştırıcı................................................................................................ 20

6.1.3. Karşıt akışlı gazlaştırıcı................................................................................................ 22


v

6.1.4. Açık akışlı gazlaştırıcı.................................................................................................. 23

6.2. Akışkan Yatak Gazlaştırıcılar ..................................................................................... 23

6.2.1. Kabarcıklı akışkan yatak gazlaştırıcı........................................................................... 26

6.2.2. Dolaşımlı akışkan yatak gazlaştırıcı............................................................................ 27

6.3. Özel Gazlaştırıcı Tasarımları .......................................................................................30

6.3.1. Cüruf akışlı sabit yatak gazlaştırıcı............................................................................. 30

6.3.2. İçten yanmalı motorlar için gazlaştırıcılar....................................................................31

6.3.3. Imbert aşağı akışlı gazlaştırıcı..................................................................................... 31

6.3.4. Tabakalı aşağı akışlı gazlaştırıcı................................................................................. 33

6.3.5. Gazı alınmış katı gazlaştırıcı....................................................................................... 35

7. SABİT ve AKIŞKAN YATAK GAZLAŞTIRICILARDA PERFORMANS

KARŞILAŞTIRILMASI...............................................................................................36

7.1. Akışkan Yataklı Reaktörlerin Sabit Yataklı Reaktörlere Göre Avantajlarının

Karşılaştırılması........................................................................................................... 37

7.2. Akışkan Yataklı Reaktörlerin Sabit Yataklı Reaktörlere Göre Dezavantajlarının

Karşılaştırılması........................................................................................................... 37

7.3. Gazlaştırıcı Tiplerinin Avantaj ve Dezavantajlarının Karşılaştırılması....................... 38

7.4. Gazlaştırıcıların Özelliklerinin Karşılaştırılması......................................................... 44

8. SONUÇ ve YORUM ...................................................................................................45

9. KAYNAKLAR.............................................................................................................46


vi

TABLO LİSTESİ

Sayfa No

Tablo 5.1 Enerji kaynağı olarak kullanılabilecek biyokütle türleri...........................................15

Tablo 6.1 Besleme İçeriği........................................................................................................ 29

Tablo 6.2 Gaz bileşimi,sıcaklık,eşdeğerlik oranı,alt ısıl değer ilişkisi .................................... 31

Tablo 7.1 Akışkan yataklı gazlaştırıcı ile sabit yataklı gazlaştırıcı karşılaştırılması............... 43

Tablo 7.2 Genişletilmiş gazlaştırıcı karşılaştırması................................................................. 43

Tablo 7.3 Kömür ve biyokütle açısından gazlaştırıcı karşılaştırması...................................... 45

Tablo 7.4 Gazlaştırıcı kapasite karşılaştırması ........................................................................ 45


vii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No

Şekil 5.1 Gazlaştırıcı uygulama alanları...................................................................................13

Şekil 6.1 Yukarı akışlı gazlaştırıcı............................................................................................19

Şekil 6.2 Aşağı akışlı gazlaştırıcı..............................................................................................21

Şekil 6.3 Karşıt akışlı gazlaştırıcı............................................................................................. 22

Şekil 6.4 Açık akışlı gazlaştırıcı................................................................................................23

Şekil 6.5 Akışkan yataklı gazlaştırıcıda yatak yüksekliğinin gaz hızı ile ilişkisi......................25

Şekil 6.6 Kabarcıklı akışkan yatak gazlaştırıcı..........................................................................27

Şekil 6.7 Dolaşımlı akışkan yatak gazlaştırıcı...........................................................................29

Şekil 6.8 Eşdeğerlik oranı ile sıcaklık ilişkisi........................................................................... 30

Şekil 6.9 Imbert aşağı akışlı gazlaştırıcı....................................................................................34

Şekil 6.10 Tabakalı aşağı akışlı gazlaştırıcı...............................................................................35

Şekil 7.1 Akışkan yatak gazlaştırıcı...........................................................................................42

www.kimyamuhendisi.com 1

1. GİRİŞ

Enerji sorunlarının yaşamın bir parçası haline geldiği günümüzde yenilenebilir enerji

kaynaklarına yönelik araştırmalara olan ilgi gün geçtikçe artmaktadır. Aynı zamanda fosil

yakıtların çevre kirliliğine neden olması ve enerji ihtiyacının artmasına karşılık fosil

kökenli rezervlerin azalması, alternatif enerji kaynaklarına olan ilgiyi daha da önemli hale

getirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının dağılımı açısından ise, modern biyokütle

enerjisinin yenilenebilir enerji kaynaklarının toplamının %45’i oranında önemli bir yer

tutacağı belirtilmektedir. Yenilenebilir biyokütle ve biyokütleden elde edilen yakıtlar

çevresel fayda sağlaması sebebiyle günümüz enerji kullanımında kolaylıkla fosil yakıtların

yerine geçebilecektir.

Dünyadaki enerji gereksiniminin % 80’i fosil yakıtlardan (doğal gaz, petrol, kömür)

karşılanmaktadır. Kömürün, su buharı, hava, oksijen ve hidrojen ile tepkimeye girmesiyle

gaz ürünler elde edilmektedir. Kömürlerin gazlaştırılmasıyla üretilen gazların bileşimi ve

miktarı, kömürün cinsine ve aktivitesine, kullanılan gazların türüne ve uygulanan

gazlaştırma işlemine (basınç, sıcaklık, v.b.) bağlıdır. Kömürün gazlaştırılması, ayrıca,

doğal gaz yerine kullanılabilecek şehir veya hava gazının ve hidrojen, amonyak, metan gibi

bazı kimyasalların elde edildiği sentez gazının üretilmesi için de önem taşımaktadır.

Biyokütlenin gazlaştırılması; katı yakıtların ısıl çevrim teknolojisiyle yanabilen bir gaza

dönüştürülmesi işlemidir. Sınırlandırılmış oksijen, hava, buhar veya bunların

kombinasyonları reaksiyonu başlatmaktadır. Üretilen gaz karbonmonoksit, karbondioksit,

hidrojen, metan, su ve azotun yanı sıra kömür parçacıkları, kül ve katran gibi artıkları da

içermektedir. Üretilen gaz temizlendikten sonra kaynatıcılarda, motorlarda, türbinlerde ısı

ve güç üretilmek üzere kullanılmaktadır. Gazlaştırma tekniği ile biyokütleden, yüksek bir

randımanla, petrolle çalışan güç ve ısı sağlayan türbinlerde kullanılacak bir gaz yakıt elde

edilebilir.

Biyokütle kaynaklarının sağlanması, fosil kaynak sağlanmasından daha pahalıdır. Fakat

biyokütle yenilenebilir bir kaynak olmasıyla tükenmekte olan fosil yakıtların yanında

sürdürülebilir küresel enerjinin önemli bir unsurudur. Buna ilaveten sera gazları emisyonu

ve karbon döngüsünü azaltıp, kırsal ekonominin gelişimiyle yeşil endüstriyi

desteklemektedir. Gelişmekte olan ülkelerde, tarımsal üretimden arta kalan hayvansal ve

bitkisel artıkların tarım topraklarına gübre olarak verilmesini sağlamak, kırsal kesimin


enerji ihtiyacının bir bölümünü karşılamak ve ayrıca çevre sağlığını korumak amacıyla

biyogaz üretimi önemli bir yere sahiptir. Biyokütlenin gazlaştırılması ile elde edilen gaz

yakıt, doğal gazın kullanıldığı yerlerde küçük modifikasyonlar yapılarak kullanımı

yaygınlaştırılabilir ve gelecekte kolaylıkla doğal gazın kullanıldığı yerlerde enerjinin

büyük bir kısmı bu yakıttan sağlanabilir.

Günümüzde pek çok şehir, yüksek miktarda belediyeye ait katı atıkların nasıl atılacağına

ilişkin sorunla karşı karşıyadır. Çöplerin boşaltma ücretlerinin artması ve bunların

kanıtlanmış olan çevreye olumsuz etkisi, belediyeye ait çöplerin daha temiz ve ucuz yolla

yok edilmesi için farklı arayışlara yol açmıştır [5]. Atıklardan yüksek sıcaklıkta enerji

eldesi bunlardan biridir. Atıklardan enerji eldesi daha az çöp oluşumunu sağlar. Bu sayede

hava ve su kirliliği önlenmekte, geri dönüşüm artmakta ve enerji jeneratörlerinde fosil

yakıta bağımlılığı azaltmaktadır. Ticari olarak atıklardan yüksek oranda enerji eldesi için

kullanılan yöntemler gazlaştırma ve yakmadır. Gazlaştırma ise yüksek kapasiteli ticari

endüstrilerde yeni yeni kullanılmaya başlanmıştır.

Gazlaştırıcıda üretilen gaz, elektrik üretimi veya ısı üretimi gibi çeşitli şekillerde

kullanılabilir. Sistemler, verim, maliyet ve ihtiyaca bağlı olarak gaz kalitesine göre

birbirinden ayrılır [4].

Fosil yakıtlar, nükleer enerji ve büyük ölçekli hidrolik projeleri gibi geleneksel enerji

kaynakları dünya enerji piyasasına hakim durumdadırlar. Petrol ve petrol ürünleri tüketimi

artmış ayrıca enerji kaynakları ithalatına taşkömürü ve doğal gaz gibi iki yeni kalem daha

eklenmiştir. Diğer taraftan ormanların tahribine dek ulaşan odun üretimi ve tezek

kullanımı, halen enerji üretimindeki temel iki kaynaktır. Diğer enerji kaynakları bu

geleneksel kaynaklarla rekabet edecek yeterlilikte değillerdir.

Son yıllarda biyokütle enerjisinin kullanımı araştırma ve geliştirme birimleri ve hükümetler

tarafından büyük ilgi görmektedir. Biyokütle enerjisinin, farklı yollardan enerji

sağlayabilmesi için, birçok formları oluşturulmaktadır.

Güvenilirliği sağlamak ve işlem verimliliği için biyokütle yakıtların gazlaştırılmasında

proses ayrıntılarının kesinleştirilmesi gerekmektedir. Tüm gazlaştırıcı tiplerinde

biyokütlenin boyutu, nem ve kül içeriğinin belirlenmesi oldukça önemlidir. Eksik yakıt

hazırlığı gazlaştırma prosesinde teknik problemlerin sıkça oluşmasına sebep olur. Bu

yüzden güzel bir organizasyon ve kontrol yakıt hazırlama yöntemi çok önemlidir.


Gazlaştırma, gazlaştırıcı denen katı yakıtların oksidantlar (hava, oksijen, buhar, hidrojen,

karbondioksit veya bunların çeşitli karışımları) ile temas edebileceği yakıt yatağı şeklinde

hazırlanmış bir reaktör içinde meydana gelmektedir.

Gazlaştırıcılar, sabit yatak, akışkan yatak ve sürüklemeli yatak şeklinde sınıflandırılabilir.

Akışkan ve sürüklemeli yataklı gazlaştırıcılar gazlaştırma için güçlü ve işlevsel olduğu

halde genellikle projesi, inşası ve işletilmesi çok pahalı olduğu için küçük ölçekli

işletmeler (1MWe) için tavsiye edilmez. Diğer yandan özellikle proje ve inşası basit

olduğu için fakir ülkelerde çok fazla yaygın olan sabit yataklı gazlaştırıcıların, yatırım,

işletme ve bakım masrafları uygundur.

Hava girişi yönüne göre sabit yataklı gazlaştırıcılar dört tipe ayrılmaktadır:

1- Aşağı Akışlı Sabit Yatak Gazlaştırıcı

2- Yukarı Akışlı Sabit Yatak Gazlaştırıcı

3- Karşıt Akışlı Sabit Yatak Gazlaştırıcı

4- Açık Akışlı Sabit Yatak Gazlaştırıcı

Aşağı akışlı gazlaştırıcılarda biyokütle yakıt girişi yukarıdan olup hava ise yakıtın içinden

geçerek aşağıya doğru akar. Yukarı akışlı gazlaştırıcılarda biyokütle aşağıya doğru hareket

ederken gaz yukarıya doğru çıkar. Karşıt akışlı gazlaştırıcılarda biyokütle aşağıya doğru

ilerlerken gaz ve hava yan taraftan aynı yönde hareket eder. Son sabit yatak gazlaştırıcı

çeşidi olan açık akışlı gazlaştırıcıda ise aşağı akışlı prensibi kullanılan açık bir sistem

vardır.

Akışkan yataklı gazlaştırıcılar ikiye ayrılırlar:

1. Kabarcıklı Akışkan Yatak Gazlaştırıcı

2. Sirkülasyonlu (Dolaşımlı) Akışkan Yataklı Gazlaştırıcı

Kabarcıklı akışkan yataklı gazlaştırıcılar, iyi bir sıcaklık kontrolü, yüksek dönüşüm oranı,

iyi bir ayrışma potansiyeli, katalitik işlemlerin mümkün olması, hammadde miktarı, nem

içeriği ve partikül boyutlandırılmasına toleranslı gazlaştırıcılardır. Kabarcıklı akışkan


yataklarda gaz hızı, yatak içindeki katı parçacıkların yükselmesi için yeterli hızda

olmalıdır. Böylece yatak genişler ve köpüren bir sıvı izlenimini bırakır.

