kömür gazlaştırma

HİKMET ÜNAL 141303017

T.C KARAMANOĞLU MEHMETBEY ÜNİVERSİTESİ

ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ

KÖMÜR TEKNOLOJİSİ

Kömür Gazlaştırma Yöntemleri

DIŞTAN ISIMALI (ALLOTERMAL) KÖMÜR GAZLAŞTIRMA YÖNTEMLERİ

NÜKLEER ISI İLE KÖMÜR GAZLAŞTIRMA YÖNTEMLERİ

MAN-BERGBAUFORSCHUNG GAZLAŞTIRMA YÖNTEMLERİ

YER ALTI KÖMÜR GAZLAŞTIRMA

Dıştan Isıtmalı Kömür Gazlaştırma Yöntemleri

Kömür gazlaştırma

reaksiyonları yüksek

sıcaklıkta(t>800 °C)

gerçekleşmektedir.

Klasik gazlaştırma

yöntemlerinde, gazlaştırma reaktörüne

verilen kömürün bir kısmı

yakılarak, gazlaştırma için

gerekli ısı ve dolayısıyla

sıcaklık temin etmektedir.

Yakma işlemi için oksijen gereklidir,

ancak oksijen üretimi , hem

yatırım hem de işletme

giderlerini arttırmaktadır.

DIŞTAN ISITMALI KÖMÜR GAZLAŞTIRMA YÖNTEMLERİ

Saf oksijen yerine hava kullanıldığında ise 1 m3 oksijenle

beraber 3,76 m3 N2 gazı da reaktöre girmekte ve gaz ısı değeri

düşmektedir.

Allotermal gazlaştırma yöntemlerinde ise, gazlaştırma için gerekli ısı,dışarıda üretilmekte ve

gazlaştırma reaktörüne verilmektedir.

KÖMÜR

KÜL

BUHAR 800-900°C1-40bar GAZ

KÜL

BUHAR 800-10°C1-40bar

GAZ

OKSİJEN

DIŞTAN VE İÇTEN ISITMALI ISI ÜRETİMLİ YÖNTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

Ototermal Allotermal

İÇTEN ISI ÜRETİM

KÖMÜR

DIŞTAN ISI ÜRETİMİ

ısı

NÜKLEER ISI İLE KÖMÜR GAZLAŞTIRMA

Nükleer ısı diğer yakıtlarla elde edilen ısılara göre daha ucuzdur.

Almanya kömür gazlaştırmada nükleer ısıyı kullanmış ve önemli bilgiler elde etmiştir.

Kömür gazlaştırmasında reaktör sıcaklığının 800 °C olması gerektiğinde gazlaştırma reaktörüne bu sıcaklığın aktarılabilmesi için nükleer reaktörün 900-950 °C sıcaklıkta çalıştırılması gerekmektedir.


Nükleer reaktör için bu sıcaklık aralığı oldukça yüksektir.Almanya da yapılan araştırmalar

sonucunda elde edilmiştir.

Nükleer reaktör ısısını iki ayrı yöntemle

ulaştırması planlanmaktadır.

1.YÖNTEM

1.adım •Nükleer reaktörde ısınan Helyum gazı bir ısı değiştiricisinde ısısını gazlaştırma reaktörünü ısıtan ikinci helyum gazına vermektedir.

2.adım •Bundan sonra bir türbinden geçerek geri kalan ısısı ile enerji üreten helyum yeniden nükleer reaktöre gelmektedir.

3.adım •Gazlaştırma reaktörünü ısıtan ikinci Helyum ise ısı değiştirici ile gazlaştırma reaktörü arasında dolaşmaktadır.

1.YÖNTEM

2.YÖNTEM

1.adım•Nükleer reaktörde ısınan Helyum, buhar ve bir miktar metanı

(CH4) kızdırmaktadır.

2.adım•Isınan metan (CH4) ve su buharı parçalanarak H2 elde

edilmektedir.

