Gazlaştırma Nedir

Gazlaştırma, içinde karbon C elementi bulunan herhangi malzemenin büyük oranda karbonmonoksit (CO) ve hidrojen (H₂)‘den oluşan yapay gaza (SYNGAS)‘a çevrilmesi işlemine denir. Bu gaz termik santrallerde yakılarak buhar-buhar türbinleri yoluyla elektrik ve ısıtma enerjisi olarak kullanılabildiği gibi petrokimya ve rafineri tesislerinde ana girdi (hammadde) olarak da kullanılabilmektedir.

Gazlaştırmada kullanılan hammaddeler şöyledir;

• Kömür, özellikle düşük kalorili kömürler,
• Yüksek kükürt içeren fuel-oil,
• Petrol koku,
• bio-kütleler ve her türlü atıklardır (rafineri atıkları, arıtma çamuru, tehlikeli atıklar, evsel atıklar, vb.).

Gazlaştırmanın Tarihçesi

Bu malzemeler gazlaştırıcıya katı ya da yoğun akışkan (viskositesi yüksek) halinde beslenmektedir. Bu malzemeler gazlaştırıcı da buhar ve oksijenle (O₂) yüksek sıcaklıklarda (1000-1400 °C) düşük oksijenli ortamda işleme tabi tutulur. Burada karbon monoksit (CO), hidrojen (H₂) (hacim olarak %85 den fazla), metan (CH₄) ve karbon dioksit (CO₂) içeren yapay gaz (Syngas) elde edilir. Gazlaşmayan maddeler gazlaştırıcı altından cüruf halinde çıkar. Çıkan cüruf inşaat sanayisinde katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.

Ham petrolün 40-50 yıllık rezerve sahip olduğu, doğal gaz rezervlerinin 60-80 yıl da bitecek olması bunlara karşılık dünyadaki kömürlerin enaz 250 yıllık bir rezervinin bulunduğu gözönün alındığında, 21. yüzyılda kömürün önemi giderek artacaktır. Günümüze kadarısı, buhar ve elektrik üretiminde önemli bir pay alan kömür, yakın gelecekte kimyasalların ve sıvıyakıtların üretiminde de çok önemli bir kaynak olacaktır. İlkdefa K.W.Siemens tarafından kullanılan kömürün gazlaştırılması prosesi 1860 yılından beri uygulamadadır. 1920-1950 yılları arasında Çağdaş Gazlaştırma Teknikleri önemli gelişmeler göstermiş, WellmanveLurgi sabit yatak, Koppers-Totzek sürüklemeli yatak ve Winkler akışkan yatak gazlaştırıcılar endüstriyel ölçekte yaygın kullanılmıştır.

1930 yılında yoğun çalışmalar başlatılan Sovyetler Birliğinde ticari ölçek uygulamalar 1950’de gerçekleştirilmiştir. Kömür gazlaştırma teknolojileri dünya üzerinde gerek enerji gerekse kimyasal madde üretimi amacıyla etkin olarak kullanılmaktadır. Gazlaştırma ile elde edilen sentez gazından Entegre Gazlaştırma Kombine Çevrim (IGCC) enerji üretim santrallerinde yüksek verimle elektrik üretiminde yararlanılmakta, katalitik dönüşüm ile de hidrojen, metanol, amonyak, metan, etanol, propanol, dimetileter, etilen, propilen, asetik asit, aseton, metil etil keton, sentetik benzin, sentetik dizel gibi sıvı hidrokarbonlar ve organik kimyasal maddeleri, alifatik hidrokarbonlar ve daha birçok farklı türde kimyasal madde üretmek mümkündür

Yakma Yerine Neden Gazlaştırma

Geri dönüşümü ekonomik olmayan atıkları yok etmenin yaygın olan iki yöntemi vardır:

• Atık tesislerinde
• Atık termik santrallerinde yakma ve gazlaştırma

Gazlaştırma, atık olarak (tehlikeli olanlar ve diğerleri) adlandırılan malzemelerin içinde bulunan geri dönüşümü mümkün olan kimyasal maddelerin ayrıştırılması ile artı değer oluşturur ve bununla birlikte yanması çevresel açıdan sorun olmayan yapay gaz (Syntetic gas-syngas) elde ederek enerji (ısı ve elektrik) üretiminde ve kimya sektöründe doğal gaza alternatif bir gaz yakıt ortaya çıkarır.

Gazlaştırma da yakmaya göre daha yüksek enerji verimliliği sağlanır. Bunun nedeni, daha az karbondioksit (CO₂) emisyonlarıyla sonuçlanan katı yakıt gazlaştırma da aynı miktarda enerji üretmek için daha az katı yakıt kullanılmasıdır. Gazlaştırma, yakma teknolojilerine göre daha çevreci bir teknolojidir ve CO₂, SO₂, NO_x emisyonları bakımından çok daha avantajlıdır. Mevcut kükürt çoğunlukla, SO₂’ye nazaran daha kolay şekilde giderilebilen H₂S şekline dönüşür. Gazlaştırma sırasında NOx, dioksin ve furan problemleri oluşmamaktadır.

1. Yanma tam oksidasyondur
2. 2(CH₂) + 3O₂ ⇒ 2CO₂ + 2H₂O
   C + O ⇒ CO2
3. Yanma, ısı ve karbondioksit meydana getirir. Bu ısı ile buhar üretilerek bir türbine elektrik üretilebilir.

1. Gazlaştırma ise kısmi oksidasyondur. Bu nedenle çok daha az karbondioksit oluşumuna neden olur.
2. 2(CH₂) + O₂ ⇒ 2CO + 2H₂

Yapay Gazın Kullanım Alanları

Yapay gazın temizlenmesi sırasında tutulan uçucu maddeler aktif karbon olarak sanayi hammaddesidir. Ayrıca gazın temizlenmesi sırasında uzun hidrokarbon bileşikleri ve kükürt bileşikleri petrokimya tesislerinde hammadde olarak kullanılabilmektedir.

Yapay gaz (Syngas) bazı proseslerden geçirilerek yakıt ve kimyasal maddeler elde edilmesinde kullanılmaktadır.

Temizlenmiş yapay gaz gaz motoru/türbinlerde yakılarak jeneratorler yoluyla elektrik enerjisi elde edilmesinde kullanılmaktadır. Gaz türbinlerinin atık ısılarından atık ısı kazanında elde edilen buhardan buhar türbin-jeneratörleri yoluyla da elektrik elde edilmektedir. Burada elde edilen çürük buharda ısıtmada ve tesisin proses buhar gereksinimini karşılamakta kullanılabilmektedir.

IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) gazlaştırma entegre kombine çevrimi çevre açısından en temiz ve en verimli elektrik üretim yöntemidir.

IGCC Çalışma Süreci

1. Kömür gazlaştırılarak syngas üretilir.
2. Syngas kirleticilerden arındırılır.
3. Gaz türbini syngas’ı yakar. Jeneratöründe elektrik üretir.
4. Gaz türbininin egzoz ısısı ve gazlaştırıcının ısısı yardımıyla buhar oluşturulur.
5. Oluşturulan buhar, buhar türbinine gönderilerek tekrar elektrik üretilir.

Bu yazımda gazlaştırma hakkında bilgi vermeye çalıştım. Diğer yazımda gazlaştırıcı çeşitleri hakkında bilgi vereceğim.