Gaz hızı türbülanslı bir şekilde gazlaştırıcı içinde artarken katı maddelerden oluşan yatak

büyümeye devam eder ve sonunda gitgide artan miktarda parçanın yatağın dışına taşma

oranı artar. Sirkülasyonlu akışkan yataklı gazlaştırıcılar ısıl gücü 10MW'dan yüksek yakıt

üretimi için daha uygundurlar. Kabarcıklı akışkan yataklı gazlaştırıcılar ile

karşılaştırıldığında içerdiği ilave avantajlar sayesinde yüksek bir gaz kalitesi

sağlamaktadır.

Biyokütlenin yakılması küçükten büyüğe piyasada pek çok işletmede kendine yer

bulmaktadır. Buna karşılık biyokütlenin gazlaştırma teknolojisi hala kendine geniş

kullanım alanı bulamamıştır. Bu teknoloji iki kavramla açıklanabilir:

1. ısıl işlemlerde kullanılacak gaz üretimi. Örneğin çimento fırını veya buhar jeneratörü.

2. türbin, motor veya yakıt pillerinde kullanılan gazların üretimi. Bu teknoloji bazı önemli

avantajlar sunar. Yeterli verimlilikteki küçük ve orta kapasiteli fabrikalarda biyokütleden

güç üretimi, gerçek anlamda gazlaştırmayla sağlanır. Gaz motorlarıyla birlikte küçük

kapasiteli fabrikalarda verimin %25’e kadar çıkarılması mümkündür. Kombine gaz ve

buhar türbin sistemleriyle orta ve yüksek kapasiteli işletmelerde verimin %45 ve üzerine

çıkması mümkündür. Gelecekteki ortak düşünce, biyokütlenin gazlaştırılması ve yakıt

pillerinin kombinasyonunun yüksek oranda verimli güç üretimini sağlayacağıdır [4].


2. GAZLAŞTIRMA

Gazlaştırma, gaz halinde yakıtça zengin ürün oluşumunu sağlayan termokimyasal

prosestir. Gazlaştırıcının tasarımına bakılmaksızın, kullanışlı gaz elde edebilmek için iki

aşamanın gerçekleştirilmesi zorunludur. Bu mecburi aşamalardan ilki pirolizdir. Pirolizde,

600°C’nin altındaki sıcaklıklarda yakıtın içindeki uçucu bileşenler ayrılır. Pirolizin

buharlaşmayan yan ürününe çar (gazı alınmış katı) adı verilir ve çar genel olarak sabit

karbon ve külden oluşur. Endüstriyel gazlaştırma prosesi, 700°C’nin üzerindeki

sıcaklılarda, ki kullanılan yönteme bağlı olarak bu sıcaklık 1200°C’ye kadar çıkabilir,

gerçekleştirilebilir. İkinci zorunlu aşamada, pirolizden kalan karbon, buhar veya hidrojen

ile reaksiyona girer ya da hava veya saf oksijen ile yanar. Hava ya da oksijenin kullanıldığı

oksidasyon reaksiyonları, endotermik reaksiyonlarda gereken ısı enerjisini sağlar. Böylece

dışarıdan bir enerji takviyesi gerekmez. Hava ile yapılan gazlaştırma sonucu azotça zengin,

düşük BTU’lu yakıt gazı elde edilir. Saf oksijen ile gazlaştırmada daha yüksek kalitede

karbonmonoksit ve hidrojen karışımı elde edilir ve hemen hemen hiç azot içermez. Buhar

ile yapılan gazlaştırma “reforming” olarak da bilinir ve elde edilen gaz hidrojen ve

karbondioksitçe zengindir[5].

2.1.Doğrudan Gazlaştırma Prosesi

Gazlaştırma proseslerinin gerçekleşmesi için ısı sağlanması gerekmektedir. Pirolizi

gerçekleştirmek ve ürünleri 600°C'ye yükseltmek için gereken ısı, kuru biyokütlenin

yanma ısısının %6-10'una karşılık gelir ve 1,6-2,2 kJ/g civarındadır. Bu ısı, aşağı akışlı

gazlaştırıcılarda uçucu katranların kısmen yakılması ile doğrudan sağlanırken; yukarı

akışlı gazlaştırıcılarda, gazı alınmış katının, gazlaştırılmadan oluşan gazlarının hissedilir

ısılarından gelir. Daha sonra, bu yanma sonucu, ürün gazı oksijenle, yanma ürünleri olan

CO2 ve H2O ile seyreltilir. Eğer yanma hava ile gerçekleşirse, ürün gaz, havadan gelen

%50 civarında azot ile seyreltilir. Doğrudan gazlaştırmanın temel avantajları; tek kademeli

prosesin çok basit olması, gazlardan biyokütleye doğrudan ısı aktarımının verimli olması

ve prosesin büyük oranda kendi kendini düzenler olmasıdır. Hava kullanılırsa, oluşan gaz

5800-7700 kJ/Nm3 değerinde bir gaz oluşması için atmosferik azot ile seyreltilir.

Gazlaştırma için oksijen kullanıldığında, 11500 kJ/Nm3 değerinde orta enerjili gaz elde

edilir. Sentez gazı olarak da adlandırılan orta enerjili gaz, metanol, amonyak, metan ve

benzinin kimyasal sentezi için hammadde olarak kullanılabilir.


2.2.Pirolitik (Dolaylı) Gazlaştırma Prosesi

Pirolitik gazlaştırma, hammadde yakılmadan gazlaştırılmanın yer aldığı bir prosestir. Dış

ısı kaynağı ile hammadde arasındaki ısı aktarımı için buhar kullanılır. Yanmayan bir

gazlaştırma ajanı olarak buhar, düşük miktarda azot içeren oksijensiz bir ortam yaratır.

Azotun bulunmaması, NOx emisyon seviyelerini düşürür ve yüksek enerji içerikli gaz

üretimini sağlar. İki tipte dolaylı gazlaştırıcı vardır: gaz dolaylı gazlaştırıcı ve gazı alınmış

katı dolaylı gaz1aştıncı.

Gaz dolaylı sistemde, hammaddeyi gazlaştırmak üzere ısı üretmek için, üretilen gazın

küçük bir kısmının gazı tutuşturan bir ocağa geri döndürüldüğü, kabarcıklı akışkan yatak

reaktörü kullanılır. Yataktaki yakıta ısı aktarmak amacıyla, yatak boyunca buhar geçirilir.

Gazı alınmış katı dolaylı sistemde iki ayrı reaktör, sirkülasyonlu akışkan gazlaştırıcılar

gibi çalışır, her biri siklondan uzaklaştırılan gazı alınmış katıyı birbirleriyle değiştirirler.

Yakıcıda, gazlaştırıcıdan alınan gazı alınmış katı (artık), siklondan tekrar gazlaştırıcıya

geçmeden önce ısı üretmek için sıcak kum ile yakılır. Burada, reaktörün hammaddesini

gazlaştırmak için gerekli ısıyı sıcak kum sağlar (Çınar ve Yardımcı, 2004).

Pirolitik gazlaştırmanın ana avantajları yüksek hızda çıktı alımı ve kararlı oksijen

beslemesi gerektirmeyen bir sistemden orta ısıl değerli gaz üretimidir. Bu prosesler, gaz

temizleme ve ısı geri kazanımı için uygun prosesler ile birleştirilirse, geniş çaplı biyokütle

güç üretimi için en ekonomik gazlaştırma sistemleri olarak görülmektedir. Dezavantajları

ise, önemli oranda katran üretimi ve dolaylı ısı ve kütle aktarımına gereksinimdir.

Pirolitik gazlaştırma, sadece geniş kapasiteler için elverişlidir ve teknolojisi oksijen veya

hava ile doğrudan gazlaştırma kadar iyi geliştirilmiş değildir.

İçinde % 35'den daha fazla su ihtiva eden biyokütle, termokimyasal dönüşüm için uygun

değildir. Direkt yakma için %8-15 arası nem oranı uygun olup, 50-100 cm arası parça

boyutu idealdir.

Gazlaştırma prosesi dört safhaya ayrılır: kurutma, oksidasyon (yükseltgenme), piroliz ve

indirgenme.


I.Safha: Kurutma

Biyokütlede mevcut olan nemin uzaklaştırılmasıdır.

II.Safha:Oksidasyon

Biyokütlenin organik molekülleri karbon ve hidrojen, yukarıdaki reaksiyonlar gereğince,

okside olarak ısı enerjisi açığa çıkarırlar. Bu reaksiyonlar sıcaklığın dışarıya verildiği

ekzotermik reaksiyonlardır. Bunlar sırasıyla karbondioksit ve su buharına dönüşürler.

Yanma sonucu yanmayan inorganik minerallerin bulunduğu kül de açığa çıkmaktadır [1].

III. Safha : Piroliz

Organik maddeler oksijensiz ortamda ısıtıldığında ortaya çıkan termal parçalanma sürecine

piroliz adı verilir. Oksijensiz ortamda 500-600°C'ye kadar yapılan ısıtmada; gaz

bileşenleri, uçucu maddeler ve çar açığa çıkar.

Orta sıcaklıkta yapılan kısa süreli piroliz reaksiyonu sonucu % 75 biyokütle, %12 kömür,

% 13 gaz elde edilir [1].

C6H10O5 + ısı CxHz + CO

C6H10O5 + ısı CnHmOy

Bunun yanı sıra yüksek sıcaklıkta indirgenme reaksiyonundan bağımsız olarak ikinci bir

reaksiyon basamağı oluşur (yukarıdaki reaksiyonlar). Bu reaksiyon basamağı için gerekli

olan enerji oksidasyon basamağında açığa çıkan enerjiden sağlanır. Reaksiyon sonucu

yüksek moleküllü biyokütle daha düşük moleküllere ve karbonmonoksite ayrışır.

IV:Safha:İndirgeme(Gazlaştırma)

C + H2O + ısı CO + H2

C + CO2 + ısı 2CO

C + O2 CO2 + ısı

H + O2 H2O + ısı


Net reaksiyon denklemi;

C6H10O5 + O2 CxHz + CnHmOk + CO + H2 + ısı

Oluşan karbondioksit ve su, reaksiyonları gereğince indirgenme reaksiyonunda doğal

olarak karbonmonoksit ve hidrojene dönüşürler. Bunun yanı sıra kömür ve katran da oluşur

teknoloji gereğince katrana dönüşen kömür gazlaştırılır. Oluşan gazlar yanıcı gazdır ve

üründeki partikül madde konsantrasyonu azalmıştır.

Gazlaştırmada önemli olan biyokütlenin nem oranının % 30'u geçmemesidir. Nem oranı

arttıkça gazın kalorifik değeri düşmektedir. Ayrıca hacimsel olarak yanabilir gaz olan CO

miktarı düşerken CO2 miktarı da artmaktadır. Bitkisel atıklar yakılırsa kısmi yanmada

kalori değeri 4.5-6 MJ/m3 olan gaz üretilir [1].

Gazlaştırıcının içindeki kor halinde bulunan maddeye su buharı püskürtülürse su gazı elde

edilir. Bu gazın kalorifik değeri 10 MJ/m3 dür.

Yüksek sıcaklıkta yapılan uzun süreli gazlaştırma reaksiyonu sonucu % 5 biyokütle, % 10

kömür, % 85 gaz elde edilir.

2,5-3 kg odun 1 litre petrolün yerine, 3-3.5 kg odun ise 1 litre dizel yakıtın yerine geçer.


3. HAMMADDE ÖZELLİKLERİ [6]

Biyoküt1e besleme özellikleri, gazlaştırıcının performansında önemli etkiye sahiptir.

Nem içeriği: Yakıttaki nem içeriği %30'un üzerinde olduğu zaman tutuşma zorlaşır ve

ürünün ısıl değeri azalma gösterir. Bu nedenle yanma ve gazlaştırma öncesinde fazla

nemin giderilmesi gerekir. Yüksek nem içeriği, oksidasyon bölgesinde ulaşılması

gereken ısıyı düşürür ve kısmi olarak parçalanan hidrokarbonların piroliz bölgesini terk

etmesiyle sonuçlanır. Nem içeriğinin arttırılması CO varlığında suyla yer değiştirme

reaksiyonu sonucu H2 oluşturur ve H2 miktarı artışı ile daha fazla CH4 oluşur. Ancak, gaz

ürünün CH4 ve H2'deki kazancı gazın CO miktarının azalmasıyla oluşan enerji kaybını

karşılamamakta ve daha düşük kalorifik değerde bir gaz ürün vermektedir.

Kül İçeriği : Yüksek miktarda mineral madde gazlaştırmayı engellemektedir. Genellikle,

oksidasyon sıcaklığı külün erime noktasından daha yüksektir. Bu durum cüruf oluşumuna

tesir ederek, besleme kısmında tıkanmalara yol açabilir. Kül içeriğinin %5'in üzerinde

olduğu durumlarda cüruf oluşumu bir problem teşkil eder özellikle kül yüksek miktarda

alkali oksitler ve tuz içeriyorsa düşük erime noktalı ötektik karışımlar oluşabilir.

Uçucu bileşenler: Gazlaştırıcının; gazlaştırma prosesinin piroliz safhasında katran ve ağır

hidrokarbonların salıverilmesini engelleyecek şekilde tasarlanması gerekmektedir.

Partikül büyüklüğü : Hammaddelerin partikül büyüklüğü genellikle yanma merkezinin

ölçülerine bağlıdır. Genellikle, merkez çapının %10-20' si kadar olabilmektedir. Daha

büyük parçalar hammaddenin aşağıya hareket etmesini engelleyebilir. Bu durumda küçük

parçalar hava boşluklarını tıkayabilir ve büyük bir basınç düşüşüne ve sonuç olarak

gazlaştırıcının durmasına neden olabilir.

