KM-491 BİTİRME ÖDEVİ

Transkript

1 GAZİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KM-491 BİTİRME ÖDEVİ PROF.DR. ÖZKAN MURAT DOĞAN BİTÜMLÜ ŞEYLLERİN RETORTLANMASI Berkay Aday 2013 ANKARA

2 ÖZET Günümüzün en önemli enerji kaynağı olan ham petrolün rezervlerinin sınırlı olması nedeniyle artan enerji ihtiyacına da paralel olarak her geçen gün alternatif enerji kaynakları bulunması zorunlu hale gelmiştir. Bu amaçla değişik alanlardaki araştırmalar devam etmektedir. Kömür ve linyit gibi bilinen fosil yakıtların dışında ülkemizde rezerv açısından en büyük kaynak bitümlü şeyl olarak görülmektedir. Bu raporda, daha önceki yıllarda yapılan araştırmalar sonucu dünyada ve ülkemizde de varlığı bilinen güvenli bir enerji kaynağı olan bitümlü şeyllerin araştırılıp endüstri ve ülke ekonomisi açısından kullanılabilirliği tartışılmıştır. Alternatif enerji kaynaklarının değerlendirilmesi açısından önem taşıyan, bazı ülkelerde endüstriyel çapta uygulanmakta olan ve pilot düzeyde denenen bitümlü şeyllerin retortlanması yönteminin esası incelenmiştir. Bu araştırma sonucu enerji ihtiyacı bakımından büyük oranda dışarıya bağlı olan ülkemiz için bitümlü şeyllerin değerlendirilmesi ve yeni bitümlü şeyl sahalarının tespitinin hem endüstriyel hem de ülke ekonomisi açıdan büyük önem arz ettiği gözlemlenmiştir. Ayrıca bitümlü şeyllerin retortlanması için uygun yöntem olan Fischer-Assay analizinin uygulanışı ve bu uygulamanın standardı olan TS729 standardı raporda yer almaktadır. 2

3 İçindekiler 1. Giriş Bitümlü Şeyllerin Tanımlanması ve Sınıflandırılması Bitümlü Şeyl Rezervi Dünyadaki Bitümlü Şeyl Rezervi Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervi Bitümlü Şeyllerin Değerlendirme Yöntemleri Zenginleştirme Retortlama (Piroliz) Yer Üstünde Retortlama Yeraltında (In-situ) Retortlama Yakma Tek başına yakma Kömürle birlikte yakma Ekstraksiyon Bitümlü Şeyllerin Diğer Değerlendirme Yöntemleri Kaya Gazı Olarak Değerlendirilmesi Gerçekleştirilmesi Planlanan Deney Kaynakça

4 Şekiller Listesi Şekil 1. Direkt Isıtmalı Retort Şekil 2. Indirekt ısıtmalı Retort (Gaz-katı ısı transferli) Şekil 3. İndirekt Isıtmalı Retort (Katı-katı ısı transferli) Şekil 4. OxoRetortunun Basit Gösterimi Şekil 5. Fischer-Assay Deney Düzeneği Tablolar Listesi Tablo 1. Ülkelerin bitümlü şeyl rezervleri petrol karşılığı değerleri Tablo 2. Çeşitli ülkelerin bitümlü şeyl rezerv payı ve üretim oranları Tablo 3. Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervleri Tablo 4. Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervlerinin Ortalama Isıl Değerleri Ekler Listesi EK.1. TS 729 Standardı 4