3.adım•Elde edilen H2 basınçlı bir akışkan yatakta(40 atü) kömürü

hidrojenasyon yolu ile gazlaştırmada kullanılmaktadır.

2.YÖNTEM


1.yöntemde önce CH4 üretimi yapılmakta ve

metanizasyon reaksiyonu ile CH4

üretimi yapılmaktadır.

2.Yöntemde ise önce H2 gazı üretilmekte ve

kömür direkt hidrojenasyona tabi

tutularak CH4 üretimi öngörülmektedir.

Nükleer enerji ile kömür gazlaştırmada, her iki yöntemde de

amaç CH4 gazı üretmektir.


Gazlaştırma nükleer enerji kullanımı ile %30

civarında kömür tasarrufu sağlanmaktadır.1000m3

CH4 üretimi için, normal gazlaştırmada 1.8 Ton gerekirken,nükleer ısı

kullanıldığında bu miktar 1.1 Tona düşmektedir.

MAN-BERGBAUFORSCHUNG GAZLAŞTIRMA YÖNTEMİBergbauforschung(maden

araştırma) adlı bir araştırma kurumu ile MAN firması,nükleer

enerji yerine üretilen gazın bir kısmını dışarıda yakarak,

gazlaştırma için gerekli ısıyı reaktöre veren bir yöntem

geliştirmişlerdir.

Bu yöntemde, 1mm altında kömür, basınç kabininden

geçerek akışkan yatak prensibine benzer şekilde

çalışan yatay konumlu gazlaştırma reaktörüne

verilmektedir.

Reaktörün alt kısmından verilen kızgın buhar,kömürü hem akışkanlaştırmakta hem de

gazlaştırmaktadır.

MAN-BERGBAUFORSCHUNG GAZLAŞTIRMA YÖNTEMİ

• Gazlaştırma için gerekli ısı elde edilen gazın bir kısmını reaktör dışında yakılması ve eşanjör vasıtasıyla gazlaştırma reaktörüne verilmesi suretiyle karşılanmaktadır.

Kömür reaktörün bir ucundan verilmekte diğer ucuna doğru

gazlaşarak gitmektedir.Kül ve

geride kalan kok,diğer uçtan dışarı

alınmaktadır.Artığın ısı değeri yüksek

olduğundan, yakılarak buhar üretilmektedir.

Man-Bergbauforschung Gazlaştırma Yöntemi

Man-Bergbauforschung Gazlaştırma Yöntemi

Bu yöntemin gayesi, bir kademede yüksek ısı değerli gaz üretimi olduğundan, gazlaştırma 800-850 °C sıcaklık ve 20-25 bar basınç altında yapılmaktadır.

Aşağıdaki çizelgede ham gaz ve geriye kalan artığın ısı değerleri verilmiştir.

Ham gaz analiz değerleri Artık analiz değerleriH2 %51.11 C (%)35.59CO %12.26 H (%)0.73CO2 %24.04 O (%)1.07CH4 %11.79 N (%)0.57H2S %0.32 S (%)0.24N2 %0.48 KÜL (%)61.75Isı Değeri 11.437(kj/m3) Isı değeri 12.800(kj/kg)


Yer altı kömür

gazlaştırması,madencilik yöntemleri

ile kazanılması ekonomik olmayan

kömür damarları için

düşünülmüştür.

Bu tür kömür damarlarını

bulundukları yerlerde gazlaştırma

suretiyle kazanılmasına yer altı

kömür gazlaştırılması denmektedir.

Kömürün yeraltında gazlaştırılması fikri ilk defa Sir William Siemens tarafından yaklaşık 150 yıl önce kayıtlara geçirildi.



Bundan sonra aralarında Nobel Ödüllü kimyacı Sir William Ramsay’nin de bulunduğu bilim insanları bu yöntemin ticari uygulamalarını geliştirmek için çalıştı. Ancak 1. Dünya Savaşı bu girişimlerin askıya alınmasına neden oldu.

