BİYOKÜTLEDEN ENERJİ ÜRETİMİ

1. BİYOKÜTLEDEN ENERJİ ÜRETİMİ GAZLAŞTIRMA TEKNOLOJİLERİ Peter McKendry (ERNAM ÖZTÜRK)

2. ÖZET • Yenilebilir kaynağı olarak biyo-kütlenin potansiyel kullanılabilirliği büyük oran da artarak gaz motoru içinde kullanım için uyun yakıt içerisinde gazlaştırma yoluyla biyo-kütle dönüşümü olur. • Ya akışkan yatak teknolojisini kullanarak daha çok gelişmiş sistem ya da sabit yatak gazlaştırıcıyı temel alınarak örnek düşük sistem olarak gazlaştırma güçlü kanıtlanmış bir teknolojidir. • Biyo-kütle hammaddesinin özellikleri ve onun anahtar dizayn parametreleri hazırlandığı zaman gazlaştırıcı sistem seçilir. • Hem gelişmiş dünyada hem de gelişen dünyada eşit olarak uygulanabilen biyo-kütlenin gazlaştırmasının yoluyla üretilmiş gaz üzerinde elektrik üretimin kullanılmasın da gaz motoru çalıştırılır.

3. 1-TAKDİM • Hava oksijen veya buhar gibi herhangi bir orta gazlaştırma içinde ısıtarak herhangi gazlı yakıt için gazlaştırma biyo-kütle dönüşümüdür. • Burada yanmanın aksine oksidasyon bir proses içinde tamamlanır, iki aşama içinde yanıcı gaz içerisinde biyo-kütle içinde gazlaştırma dönüşümü karbonun iç kimyasal enerjisidir. • Orijinal biyo-kütleden kullanım için çok yönlü ve kolay olan kalite içinde üretilmiş gaz standartlaştırılır. Yani sıvı yakıt üretimi için kimyasal hammadde olarak kullanılır veya gaz türbinleri ve enerji gaz motorları için o kullanılır. • Anaeorobik koşullar altında uygun sıcaklıkta mikroorganizmaları içererek hem biyo-kimyasal hem de termokimyasal prosessler tam anlamıyla gazlaştırmayı içerir, yani anaerobik özümseme oluyorken, 800 C den yüksek sıcaklıklarda daha sonradan hava, oksijen veya buhar kullanılır.

4. 2-TEMEL KİMYA • Gzlaştırma içindeki elde edilen reaksiyonlar: • Kısmi oksidasyon C+1/2O2 CO (dH=-268 Mj/kg mole) • Tamamlanan oksidasyon C+O2 CO2 (dH=-406 Mj/kg mole) • Gaz -su reaksiyonu C+H2O CO+H2 (dH=-118 Mj/kg mole) • Karbonun tamamlanmış oksidasyonun’dan karbon diokside en büyük enerji serbest kalması meydana gelir bu üç proses de reaksiyon ısısı bunu gösterir yani yanma oluyorken oksidasyonun tamamlanma süresince karbonmonoksidin hesaplanması için karbon kısmi oksidasyonun da enerjinin yaklaşık %65 serbest kalır

5. Gazlaştırma süresince; yanmanın aksine ürünler sadece sıcak gaz ürünü, karbon monoksit, hidrojen ve buhar daha ileri bir reaksiyon meydan gelir • Su-gaz reaksiyonu CO+H2O CO2+H2 (dH=-42 Mj/kg mole) • Metan formasyonu CO+H2O CO2+H2 (dH=-88 Mj/kg mole) • Prosess çalışma koşulları ve çalışma metotları, gaz haline getiren temsil/etmen değişerek gazlaştırmadan üç ürün gaz kalitesi üretilir. • Temel olarak gaz haline getiren etmen genellikle havadır. Fakat oksijen/buhar gazlaştırma ve hidrojenerasyon aynı zaman da kullanılır. • Katalitik buhar gazlaştırma çalışmanın diğer modu ‘dur ki hem kapsamlı perfromans hem de verim etkileri vardır.

