Yarı pilot ölçek yer altı kömür gazlaştırma deney düzeneğinde Malkara Pirinççeşme kömür sahasına ait blok kömür örneklerinin gazlaştırılması

Son yıllarda artan enerji ihtiyacı, petrol ve doğalgaz kaynaklarının sınırlı olması, ayrıca petrol piyasasındaki belirsizlikler gerek ülkemizde gerekse dünyada kömürün enerji üretimindeki önemini arttırmaktadır. Özellikle ülkemiz açısından ele alınacak olursa birincil enerji tüketimimizdeki artışı karşılamak adına kömürün enerji üretimindeki payının arttırılması gerekmektedir. Kömür kaynaklarının sadece %15'i geleneksel madencilik yöntemi ile çıkartılabilmektedir. Bununla birlikte geleneksel madenciliğin tehlikeli, zahmetli ve maliyetli olması kömürün yerinde gazlaştırılmasını gerekli kılmaktadır. Kömürün yerinde gazlaştırılması yeraltı kömür gazlaştırma işlemi olarak adlandırılmaktadır. Yeraltı kömür gazlaştırma prosesi düşük ısıl değerlikli ve klasik madencilik ile değerlendirilemeyen kömürlerden yararlanmayı sağlamaktadır. Bu yöntemde jeolojik koşullar nedeniyle çıkarılamayan kömürler, kömür yatağında enjeksiyon ve üretim kuyusu olmak üzere iki sondaj kuyusu açılarak, enjeksiyon kuyusundan kömürün gazlaşmasını sağlayan gazlar (hava, oksijence zenginleştirilmiş hava, oksijen, su buharı) gönderilerek yerin altında yapay gaz (syngaz) oluşmakta ve bu gaz üretim kuyusuyla yüzeye ulaşmaktadır. Elde edilen yapay gazın ana bileşenlerini karbonmonoksit (CO), karbon dioksit (CO2), hidrojen (H2), metan (CH4) ve su buharı (H2O) oluşturmaktadır. YKG prosesinde kömür yatağı reaktör görevi görürken, kömür yatağı etrafında bulunan yeraltı suları prosesteki su ihtiyacını karşılamaktadır. YKG prosesinin klasik madenciliğin yanında yüzey gazlaştırma işlemine göre de pek çok üstünlüğü bulunmaktadır. Özellikle yüzey gazlaştırıcısı kullanılmaması, kömür taşınım ve depolama giderlerinin bulunmaması, sermaye maliyetini çok ciddi ölçüde düşürmektedir. Oluşan kül ve katranın yerin altında kalması ise çevre kirliliği açısından fayda sağlamaktır. Ayrıca günümüzün en büyük sorunu olan sera gazı salınımını azalttığı için temiz kömür teknolojilerinin bir parçası olarak kabul edilmektedir. Bunun yanı sıra karbondioksitin depolanmasında da YKG prosesindeki kuyuların ve kömürün gazlaşması sonucu oluşan oyukların kullanılması, karbondioksit tutma ve depolama (CCS) tekniğinde YKG prosesini yeni ve ucuz bir yöntem olarak karşımıza sunmaktadır. Ticari açıdan ilk olarak 1930'lu yıllarda Eski Sovyetler birliğinde ele alınan YKG prosesi ileriki yıllarda başta Amerika, Avusturalya, Kanada, Güney Afrika, İngiltere ve Çin olmak üzere pek çok ülkede bu konuyla ilgili saha testleri gerçekleştirilmiştir. Ülkemiz açısından da düşük ısıl değerli kömür rezervlerimizin değerlendirilmesi için YKG prosesinin ticari ölçekli işletmelerde uygulanmasının enerji açığımızın kapanmasına katkı sağlayacağı öngörülmektedir. Fakat ticari ölçekli denemelere geçilmeden önce başarılı laboratuvar ve saha denemeleri yapılmalıdır. Bu denemelerle elde edilen bilgiler sonucu YKG prosesi için optimum koşulların sağlanması mümkün olacaktır. Bu nedenle bu tez çalışmasında ülkemizde YKG prosesine uygun kömür yatakları belirlenmiş ve bu yataklardan Malkara Pirinççeşme Köyü 3 nolu damarına ait kömür blokları temin edilerek bu kömürlerden TÜBİTAK 1003 Projesi kapsamında İTÜ Makine Fakültesi Yanma laboratuvarına kurulan bir deney sisteminde yapay gaz elde edilmesi amaçlanmıştır. Laboratuvar simülasyonun başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için öncelikle prosesin ilerleyişinin tam olarak anlaşılması gerekmektedir. Bu nedenle tezin 2. Bölümünde YKG prosesi ayrıntılı olarak incelenmiş, yeraltı kömür gazlaştırma prosesininin uygulandığı saha testlerinden ve önemli ticari ölçekli uygulamalardan bahsedilmiş ve proses ekonomisiyle ilgili çalışmalar ele alınmıştır. Tezin üçüncü bölümünde Türk linyit yataklarının yeraltı kömür gazlaştırma prosesine uygulanabilirliği araştırılmış ve bu tekniğin uygun olabileceği düşünülen kömür sahaları belirlenmiştir. Bu sahaların belirlenmesinde kömürün fiziksel ve jeolojik özellikleri ile yeraltı gazlaştırma prosesinin yapılacağı bölgenin özellikleri ve sahanın rezerv durumu dikkate alınmıştır. Yeraltı kömür gazlaştırma prosesine uygun bulunan sahalardan Trakya Malkara bölgesinde yer alan ve projemize destek veren Uysal Madencilik şirketine ait Malkara Pirinççeşme sahası seçilmiştir. Bu bölümde ayrıca Uysal Madencilik Şirketi açık ocak işletmesinin çalıştığı 3 nolu damarın özellikleri yer almaktadır. Tezin dördüncü bölümünde Uysal Madencilik şirketinden temin edilen kömürlerin özellikleri yeraltı kömür gazlaştırma prosesi açısından büyük önem taşıdığı için, kömürün kısa, elementel ve ısıl değer analizleri, kül ergime analizleri ve kükürt türleri tayini TÜBİTAK-MAM Yakıt Teknolojileri Bölümü'nde yapılmıştır. Kömür analizlerinin ardından yeraltı gazlaştırma deneylerinin yapılacağı deney düzeneği ve deneyin yapılışından bahsedilmiştir. Deneylere başlamadan önce hazırlık aşaması bulunmaktadır. Deneyler esnasında farklı çalışma koşulları uygulamak adına hava ve oksijen farklı debilerde ve farklı sürelerde verilmiş ve bu uygulamanın deneye etkisi incelenmiştir. Yapılan deneylerde sıcaklıklar 1000 oC'nin üzerine çıkmış, yanabilir gaz elde edilmiştir. Edilen bu gazın içeriğinin yaklaşık %37'sini CO, %26'sını H2 ve %3,5'ini CH4 oluştururken, gazın ısıl değeri ise ortalama 9 MJ/m3'tür. Bu değerler literatürden elde edilen bilgilerle kıyaslandığında, benzer çalışma koşullarında gerçekleştirilen laboratuar ve saha testlerinin sonuçlarından daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.