Yeraltı kömür gazlaştırma teknolojisi ilk defa 1930’lu yıllarda Sovyetler Birliği’nde hayata geçti ve Özbekistan’ın Angren şehrindeki santral 50 yıldan fazla zamandır faaliyette. Günümüzde ise Avustralya, Kanada, Çin ve Güney Afrika’da pilot uygulamalar gerçekleştiriliyor.

Özbekistan-Angren

Kanada


Dünya Enerji Konseyi’nin

(WEC) verilerine göre

yeraltından çıkarılması

teknik olarak mümkün olan

kömür kaynaklarının

toplam miktarı 861 milyar

ton..

Bu miktar 2012’deki üretim dikkate

alındığında 109 yıllık kömür

üretimine eşdeğer. Madencilik

kömürün yeraltından çıkarılmasında

en çok kullanılan yöntem olmasına

rağmen kömür kaynaklarının ancak

%15-%20’si geleneksel madencilik

yöntemleriyle çıkarılabiliyor.


Kömür madenciliğinde maliyet, insan gücü ve zaman ihtiyacı hayli fazla ve kömür madenciliği olası tehlikeleri çok yüksek bir meslektir. Kömürün yeraltında gazlaştırılması geleneksel yöntemlerle karşılaşılan bu sorunlara çözüm olabilir.

KÖMÜR MADENCİLİĞİ

AÇIK OCAK MADENCİLİĞİ

YERALTI MADENCİLİĞİ

Özellikle açık ocak yönteminin uygulanamadığı derin bölgelerde üretim kömür yataklarının yapısı yeraltındaki jeolojik koşullara bağlı olarak önemli miktarda

değiştiği için zor, pahalı ve tehlikelidir. Derinliğe bağlı olarak artan basınç nedeniyle salınan gaz miktarı ve çalışma alanı genişliğiyle ilgili sorunlar ortaya çıkımaktadır.

yeraltı madenciliği yöntemi ile kömür

yatağındaki cevherin ancak %40’ı

çıkarılabiliyor.

Açık ocak madenciliğinde bu oran yaklaşık %90

seviyesindedir.


Kömür kaynaklarının büyük kısmının yerin çok derinlerinde bulunması ve kömür kalitesinin düşük

olması nedeniyle Dünya’daki kömür

kaynaklarının büyük kısmının çıkarılması

ekonomik olarak anlamlı değil.

Kömür aynı zamanda en fazla karbon salınımına

sebep olan fosil yakıt türü. Kömürün yanması sonucu

karbondioksit dışında çevre ve canlılar için zararlı

etkilere sahip olan sülfür ve azot oksit bileşikleri, cıva

ve başka ağır metaller ortaya çıkıyor.


Bu yöntemde kömürün

çıkarılmasına gerek yoktur..

Kömür yeraltında gazlaştırılıyor

ve açığa çıkan gaz borularla

yüzeye taşınıyor, üretim

sahasında enerjiye dönüştürülüyor

ve bu işlemler kömürün

taşınmasına gerek olmadan kömür

yatağının bulunduğu alanda

gerçekleştiriliyor.


YER ALTIKÖMÜR GAZLAŞTIRMA

Yer Seviyesi

Toprak, taş

Tatlı su artezyen

Sızdırmaz üstkatman

Kömür damarı

Altta yatan kaya

Kömür yatağının bulunduğu katmana iki sondaj kuyusu açılıyor. Bu kuyulardan biri enjeksiyon diğeri üretim kuyusu.Bu kuyulara muhafaza borusu indirilir ve çimentolama yapılır.Kömür katmanı içinden iki kuyu arasında irtibat sağlanır.

İki kuyu arasında irtibat sağlandıktan sonra Kömür elektrikle ateşlenir.İki kuyu altında ateşleme yapılarak,hava verme ve gaz alma kuyuları periyodik olarak değiştirilir.