5 1. Giriş 1.1 Bitümlü Şeyllerin Tanımlanması ve Sınıflandırılması Genellikle; kömür gibi ince taneli ve yapraklı yapıda olan ve kerojen adlı organik madde içeren, ısıtıldığı zaman sentetik petrol ve gaz üretebilen, alternatif enerji kaynağı bitümlü şeyllerin incelenmesi amacıyla bu raporda retortlama (piroliz) işlemine dair veriler hazırlanmıştır. Bitümlü şeyl; kerojen adı verilen organik madde içeren, ince taneli ve genellikle laminalı (yapraksı) bir yapıya sahip ve değişik jeolojik evreler sonucu oluşmuş sedimanter kayaç olarak tanımlanmaktadır. Kerojen içerikleri nedeniyle de bitümlü şeyller kömüre benzer bir tür enerji kaynağıdır. Literatürde en yaygın kullanımı petrollü şeyl (oilshale) olan, ısıtıldığında petrol ve gaz üretilebilen bu organik kayaçlar, bitümlü şeyl (bituminousschist) veya bitümlü şeyl (bituminousshale) olarak da adlandırılmaktadır. Bitki ve hayvan kalıntılarının kara, deniz ve göllerde birikimi, bu kalıntıların farklı jeolojik periyotlar ve kimyasal süreçler geçirmesi sonucu oluşan bu maddelerin çok az bir kısmı organik çözücüler içerisinde çözünebilmektedir. Sentetik şeyl petrolü ise bu kayaçlardan ancak termal ve kimyasal işlemler sonucu elde edilebilmektedir. Bitümlü şeyl oluşumunu sağlayacak başlangıç maddelerinin türü ve bu maddelerin geçirdiği evreler, meydana gelecek şeylin renk, şeyl petrolü verimi gibi özelliklerini doğrudan etkilemektedir. Organik yapıda büyük oranda liptinit maseralleri bulunmakta, bu durum ise bitümlü şeyl oluşumunu sağlayan karasal bitkiler, deniz ve göllerde yaşayan organizmaların lipit bakımından zengin olmalarından kaynaklanmaktadır. Kömürün yapısındaki vitrinit ve inertinit türü maseraller ise yapıda bitümlü şeyllerin türüne bağlı olarak farklı oranlarda bulunabilmektedir. Bitümlü şeyller çökelme ortamlarına göre üç grupta toplanabilir. Bunlar; büyük göl ortamları, sığ denizel ortamlar ve bataklık ortamları ile bağlantılı göl ve lagünlerdir. Bitümlü Şeyller Bulundukları Yere Göre Üç Grupta Toplanmaktadır.[1] 1- Karada bulunan bitümlü şeyl Linyit Kömürüyle Beraber Görülen: Kahverenginden siyaha dönüşen renkte 5

6 2- Göllerde bulunan bitümlü şeyl Torbanit: Siyahtan yeşilimsi siyaha değişen renkte Lamosit: Soluk kahverengiden koyu grimsi koyu grimsi kahverengiye değişen renkte 3- Denizlerde bulunan bitümlü şeyller Marinit: Griden koyu grimsi siyaha değişen renkte Tasmanit: Kahverengi veya koyu griden siyaha değişen renkte Kukersit: Kahverengi Bataklık ortamları ile bağlantılı göl ve lagünlerde çökelen bitümlü şeyllere örnek olarak ülkemizde Miyosen yaşlı Seyitömer (Kütahya) sahası ile birlikte Himmetoğlu (Bolu) sahası gösterilebilir. Himmetoğlu formasyonu gibi yüksek miktarda organik madde içeren çökel istifler, organik madde üretiminin yüksek olduğu alanların ürünüdür. Bu formasyonda, düşey istif boyunca kömür ve bitümlü şeyllerin kısa aralıklarla ardalanması, çökelme dönemindeki koşulların değişimlerinin bir göstergesidir. Havzada kömürün üzerinde yer alan ve kalınlığı m arasında değişen, yüksek toplam organik karbon (%20-60 TOC) içeriğine sahip bitümlü şeyller literatürde yerini almıştır.[2] Bitümlü kayaçlar Seyitömer (Kütahya) sahasında ise marn fasiyesinde olduklarından bitümlü marn olarak adlandırılmıştır. Neojen yaşlı gölsel birim içinde yer alan ve yüksek ısıl değere sahip Seyitömer bitümlü marnları, genellikle gri, yeşilimsi gri ve açık kahverengi olup kil taşları ve yer yer de killi kireçtaşları ile ardalanmalı olarak bulunurlar. Ortalama 40 m kalınlık sunan bitümlü marnlar, ana linyit damarının hemen üzerinde bulunmaktadır ve linyit işletilirken dekapaj malzemesi olarak alınmaktadır. Bitümlü şeyllerin bileşenleri inorganik ve organik olmak üzere iki gruba ayrılır. İnorganik bileşenler (mineraller) çökelme koşulları hakkında önemli bilgiler sunar ve genellikle kuvars, kil, karbonat, sülfit, sülfat, zeolit ve evaporit minerallerinden oluşmaktadır. Bu bileşenler aynı zamanda iklim, canlı türü, çözeltinin kimyasal karakteri ve alterasyon hakkında ipuçları verir. Organik bileşenler (maseraller) ise çökelme ortamı yanında bitümlü şeylin kalitesine yönelik önemli bilgiler verir [3]. 6