6. Farklı kalorofik değeri olan ürün gazın üç çeşidi. • Düşük CV 4-6 Mj/Nm3 (hava ve buhar-hava) • Orta CV 12-18 Mj/Nm3 (Oksijen ve buhar) • Yüksek CV 40 Mj/Nm3 (hidrojen ve hidrojenasyon )

7. 3-HAMMADDE ÖN-ARITMA • Biyo-kütlenin hammadde’nin ön arıtma’nın derecesi kullanılmış gazlaştırma teknolojisine bağlıdır. • Hammedde ön arıtma sahaları: • Kurulama • Partikül ölçüsü • Damıtma • Süzme

8. Kurulama;Gazlaştırmadan önce biyo-kütle nem içeriği (10-15)% düşebilir. • Partikül boyutu; Beslemenin üzerindeki ağırlığı olmadan yeterli güçlü basınca sahip besleme ve biyokütle sayesinde bir çok gazlaştırıcı içinde geçmek zorun da. Besleme partikül ölçüsü (20-80)mm ‘dir.

9. Damıtma; Gaz buharının içerisinde kısmen onların taşınması gibi biyokütlenin alkali ve nitrojen içeriği kritiktir. • Süzme; Su ile öncelikle süzülerek biyo-kütlenin alkali ve nem içeriği azalabilir.

10. 4-HAMMADDE ÖZELLİKLERİ • Biyo-kütle hammaddenin karakteristiği gazlaştırıcı performansının üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu karakterisitkler; • 4.1. Nem içeriği • 4.2. Kül içeriği • 4.3. Uçucu bileşenler • 4.4. Partikül ölçüsü

11. 4.1. Nem içeriği; Yanma meydana gelmeden önce ilave nem in buharlaşması yüzünden yaklaşık %30 nem içeriği ile yakıtın çok zor tutuşur ve ürün gazın CV’si azalır. • 4.2. Kül içeriği; Yüksek mineral madde gazlaştırma yapılması mümkündür. Sonraki besleme tıkanıklığı ve ocak içinde curüf problemlerine yol açan biyokütle külün erime noktası üzerinde oksidasyon sıcaklığı çok sıktır.

12. 4.3. Uçucu Bileşenler; Gazlaştırma prosesin piroliz aşaması esnasınca serbest kalmış ağır hidrokarbonlar ve katranların yok edilmesi için gazlaştırıcı dizayn edilmelidir. • 4.4. Partikül ölçü; Hammadde materyalin partikül ölçüsü orta boyutlandırmalara bağlı kalır fakat orta kısımın çapının tipik olarak (10-20)%’sidir.

13. 5-GAZLAŞTIRMA ÇEŞİTLERİ • 5.1. Sabit yatak gazlaştırma • 5.1.1. Havanın yükselmesi • 5.1.2. Havanın düşmesi • 5.1.3. Çapraz akış • 5.1.4. Çalışmalar ve performans • 5.2. Akışkan yatak gazlaştırma • 5.2.2.Köpürme yatak • 5.2.3. Çalışmalar ve performans • 5.2.4. Partiküller • 5.2.5. Katran Giderme • 5.2.6. İz kirlilik • 5.3. Araç yakıt

14. 5.1. Sabit yatak gazlaştırma; 1000 C civarındaki sıcaklıklarda çalıştırılmış, gazlaştırma için geleneksel proseslere sahip sabit yatak gazlaştırıcı kullanılmıştır.

15. 5.1.1. Havanın yükselmesi; Izgara yoluyla ünite altında hava ve üzerine yükselmesiyle gazlaştırıcı beslenir.(fig.1) 1000 C civarında ulaşılan sıcaklık ve yanan gazlaştırıcıda ki ızgara üzerinde hızlı şekilde katı kömür/karbon atık daha yüksek de biçimlenir.

16. 5.1.2. Havanın düşmesi; Hava düşürücü gazlaştırma içinde benzer yöntemlerle besleme ve hava haraket eder.(fig.2) düşük katran içeriği ile gaz vererek ve gazlaştırma süresince katranların kısmi curüfları biçimlenir, sıcak zon sayesinde geçişten sonra ürün gazları ayrılır gazlaştırıcıdan.

17. 5.1.3. Çapraz akış; Benzer derecede ünitenin karşı yüzünden içe dönük olan gazlar, çapraz-akış gazlaştırıcı içinde besleme hareket ederek hava düşüyorken yüzeyden hava sunulur. Damar içinde daha ileri biçimlenmiş kurulama zonu ve piroliz ile hava girişi etrafında sıcak yanma zon formları oluşur.

18. r • 5.1.4. Çalışmalar ve Peformans; Genel sabit yataklı gazlaştırıcılar içinde basit tasarım avantajına sahip fakat herhangi yüksek katran içeriği ile düşük kalorofik değer gaz üretim olumsuzluklarının içermektedir. Ürün gaz kompozisyonu (4-6)MJ/Nm3’nun net CV ile tipik olarak(40-50)% N2, (15-20)%H2, (15-20)%CO (10-15)%CO2 ve (3-5)% CH4 ‘dür.

