Yerli Enerji Kaynaklarımızdan Fosil Yakıt-Biyokütle Bazlı Hibrit Yakıt Biriketi Eldesi


Altun N. E. (Yürütücü) , Ulusoy Taşar A.

TÜBİTAK Projesi, 2016 - 2018

  • Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
  • Başlama Tarihi: Haziran 2016
  • Bitiş Tarihi: Haziran 2018

Proje Özeti

Bu çalışmada pirina ile linyitin ağırlıkça çeşitli oranlarda (%10-50) karıştırılmasıyla hibrit bir fosil yakıt-biyokütle enerji kaynağı eldesi hedeflenmiştir. Çalışmanın en önemli amacı her iki yakıtın olumlu özelliklerinin bir araya getirilmesiyle, hem pirina hem de linyitin kullanımını olumsuz etkileyen özelliklerin rehabilite edilmesini sağlamak, yerel iki enerji kaynağımızdan, yaygın şekilde kullanılabilen, çevreye dost ve sürdürülebilir alternatif bir yakıt formu elde etmektir. Önerilen hibrit yakıtın eldesinde, Ege Bölgesi’nden getirilen pirina ile yüksek kül ve kükürt içerikli tüvenan Tunçbilek linyiti kullanılmıştır. Çalışma iki ana safhadan oluşmaktadır. Bu safhalar; 1-Hibrit karışımların yakıt özelliklerinin ve yanma davranımlarının belirlenmesi; 2- Karışımların hibrit bir yakıt formuna dönüştürülmesi amacıyla briketlenmesidir.

İlk safhada pirina ve linyitin önce ayrı ayrı daha sonra karışım halinde yakıt, yanma, emisyon özellikleri ve yanmaya olan yatkınlıkları belirlenmiştir. Kısa ve elementer analizler, TG/DTG, DSC, ve TG-FTIR çalışmaları sonucunda, pirina ve linyitin bir karışım halinde kullanılmasının, yakıtların tek başlarına kullanılmalarına göre, yakıt özellikleri, yanma davranımları, SO2 emisyonları ve yanmaya olan yatkınlık bakımından önemli farklılıklar sağladığı belirlenmiştir. Pirina-linyit karışımlarının kükürt içerikleri ve SO2 emisyonlarında, tek başına linyit ile karşılaştırıldığında, belirgin iyileşmeler söz konusudur. Hibrit karışımlardaki pirina oranı arttıkça, karışımların S içeriği düşmekte, SO2 emisyonları azalmaktadır. Bu durum, kükürt içeriği yüksek linyitlerimizin, pirina ile karıştırılmasıyla SO2 emisyonlarının azaltılmasına yönelik rehabilite edilebileceğini ortaya koymaktadır.

Yanmaya olan yatkınlıklar incelendiğinde linyitin aktivasyon enerjisinin pirinaya göre yaklaşık 2.5 kat düşük olduğu, yani linyitin pirinaya göre, yanmaya çok daha yüksek yatkınlık gösterdiği belirlenmiştir. Hibrit yakıt karışımlarının da aktivasyon enerjisi, tek başına pirinaya göre daha düşük olup karışımlar pirinaya göre yanmaya çok daha yüksek yatkınlık göstermektedirler. Dolayısıyla, pirinanın yakıt olarak tek başına kullanılmasındansa, linyit ile birlikte hibrit formda kullanılmasının çok daha olumlu olacağı, çünkü pirinanın yanmaya olan düşük yatkınlığının linyit katkısı ile rehabilite edilebildiği belirlenmiştir. Yakıt ve yanma özelliklerine ilişkin sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde linyit ve pirinanın bir hibrit yakıt formunda kullanılması halinde hem linyit hem de pirina için önemli avantajların söz konusu olduğu belirlenmiştir: Her iki yakıtın tek başına kullanılmaları durumunda geçerli olan olumsuzluklar, bu iki yakıtın birlikte kullanımı ile önemli ölçüde rehabilite edilmektedir. Önerilen hibrit yakıt formu, linyit ve pirinanın olumlu özelliklerini öne çıkaran, olumsuz özelliklerini önemli ölçüde ortadan kaldıran yenilikçi ve faydalı bir yaklaşımdır.