Katran, kömür ve kül, üretilen gazdan arta kalan atıklar olarak bilinen yan ürünlerdir.

Üretilen gazın içten yanmalı motorlarda yanabilmesi için katran ve partiküllerin

temizlenmesi gerekir. Üretilen gazın yanabilen içeriği başlıca karbonmonoksit, hidrojen,

hidrokarbon gazlar (hammaddeye bağlı) ve azotun değişik oranlarda karışımıdır.

Gazlaştırma reaksiyonu ile üretilen gaz bileşimindeki diğer gazlara nazaran azot içerikli

gazın ısıl değeri daha düşüktür (4 - 6 MJ/m3).


Üretilen gazın enerji içeriği içten yanmalı motorlarda, kazanlarda ve fırınlarda kullanıma

uygundur fakat azot içeren gaz, orta ve uzun taşımacılık için tavsiye edilmez. Biyokütlenin

gazlaştırılmasında tam kapasiteli yanmanın sağlanabilmesi için havanın yerine oksidant

olarak saf oksijen veya buhar kullanıldığında, yüksek enerji yoğunluğuna sahip gaz elde

edilir.

Isıl değeri düşük olmasına rağmen gaz motorları ve türbinlerinde, elektrik üretiminde veya

içten yanmalı motorlarda katı biyokütle gazlaştırılarak enerji kaynağı olarak kullanılmaya

başlanmıştır. Bu metotla kullanılabilir ve modernize edilen gaz yakıtlar daha az zararlı

emisyon salınımı ile geleneksel yakıtlar gibi kullanılabilir. Gazlaştırma katı biyokütle

enerjisini değerlendirmenin bir yolu olarak bilinir [1].

Tüm bunlardan bahsettikten sonra biyokütle gazlaştırmasının dezavantajlarına da bakmak

gerekmektedir. Çevreyi ne kadar güvene alıyorsa da sağlığa zararları açısından açıklanan

dezavantajları vardır. Bu dezavantajlar; koku, gürültü, yanma/patlama riski, CO

zehirlenmesi, akıt gaz ve pis su çıkışıdır (gazın temizlenme prosesinden kaynaklı).

Biyokütle gazlaştırmasında çıkan koku hidrojen sülfür, amonyak ve karbon oksisülfit

kokularına benzer. Katran da sert bir kokuya sahiptir. Gazdan çıkan koku, pis su, katran

ve uçuşan küllerden de kaynaklanabilir. Gürültü ise işlem sırasında makinaların

çalışmasından kaynaklanır. Sistemden atmosfere sızan gaz yakıt veya duman eğer ortamda

ateşleme yapılırsa patlama olabilir.

Biyokütle gazlaştırma prosesinde katı yakıt deposu, yanabilen tozlar, yakıtın kurutulması

ve üretilen gaz, temel risk faktörlerini oluştururlar. Renksiz ve kokusuz olan

karbonmonoksit gazı solunduğunda tehlikeli bir toksik etki yaratır.

Daha az kullanılmasındaki en önemli faktör; petrol ürünlerine göre üretimi ve

depolanmasının daha zahmetli olması, gaz üretim sistemlerinin çalıştırılması için farklı

üniteler gerektirmesidir.

Gazlaştırıcı bir sistem başlıca; bir gazlaştırıcı ünite, temizleme sistemi ve enerji dönüşüm

sisteminden (yakma veya içten yanmalı motor) oluşur.

Gazlaştırmada en önemli problem gaz üretmek değildir. Üretilen gazın içten yanmalı

motorların kullanabileceği şekilde fiziksel ve kimyasal özelliklerini sağlamaktır.


Gazlaştırıcıda üretilen yanabilir gazlarda homojen bir karışım yoktur ve zamana bağlı

olarak da gazın fiziksel ve kimyasal özellikleri (bileşimi, enerji miktarı, kirliliği)

değişebilir.

Gazlaştırıcı ile içten yanmalı makina arasında bir depolama tankı yoktur. Bu nedenle

depolama problem oluşturmaktadır. Üretilen gaz motorda yakılmadan önce ise çok iyi

temizlenmelidir [1].

Buna istinaden, gazlaştırmanın uzun zamandır kullanılan yakma prosesine göre pek çok

avantajı vardır. Bu proses, oksijence fakir bölgede gerçekleşir ki bu sayede dioksinlerin,

SOx, NOx oluşumu kısıtlanır. Bunların yanında gazlaştırma için gerekli oksijen miktarı,

yakma için gerekli olan oksijen miktarından daha azdır. Sonuç olarak proses için gerekli

gaz hacmi düşüktür ve bu sayede daha küçük ve ucuz gaz temizleme araçları kullanılır.

Düşük gaz hacmi, çıkan gaz akımındaki kontaminantların (Kirletici, bulaşıcı maddelerin)

daha yüksek kısmi basınca sahip olması anlamına da gelmektedir. Bu gazlar daha fazla

adsorpsiyon ve termodinamik kurala göre parçacıklı maddelerin tutulmasını tercih ederler:

∆G=-RTln(P1/P0) [5].

Gaz yakıtın kullanımına göre de gazlaştırıcılar sınıflandırılmıştır : Isıl gazlaştırıcılar;

kazanlarda, ocaklarda ve kurutucularda yakıtın alevli yanmasıyla, güç kaynaklı

gazlaştırıcılar; içten yanmalı motorlarda mil gücü sağlamak için kullanılır.


4. GAZLAŞTIRMA İÇİN HAMMADDE ÖNHAZIRLIĞI [6]

Proses sırasında karşılaşılan bazı zorluklar yakıtın özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

Değişik yapılardaki biyokütle özellikleri proseslerdeki işlem sırasında da değişiklik

göstermektedir. Biyokütle beslemesinde yapılacak ön işlemler kullanılacak gazlaştırma

teknolojisine bağlı olarak değişkenlik gösterir.

Genel olarak problemler şu şekilde sıralanabilir:

Kurutma : Gazlaştırma öncesi biyoküt1enin nem içeriğinin %10-15'i geçmemesi

gerekmektedir. Kurutucularda; baca gazı kullanılarak, doğrudan ya da akışkan yataklı

kurutuculardaki besleme maddeleri buharla dolaylı yoldan ısıtılmaktadır. Kurutma

sırasında buharın içerdiği uçucu organik bileşenler salıverildiği için uygun bir hava kirliliği

kontrol sistemine ihtiyaç duyulmaktadır.

Partikül büyüklüğü : Çoğu gazlaştırıcıda gazın biyoküt1enin içinden geçebilmesi,

hammaddenin sıkıştırmaya dayanıklı olması gerekmektedir. Tipik olarak partikül

büyüklüğü 20-80mm arasında olmalıdır. Biyoküt1enin gazlaştırılmasında biyokütlenin

partikül boyut dağılımı; gazlaştırıcıda madde akımının düzgün dağılımlı olması ve topak

oluşumunu önlemesi bakımından önem taşımaktadır. Partikül boyutu, hammaddenin

tamamına ısı transferi sağlanması bakımından önemlidir. İdeal olanı, büyük bir yüzey

alanı ve az miktarda küt1edir. Partiküller küçüldükçe toz oluşumu ve gazlaştırıcıdan

çıkışlar problem yaratmaktadır.

Parçalama : Biyoküt1enin içerdiği azot ve alkali bileşikler. Oluşan gazın içinde

olabileceklerinden kritik bir durum yaratmaktadırlar. Küçük partiküller daha az azot ve

alkali madde içerir. Parçalama yapılarak, saf ve işlenmemiş partiküllerden elde edilen gaz

ise daha az kirlidir.

Sıyırma : Azot ve alkali bileşikleri biyoküt1eden su yardımı ile sıyrılarak azaltılabilir.


5. GAZLAŞTIRMANIN UYGULAMA ALANLARI

Kömür ve biyokütlenin gazlaştırılması çok eski zamandan beri bilinen bir teknolojidir.

İşlem sonucu elde edilen yanabilir gaz karışımı, benzin ve dizel yakıtı gibi içten yanmalı

motorlarda kullanılabilir. Biyokütleden üretilen bu gaz, benzin ve motorin ile

karşılaştırıldığında ucuz ve güvenilir bir yakıt olduğu görülmesine karşılık uzun bir süre

motorlarda kullanılmamıştır. Bu işlem sırasında denetimli bir şekilde yakıt hücresine

verilen hava ile biyokütle yakılır.

Şekil 5.1 Gazlaştırıcı uygulama alanları [7]

Gazlaştırmada genel olarak, odun, kömür ve antrasit kullanılmakla beraber, son yıllarda

plastikçe zengin atıkları kullanan teknikler de geliştirilmiş durumdadır. Örneğin;

Almanya’daki bir tesiste, plastik atıklar metanole dönüştürülmektedir. Bu tesisteki

gazlaştırma süreci, 700°C’yi aşan yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilmekte ve

hidrokarbonların gaza dönüştürülmesi; hidrokarbonların yüksek sıcaklıklara kadar

ısıtılması sırasında, ortamda var olan oksijen düzeyinin özenli kontrolüyle yapılmaktadır.


5.1.Biyokütlenin Gazlaştırılması

Dünya nüfusunun hızlı bir şekilde artmaya devam etmesi, sanayileşmenin yeni boyutlar

kazanması ve insanoğlunun geleneksel yaşam şartlarından kurtularak yaşam standardını

yükseltmek istemesi, enerji ihtiyacının hızlı bir şekilde artması, fosil kaynaklarının hızla

tükenmesine ve dolayısı ile çevre kirliliğine yol açmıştır. Bütün bunların sonucu olarak,

gerek enerji açığını karşılamak gerekse çevre kirliliğini azaltmak için dünyada biyokütle

çalışmalarına büyük hız verilmiştir. Birçok gelişmekte olan ülke biyoenerjiyi geleceğin

temel enerji kaynağı olarak görmektedir.

Biyokütle gazlaştırmasının çevreye ciddi bir zararı yoktur. Biyokütle içindeki kükürt

miktarı göz ardı edilebilecek kadar azdır. Ancak, bu ürün kullanılmadan önce öğütülüp

küçük parçacıklara ayrıldığında, akışkan yataklı sistemi içinde kullanılmaktadır. Kum ve

yatağa beslenecek öğütülmüş biyokütle karışımı yanma odası içine yukarı doğru verilen

hava akımı ile itilir. Hava akımı bu karışımı kolaylıkla hareket eden bir akışkan olacak

şekilde ayarlar. Biyokütle parçalarının bir kısmının yakılması ile kumun homojen bir

şekilde 6500C ile 8500C arasında ısınması sağlanır. Bu kimyasal tepkime sonucu oluşan

gaz yukarı doğru çıkarken, siklon ayrıştırıcı içinden geçilerek istenmeyen parçacıklar,

katran ve diğer zararlı maddeler elenir. Elde edilen son ürüne odun gazı, gen gaz veya

jeneratör gazı adı verilir. Bu gazın birim hacmindeki ısıl değer 4 ile 11 MJ/m3 (1000-2600

kcal/m3) arasında değişmekte olup, doğal gaza göre daha az enerji verirler.

Gazlaştırmada kullanılan biyokütle kaynaklarını mısır sapları, buğday, pirinç, ayçiçeği vb.

bitkilerin samanları; tarım atıkları, ceviz kabuğu, erik, kaysı çekirdekleri vb. gıda işleme

sonrası atıklar ve orman ürünleri ile atıkları gibi çeşitli şekillerde incelemek mümkündür.

Gazlaştırma işleminde sabit veya oynar yatak yöntemleri ile son yıllarda daha çok

kullanılan akışkan yataklı sistemler kullanılmaktadır. Akışkan yataklı sistemlerin sürekli

besleme olanağı diğerlerine göre büyük üstünlük taşımaktadır. Oldukça basit sistemlerde

bile çevrim verimi %85-90 dolayındadır [2].


Tablo 5.1 Enerji Kaynağı Olarak Kullanılabilen Biyokütleler (Çınar ve Yardımcı, 2004)

Enerji Bitkileri C4 bitkiler

Kısa dönem ormanları

Yarı kurak alan bitkileri Tarımsal / Orman Ürünleri Bitki atıkları

Odun atıkları / ağaç kabuğu

Talaş

Pirinç sapı

Hindistan cevizi kabuğu

Pamuk, ayçiçeği, mısır vb tarım atıkları

Hurma yağı atığı

Gıda Prosesi Atıkları Elek atıkları, kaba atıklar

Kahve ve çay talaşı

Küspe

Aktive edilmiş atıklar

Bitkisel atıklar Kağıt Hamuru ve Kağıt Hamur sıvısı

Birincil tasfiye çamuru

Aktive edilmiş atıklar Şehirsel ve Diğer atıklar Kanalizasyon atıkları

Çöp

Çöpten üretilen yakıtlar (biyogaz vb.)

