Kütahya-Gediz yöresi kömürlerindeki kükürdün uzaklaştırılması

Dünya enerji üretiminde fosil yakıtların, özellikle kömürün rolü geçmişte olduğu gibi gelecekte de büyük önem kazanacaktır. Fosil yakıtlarının çevreye olan olumsuz etkileri kullanım alanlarının kısıtlanmasına, çıkarıldığı bölgenin önemli oranda ekonomik olumsuzluklar yaşamasına neden olmaktadır. Ülkemizde ısıl değer yönünden olukça az sayıda bulunan kaliteli kömür yataklarından biri olan Kütahya-Gediz yöresi kömürleri içerdiği kükürdün yüksek olması nedeni ile kısıtlamalara maruz kalmaktadır. Bu durum dikkate alınarak çeşitli kükürt uzaklaştırma yöntemleri uygulanarak Gediz yöresi kömürlerinin kullanılabilirliliğinin arttırılması amaçlanmıştır.Tez konusu kapsamında ilk olarak Kütahya-Gediz yöresi kömürlerinin özelliklerinin belirlenmesi amacıyla kapsamlı bir karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Yapılan bu karakterizasyon çalışmaları sonucunda Gediz yöresi kömürlerinin %7.06 toplam kükürt içerdiği, içerdiği bu kükürdün de %3.55 oranında piritik, %2.89 oranında organik kökenli olduğu tespit edilmiştir. Yüksek oranda kül içermesine rağmen (%25.99), 5607 kcal/kg ısıl değer ile önemli bir ısıl değere sahiptir. Yapılan mikroskopik ve makroskopik incelemeler sonucunda yöre kömürlerinin içerdiği piritik kükürdün, oldukça ince boyut dağılımına sahip olduğu ve kömürün organik yapısı içerisine dağılmış olduğu belirlenmiştir.Özellikleri belirlenen yöre kömürlerinin bünyesinde bulunan piritik ve organik kükürdün uzaklaştırılması amacıyla çeşitli fiziksel (manyetik ayırma, Knelson konsantratör, flotasyon yöntemleri) ve kimyasal yöntemler (asidik ve bazik kimyasal ortam, ısıl işlem, otoklav yöntemi, elektron transfer yöntemi vs.) uygulanmış, ayrıca bu yöntemlerin kombinasyonları şeklinde deneyler yapılmıştır.Gediz yöresi kömürlerinin içerdiği kükürdün önemli bir kısmı organik kökenli olması ve geriye kalan pirit kökenli kükürdün de çok küçük tane boyutuna sahip olması, fiziksel yöntemler ile kükürdün uzaklaştırılmasının mümkün olmamasına neden olmaktadır. Yöre kömürlerinin belirtilen özellikleri taşıması, kimyasal yöntemlerle kükürdünün uzaklaştırılması gerekliliğini ortaya koymaktadır.Kimyasal kükürt uzaklaştırma yöntemleri arasında uygulanan bazik kimyasal ortam deneylerinde NaOH, KOH, Etanol-NaOH, Etanol-KOH, Metanol-NaOH ve Metanol-KOH kullanılmış ve bu deneyler sonucunda %9-12 arasında kükürt uzaklaştırma oranları elde edilmiştir. Düşük sıcaklık ve basınç şartlarında gerçekleştirilen bu bazik ortam kimyasal kükürt uzaklaştırma deneylerinden istenilen sonuçlar elde edilememiştir. Yüksek sıcaklık ve basınç şartları altında yöre kömürlerinden kükürdün uzaklaştırılabilmesi amacıyla otoklav deneyleri uygulanmış, %40 oranında kükürt bünyeden başarılı bir şekilde uzaklaştırılmıştır. Yapılan bu çalışma ile yöre kömürlerinden kükürt uzaklaştırmada yüksek sıcaklık ve basıncın etkili olduğu tespit edilmiştir. Bazik kimyasal ortamda, arzu edilen kükürt uzaklaştırma sonuçlarının elde edilememesi, asidik kimyasal ortamın uygulanmasının gerekliliğini ortaya koymuştur. Bu amaçla farklı asidik kimyasallar (Hidroklorik asit (HCl), Nitrik asit (HNO3), Hidrojen peroksit (H2O2), Sülfürik asit (H2SO4), Hidrojen florür (HF), Demir sülfat (Fe2(SO4)3), Peroksiasetik asit (PAA), Asetik asit (CH3COOH), formik asit (HCOOH), performik asit (H2O2-HCOOH), borik asit (H3BO3)) kullanılmış, bu kimyasallardan bazılarının Gediz yöresi kömürlerinden kükürt