Yer Seviyesi

Toprak, taş

Tatlı su artezyen


Kömür damarı

Altta yatan kaya


Başlık

Yer Seviyesi

Toprak, taş

Tatlı su artezyen


Kömür damarı

Altta yatan kaya

Ön hazırlık tamamlandıktan sonra Gazlaştırma işlemine geçilir.Isı ve basınç kömürü gaza dönüştürür.Kömür+su+oksijen+ısı=Hidrojen, CODönüşür.gazın ısı değeri 1000kcal/m3 civarındadır.

Yer Seviyesi

Toprak, taş

Tatlı su artezyen


Kömür damarı

Altta yatan kaya

Yeraltındaki Kömürün Gazlaşması

Operatörler oksijen kaynağını yöneterek işlemi kontrol eder veya durdurur. Kömür tamamen yanmak yerine kısmen yanarak ısı,CO2,CO,H2,CH4 gibi gazların karışımı olan sentez gazı üretilmektedir.


Yer Seviyesi

Toprak, taş

Tatlı su artezyen


Kömür damarı

Altta yatan kaya

Bu üretilen gazların yerüstü metanizasyonu sonucunda yüksek ısı değerli gaz üretme çalışmaları yapılmaktadır.Elde edilen Gaz, gözenekli kömür katmanından üretim kuyusuna doğru hareket eder.


Yer Seviyesi

Toprak, taş

Tatlı su artezyen


Kömür katmanı

Altta yatan kaya

İkinci kuyu olan üretim kuyusuna, işlenmek üzere yüzeye doğru bir sentez gazı üretilir.


Yer Seviyesi

Toprak, taş

Tatlı su artezyen


Kömür katmanı

Altta yatan kaya

Yüzeyde işlene ve temizleme

Sentez gaz, doğal gaz gibi işlenen ve kullanılan, boruyla taşınan, depolanan veya elektrik üreten bir türbin için yakıt olarak kullanılan ve sentetik doğal gaz veya sıvı yakıt yapmak için iyileştirilen veya dönüştürülen zengin enerjili bir gaz üründür.


YER ALTI KÖMÜR GAZLAŞTIRMA AVANTAJLARI

1 •Derinlerdeki kömürlerin kazanılması sağlanacaktır.1000m

2 •Yüksek kül,kükürtve nemli kömürlere başarı ile uygulanabilecektir.

3•Çevre sorunları açısından madenciliğe göre avantajları vardır: kül

depolama problemi yok,arazi hırpalanması az,yüzey suyu kullanılmıyor,SO2 problemi yoktur.

4•Ekonomik avantajları vardır: Yüksek termodinamik verim(%90),Yüksek

kömür kazanımı(%80),Gaz maliyeti yaklaşık %65-75yer üstü gazlaştırma maliyeti.Gerekli techizat %50-75 yerüstü kömür gazlaştırma yöntemleri civarındadır.

SONUÇ

Petrol ve doğal gaz kaynaklarının yaklaşık 50 yıl sonra tükeneceği

tahmin ediliyor. Yeraltı kömür gazlaştırma yönteminin ise

kullanılabilir kömür kaynaklarının miktarını geleneksel yöntemlerle

çıkarılması mümkün olana göre üç kat artırabileceği düşünülüyor.

Kömürün yeraltından çıkarılmasını, depolanmasını ve taşınmasını

gerektirmeyen ve yeraltı madencilik yönteminin içerdiği tehlikeleri

barındırmayan bu yöntem aynı zamanda sera gazı salımını azalttığı

için temiz kömür teknolojilerinin bir parçası olarak kabul

edilmektedir.

KAYNAKLAR

1. http://www.worldcoal.org/2. http://www.yesilaski.com/komurun-yeraltinda-gazlastirilmasi.html3. http://energy.gov/4. http://frack-off.org.uk/underground-coal-gasification-creating-hell-on-earth/5. Kömür teknolojisi 6. baskı Prof. Dr. M.KEMAL , Prof. Dr. V.ARSLAN

http://www.worldcoal.org/



http://frack-off.org.uk/underground-coal-gasification-creating-hell-on-earth/

Engineering

kömür gazlaştırma