Endüstriyel biyokütle atıklar


5.1.1. Türkiye’de biyokütlenin gazlaştırılması

Türkiye sadece odun, bitki ve hayvan atık-artıklarından yakacak olarak ısınma ve

pişirmede yararlanmakta ve maalesef dünyadaki modern biyokütle kullanım eğiliminin

dışında kalmaktadır. Türkiye'de enerji üretimine yönelik olarak modern biyokütle çevrim

teknolojilerinin de kullanıldığı çalışmalar küçük ölçekli olarak 1993 yılından sonra

başlamıştır. Birçok ülke bugün kendi ekolojik koşullarına göre en uygun ve en ekonomik

olarak tarımsal ürünlerinden alternatif enerji kaynağı sağlamaktadırlar. Türkiye de bu

potansiyele, ekolojik yapıya sahip ülkeler arasındadır. Ülkemiz enerji ormancılığına

uygun (kavak, söğüt, kızılağaç, okaliptus, akasya gibi hızlı büyüyen ağaçlar) orman

alanına sahiptir [8]. Söz konusu alan, uygun planlamalar dahilinde modern enerji

ormancılığında değerlendirilmelidir. Türkiye'de işlenmeyen arazi içinde bulunan ve tarıma

uygun alanda enerji tarımı yapılması için; şekerpancarı, tütün gibi tarım ürünleri yerine

enerji amaçlı tarım bitkileri (sorgum, miskantus, kanola gibi) ekimi yapılması ile hem

enerji elde edilmesi; hem de elde edilen ürünlerin, dağınık şekilde bulunan ve taşıma ve

işçilik maliyetleri nedeni ile değerlendirilemeyen tarım atıklarının birlikte

değerlendirilmesi ile daha düşük maliyetler sağlanması beklenmektedir.

5.1.2. Dünyada biyokütlenin gazlaştırılması

Brezilya biyokütlenin geniş çapta, özellikle taşıtlarda kullanılması yönünden dünyadaki en

iyi örneklerden biridir. Bu ülkede yaklaşık 5 milyon taşıt, 1989'dan beri yakıt olarak

benzin yerine şeker kamışı veya benzeri ürünlerden elde edilen saf biyo-etanolu, yine

birçok araç da benzin/etanol karışımını kullanmaktadır. Mauritius'daki şeker kamışı

endüstrisi ürettiği biyokütlenin atıklarını modern fırınlarda yakarak elektrik üretmekte ve

enerji gereksiniminin % 60'ını karşılamaktadır. Zimbabwe, 1983-1990 yılları arasında,

şeker kamışından 40 milyon litre etanol üretmiştir ve bu taşıtlarda yakıt olarak

kullanılmıştır. İsveç, enerjisinin % 16'sı gibi büyük bir kısmını biyokütleden elde

etmektedir. Avusturya da enerjisinin % 13'ünü biyokütleden sağlamaktadır. Amerika

Birleşik Devletleri'nde biyoenerji kaynaklı elektrik üretimi 9000 MW'yi geçmiş durumda

olup, bu ülke de toplam enerjisinin % 4'ünü biyokütleden sağlamaktadır (Yurdakul, 2005).


5.2.Kömürün Gazlaştırılması

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 sanayiinde hammadde olarak kullanılmıştır. 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 [9].

Bir kömür gazlaştırma sistemi, yakıt gazı üretimi yanı sıra, bileşik gaz türbini ve buhar

santralı uygulamasını içeren temiz elektrik üretimi alanında da kullanılabilir. Temiz kızgın

ürün gazının temizlenmesi, atık ısı geri kazanımı ve ince tanelerin geri döndürülmesi,

akışkanlaşma gazının oksijence zenginleştirilmesi, kömür besleme yöntemlerinin

iyileştirilmesi gibi prosesler ile verimin yükseltilmesi, sürekli gelişme aşamasındadır.

5.2.1. Türkiye’de kömürün gazlaştırılması

Türkiye'de düşük kaliteli linyitlerin elektrik üretiminde kullanılması istendiği gibi, bir

bölümü ithal olmakla birlikte kömüre dayalı önemli santral planlamaları vardır. Kömürden

ve diğer katı yakıtlar ile atıklardan, temiz enerji üretimi amacıyla yapılan Ar-Ge

çalışmaları sonucu ortaya konulan ve uygulamaya aktarılan, ancak Türkiye'de

yaygınlaştırılamayan bir teknoloji, akışkan yatak teknolojisidir. Akışkan yatak teknolojisi

hem çevre kirliliğini azaltmakta ve hem de yanma verimini yükselterek, birim miktar

yakıttan enerji üretimini artırmaktadır.

Ülkemizde düşük kaliteli linyit rezervlerinin yüksek verimlilikle değerlendirilmesi

açısından akışkan yatak teknolojisi önem kazanmaktadır. Ancak, kurulacak tesislerin

akışkan yataklarının tasarımı, kullanılacak yakıtın özelliklerine göre yapılmak zorundadır.

Çevre dostu olan bu teknolojinin ülkemiz linyitlerine adaptasyonu, öz kaynak linyitlerin

çevre sorunu yaratmaksızın değerlendirilmesini sağlayacaktır. Yerli teknoloji oluşturmaya

yönelik olarak yapılmış sınırlı araştırma çalışmaları bulunmaktadır [10].


Türkiye'de elektrik üretiminde akışkan yatak teknolojisinin ilk uygulaması 2x150 MW'lık

Çan Termik Santralı'nda olacaktır. Burada kullanılacak akışkan yatak dolaşımlı tiptir.

Bunu diğerlerinin izlemesi gerekir. Ancak, 1997 yılında ihalesi yapılan 4x360 MW'lık

Elbistan B santralının ihale değerlendirmesinde, akışkan yatak teknolojisinin kriter olarak

alınmaması çok büyük hata olmuştur. Bu santral 3 980-6300 kJ/kg ısıl değerli % 15-28 kül

ve % 45-55 kükürt içeren bir yakıtı kullanacaktır. Söz konusu yakıtın akışkan yataklı

kazan dışında, direkt veya indirekt ateşlemeli pulvarize tip kazanlarda yüksek verimlilikle

yakılması ve çevre kirliliğinin azaltılması olanağı yoktur. Planlama aşamasındaki Elbistan-

C ihaleye çıkarılırken, akışkan yataklı olması koşulu getirilmelidir.

5.2.2. Dünyada kömürün gazlaştırılması

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.

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.

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 [9].


6. GAZLAŞTIRICI TİPLERİ

6.1.Sabit Yataklı Gazlaştırıcılar

Sabit yataklı gazlaştırıcılarda, tipik olarak, beslenen maddeyi desteklemek ve belirli bir

reaksiyon bölgesi yaratmak amacıyla bir metal ızgara bulunur [5]. Yakıt, gazlaştırma

reaksiyonlarının gerçekleştirildiği farklı bölgelere doğru hareket eder (kurutma, piroliz,

oksidasyon, indirgenme). Böylece sabit yataklı gazlaştırıcılar arasında akışa bağlı olarak

bir fark oluşur [4]. Sabit yataklı gazlaştırıcılar oldukça kolay tasarlanır ve çalıştırılır. Bu

yüzden küçük ve orta ölçekli güç ve termal enerji kullanımları için uygundurlar. Fakat

çalışma sıcaklıklarını her bölgede aynı tutmak ve reaksiyon bölgesindeki gaz fazını yeterli

oranda karıştırmak zordur. Sonuç olarak ortaya çıkan gaz ürün miktarı önceden tahmin

edilemez ve bu yüzden büyük ölçekli güç kullanma maksatlı tercih edilmez [5]. Farklı sabit

yataklı gazlaştırıcı tipleri genelde hava akımının yönüne göre karakterize edilirler.

6.1.1. Yukarı akışlı gazlaştırıcılar

Gaz

Kurutma bölgesi

Destilasyon bölges

İndirgenme bölgesi

Ocak bölgesi

ızgara

kül

hava

besleme

Şekil 6.1 Yukarı akışlı gazlaştırıcı [11]

Yukarı akışlı gazlaştırıcılarda yakıt, tepeden verilirken hava akımı aşağıdan yukarı doğru

verilir. Yakıt, aşağı doğru inerken kurur; pirolize uğrar; gazlaşır ve yanar [5]. Kuruma

bölgesinde biyokütle kurutulur. Destilasyon veya piroliz bölgesinde biyokütle, uçucu

gazlara ve katı çara dekompoze olur. Piroliz ve kuruma için gereken ısı, üretilen gazın

yukarı doğru çıkışıyla ve ocak kısmından gelen ısının iletimiyle sağlanır. İndirgenme


bölgesinde, çar, karbondioksit ve su buharı içeren, karbonun dönüştürüldüğü ve

karbonmonoksit ve hidrojenin oluşan gazın ana bileşenleri olarak üretildiği birçok

reaksiyon gerçekleşir. Ocak bölgesinde, kalan çar, indirgenme bölgesindeki reaksiyonlar

için gereken karbondioksit ve su buharı eldesi için, ısı verilerek yakılır [11]. Kül, alt

bölgeden alınır.

Bu gazlaştırıcı tipinin başlıca avantajları basitliği, gaz çıkış sıcaklığının düşük olmasına

bağlı olarak internal ısı değişimi ve yüksek gazlaştırma verimidir. İnternal ısı değişimi

sayesinde yakıt, gazlaştırıcının tepesinde kurur ve buna bağlı olarak da yüksek nem

miktarına sahip yakıtlar da kullanılabilir. Yani hiçbir ön kurutma işlemine gerek

olmaksızın gazlaştırma yapılabilir. Dahası, bu tip gazlaştırıcılar küçük boyutlardaki yakıt

parçacıklarıyla da çalışabilir. Bu da, çok geniş bir boyut aralığına sahip olan biyokütlenin,

farklı parçacık boyutları ve nem miktarlarıyla gazlaştırılmaya uygun olduğunu gösterir.

Yukarı akışlı sabit yataklı gazlaştırıcının dezavantajları ise yüksek miktardaki katran

miktarı ve piroliz gazı yakılmadığı için piroliz ürünleridir. Bununla beraber, yüksek katran

miktarı, enerji uygulamaları açısından istenmeyen bir durumdur çünkü büyük ölçüde

katran temizliği gerektirir.

6.1.2. Aşağı akışlı gazlaştırıcı

Şekil 6.2 Aşağı akışlı gazlaştırıcı [11]


Aşağı akışlı gazlaştırıcılarda hava/oksijen ve biyokütle tepeden beslenir. Yakıt ve gaz

hareketi aynı yönlü olur ve gaz reaktörü alt kısımdan terk eder. Aşağı akışlı gazlaştırıcı

bölgeleri, yukarı akışlı gazlaştırıcıdakilerle aynı fakat kimi bölgelerin yerleri farklıdır.

Boyutları küçültülmüş olan biyoyakıt, öncelikle kurutulup piroliz edilir. Bu bölgeler

kısmen konveksiyon ve radyasyon yoluyla ocak bölgesinden gelen ısı ile ısıtılırlar. Daha

sonra, yakıtın çar ve küle dönüştüğü ocak (oksidasyon) bölgesine geçer. Bu bölgede piroliz

bölgesinde üretilen gazların sıcaklığı 1000°C üzerine çıkar. Bu proseste yüksek katranlı

gaz bileşenleri daha sonra indirgenme bölgesinde çar ile reaksiyona girip ilave gaz

üretecek olan düşük katranlı komponentlere dönüşür. Oksidasyon bölgesinden sonra da

redüksiyon bölgesine geçilir. Redüksiyon bölgesinde oksidasyon ürünleri olan

karbondioksit ve çar karbonmonoksit ve hidrojene dönüşür.

Üretilen gaz reaktörün alt kısmından çıkar. Yukarı akışlı gazlaştırıcının tersine, aşağı akışlı

gazlaştırıcıda, biyokütle ile gaz arasındaki ısı transferi çok düşüktür. Bu yüzden çıkış gaz

sıcaklığı oldukça yüksek olur [4]. Ayrıca aşağı akışlı gazlaştırıcılarda cüruf oluşumu

eğilimi yukarı akışlı gazlaştırıcılara oranla oksidasyon bölgesindeki yüksek sıcaklıktan

ötürü daha fazladır.

Aşağı akışlı gazlaştırıcının en önemli avantajı, üretilen gazın oldukça düşük miktarda

katran içermesidir. Tüm bunların yanında yakıt gazlaştırıcıya beslenmeden önce nem

seviyesinin %20’lere düşürülmesi gerekir. Bu da bir kısım atık ısının kullanılmasıyla

gerçekleştirilebilir.

Reaksiyon bölgelerinde uniform sıcaklık dağılımı ve çar tabakalarındaki gaz

geçirgenliğinin iyi oluşu gaz kalitesini etkileyen faktörlerdir. Aşağı akışlı gazlaştırıcılar,

partikül büyüklüğü ve nem içeriği ile bağlantılı olarak yakıt hazırlığı gerektirmektedir.

Atık kazanımı için uygun değildirler çünkü tıkanmayı önlemek için düşük kül oranlı

yakıtları tercih ederler.

Aşağı akışlı gazlaştırıcının dezavantajları ise;

• gaz, yüksek oranda toz ve kül içerir ve bu yüzden oksidasyon bölgesini kül parçalarıyla

geçmek durumunda kalır.

• Yakıt konusunda nispeten katı kuralları vardır. Düzenli akışın sağlanabilmesi, dar

kısımlarda birbirlerini engellememeleri, piroliz gazlarının aşağı akışı için yeterli boş alanın


olması ve ocak bölgesinden yukarı ısı taşınımı olması için kullanılacak maddelerin boyutu

4-10 cm arası yaklaşık birbirinin aynı olmalıdır. Bu yüzden biyokütle boyutunun

ayarlanması gereklidir [11].