uzaklaştırmada oldukça etkili oldukları, bazılarının etkilerinin ise çok düşük seviyelerde kaldığı belirlenmiştir. Asidik kimyasal ortamın, yöre kömürlerinden kükürt uzaklaştırmada daha etkili oldukları tespit edilmiş, HCl+HNO3 kullanılarak %66.95, H2O2 ile %40.38, H2SO4 ile %8.81, HF ile %7.52, Fe2(SO4)3 ile %20.39, PAA ile %55.64, CH3COOH ile %9.60, H2O2-HCOOH ile %11.73 oranında kükürt bünyeden başarılı bir şekilde uzaklaştırılmıştır.Bir diğer kimyasal kükürt uzaklaştırma yöntemi olarak ısıl işlem uygulanmış, bu amaçla hem klasik ısıtma hem de mikrodalga enerjiden yararlanılmıştır. Mikrodalga enerji kullanılarak yapılan kükürt uzaklaştırma çalışmalarında istenilen sonuçlar elde edilememiş, klasik ısıtma ile %40 oranında kükürt, Gediz yöresi kömürlerinden uzaklaştırılmıştır. Mikrodalga enerjiyi tek başına kükürt uzaklaştırma işlemlerinde kullanılması yerine yardımcı bir yöntem olarak kullanılmasının daha etkili olacağı saptanmıştır. Kimyasal kükürt uzaklaştırma yöntemlerinin sonuncusu olarak, Elektron Transfer Yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntemde çeşitli metal tuzlarının (CuCl2, CuSO4, CoCl2, NiCl2, HgCl2) yöre kömürlerinden kükürt uzaklaştırmadaki etkinlikleri incelenmiş, bu amaçla hem klasik ısıtma hem de mikrodalga enerjiden yararlanılmıştır. Metal tuzlarının klasik ısıtma şartları altında %9-20 oranında kükürt bünyeden uzaklaştırılabilirken, mikrodalga enerji şartları altında %12-22 oranında kükürdün bünyeden uzaklaştırılmıştır. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda, elektron transfer yöntemiyle mikrodalga enerjinin kullanımına rastlanmamış olup, yenilik olarak bu doktora çalışmasında uygulanmıştır.Gediz yöresi kömürlerinde bulunan kükürdün uzaklaştırılmasında son olarak farklı yöntemlerin bir arada kullanıldığı çalışmalar da yapılmıştır. Fiziksel ve kimyasal yöntemlerin beraber uygulandığı çalışmalarda, flotasyon yöntemini takip eden ısıl işlem veya kimyasal yöntemler uygulanmış, sonuçta önemli oranda kükürt bünyeden uzaklaştırılmıştır. Ayrıca kimyasal yöntem önceki uygulanan ısıl işlem (mikrodalga) yöre kömürlerinin içerdiği kükürdün, kimyasal yöntem uygulaması sırasında daha kolay çözünebilir formlara dönüştürmüştür. Sonuç olarak da flotasyon, ısıl işlem ve kimyasal yöntemlerin beraber kullanıldığı üç kademeli sistemler uygulanmış ve önemli oranda kükürdün bünyeden uzaklaştırılabilmesi sağlanmıştır.Kükürt uzaklaştırma çalışmalarında Gediz yöresi kömürlerinin kullanıldığı kapsamlı bir çalışma gerçekleştirilmiş, önemli sonuçlar elde edilmiştir.Sonuç olarak, Gediz yöresi kömürlerinin içerdikleri kükürt türlerinin fiziksel yöntemler ile uzaklaştırılmasının çok zor olduğu, kimyasal yöntemlerin uygulanmasının gerekli olduğu tespit edilmiştir. Uygulanan farklı yöntemler sonucu elde edilen ürünlerin, Çevre ve Orman Bakanlığının yayınladığı genelgede belirtilen, hava kirliliğinin yoğunluğuna göre derecelendirilen, ikinci ve üçüncü derece illerde kullanılabilir nitelikte olduğu belirlenmiştir. %7.06 kükürt ve %25.99 kül içeren Gediz yöresi kömürlerine uygulanan; mikrodalga ile ısıl işlem (800 W, 2 dak), ardından KOH kullanılarak bazik ortamda kimyasal işlem son olarak da HCl-HNO3 kullanılarak asidik ortamda kimyasal işlem uygulanarak, %79.05 kükürt uzaklaştırma oranıyla %1.47 kükürt ve %47.40 kül uzaklaştırma oranıyla %13.67 kül içeren temiz kömür elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler : Fiziksel yöntemler, Kimyasal yöntemler, Kükürt uzaklaştırma