İkinci aşamada, yani briketleme çalışmalarında, öncelikle linyitin briketlenebilme davranımı incelenmiş, bağlayıcı olarak ağırlıkça %10 melas katkısı ile linyit briketleri elde edilmiştir. Tane boyutu, su ilavesi ve briketleme yükünün briketlerin dayanım özelliklerine etkileri belirlenmiş olup ideal şartlarda, TS12055 standardında Sınıf 1 briketler için gerekli kırılma, aşınma ve düşme sağlamlıkları sağlanabilmektedir. Hibrit pirina-linyit briketlerinin bağlayıcısız briketlenmesi aşamasında pirinaya ilişkin briketleme parametrelerinin (karışımdaki pirina miktarı, pirina tane boyutu ve nem içeriği) briketlerin dayanım özelliklerine etkileri belirlenmiştir. Çalışmalar sonucunda pirinanın sınırlı bağlayıcı etki gösterdiği ve pirina-linyit karışımlarının bağlayıcısız briketlenebildiği görülmüştür. Fakat Sınıf 1 için gerekli dayanım koşulları sağlanamamakta, ideal briketleme koşullarında, pirinanın gösterdiği sınırlı bağlayıcı etki sayesinde, ancak Sınıf 2 briketler için gereken aşınma sağlamlığı sağlanabilmekte, gerekli kırılma sağlamlığına önemli ölçüde yaklaşılmaktadır. Son aşamada hibrit briketlerin, TSE12055’de Sınıf 1 tipi briketler için geçerli dayanım koşullarını sağlaması amacıyla bağlayıcı ilavesiyle briketleme yapılmıştır. Karışımlar önce melas daha sonra melas+kireç kullanımıyla briketlenmiş, melas (ağırlıkça %5-15) ve kireç miktarlarına (ağırlıkça %4-6) göre, briketlerin dayanım özellikleri belirlenmiştir. %5 melas ilavesinde dahi, Sınıf 1 briketler için gerekli kırılma ve aşınma sağlamlığı tamamen, düşme sağlamlığı çok büyük ölçüde karşılanabilmektedir. %5 melas ilavesinde dahi dayanım özelliklerinin iyi seviyelere gelmesinin, pirinanın -sınırlı da olsa- bağlayıcı etkisinden kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Yani, pirina varlığı, briketleme için gerekli bağlayıcı miktarını azaltabilmektedir. Melas ile birlikte kireç ilavesi ise dayanım özelliklerinde belirgin bir iyileşme sağlayamamaktadır. Öte yandan çalışmada elde edilen briketler hiçbir koşulda, suya dayanım gösterememektedir. Bu sorun linyitlerimizin çoğu için geçerli olup, hibrit briketlerin, TSE12055 standardında belirtildiği üzere kapalı ambalajlar içinde satılması bu duruma çözüm olarak önerilebilir.

Sonuç olarak, pirina ve linyitlerimizin birlikte, hibrit yakıt formunda kullanılmalarının yakıt özellikleri, yanma davranımları ve SO2 emisyonları bakımından önemli faydalar sağlayabildiği belirlenmiştir. Hibrit kullanım sayesinde, iki yakıtın olumlu özelliklerinin öne çıkması ve olumsuz özelliklerinin rehabilite edilebilmesi çok önemli bir avantaj olup, her iki yakıtın daha yaygın, sürdürülebilir ve çevreye dost şekilde kullanımına yönelik önemli bir çözüme karşılık gelmektedir. Ayrıca, pirina-linyit karışımlarının başarıyla briket formuna dönüştürülebilmiş olması da, önerilen hibrit yakıtın yaygın şekilde kullanılabilmesini sağlayabilecek önemli bir husustur.

 

Anahtar Kelimeler: Fosil Yakıt, Biyokütle, Linyit, Pirina, Briketleme, Emisyon, Reaksiyon Kinetiği