7 Petrografik özelliklerine göre organik kayaçları oluşturan üç tip kerojen tanımlanmıştır. I.Tipkerojenler, genellikle yüksek oranda alkanlar ve yag asitleri içerirler. Bu tip kerojenlerin H/C oranı yüksek olup algal kerojenler olarak da adlandırılırlar. Bu kerojenler, lignin ve selüloz içermeyen fitoplanktonlardan oluşurlar ve petrol-gaz oluşturma potansiyelleri yüksektir. II. Tipkerojenler, yağ ve mumsu maddeden oluşan lipit bileşenlerinden meydana gelir. Özellikle polen parçalarının dışını örten mumlu kısımlar, sporlar ve yaprakların oluşturduğu bu tip kerojenlerin H/C oranı düşük olup, gaz-petrol oluşturma potansiyeli I.Tip kerojene göre daha düşüktür. III.Tip kerojen odunsu bitkilerin yüksek oranda içerdiği oksijen bakımından zengin lignin ve selülozun bozunmasıyla oluşur. O/C oranı yüksek olup kömürlerin çoğu bu tip kerojenlerden oluşmuştur. H/C oranı ise düşüktür ve petrol oluşturma potansiyeli orta düşük düzeyde olup çok derinlerde gaz oluşturabilir.[4] 7

8 2. Bitümlü Şeyl Rezervi 2.1 Dünyadaki Bitümlü Şeyl Rezervi 27. Uluslararası Jeoloji Kongresi'nin verilerine göre 1984 yılında dünya bitümlü şeyl rezervi yaklaşık 11.5 trilyon ton civarındadır. Yine dünyadaki bitümlü şeyl rezervleri kimi kaynaklarca 411 milyar ton civarındayken bazı kaynaklarda da milyar ton arasında değiştiği belirtilmektedir. Öte yandan, dünyadaki toplam bitümlü şeyl rezervinin %62-72'si (213 milyar ton) ise tek başına ABD'ne aittir (Örneğin, ABD'nin doğusundaki Devonian-Missisiphian'de bulunan bitümlü şeyller, km'lik bir alana yayılmıştır). Brezilya ve Rusya'da yer alan rezervleri kattığımızda ise bu oran %86'ya ulaşmaktadır. Tablo 1. Ülkelerin bitümlü şeyl rezervleri petrol karşılığı değerleri[2] ÜLKE Petrollü Şeyl Sahası Rezervi (milyar ton) Şeyl Petrolü Üretimi Alt Sınırı (Galon/ton) 1 Galon=3.75litre Üretebilir Şeyl Petrolü Miktarı (milyar varil) ABD Utah, Colarado, Wyoming Avusturalya Doğu Queensland Estonya Rakvere Brezilya Kanada Nova Scotia İsrail Necef Gölü Ürdün GB Amman Ukrayna Fas Tarfaya Türkiye Ülke Geneli

9 Tablo 2.Çeşitli ülkelerin bitümlü şeyl rezerv payı ve üretim oranları (2005)[2] Ülke Üretim Payı % Rezerv Payı % Estonya Brezilya Çin Avustralya 8 1 ABD 0 78 Rusya 0 7 Ürdün 0 1 Fransa Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervi Tablo 3.Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervleri Saha Adı Görünür Rezerv Muhtemel Rezerv İşletilebilir Rezerv Toplam Rezerv Ankara-Beypazarı 327, , ,684 Balıkesir-Burhaniye - 15,600-15,600 Bolu-Himmetoğlu 65, ,968 Bolu-Mengen - 50,000-50,000 Bolu-Hatıldağ 78, , ,959 Kocaeli-Bahçecik - 42,000-42,000 Kütahya-Seyitömer 83,320 38,850 63, ,170 Niğde-Ulukışla - 130, ,000 Eskişehir- Sarıcakaya - 300, ,000 Çorum-Dodurga - 138, ,000 Amasya-Çeltek - 90,000-90,000 Toplam 555,344 1,086, ,262 1,641,381 9