• Biyokütlenin nem içeriği %25’ten düşük olmalıdır.

• Çıkış gazlarının yüksek sıcaklığı, düşük gazlaştırma verimine sebep olur.

Bu tip gazlaştırıcılar, enerji üretimi uygulamalarında 80-500 kW sınırında kullanılabilir.

6.1.3. Karşıt akışlı gazlaştırıcı

Şekil 6.3 Karşıt akışlı gazlaştırıcı [11]

Karşıt akışlı gazlaştırıcılar odun kömürü kullanımı amaçlı tasarlanmışlardır. Odun

kömürünün gazlaştırılması, ocak bölgesinde çok yüksek sıcaklıklarda sonuç vermiştir.

Karşıt akışlı gazlaştırıcıda besleme aşağı doğru inerken hava yan taraftan verilir. Oluşan

gazlar ise karşı tarafta aynı seviyedeki noktadan çekilir ve çıkış sıcaklıkları 800-900°C

arasındadır. Ocak bölgesi gaz çıkışı ile hava girişinin gerçekleştiği bölgenin ortasında yer

almaktadır. Kül gazlaştırıcının alt kısmından alınır.

besleme

Kurutma bölgesi

Piroliz bölgesi

Ocak bölgesi

ızgara

gaz

İndirgenme bölgesi

Yanan çar

kül

hava


Bu tip gazlaştırıcılar düşük katran içerikli yakıtlar için uygundur. Çünkü çıkan katran

miktarı yüksektir. Sistemin avantajı düşük ölçülerde de üretim yapılabilmesidir.

Dezavantajı ise yüksek kalitedeki odun kömürü ihtiyacına karşılık düşük katran

dönüşümüdür.

6.1.4. Açık akışlı gazlaştırıcı

Şekil 6.4 Açık akışlı gazlaştırıcı [11]

Açık akışlı gazlaştırıcılar, özellikle düşük yoğunluğa sahip saf maddeler (örn. Pirinç

kabukları) için dizayn edilmiştir. Düşük yoğunluk yüzünden, yakıtın geçişinde tıkama ya

da akışı engelleme durumunu ortadan kaldırmak için darboğaz yapılmaz. Döner ızgaralar

gibi özel makinalar külün arındırılması ve yakıtın karıştırılması için sisteme eklenebilir.

Özellikle pirinç kabukları, yüksek kül içerikleri yüzünden sürekli kül giderici sisteme

ihtiyaç duyar. Gazlaştırıcının üstü açıktır ve hava buradan sisteme verilir alt kısımda külün

giderildiği bir su havuzu mevcuttur.

6.2.Akışkan Yatak Gazlaştırıcılar

Akışkan yatak gazlaştırıcılar yüksek performansa sahiptirler;fakat karmaşık yapıları vardır

ve maliyet olarak yüksektirler.Yatağa gönderilen hava artırıldığında yatak yükselmeye

besleme / hava

Kuruma bölgesi

Piroliz bölgesi

Ocak bölgesiİndirgenme bölgesi

Dönen ızgara

kül

Su kilidi

gaz


başlar ve akışkan hale gelir.Bu gazlaştırıcı tipi yatak alanı başına üretimin fazla olması ve

esnekliğiyle diğer gazlaştırıcı tiplerinden ayrılır.Akışkan yataklı gazlaştırıcılar rutubetin

%30 gibi ortalamanın üzerinde olduğu geniş bir biyokütle aralığında çalışabilirler.

Şekil 6.5’te de görülebileceği gibi akışkanlaştırmada üç kısım bulunmaktadır.

Kabarcıklanma, resirkülasyon ve sürüklemeyle taşınma. Akışkanlaştırma yavaşladığında,

yatak genişler ve sıvı gibi davranır. Hız artırılmaya başladığında yatak kabarcıklanmaya

başlar. Yatağa hava gönderildiğinde, yataktaki partiküller ayrılmaya başlar. Bu materyel

siklonda tutulur ve yatağa geri gönderilir. Yüksek hızlarda, kullanılan materyel hava ile

taşınmaya devam eder [12].

Akışkan yatak prosesi yürütmek amacıyla, ısı üretimi için piroliz gazının bir kısmını

kullanmak veya dıştan ısıtmalı şekilde tasarlanabilir. Sabit yataklı gazlaştırıcılarda olduğu

gibi, yüksek basınçlarda proses uygulamaları ile ürün miktarı artırılır fakat bu da

gazlaştırıcıyı karmaşık hale getirir ve maliyetini artırır.

Akışkanlaştırma aracı olarak genelde hava kullanılır, oksijen ve/veya su buharı da

kullanılabilmektedir. Boyutuna, yoğunluğuna ve yataktaki hızdan etkilenme derecesine

göre yakıt akışkan yatağa üstten veya direk içinde yollanabilir. Yakıt partikülü yatağa

beslendiği anda kuruma ve piroliz reaksiyonları gerçekleşir. Kalan çar ise, kuruma ve

buharlaşma reaksiyonlarına ısı sağlamak için yatakta okside edilir.

Şekil 6.5 Akışkan yataklı gazlaştırıcı yatak yüksekliğinin gaz hızı ile ilişkisi [12]


Bu sistemlerde inert yatak partikülü olarak kum kullanıldığında, odun parçaları, kum

tarafından şiddetli aşındırmaya maruz kalır. Bu aşındırma sayesinde yüzeydeki kül ve çar

temizlenir. Bunun sonucunda, bu sistemde reaktörde kalma zamanı birkaç dakika

olmaktadır. Diğer gazlaştırıcı tiplerinde bu işlem saatler almaktadır.

Sabit yatak gazlaştırıcıda yakıtı desteklemek için metal ızgara kullanılırken, akışkan yatak

gazlaştırıcılarda yukarı doğru akan gazlaştırma ajanının geçmesi ile hareketlenen ince

tanecikli katı yatağı bulunur. Yatak silis kumdan oluşturulur; fakat yüksek sıcaklıklarda bu

parçacıklar birleşebilir. Bu durum karışım içindeki akışkanlaşmayı düşürebilir. Bu

durumdan uzak durmak için bazen alüminyum oksitleri ve başka refrakter oksitleri eklenir.

Ürün gazın özelliklerini güçlendiren kimyasal katalizörler de akışkan yatakta kullanılabilir.

Akışkan yatak kaynatıcıda, beslenen inert madde ve katı yakıt yatağı, alttan verilen

besleme akımındaki hava sayesinde akışkanlaştırılır. Gaz akımı (hava veya buhar) katı

yakıt ve materyel (kum veya kireçtaşı) yatağı boyunca yukarı doğru geçirilir. Gaz

akışkanlaştırma ortamı gibi davranır ve akışkanların bazı fiziksel özelliklerine sahiptir.

Atık, yatağın tepesine bir besleme oluğu ile veya yatağın içine bir burgu tipi bantla beslenir

(Çınar ve Yardımcı, 2004).

Akışkan Yataklı Gazlaştırıcıların Özellikleri [1]

• Yatağın iç yüzeyi hareketsiz granül parçacıklarla kaplıdır (silika veya seramik)

• Küçültülen biyokütle parçalarının gazlaştırma yatağına girişi alttandır.

• Belli bir sıcaklıkta ısıtılan yatak biyokütlenin kısmi yanması ve gazlaştırılması için

yeterlidir.

• Yatağın her yerinde piroliz ve yanarak dönüşüm işlemi gerçekleşir.

• Biyokütle parçaları akışkan olmasına rağmen biyokütle parçacıklarının boyu 10

cm’den küçük, nem içeriği %65’ten fazla olmamalıdır.

• Akışkan yataklarda üretilen gaz düşük miktarda katran içermesine karşın, sabit

yataklılara göre partikül içeriği daha fazladır.

• Eğer gazlaştırıcı basınçlı ise üretilen basınçlı gaz,gaz türbinlerinde elektrik ve güç

üretiminde kullanılmaya daha uygundur.


Akışkan yataklı gazlaştırıcılar uzun dayanma süresi kadar daha iyi bir karışım

sağlanabilmesi, optimum kinetik, partikül/gaz etkileşimi ve ısı transferi bakımından

üstünlüklere sahiptir.

Akışkan yatak gazlaştırıcıların sabit yatak gazlaştırıcılara göre avantajları, yüksek ısı ve

kütle aktarımı ve yatak içindeki katı parçacıkların iyi karışmasıdır. Akışkan yatak

teknolojisi, kapasitesi 10MW’dan büyük jeneratörler için daha uygundur. Çünkü farklı

yakıtlarla kullanılabilir yekpare yanma odaları gerektirir ve iyi bir işlem kontrolü için

imkan verir. Akışkan yatak gazlaştırıcılar kayda değer araştırma ve geliştirmelerin

merkezinde olmuştur ve son 10 yılda birçok ticari proje uygulamaları vardır.

Akışkan yataklı gazlaştırıcılar kabarcıklı ve sirkülasyonlu gazlaştırıcılar olmak üzere ikiye

ayrılabilirler.

6.2.1. Kabarcıklı Akışkan Yatak Gazlaştırıcı

Şekil 6.6 Kabarcıklı akışkan yatak gazlaştırıcı [14]

Bu tip gazlaştırıcılarda,yatağı oluşturan katı parçacıkların yükselmesi için gazın hızı

yeterince yüksek olmalıdır. Böylece yatak genişler ve bir sıvı gibi kabarcıklanır. Gaz ile

katılar arasındaki temasın kurumayı kolaylaştırmasını sağlayan silindirik veya dikdörtgen

biçimli bir oda vardır. Gaza nispeten büyük kütleli olan kum, yatak sıcaklığını dengede

tutar.

Yanma ile üretilen kül ergime sıcaklığı altında tutulurken, yatağın sıcaklığı tam yanma


için gerekli olan değere ayarlanır. Atık yatağa beslendiğinde,organik maddelerin çoğu

pirolizle buharlaşır ve yatakta kısmen yanar. Ekzotermik yanma, yatak sıcaklığını koruma

ve ilave atıkların buharlaşması için gerekli olan ısıyı sağlar. Yatak, tüm besleme

maddesinin oksidasyonu için gerekli olan teorik oksijen miktarından daha düşük miktarda

hava hızı olacak şekilde sağlanan havanın hızına oranla beslemenin hızı daha yüksek

tutularak tasarlanabilir ve işletilebilir.

Bu koşullar altında oluşan gaz ve katılar,reaksiyona girmeyen hammadde yakıtı içeren

yatağı terk eder. Yatağa giren hava miktarı teorik oksijen ihtiyacına oranla azalırken

gazların ve gazı alınmış katının ısıtma değeri yükselir. Bu, işlemin gazlaştırma biçimidir.

Tipik istenen çalışma sıcaklık aralığı 900º C’den 1000ºC’ye kadardır.

Kabarcıklanan akışkan yatak gazlaştırıcılar tüm külü taşımak için tasarlanmıştır ve bu

durum, parçacık kontrolü için siklonların ya da elektrostatik çöktürücülerin kullanımını

zorunlu kılar [5].

6.2.2. Dolaşımlı Akışkan Yatak Gazlaştırıcı

Şekil 6.7 Dolaşımlı akışkan yatak gazlaştırıcı [14]

Dolaşımlı akışkan yatak gazlaştırıcıda gazların hızı artarken, katıların yatağı genişlemeye

devam eder ve parçacıkların yatağın dışına taşınma oranı artar. Daha sonra yatağa

döndürülecek büyük parçacıkları yakalamak için düşük verimli parçacık toplayıcılar

kullanılabilir. Bu asılı halde yanma kavramının geçerli olduğu yatak, dolaşımlı akışkan

yatak olarak adlandırılır [5].


Yoğun katılar bölgesi ile seyreltik katılar bölgesi arasında farklı bir ayrılma bölgesinin

olmaması, dolaşımlı akışkan yatağı, kabarcıklı akışkan yataktan ayıran özelliktir. Yatak

yoğunluğu dolaşımlı akışkan yatakta 560 kg/m iken, kabarcıklı yatakta 720 kg/m

civarındadır. Düşük yatak yoğunluğu sağlamak için, kabarcıklı yatakta hava hızı 1,5-3,7

m/s’den, 9,1 m/s civarına yükseltilir. Parçacıkların dağılımı, katıların aşınma hızı ve

gazların akış hızı, dolaşımlı yatak katıların en uygun kalma süresini belirler.

Dolaşımlı akışkan yatak gazlaştırıcının en önemli bir avantajı, değişik bileşim ve nem

içerikli hammaddeleri işleme kapasitesidir. Ancak, kabarcıklı yataklarda olduğu gibi

topaklanma söz konusudur. Yüksek alkali içerikli yakıtlar parçacıkların yatak içinde

topaklanmasına sebep olur ve bunun sonucunda sistem akışkan özelliğini yitirir.

Sirkülasyonlu akışkan yataklı gazlaştırıcılar ısıl gücü 10MW'dan yüksek yakıt üretimi için

daha uygundurlar. Kabarcıklı akışkan yataklı gazlaştırıcılar ile karşılaştırıldığında içerdiği

ilave avantajlar sayesinde yüksek bir gaz kalitesi sağlamaktadır [1].

• Bu sistemlerde kapasitenin üst limiti yoktur. Kapasite tamamen biyokütle veya yerel

enerji ihtiyacının kullanımına göre tespit edilebilir.

• Gazlaştırma ajanı genellikle atmosferik basınçta ki havadır, fakat 100MW'dan daha

büyük gaz türbinlerinde basınçlı gazlaştırma avantajlı olabilecektir.

• Düşük sıcaklıktan dolayı (850°C civarında) tam yanma olmaması ve az miktardaki kül

içeriği tehlikelidir.

Dolaşımlı Akışkan Yataklı Gazlaştırıcının Performansı Besleme Karakteri Tablo 6.1 Besleme içeriği [13]

Nem İçeriği % 5 Elementel Analiz % C 47.25 H 6.04 O 46.71 Kül % 2.46 Üst Isıl Değer kJ 18320.5Partikül Boyutu(ortalama) mm 0.329 Yoğunluk kg/m³ 430 Akışkanlaşma başlama hızı m/s 0.12


Dolaşımlı akışkan yataklı gazlaştırıcının performans değerlendirmeleri için, farklı hava

eşdeğerleri oranı gibi farklı şartlarda çalışmalar yapılmıştır. Eşdeğerlik oranı, kuru odunu

gazlaştırmada kullanılan havanın, kuru odunun yakılması için kullanılması gereken havaya

oranı olarak tanımlanır. Eşdeğerlik oranının diğer parametreleri de etkileyen baskın bir

faktör olduğu ortaya çıkmıştır. Eşdeğerlik oranının değişimine göre, sıcaklık ve gaz

kompozisyonu gibi diğer parametrelerde de değişim olmaktadır.

Reaksiyon sıcaklığı, reaksiyon hızını, kompozisyonu, piroliz, yakma gibi diğer proseslerde

çıkan ürün çeşitliliğini etkileyen çok önemli bir parametredir. Dolaşımlı akışkan yatak

gazlaştırıcıda sıcaklık eşdeğerlik oranına göre kontrol edilir.

Şekil 6.8’de eşdeğerlik oranı 0,13-0,285 arasında değişim gösterdiğinde, yatak sıcaklığı da,

500-1050ºC arasında değişir. Bu değerler hava akış hızının veya katı besleme hızının

değiştirilmesi ile elde edilir. Proses sıcaklığının düzeltilebilme olanağı dolaşımlı akışkan

yatak gazlaştırıcının en önemli avantajıdır.

Şekil 6.8 Eşdeğerlik oranı ile sıcaklık ilişkisi [13]

Tablodan da anlaşılabileceği üzere, gaz kompozisyonu eşdeğerlik oranı ve sıcaklıktan

etkilenmektedir. Sıcaklık artışı ile hidrojen gazı oranı artarken, metan gazı oranı düşer. Bu


eğilim kimyasal denge reaksiyonlarına benzer. CO2 oranı için, eşdeğerlik oranında 0,2

dolaylarında dönüm noktası bulunmaktadır. Bunun altında ve üstünde CO2 miktarı

azalmaktadır. Alçak eşdeğerlik oranı az yakmayla az oksijen gazı kullanıldığını ve az CO2

üretildiğini gösterir.

Yüksek eşdeğerlik oranı ise, yüksek sıcaklığı temsil eder ki, bu da CO2’nin azaldığı

indirgenme reaksiyonlarını gösterir. Farklı şartlarda gazın kompozisyonu değiştirilmesine

rağmen, gazın ısıl değeri aynı olup 7000 kJ/m3 civarındadır. Bu da dolaşımlı akışkan yatak

gazlaştırıcının bir diğer avantajıdır. Gaza ait ısıl değer, sabit yataklı gazlaştırıcıdaki (5000

kJ/m3) ve akışkan yataklı gazlaştırıcıdaki (6000 kJ/m3) üretilen gazın ısıl değerinden daha

yüksektir.

Tablo 6.2 Gaz bileşimi, sıcaklık, eşdeğerlik oranı, alt ısıl değer ilişkisi [13]

Sıcaklık Gaz Bileşimi No. Eşdeğerlik Oranı °C CO2% CO% CH4% CnHm% H2% O2% N2%

Alt ısıl değer kJ/m3

1 0.171 630 14.9 16.8 9.43 1.3 5.5 1.1 47.71 7382.3 2 0.192 690 16.3 13.0 8.18 3.0 5.71 1.0 52.83 7424.5 3 0.192 685 18.9 14.4 8.35 2.1 5.34 0.9 50.02 7058.8 4 0.201 748 16.1 17.8 8.35 1.2 5.79 1.1 50.22 6972.7 5 0.203 760 20.4 12.2 7.42 2.1 10.78 3.9 46.26 6996.5 6 0.224 919 15.8 16.1 7.32 1.2 13.24 1.1 44.80 7190.4 7 0.257 974 15.6 16.7 6.90 1.0 16.32 0.7 43.25 7264.1 8 0.283 1042 13.1 17.6 5.34 1.3 16.57 0.6 45.42 6938.4

6.3.Özel Gazlaştırıcı Tasarımları

6.3.1. Cüruf akışlı sabit yatak gazlaştırıcı

Aslında kömür briketlerini gazlaştırmak için geliştirilen; şehirsel katı atıkların

gazlaştırılması için ticari potansiyele sahip özel bir yukarı akışlı gazlaştırıcı, yüksek

basınçlı-oksijen enjeksiyonlu cüruf akışlı sabit yataktır. Bu birimler, ızgara üstünde

1650°C civarında maksimum sıcaklıkta ve yaklaşık 30,6 atm basınçta çalışırlar. Teoride,

yüksek sıcaklıklarda tüm katranlar ve diğer başka uçucular yoğuşturulamayan hafif

gazlara parçalanırlar. Bu şartlar altında kül, yüksek fırınlarda olduğu gibi, yumuşar, erir

ve dışarı akıtılır. Fırının yüksek sıcaklık ve basınçlarda tutulması, cürufun fırın altından

alınması ve çıkıştaki tıkanıklıkların üstesinden gelinmesini gerektiren uzun süreler, bu

sistemin potansiyel problemleri sayılmaktadır (Çınar ve Yardımcı, 2004).


6.3.2. İçten yanmalı motorlar için gazlaştırıcılar

Odun ve odun kömürü gazlaştırıcılar Avrupa'da 1930'lu ve 1940'lı yıllarda, taşıt

motorlarına yakıt sağlamada kullanılmıştır. Bazı gelişmelerden sonra gazlaştırıcılar

tatmin edici şekilde çalıştılar, ancak uygun koşullar altında bile, 24 saatlik bir çalışma

süresinde günde bir saatlik bakım gerektirdiler. Bu durum ve gaza dönüştürülmesiyle

%30'luk güç kaybı nedeniyle, benzinin aşın yokluğu durumu hariç, otomobillere uygun

yakıt üretimi amacıyla kullanılacak gazlaştırıcılar için geniş bir pazarın gelişmesi

beklenilmemektedir. Ancak, gazlaştırıcılar ücra yerlerde sulama amaçlı su pompalama ya

da elektrik üretimi için içten yanmalı motor sistemlerine uygun yakıt üretmek için

kullanılabilir.

6.3.3. Imbert aşağı akışlı gazlaştırıcı

Imbert aşağı akışlı gazlaştırıcıda iç odanın üst silindirik kısmı biyokütle hammaddeleri

için bir depodur. Çalışma sırasında bu oda gerektiği kadar her birkaç saatte doldurulur.

Gazlaştırıcıya yüklemek için kapak açılır ve sonra gazlaştırma sonrasında kapatılır. Bir

yay, bir patlama durumunda basıncı azaltmak için kapağın açılmasına izin verir; böylece,

güvenlik vanası gibi görev yapar. Aşağıdan yüksekliğin 1/3'ü kadar bir seviyede, bir grup

hava nozülü vardır. Bunlar, gazlaştırılmak için aşağı taşınan küçük parçaların içlerine

hava çekilmesine izin verirler. Bir nozüldeki sıcak gazların karşı nozüle basınç

yapmaması için, nozüller karşılıklı değildir. Nozüller dağıtma kollektörüne bağlanır.

Yatak bu hava nozüllerinin birinden yakılır.

Çalışma sırasında giren hava, biyokütlenin bir kısmım, katran ve yağların çoğunu

nozüllerin altında gazlaştırıcıyı dolduran gazı alınmış katının bir kısmım yakar ve pirolize

uğratır. Biyokütle, %80' den fazla uçucu madde içerdiğinden, biyokütlenin çoğu bu alevli

yanma bölgesinde gaza dönüştürülür. Gazlaştırıcı birçok yönden kendi kendini düzenler.

Hava nozü1lerinde gazı alınmış katı yetersiz ise, daha fazla biyokütle yakılır ve pirolize

uğratılır. Yüksek yük koşullarında çok fazla gazı alınmış katı oluşuyorsa, seviyesi

nozü1lerin üzerine yükselir; bu nedenle giren hava gazı alınmış katıyı yakar; böylece

reaksiyon bölgesi nozüllerle korunur.

Gaz indirgenme bölgesi genellikle klasik bir ocaktan veya son yıllarda "V ocak"tan


oluşur; hava nozül bölgesi altında bulunur. Ocakta iyi izolasyon, daha geniş çalışma

koşulları aralıklarında daha düşük. katran üretimi ve daha yüksek dönüşüm verimi ile

sonuçlanır.

Nozül seviyesinde biyokütle ve gazı alınmış katının yakılma/piroliz sonrasında oluşan

sıcak yanma gazları (CO2 ve H2O), kısmen yakıt gazlara (CO ve H2) indirgendiği gazı

alınmış katının içine geçerler. Bu olay, duyulur gaz ısısının kimyasal enerjiye

dönüştürülmesiyle, gazın belirgin soğumasıyla sonuçlanır. Bu, gazı alınmış katının

çoğunu uzaklaştırır ve gazın kalitesini geliştirir. Gazı alınmış katı bu gazlar tarafından

çözülür ve gazlarla siklon ayırıcıya sürüklenen ya da ızgaradan geçerek düşen daha küçük

parçalara veya toz taneciklerine ayrılır. Katran parçalanmanın şimdi sadece 850 °C'nin

üstünde olduğu düşünülse de, nozülde yanmadan kalan katranlar sıcak gazı alınmış katıda

daha fazla parçalanabilir.

Nozüller arasındaki mesafeler piroliz olmayan biyokütlenin bir kısmının geçmesine izin

verir. Ocak kısıtlaması tüm gazların sıcak bölgeye geçmesine sebep olur; böylece

maksimum karışma ve minimum ısı kaybı olur. En yüksek sıcaklıklara bu bölgede ulaşılır;

bu yüzden, ocak daralması iptal edilebilmelidir. Gazlaştırıcıda katranlı gaz üretilirse, en

yaygın uygulama olarak düşük katranlı gaz üretilene kadar ocak daralma bölgesi

küçültülür. Ancak, ocak boyutlarının gaz üretim hızını etkilediği hatırlanmalıdır.

Nozüller arasındaki mesafeler piroliz olmayan biyokütlenin bir kısmının geçmesine izin

verir. Ocak kısıtlaması tüm gazların sıcak bölgeye geçmesine sebep olur; böylece

maksimum karışma ve minimum ısı kaybı olur. En yüksek sıcaklıklara bu bölümde

ulaşılır; bu yüzden, ocak daralması iptal edilebilmelidir. Gazlaştırıcıda katranlı gaz

üretilirse, en yaygın uygulama olarak düşük katranlı gaz Üretilene kadar ocak daralma

bölgesi . küçültülür. Ancak, ocak boyutlarının gaz üretim hızını etkilediği hatırlanmalıdır.

Gazı alınmış katı ve kül tozu, gazı alınmış katı yatağını tıkayabilir ve uzaklaştırılmadıkça

gaz akışını düşürür. Gazı alınmış katı, arada sırada titretilebilen taşınır bir ızgara üzerinde

tutulur. Kül, ızgaranın altında birikir ve temizleme çalışmaları sırasında uzaklaştırılır. Gazı

alınmış katı tüketildikçe, tüm biyokütlenin %2-10'unu temsil eden ve %10-50 kül içeren

tozlaşmış gazı alınmış katı ve kül oluşturmak için dağılır. Kül içeriği, biyokütlenin gazı

alınmış katı içeriğine ve karışma derecesine bağlıdır. Gazı alınmış katı indirgenme derecesi


ne kadar büyük ise oluşan parçacıklar o kadar küçük, kül ise o kadar yüksek olur.

Şekil 6.9 Imbert aşağı akışlı gazlaştırıcı (Çınar ve Yardımcı, 2004)

Aşağı akışlı gazlaştırıcı başlama ve cevap süresi, hızlı çapraz akışlı gazlaştırıcı ile yavaş

yukarı akışlı gazlaştırıcı arasında bir seviyededir. Imbert tipi gazlaştırıcıda, daraltılmış

ocaktan kolay bir besleme işleminin sağlanması için, düşük nem içerikli « %20 nem) ve

düzenli şekilli 2 cm parça boyutunda kullanılmalıdır. Imbert tasarımı daha büyük

boyutlarda ölçeklendirilemez. Katran seviyesi düşük olmasına rağmen (500 ppm

civarında), kapsamlı sıyırma ve temizleme yöntemleri gerektirecek kadar yüksektir.

Ayrıca, Imbert gazlaştırıcıyı daha geniş boyutlara büyütme çabaları sonucunda, katran

oluşumunda korkunç bir yükselme gerçekleşmiştir. Ancak, gazlaştırıcı boyutlarıyla

birlikte yakıt parçacık boyutu da yükseldiği zaman, daha fazla başarı sağlanmıştır.