10 Tablo 4.Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervlerinin Ortalama Isıl Değerleri[6] Saha Mineral Bileşenleri Üst ısıl Değeri, kcal/kg Bitüm İçeriği, % Himmetoğlu Kalsit, Aragonit, Kuvars, Pirit, Jips ve Kil Mineralleri Seyitömer Kuvars, Dolomit, Muskovit-İllit ve Sementit Hatıldağ Beypazarı Dolomit ve Kuvars MTA, Orta Anadolu Endüstriyel Hammadde Arama Projesi çerçevesinde havzada 2006 yılından beri önemli çalışmalar yürütmektedir. Proje programı çerçevesinde yürütülen uzaktan Algılama, jeolojik ve jeofizik etüt çalışmalarından elde edilen verilerin değerlendirilmesi sonucunda havzada araştırma amaçlı toplam 15 adet sondaj gerçekleştirmiştir. Bunların on tanesinde petrol emareleri ve kalın petrollü şeyl seviyeleri kesilmiştir. Ereğli-Bor havzasında gerçekleştirilen sondajlardan elde edilen veriler doğrultusunda petrollü şeyllerin petrol ürettiği gözlenmiştir. Petrollü şeyl numunelerinde yapılan petrografik incelemelerde eser miktarda pirit ve %10 oranında petrol kökenli organik madde içerdiği belirlenmiştir. Yapılan bu değerlendirmeler sonucunda 16 milyar tonluk bir rezerv varlığı tahmin edilmektedir.[6] 10

11 3. Bitümlü Şeyllerin Değerlendirme Yöntemleri Yasal Zorunluluklar 4/8/2002 tarihli ve sayılı Resmî Gazete de yayımlanan Elektrik Piyasası Lisans Yönetmeliğinin 4 üncü maddesinin birinci fıkrasının (55) numaralı bendi MADDE 3 Aynı Yönetmeliğin 7 nci maddesinin beşinci fıkrasının (a) bendi aşağıdaki şekilde değiştirilmiş ve aynı maddeye aşağıdaki fıkra eklenmiştir. a) Linyit, taşkömürü, asfaltit, bitümlüşist, dalga, biyokütle, biyokütleden elde edilen gaz (çöp gazı dâhil) ve jeotermal kaynaklar açısından; enerji kaynağına ilişkin yakıt temin anlaşması veya enerji kaynağının kullanım hakkı ya da diğer ayni haklarının tesis edilmiş olduğunun veya bu hakların tesis edileceğinin yetki sahibi gerçek veya tüzel kişilerce taahhüt edilmiş olduğunun Şartı gerekmektedir. 3.1 Zenginleştirme Zenginleştirme önemli, zira bitümlü şeylin sadece %10-15'lik kısmı enerjiye dönüştürülebilir niteliktedir. Bu yüzden bitümlü şeylin zenginleştirilmesi önem kazanmaktadır. Bu amaçla yapılan çalışmaların önemli bir kısmı laboratuvar-pilot ölçeğinde çeşitli testler veya patent çalışmaları ile sınırlı kalmış, bugüne kadar herhangi bir endüstriyel uygulama belirtilmemiştir. Ayırma ve zenginleştirme yöntemi olarak şu prosesler öne çıkmaktadır: Ağır ortam ayırma (yüzdürme-batırma) Flotasyon Aglomerasyon Bitümlü şeyl içerisindeki organik içerikli partiküllerin mineralli kısımlardan ayrılması için çeşitli fiziksel ve kimyasal ayırma yöntemleri (gravite ayırma, flotasyon ve yağ aglomerasyonu gibi) önerilmiştir. Örneğin, gravite yöntemi olarak ağır ortam ayırma (yüzdürme-batırma) uygulanabilmektedir. 11

12 3.2 Retortlama (Piroliz) Fosil yakıtlar içerisinde kömürden sonra ekonomiye kazandırılması bakımından bitümlü şistler üzerine araştırmalar, yoğun olarak devam etmektedir. Araştırmacılar, bitümlü şistlerin yapısındaki hidrokarbonları sıvı ürün halinde alabilmek için, değişik pirolizleme sistemleri geliştirerek en verimli şekilde elde edebilme yollarını araştırmaktadırlar. Farklı mühendislik dallarını kapsayan çalışmaların temelini jeolojik ve petrografik araştırmalar oluşturmuştur. Birtümlü şeylin yapısındaki hidrokarbonların önemli kısmının ancak piroliz yoluyla yapıdan ayrılması sağlanmıştır.[7] Piroliz işlemi, bitümlü şeyllerin inert ortamda ısıl parçalanmaya uğratılarak sıvı ve gaz ürünlere dönüştürülme işlemi olarak tanımlanabilir. Değişik literatürlerde bu işleme retortlama, işlemin gerçekleştirildiği reaktöre de retort denmektedir. Retortlama işlemi yeraltı ve yerüstünde olmak üzere iki şekilde uygulanabilmektedir Yer Üstünde Retortlama Bitümlü şeyllerin retortlanması tıpkı kömür gazlaştırma ünitelerinde olduğu gibi direkt veya indirekt ısıtma yöntemleri ile gerçekleştirilebilmektedir. Direkt ısıtma yönteminde gerekli ısı herhangi bir yakıtın yakılması sonucu elde edilmektedir. İndirekt ısıtma yönteminde ise yakıtın yakılması ile elde edilen ısı, öncelikle ayrı bir kamarada bulunan ve daha sonra içinde bitümlü şeylin bulunduğu retorta nakledilecek olan ısıtma malzemesinin (örneğin seramik toplar gibi) belirli bir sıcaklığa yükseltilmesinde kullanılmaktadır[5]. Son zamanlarda akışkan yataklı retortlama işlemi ile ilgili yaygın araştırmalar da yapılmaktadır. Bu bölümde sadece yeraltı ve yer üstünde direkt ve indirekt ısıtma sistemleri ile gazdan katıya, katıdan katıya ısı aktarımlı retortlama işlemlerinin ayrıntıları Şekil 1'de verilmiştir. Direkt gazkatı ısıtma işleminde (Şekil 1) retort içine bitümlü şeyl ve yakıt beraberce beslenir ve sonuçta ürün olarak şeyl petrolü ile düşük kalorili gaz elde edilir. 12