6.3.4. Tabakalı Aşağı Akışlı Gazlaştırıcı

Tabakalı aşağı akışlı gazlaştırıcı, son birkaç yılda, bazı araştırmacılar arasındaki ortak

çalışma sonucu geliştirilmiştir. Tabakalı aşağı akışlı gazlaştırıcı, Imbert gazlaştırıcıdaki

birçok zorlukların üstesinden gelir ve gelişmiş gazlaştırıcı tasarımları için esas oluşturur;

ancak, halen yaygın şekilde ticarileşmemiş durumdadır. Tabakalı aşağı akışlı

gazlaştırıcı, tabanında ocak bulunan silindirik bir kaptan oluşur. Çalışma sırasında hava

ve biyoküt1e aşağı doğru düzenli şekilde dört bölgeden geçer. Bu nedenle, bu

gazlaştırıcı tabakalı olarak adlandırılır. Açık üst kısım, alevli piroliz bölgesine düzenli


hava veya oksijen girişini sağlar. En üst tabaka reaksiyona girmemiş ve havanın girip

geçtiği biyokütle yakıttan oluşur. İkinci tabakadaki gazı alınmış katıdan oluşan üçüncü

tabaka piroliz gazlarını indirgemektedir. bölgesi gibi görev yapar.

Tabakalı aşağı akışlı gazlaştırıcının üst bölgesi hava ile çalışma sırasında herhangi bir

derinliğe ayarlanabilir ve Imbert gazlaştırıcıdaki yakıt deposu ile aynı fonksiyonları sağlar.

Yakıt açık üst kısımdan beslenir ve ilerleyen piroliz hattı mevcut tüm yakıtı tüketmeden

önce yakıt yeniden doldurulur.

Oksijenli çalışma sırasında., ilerleyen piroliz hattı daha hızlı hareket eder ve ikinci

bölgenin yukarısında dengeye gelir; bu yüzden, yakıt deposunun ilk kısmı yoktur.

Böylece, biyokütle alevli piroliz bölgesinin tepesine düzenli olarak beslenir ve bir yakıcı

bölge oluşturarak ikinci bölge kapatılmalı ve izole edilmelidir.

Şekil 6.10 Tabakalı Aşağı Akışlı Gazlaştırıcı (Çınar ve Yardımcı, 2004)

Hava, piroliz olan biyokütle ile ikinci bölgede reaksiyona girer ve uçucu biyokütle yağının

büyük bir kısmı bu pirolize ısı sağlamak için yakılır. Bu piroliz "alevli piroliz" olarak

adlandırılır ve aşın hava veya oksijen ile katı yokluğunda gözlenen "alevli yanma"dan

ayrılır. İkinci bölgenin tabanında biyokütle, gazı alınmış katı ya dönüştürülür ve havadan

gelen oksijenin tümü reaksiyona girmiş olur. İkinci bölgeden ayrılan gaz , CO ile H2 ve

yanmanın daha önceki kademelerinde üretilen CO2 ve H2O içerir. Bu noktada., CO ve H2


karışımı, yakılabilir bir gaz olacak kadar yoğundur.

Alevli piroliz bölgesinde üretilen sıcak gazlar, Boudouard ve su gazı reaksiyonları ile daha

fazla CO2 ve H2O'yu CO ve H2'ye dönüştürmek için, üçüncü bölgedeki (veya gazı alınmış

katı bölgesi) gazı alınmış katı ile reaksiyona girer. Bu proses, adyabatik gazı alınmış katı

gazlaştırması olarak adlandırılır. Bu reaksiyon sırasında., gazın duyulur ısısı yakıt gazının

kimyasal enerjisine dönüştürülür. Bunun sonucunda gaz, daha fazla reaksiyonun

gerçekleşmesinin mümkün olmadığı sıcaklığa soğutulur.

Son olarak, gazı alınmış katının gazlaştırma bölgesinin altında, reaksiyona girmeyen bir

gazı alınmış katı bölgesi olabilir. Bu son bölgenin bir dezavantajı, gazlaştırma

bölgesindeki gazı alınmış katının ve külün ızgaraya ulaşmak için bu bölgeden geçmek

zorunda kalmasıdır. Ancak, daha önce de belirtildiği gibi, bu bölge bir tampon bölgesidir

ve ızgaranın aşın ısınmasını engeller.

Tabakalı aşağı akışlı gazlaştırıcı, Imbert gazlaştırıcısına göre bir çok avantaja sahiptir.

Açık üst kısım yakıtın daha kolay beslenmesine izin verir ve yatak içindeki koşulları

ölçmek için aletlerin kolay girişine izin verir. Hava ve yakıtın gazlaştırıcıdan aşağı düzenli

geçişi, ortalama sıcaklıklar yüksek iken, bölgesel sıcaklıkları çok yüksek veya çok düşük

olmaktan korur. Silindirik yapının kurulması kolaydır ve sürekli akışa izin verir. Farklı

tabakalar bileşim ve sıcaklık ölçümleri için kolaylık sağlar; dolayısıyla modelleme

sonuçları deneysel bulgularla karşılaştırılabilir. Tabakalı aşağı akışlı

gazlaştırıcı sistemi hem kavramsal hem de matematiksel olarak daha kolay anlaşılır.

Yatak boyunca gaz akışlarının nicel tanımlamaları ve matematiksel modelleri bu yüzden

kolaylaşır

6.3.5. Gazı alınmış katı gazlaştırıcı

Yukarı akışlı gazı alınmış katı gazlaştırıcılar, taşıt yakıtı eldesi için geliştirilen ilk

gazlaştırıcıdır. Bu gazlaştırıcılar sadece gazı alınmış katı ve kok gibi düşük katran1ı

yakıtlar için uygundur. Yanabilir bir gaz üretmek için hava ızgaranın altından girer ve

yatak boyunca yukarı çıkar. Hava girişindeki yüksek sıcaklıklar cüruflaşmaya veya

ızgaranın tahribine neden olabilir; ızgara sıcaklığını azaltmak için biraz buhar veya CO2

eklenir. Gazı alınmış katı gazlaştırıcılarda nispeten uzun başlama zamanları ve zayıf tepki

görülür.


7. SABİT ve AKIŞKAN YATAK GAZLAŞTIRICILARDA PERFORMANS

KARŞILAŞTIRILMASI

Akışkan yataklı gazlaştırıcılar aslında, yüksek kül içeriğine sahip sabit yataklı gazlaştırıcı

yakıtlarından kaynaklanan işletme problemlerinin üstesinden gelebilmek için

geliştirilmiştir. Bunun yanında akışkan yataklı gazlaştırıcılar yüksek kapasiteli (10 MW’tan

fazla) işletmeler için uygundurlar. Sabit yataklı gazlaştırıcıya kıyasla, gazlaştırma sıcaklığı

(750-900ºC) daha düşüktür [11].

Sabit yataklı gazlaştırıcıda, ocak bölgesindeki sıcaklık 1200ºC’a kadar çıkabilmektedir,

hatta kömür gazlaştırma prosesinde 1500ºC olmaktadır. Akışkan yataklı gazlaştırıcıda;

yakıt, süspansiyon (kabarcıklı akışkan yatak) veya dolaşımlı (dolaşımlı akışkan yatak

gazlaştırıcı) haldeki akışkan yatağa beslenir. Bu esnada yatağın kendisi yüksek türbülans

nedeniyle akışkan gibi davranır. Yakıt partikülleri yatak maddesiyle çok hızlı karışır, bu

sayede hızlı piroliz olayı gerçekleşir ve gazlar açığa çıkar. Düşük sıcaklık nedeniyle, katran

dönüşüm hızı çok yüksek değildir.

Gaz - katı tepkimelerini gerçekleştirmek için endüstride kullanılan pek çok çeşitli reaktör

tiplerinden yalnızca biri olan akışkan yatak reaktör diğer tipteki reaktörlere göre, bazı

avantajlara sahiptir. En önemli avantajı, içerdiği katı parçacıklarının sürekli hareket

halinde ve doğal olarak çok iyi karışmış durumda olmasıdır. Bunun sonucunda "sıcak

noktalar" hızla dağılır. Dolayısıyla, sıcaklık dağılımının yatak boyunca aynı olduğu kabul

edilebilir. Ayrıca yine parçacık hareketinin bir sonucu olarak sağlanan yüksek ısı aktarımı

nedeniyle, sıcaklık kontrolü nadiren bir problem olur. Bir başka önemli avantajı, gaz-katı

karışımının akışkana benzer özellikleri sayesinde katının kolayca taşınabilir olmasıdır.

Katının prosesin iki farklı tepkimesinde yer alması gereken durumlarda bu işlem özelliği

çok kullanışlı olur (Bolat, E., 1999).

Akışkan yatak gazlaştırıcıları, üniform sıcaklık dağılımı ve verimde fazla bir düşüş

göstermeden besleme yükünü değiştirebilme avantajlarına sahiptir. Bu tipteki

gazlaştırıcılar, çevre koruma sınırlamalarına uyacak kadar düşük kükürt içerikli gaz

üretiminde kullanılabilir.


Akışkan yatakların bazı durumlarda kullanımlarını engelleyebilecek kadar önemli

dezavantajları vardır. Bunlar arasında, katıların etkisiyle kolonun içi, ısı aktarım boruları,

vanalar gibi kısımlarda aşınmanın meydana gelmesi, siklon gibi cihazlarda çok küçük

parçacıkların kayıp edilmesi (pahalı bir katalizör ise bu çok önemli olur), gaz

kabarcıklarının katı parçacıkları atlaması (dönüşümü sınırlayabilir) gibi örnekler

verilebilir.

7.1.Akışkan Yataklı Reaktörlerin Sabit Yataklı Reaktörlere Göre Avantajlarının

Karşılaştırılması

• Akışkan yataklı reaktörler,yüksek ısı değişimi ve yatak içindeki kuvvetli karışma

sonucu oluşan yüksek reaksiyon hızları nedeniyle derli toplu bir yapıma sahiptirler.

• Akışkan yataklı reaktörler nem ve kül içeriği gibi yakıt özelliklerindeki değişimlere

karşı esnektir ve ayrıca yüksek kül içeriğine ve düşük yığın yoğunluğuna sahip ince

taneli ve yumuşak materyellerle çalışmaya müsaittir.

• Akışkan yataklı reaktörlerde,düşük reaksiyon sıcaklıkları düşük kül erime noktası

sağlar.

7.2.Akışkan Yataklı Reaktörlerin Sabit Yataklı Reaktörlere Göre Dezavantajlarının

Karşılaştırılması

• Akışkan yataklı gazlaştırıcılarda üretilen gazın içeriğinde yüksek katran ve toz

bulunmaktadır.

• Yüksek sıcaklıkta üretilen gaz buhar halde iken alkali metal içerir

• Sonuna kadar yanması istenen karbonun yanma işleminin tamamlanmamış olması

akışkan yataklı gazlaştırıcı için bir sorundur.

• Hava ve katı yakıt ihtiyacının karşılanması için gerekli kontroller sebebiyle

karmaşık bir uygulamaya sahip olması.

• Akışkan yataklı gazlaştırıcıdan çıkan gaz akımının sıkıştırılması için enerji

ihtiyacının olması.

Karbonun sonuna kadar yanıp bitmesi hususunda, kabarcıklı akışkan yataklara göre,

dolaşımlı akışkan yatakların performansı daha yüksektir.


7.3.Gazlaştırıcı Tiplerinin Avantaj ve Dezavantajlarının Karşılaştırılması [15]

Yukarı Akışlı Gazlaştırıcının Avantajları

• Kurulum kolaylığı ve basit inşa

• Yüksek ısıl verimlilik

• Yüksek geliştirilme ve büyüme potansiyeli

• Akışkan yataklılara oranla partikül büyüklüğüne karşı daha az tolerans

• Hammaddenin nem içeriği yönünden daha büyük esneklik göstermesi

• Doğrudan yakma için uygunluk

Yukarı Akışlı Gazlaştırıcının Dezavantajları

• Yüksek oranda katran içeren kirli gaz üretimi

• Nispeten daha az hacimsel kapasite

• Nispeten daha küçük çıkış gazı sıcaklığı

• Elektrik üretimi için uygun olmaması

Aşağı Akışlı Gazlaştırıcının Avantajları

• Basit başlangıç ve belirli yakıtlar için denenmiş olması

• Beslenen madde özelliklerinin birbirine yakın olması

• Temiz gaz ürün eldesi

• Yüksek dönüşüm oranı

Aşağı Akışlı Gazlaştırıcının Dezavantajları

• Homojen yakıt ve belirli partikül boyutu

• Nispeten daha düşük hacimsel kapasite

• Reaktör ızgarasında tıkanmaya neden olan külün eriyip birleşme olasılığı

• Yakıtlar düşük nem içermeli

• Yüksek bakım maliyeti

Kabarcıklı Akışkan Yatak Gazlaştırıcının Avantajları

• İyi sıcaklık kontrolü

• Yüksek reaksiyon hızı


• Yüksek geliştirilme ve büyüme potansiyeli

• Katalitik uygulama mümkündür

• Parça boyutu limiti yoktur

Kabarcıklı Akışkan Yatak Gazlaştırıcının Dezavantajları

• Diğer gazlaştırıcı türlerine nispeten daha kompleks bir yapı

• Çıkan gazdaki yüksek miktarda partiküller

• Kül ile yakıt kaybı

• Küçük parçacık boyutu gerekliliği

• %20’den daha düşük nem içeriği

• Katran miktarının yüksek oluşu

• Ekonomik anlamda minimum boyut (20 MW)

Dolaşımlı (Sirkülasyonlu) Akışkan Yatak Gazlaştırıcının Avantajları

• İyi sıcaklık ve reaksiyon hız kontrolü

• Çok yüksek büyüme ve geliştirilme potansiyeli

• Katalitik uygulama mümkün değildir

• Yakıt tip ve büyüklüğüne toleranslıdır

• Üretilen gazdaki katran miktarı azdır

• Yüksek dönüşüm oranı

• Parçacık boyut limiti yoktur

Dolaşımlı (Sirkülasyonlu) Akışkan Yatak Gazlaştırıcının Dezavantajları

• Gazdaki partikül miktarının yüksekliği

• %20’den daha düşük nem içeriği

• Kül ile yakıt kaybı

• Özellikle maksimum yarar sağlamak için küçük parçacık boyutları gerekliliği

• Ekonomik anlamda minimum boyut(20 MW)


Şekil 7.1 Akışkan yatak gazlaştırıcı [11]

Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi, buhar veya saf oksijen hava yerine gazlaştırma aracı

olarak kullanılabilmektedir. Eğer gazlaştırma işlemi saf oksijenle yapılırsa, üretilen gazın

kalorifik değeri azot (havadan gelen) noksanlığı sebebiyle yüksek olur. Fakat, oksijen

üretimi yüksek maliyet sahiptir ve ancak yüksek ölçekli uygulamalarda kullanılır. Örnek

verilecek olursa, saf oksijen Hollanda’daki yüksek ölçekli kömür gazlaştırma enerji

sanayisinde kullanılmaktadır. Biyokütle uygulamaları için oksijen üretimi yapan

fabrikaların ekonomik olması beklenmemektedir.