13 Şekil 1.Direkt Isıtmalı Retort İşlem sonunda retortta katı bakiye kalmaktadır. Gaz-katı indirekt ısı aktarımı durumunda fırından çıkan sıcak gazlar retorta beslenmektedir(şekil 2). Şekil 2.Indirekt ısıtmalı Retort (Gaz-katı ısı transferli) Bu gazlar daha sonra orta kalorili gazlardan ayrıldıktan sonra tekrar yakma fırınına geri döndürülmekte ve ısıtılarak yeniden retorta verilmektedir. Katı-katı indirekt ısı aktarımı işleminde ise, fırında yakılan yakıt ile önce ısı transfer malzemesi olarak kullanılacak katı maddeler istenen yüksek sıcaklığa kadar ısıtılmaktadır (Şekil 3). 13

14 Şekil 3.İndirekt Isıtmalı Retort (Katı-katı ısı transferli) Bu katı maddeler daha sonra retorta beslenmekte ve bu sayede gerekli piroliz sıcaklığına ulaşılmaktadır. Her iki tür indirekt ısıtma işleminde orta kalorili gaz ürün elde edilmektedir. retortlama işlemleri ele alınmıştır Yeraltında (In-situ) Retortlama Yer altında retortlama işlemi özellikle yer üstü retortlama işlemi sonrası oluşan ve çevre sorunu yaratan katı bakiye problemini ortadan kaldırmaktadır. İn-situ retortlama olarak bilinen bu işlemin temel adımları; öncelikle bitümlü şeyllerin yer altında parçalanması, gerekli ısıyı sağlamak için ateşleme, daha önce açılmış olan kanallardan hava gönderilmesi ve oluşan gaz ve sıvı ürünlerin yeryüzüne pompalanmasıdır. Bu yöntemin başlıca dezavantajı işletme maliyetinin yüksek olmasıdır. Çünkü yer altında bulunan bitümlü şeyl yatağı gözenekli yapıda olmayıp geçirgenliği de oldukça düşüktür. Bu nedenle önce geçirgen olmayan bitümlü şeyl yatağını parçalayarak gözenekli hale getirilmesi gerekmektedir. İşletme maliyetinin önemli kısmını bu işlem oluşturmaktadır. Diğer bir dezavantaj ise gaz akımının kontrolünün güçlüğü ve bunun sonucu olarak bütün ürün veriminin azalmasıdır. Bu olumsuzlukları ortadan kaldırmak amacıyla Oxo Sistemi geliştirilmiştir. Bu sistemde her bir yeraltı retortu 60mx60mx95m boyutlarındadır. Bu boyutlardaki şeyl bloğunun yaklaşık% 25 lik kısmı patlatma işlemleri sonucu gözenekli hale getirilir. Retort istenilen oranda gözenekli yapıya geldikten sonra oluşacak ürünleri dışarıya almak ve kızgın hava/su buharı karışımını içeriye pompalamak amacıyla gerekli boru bağlantıları yapılır. 14

15 Şekil 4.OxoRetortunun Basit Gösterimi [3] Ateşleme işleminden sonra yatağın üst kısmı yanmaya başlar. Bu esnada oluşan ısınınetkisi ile yatağın üst kısımlarında piroliz işlemi başlar ve zaman içinde yatağın alt kısımlarına kayar. 15

16 Oluşan ürünler daha önceden bağlantıları yapılmış bulunan borular yardımıyla yer üstüne taşınır.[5] 3.3 Yakma Bitümlü şeyllerin yakılması tek başına olabileceği gibi kömürle birlikte de gerçekleştirilebilmektedir. Aşağıda her iki yönteme ilişkin öne çıkan teknolojiler verilmektedir Tek başına yakma Bitümlü şeyllerin konvansiyonel sistemlerde yakılması pulverize sistemde yüksek sıcaklık sebebiyle oluşan korozyon, kirletici emisyonlar ile cüruf problemleri gibi bir takım problemler oluşturmaktadır. Bir diğer yakma yöntemi olan kabarcıklı (bubbling) akışkan yataklı sistemde ise kazan kapasitesinin sınırlı olması, ayrıca uçucu küldeki yüksek karbon içeriği -dolayısıyla düşük yanma verimi- nedeniyle, Sirkülasyonlu Akışkan Yatak (SAY) yakma sistemleri öne çıkmaktadır. Bitümlü şeyllerin bu sistemde yakılmasının avantajları genel olarak aşağıdaki şekilde sıralanabilir: Yüksek yanma verimi (düşük sıcaklıkta o C- yakmadan dolayı) Düşük NOx ve SO 2 emisyonları, Düşük kaliteli kömürlerin yakılmasına imkan tanıması, Uygun yatırım ve işletme maliyetleri (ilave desülfürizasyon ve denox tesisi gerekmemektedir) Kömürle birlikte yakma Yüksek kükürtlü kömürlerin yakılması özellikle kükürt giderme işlemlerini de zorunlu kılmaktadır. Bu amaçla genellikle yakma sistemine kireç enjeksiyonu gerçekleştirilmektedir. Ancak, bu yöntem boylerde ısı kaybına neden olmakta ve ayrıca işletme maliyetlerini arttırmaktadır. Bitümlü şeyl ise yüksek CaCO 3 içeriği ile iyi bir kükürt giderici olarak 16

17 değerlendirilebilmektedir. Bitümlü şeylin yanabilir nitelikteki en önemli bileşeni özellikle düşük sıcaklıklarda kolayca tutuşmayı sağlayan ve yanma işleminin ilk aşamasında kuvvetli yanan uçucu bileşenleridir. Bu yüzden özellikle düşük sıcaklık yakma proseslerinde çok daha etkili olmaktadır [2]. Yanma deneylerinde, kömür(linyit) ve bitümlü şistlerin birlikte yakılması sonucu toplam kükürdün külde kalan gerçek % S tutulmasının, tane iriliğine ve karışım yüzdesine göre değişimi gözlenmiştir. Değerlerin hesaplanmasında, her bir yanma deneyi için linyit ve bitümlü şist ile bunların küllerinin ayrı ayrı yapılan kükürt ve kül analizleri kullanılmıştır. Sadece linyit kullanıldığında külde tutulan % S kükürt miktarı % arasında olmasına karşılık, sadece bitümlü şeyl kullanıldığında bu miktar % arasındadır. Bitümlü şist yüzdesi sıfırdan 50 ye kadar arttırıldığında, % S tutulma verimi de düzenli bir şekilde artmaktadır. Bitümlü şist miktarı % 100 olduğunda ise maksimum kükürt tutma verimine ulaşılmıştır. 75 g bitümlü şist, 25 g linyit ile karşılaştırıldığında, kükürt tutulma yüzdesinin azalması tamamen yanma sisteminin özelliğine bağlanabilir. Homojen olarak karıştırılmış bitümlü şist ve linyitin yanma işleminin sabit yatakta yapıldığı ve daha az miktarda olmasından dolayı linyitin yatak içerisinde dağınık olarak bulunduğu dikkate alınırsa, bu linyitten yanma sonucunda çıkan SO 2 gazının ancak eksenel yönde karşılaşıp, bitümlü şeyl külü tarafından tutulması beklenir.[8] 3.4 Ekstraksiyon Piroliz işlemlerine alternatif olabilecek başka bir yöntem de ekstraksiyondur. Bitümlü şeyllerde organik yapının değişik çözücü ortamında bozundurulması esasına dayanan bu yöntemde, çalışma şartlarına bağlı olarak değişik özellikte ve verimde şeyl petrolü üretilebilmektedir. Farklı çözücülerle yapılan ekstraksiyonda verim çok düşük olmaktadır. Yapıdaki organik kısmın çözünebilirliğini arttırmak için şeyldeki inorganik kısmın uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu işlem inorganik asitler ile mümkün olabilmektedir. Ancak bu durumda organik yapı zarar gördüğünden verim düşmektedir. Bu nedenle asit ile işleme sokmak yerine ekstraksiyon işlemini retort içinde yüksek sıcaklık ve basınçlarda gerçekleştirme çalışmaları yapılmış ve oldukça yüksek verimlere ulaşılmıştır. Bu konuda yapılan çalışmalar henüz araştırma ve pilot çalışma düzeyinde olup endüstriyel büyüklükte üretimlerde henüz denenmemiştir. 17