Aşağıdaki tablo, farklı sistemlerin önemli teknik ve işletmeye ait parametre değerlerini

özetlemektedir.


Tablo 7.1 Akışkan yataklı gazlaştırıcı ile sabit yatak gazlaştırıcı karşılaştırılması [14]

Sınıf Tip Güçlü/Zayıf Tarafları Enerji

Üretimi

Sabit Yatak Aşağı Akışlı

Yukarı Akışlı

Karşıt Akışlı

Aşağı Akışlı Model:Düşük ısıl değer,orta

boyutta partikül,düşük seviyede katran.

Yukarı Akışlı Model:Yüksek ısıl değer,orta

boyutta partikül,yüksek seviyede katran.

Karşıt Akışlı Model:Düşük ısıl değer,orta

boyutta partikül,yüksek seviyede katran.

Küçük-

Orta

ölçekli

Akışkan

Yatak

Kabarcıklı

Dolaşımlı

Sabit yatağa göre yüksek hızda ürün eldesi

Geliştirilmiş kütle ve ısı transferi

Daha yüksek verim

Daha yüksek ısıl değerli gaz

Orta

Ölçekli

Tablo 7.2 Genişletilmiş gazlaştırıcı karşılaştırması [14]

Sabit yatak Akışkan yatak

Yukarı

Akışlı

Aşağı

Akışlı

Karşıt

Akışlı

Kabarcıklı Dolaşımlı

Reaksiyon

sıcaklığı(ºC)

1000 1000 900 850 850

Gaz çıkış

sıcaklığı(ºC)

250 800 900 800 850

Yakıt

kapasitesi(t/h)

10 0.5 1 10 20

Elektrik

kapasitesi(M

We)

1-10 0.1-20 0.1-2 1-20 2-100

GAZ ÖZELLİKLERİ


Katran içeriği Çok

yüksek

Çok

düşük

Çok

yüksek

Orta Düşük

Partikül

İçeriği

İyi Orta Yüksek Çok

yüksek

Çok

yüksek

BESLEME ÖZELLİKLERİ Tüm besleme

özellikleri

Sınırlı Özel Sınırlı Esnek Esnek

Yakıtın

karıştırılması

Zayıf Zayıf Zayıf Çok iyi Çok iyi

Yakıt boyutu

esnekliği

Çok iyi İyi İyi Orta Orta

Yakıt nemi

esnekliği

Çok iyi Orta İyi İyi iyi

Kül besleme

esnekliği

Zayıf Zayıf Zayıf Çok iyi Çok iyi

ENDÜSTRİYEL POTANSİYEL Geri dönüş

oranı

İyi Orta İyi Çok iyi İyi

Ölçeklendirme

olanağı

İyi Zayıf Zayıf İyi Çok iyi

Çalıştırma

kolaylığı

Zayıf Zayıf Zayıf İyi İyi

Kontrol

kolaylığı

Çok iyi Çok iyi Çok iyi Orta Orta

Güvenlik

maliyeti

Çok düşük

Düşük Düşük Orta Orta

VERİMLİLİK Karbon

dönüşümü

Çok iyi Çok iyi Zayıf Orta Çok iyi

Isıl verim Çok iyi Çok iyi İyi İyi Çok iyi

Gaz alt ısıl

değeri

Düşük Düşük Düşük Düşük Orta


Tablo 7.3 Kömür ve biyokütle açısından gazlaştırıcı karşılaştırması [15]

Tablo 7.4 Gazlaştırıcı kapasite karşılaştırması [5]

Gazlaştırıcı Tipi Kapasite Aşağı Akışlı Sabit Yatak 1kW-1MW Yukarı Akışlı Sabit Yatak 1.1 MW-12MW Kabarcıklı Akışkan Yatak 1MW-50MW Sirkülasyonlu Akışkan Yatak 10MW-200MW

Akışkan yataklı gazlaştırıcı Sabit yataklı gazlaştırıcı Kömür Biyokütle Kömür Biyokütle ve

atıklar Çalışma sıcaklığı

900-1200°C 750-850°C 850°C

Çıkış sıcaklığı 800-900°C Düşük çıkış sıcaklığı

500-600°C

Besleme boyutu 0,5-3,0 mm 0,2 cm Sıcak gaz verimi %90-95 %90-95 Yüksek

gazlaştırma verimi

Tasarım ve çalıştırma

Daha yüksek üretim kapasitesi

Yüksek üretim kapasitesi, yüksek reaksiyon hızı, üretilen gazda yüksek parçacık seviyesi

Düşük oksijen gereksinimi, dolayısıyla kükürdün ayrımı aşamasında daha az maliyet

Karbon dönüşüm verimi

Genellikle %99 %99

Gereksinimler Geniş yakıt aralığı, düşük yoğunluklu biyokütlenin gazlaştırılabilmesi, gaz kalitesi kontrolünün zorluğu

Daha küçük boyut, az yoğunluk ve farklı biçimde olan beslemenin işlenebilmesi, kabul edilebilir karışım yoğunluğu için daha düşük limitlerin ayarlanabilmesi daha olasıdır

Yüksek kömür partikül gereksinimi

Geniş, yoğun, düzgün yakıt boyut gerekliliği, yüksek yakıt işleme maliyeti


7.4.Gazlaştırıcıların Özelliklerinin Karşılaştırılması • Reaksiyon Sıcaklığı (ºC) : Sabit yatak gazlaştırıcılarda reaksiyon sıcaklığı, akışkan

yataklı gazlaştırıcılara nazaran daha yüksektir.

• Yakıt Kapasitesi (t/h) : Akışkan yataklı gazlaştırıcılarda kullanılan yakıtın kapasitesi,

sabit yataklı gazlaştırıcılara göre daha yüksektir.

• Elektrik Kapasitesi (MWe) : Akışkan yataklı gazlaştırıcılar sayesinde üretilen elektrik

kapasitesi, sabit yataklı gazlaştırıcılara göre daha fazladır.

• Katran İçeriği : Çıkan ürün gazdaki katran içeriği akışkan yataklı gazlaştırıcıya göre

sabit yataklı gazlaştırıcıda daha fazladır.

• Partikül İçeriği : Akışkan yataklı gazlaştırıcıda üretilen gazdaki partikül içeriği sabit

yataklı gazlaştırıcıda üretilen gaza göre daha fazladır.

• Yakıtın Karıştırılması : Yakıtın gazlaştırıcı içerisinde karışımı, akışkan yataklı

gazlaştırıcılarda, sabit yataklı gazlaştırıcılara nazaran daha iyidir.

• Yakıt Boyutu Esnekliği : Sabit yataklı gazlaştırıcılar yakıt boyutu hususunda, akışkan

yataklı gazlaştırıcılara göre daha esnektir.

• Çalıştırma Kolaylığı : Akışkan yataklı gazlaştırıcıların çalıştırılması, sabit yataklı

gazlaştırıcılara göre daha kolaydır.

• Kontrol Kolaylığı : Sabit yataklı gazlaştırıcıların kontrolü daha kolaydır.

• Güvenlik Maliyeti : Akışkan yataklı gazlaştırıcılarda gerekli güvenlik maliyeti, sabit

yataklı gazlaştırıcılara göre daha fazladır.


8. SONUÇ ve YORUM

Gazlaştırma; katı yakıtların ısıl çevrim teknolojisiyle yanabilen bir gaza dönüştürülmesi

işlemidir. Gazlaştırma genel olarak sabit ve akışkan yataklı gazlaştırıcılarda

gerçekleştirilmektedir. Akışkan yataklı gazlaştırıcılar aslında, yüksek kül içeriğine sahip

sabit yataklı gazlaştırıcı yakıtlarından kaynaklanan işletme problemlerinin üstesinden

gelebilmek için geliştirilmiştir. Bu gazlaştırıcıların kullanım alanları gazlaştırılacak

yakıtlardan elde edilen gaz özellikleri, endüstriyel potansiyel, verimlilik ve besleme

özellikleri bakımından gösterdikleri performansa göre değişmektedir

Gazlaştırma teknolojilerinin yakın gelecekte enerji üretiminde önemli bir paya sahip

olması beklenmektedir. Yapılacak çalışmaların, teknolojik olarak geliştirilmeye muhtaç

gazlaştırma ve gaz temizleme üniteleri üzerine yoğunlaşacağı düşünülmektedir. Kömürün

gazlaştırılması, doğal gaz yerine kullanılabilecek şehir veya havagazının ve hidrojen,

amonyak, metan gibi bazı kimyasalların elde edildiği sentez gazının üretilmesi için önem

taşımaktadır. Bu alanda önümüzdeki 10 yılda, temel araştırmaların yapılması, kömür

türlerinin gazlaşma karakteristiklerinin belirlenmesine yönelik olarak laboratuar ve sanayi

ölçeğinde pilot tesislerin kurulması desteklenmelidir. Ayrıca 2015 yılına kadar, yerüstü

pilot tesislerine ilave olarak yeraltında da gaz elde edilmesini sağlayacak pilot birimlerin

kurulması ve bunlara ilişkin teknolojinin geliştirilmesi önem taşımaktadır.

Biyokütle yenilenebilir bir kaynak olmasıyla tükenmekte olan fosil yakıtların yanında

sürdürülebilir küresel enerjinin önemli bir unsurudur. Buna ilaveten, sera gazları emisyonu

ve karbon döngüsünü azaltıp kırsal ekonominin gelişimiyle yeşil endüstriyi

desteklemektedir. Biyokütlenin gazlaştırılmasıyla elde edilen gaz yakıt doğal gazın

kullanıldığı yerlerde küçük modifikasyonlar yapılarak kullanımı yaygınlaştırılabilir ve

gelecekte kolaylıkla doğalgazın kullanıldığı yerlerde enerjinin büyük kısmı bu yakıttan

sağlanabilir. Biyokütleden, tarımsal ve endüstriyel atıklardan enerji elde edilmesi de

ülkemiz için önemli bir alandır. Bu alanda, kömür çalışmalarına paralel ve eşzamanlı

olarak, biyokütleyi tek başına ya da kömür ile birlikte akışkan yatakta yakacak pilot

tesislerin geliştirilmesi; yine biyokütlenin tek başına ya da belirli oranlarda kömür ile

karıştırılarak gazlaşma karakteristiklerinin belirlenmesi çalışmaları desteklenmelidir.


9. KAYNAKLAR Çınar, S.,Yardımcı, S., (2004), “Şehirsel Biyokütle Atıklarının Gazlaştırılması”, Yıldız

Teknik Üniversitesi, Bitirme Tezi.

Bolat, E., (1999), “Akışkan Yatak Teknolojisi Ders Notları”, Yıldız Teknik Üniversitesi,

Ders Notları

İnternet Kaynakları

[1] www.eie.gov.tr

[2] www.youthforhab.org.tr

[3] www.kimyamuhendisi.com

[4] www.journal.ifrf.net/library/november2001/200109spliethoff.pdf

[5] www.seas.columbia.edu/earth/kleinthesis.pdf

[6] www.sciencedirect.com

[7] www.fe.doe.gov

[8] www.ekoses.com

[9] http://www.geocities.com/SiliconValley/Campus/4400/komur.htm

[10] http://www.tusiad.org/turkish/rapor/enerji/html/sec13.html#Heading1

[11] www.gasnet.uk.net

[12] http://www.antaresgroupinc.com

[13] http://www.fao.org/docrep/T4470E/t4470e0m.htm

[14] http://www.mrac.ca/files/pdfs/2004_Bibeau_mrac.pdf

[15] www.igcc.uni-essen.de/introduction/gasification/powerplanttech.html


Documents

Sabit Yatak Bt