18 4. Bitümlü Şeyllerin Diğer Değerlendirme Yöntemleri 1. Isıl işlem (retortlama veya piroliz) sonucu sentetik petrol veya gaz üretilebilir; 2. Termik santrallerde katı yakıt olarak kullanılabilir; 3. Bitümlü şeyl külleri çimento sanayiinde, gübre sanayiinde ve refrakter malzeme yapımında kullanılabilir; 4. İçerdikleri altın, uranyum, vanadyum, nikel vs. gibi nadir elementler yan ürün olarak elde edilebilir. 4.1 Kaya Gazı Olarak Değerlendirilmesi 1. Teknik olarak hidrolik kırılma olarak bilinen "Fracking" işlemi gaz taşıyan kaya katmanlarının içinde kırılmalar üretip yeryüzüne çıkarmak için su basıncını kullanıyor. 2. Bu noktada su öncelikle toprakla ve süreci hızlandırmak için kullanılan katkı maddeleriyle karıştırılıyor. Bunlar, akiferle (yeraltı suyunu tutan ve ileten kayaç ortamı) temas etmemesi için bir yere betonla sabitlenmiş çelik boruların içinden kilometrelerce aşağıya doğru gaz içeren katmanın içine enjekte ediliyor. 3. Amerika'da tartışmalar bu kırılma sürecinde kullanılan katkı maddelerinin kapsıyor. İngiltere'de Caudrilla isimli şirket herhangi bir sağlık problemine yol açmayan katkı maddelerinin ne olduğunu ortaya çıkardı. Weeton bölgesinde su-kum karışımının yüzde 99,75'i oldukça seyreltilmiş hidrolik asit, biyosid ve poliakrilamid (birçok kozmetikte kullanılan kimyasal) ile birlikte kullanıldı. 4. Yaklaşık 90 gün sonra, kırılma süreci duruyor ve gaz küçük yüzey toplayıcılarının ve dağıtım ünitelerinin içine akmaya başlıyor. Böylece bu süreç bu şekilde onlarca yıl devam ediyor.[9] 18

19 5. Gerçekleştirilmesi Planlanan Deney Bitime projesi kapsamında deney yapılmamış genel olarak gerçekleştirilecek işlemler incelenmiştir. Bu işlemler Fischer-Assay metodu gerçekleştirilecektir. Fischer analizi dünyada retortlama konusunda kullanılan ve Türk Standardı da (TSE 729) olan bir retortlama deneyidir. Bitümlü şeylin retortlanması çalışmalarında karşılaştırma olması açısından yapılmasına gerek duyulan bir analizdir. Bu cihaz sıcaklığı kontrollü bir şekilde arttıran kontrol ünitesi, regülatör, fırın, retort, toplamam kabı ve soğutucudan ibarettir. 50 g lık numuneler retort kısmına konulur. Retort fırının içine yerleştirildikten sonra ürün toplama kabı ve soğutucu bağlantıları yapılır. Standartta belirtildiği şekilde sıcaklık programı kontrol ünitesine girilir. Daha sonra bu sıcaklık programına göre cihaz çalıştırılarak fırın ısıtılır. Kendi kendine retortlanan bitümlü şeyllerden elde edilen sıvı ürün çıkışta dereceli kapta toplanır ve içerisindeki su ayrıldıktan sonra tartılarak yüzde değerleri hesaplanır.[1] Şekil 5. Fischer-Assay Deney Düzeneği 19

20 Gerçekleştirilecek olan deney Fischer-Assay yöntemine bağlı kalınarak şu yöntemler sırası ile gerçekleştirilmelidir. 1- Cihazdaki soğutucu ve fırınların ısınmasını sağlayan kısım çalıştırılır. Bilgisayar açılır. Göstergelerin çalışır vaziyette olduğu göz ile kontrol edilir. 2- Kullanıma uygun hale getirilen bitümlü şeyl numunesinden yaklaşık 50 g tartılır. İmbik içerisine bu numune konulur. Cihazda tüm fırınların bir arada çalıştırılması maksimum ısının elde edilebilmesi için şimdilik bilinmeyen bir sorun yaratmaktadır. Bu nedenle en fazla iki adet fırının bir arada kullanılması operatör tarafından önerilmektedir. 3- İmbiğin kapağına su ile çamur haline getirilen grafit pastasından hafifçe sürülür, kapak kapatılır ve döndürülerek yuvasına tam olarak yerleştirilir. Bu sayede sızdırmazlığı sağlanır. 4- Cam hazne tıpayla birlikte tartılır ve imbiğin çıkış borusuna bağlanır. 5- İmbik fırına, cam hazne su banyosuna gelecek şekilde yerleştirilir. Bu sırada soğutma suyunun cam hazneye temasının maksimum ısı transferini sağlayacak şekilde yerleştirilmesine özen gösterilir. 6- Fırınların ön tarafındaki soğutma kısmı için deney sonuna kadar sürekli devam eden su akışı sağlanır. Taşma olmamasına özen gösterilir. 7- Bilgisayardan kayıt amaçlı Opik04 programı açılır. 8- Programın kullanılabilir hale getirilmesi için sağ üst köşedeki yeşil renkli olan kutucuk tıklanarak manuel hale getirilir. Daha sonra kaydet tuşuna basılarak grafiğe yapılan çalışmaya uygun bir isim verilir. Program verileri kaydettikçe grafik çizilmeye başlar. 9- Fırınların ısıtma programları TS729 standardına göre ayarlanmıştır. Bu standart EK-1 de verilmiştir. İmbik hangi fırındaysa o numaralı fırının göstergesinden çalıştırılır ve deney başlatılmış olur. 10- Fırında 80 dakikalık bir ısıtma söz konusudur. Bu ısıtma süresinde maksimum 550 o C sıcaklığa çıkılması beklenmektedir. 11- Deney sonunda fırınlar otomatik olarak durur ve kendini soğutmaya başlar. 12- Grafik çiziminin sonlanması için tekrar kaydet tuşuna basılır. 13- Deney sonunda imbik ve cam hazne fırından çıkarılır. 14- Cam hazne ve tıpa, içerisinde elde edilen sıvı ile birlikte tartılır. 15- İmbik içerisinde yanma sonrasında kalan kül numune tartılır ve hesaplamalar yapılır. 20

21 6. Kaynakça [1] Doğan, Ö.M.,.Beypazarı, Seyitömer ve Himmetoğlu Bitümlü Şistlerinin Retortlanması.Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. (1996) [2] Toraman, Ö.Y. ve Uçar, M. Alternatif Fosil Enerji Kaynağı: Bitümlü Şeyl. Tübav, Cilt 2, 1, (2009) [3] G. Ünalan, Türkiye Enerji Kaynaklarının Genel Değerlendirmesi, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 27 (1), (2003). [4] Ballice, L., Yüksel, M., Sağlam, M. ve Hanoğlu, C., Mevcut Enerji ve Kimyasal Hammadde Kaynakları Arasında Bitümlü Şistlerin Yeri ve Önemi. Ekoloji ve Çevre Dergisi, 14, (1995) [5] İ. Şengüler, Asfaltit ve Bitümlü Şeylin Türkiye'deki Potansiyeli ve Enerji Değeri, TMMOB Türkiye VI. Enerji Sempozyumu-Küresel Enerji Politikaları, Ankara, (2007). [6] Murat, A. Ülkemizde Yeni Belirlenen Petrollü Şeyl Potansiyel Rezervi ve Yerinde Şeyl Petrolü Üretiminin Araştırılması. MTA Doğal Kaynaklar ve Ekonomi Bülteni, 9, 1-7. (2010) [7] Doğan, Ö.M. ve B.Z. Uysal, Bitümlü Şistleri Piroliz İşlemi ile Değerlendirme Çalışmaları, Kimya Müh. Odası Dergisi, No:151, 22-26, [8] Duransoy, B., Doğan, Ö.M. ve B.Z. Uysal, Bitümlü Şist ve Linyitlerin Birlikte Yakılmasının SO 2 Emisyonuna Etkisi, Yanma ve Hava Kirliliği Kontrolü II. Ulusal Sempozyumu, 1993 [9] [10] 21

22 EKLER 22

23 EK.1. TS 729 Standardı 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32