19. 5.2. Akışkan yatak gazlaştırma; Bir çok yıllar için kömür gazlaştırması için yaygın olarak akışkan yatak gazlaştırması kullanılır. Akışkan yatak gazlaştırıcının iki temel çeşidi vardır. • Bunlar; • *dolaşan akışkan yatak • *köpüren yatak

20. 5.2.1. Dolaşan Akışkan yatak; Orman ürünleri atıkları ve kabuk gazlaştırma için kağıt edüstrisi içinde kullanılan ve yüksek kapasiteli verim ile üstü kapanabilen dolaşan akışkan yataktır. • 5.2.2. Köpüren yatak; hava sayesinde altdan da ızgara ile damar içeriği köpüren yatak olarak takdim edilir.

21. 5.2.3. çalışmalar ve performans: biyokütle kül içeriği yüzünden materyal yatağın cürufu için FB gazlaştırıcılar ile çalışma zorluklarında deneyim kazanılmış potansiyeli olmaktadır. önemli partikül olan biyokütlenin alkali metal içeriği harbesküs yıllık bitkilerinden türetilmiş biyokütle ile problem olmaktadır.

22. Kirliliğin herhangi miktarı içeriğinde gazlaştırıcıda gaz biçimlenir bu kirlilikler • Partiküller • Katran • Nitrojen bileşenleri • Sülfür bileşenleri • Alkali bileşenleri

23. 5.2.4. Partiküller: kullanılmış gazlaştırma teknolojisine bağlı olarak üretilmiş materyalin partikül miktarı ile kömür ve kül özelikleri partikülleri içerir. • 5.2.5. Katran uzaklaştırma : Araştırmalar gösteriyor ki sabit yatak, hava düşürücü gaz düşük katran ve serbest gaz meydana getirir

24. Katran uzaklaştırma için iki strateji uygulanabilir. • 1-gazlaştırma teknolojisinin gelişimi de az katran üretimi veya katranın yok olması • 2-katran giderme proseslerin gelişimi • 5.2.6. İz kirlilik: Gazın sonuna dek kullanım için genellikle gerekli olan gazlaştırma süresince biyokütle den uçucu diğer iz elementler ve N,S,Cl giderilir

25. 5.3. Araç yakıtı: Araçların önüne sabit çerçeveli sabit yatak gazlaştırıcı kullanarak seçilen teknoloji odun gazlaştırmasıdır ancak odun formları içinde biyokütle kaynakların bolluğu ve yerli petrol kaynakların eksikliğinin ortaya çıkmasıyla içviçrede 1920 lerde ilk olarak başlayan enerji motor araçları için odun gazlaştırıcıları ğelişti.

26. Kısaca özetlenebilen araştırmalardan genel bulguların peryodik aşamaları • Teknik zorlukların olmayarak hazırlanan s.i.g.e içinde odun gazının kullanımı • Gerekli olan benzer motor performansı üretim için düşük CV odun gas yüksek basınç oranları gerektirir ki daha güçlü yapı motorları yararlanılır. Yani dizel motarlardır.

27. Düşük rpm de ve sabit yük de çalışarak büyük valf alanlarında ve büyük silindir miktarları ile motorlar optimum enerji vermektedir. Örneğin sabit endüstriyel motorlar. • Basınç altında yanma zonu içerisinde gaz enjekte edilir motorların yanı sıra peformansı olmayan hava gaz karışımında küçük hız motorları yapılır örneğin; dört inme motorlarından iki inme motorlar daha iyi performans sağlar.

28. 6-PROSESS ÖZETİ

29. Gaz motorlarının yakıt üretimi için gazlaştırmanın akım aşamaları

30. 8-SONUÇLAR • Gazlaştırma çok yönlü termokimyasal dönüşme prosesi ki, CH4, CO ve H2 gaz dokusu üretir, yüksek (40 MJ/Nm3) ve Orta (12-18 Mj/Nm3) düşük (4-6 MJ/Nm3) CVskontamine oranları ile orta gazlaştırma olarak hava, oksijen veya buhar kullanım yoluyla oranlar belirlenir.

31. Başarılı gazlaştırmada önemli parametreler hammdde özellikleri(nem-kül-alkali ve uçucular) hammadde ön arıtma (kurulama-partiküller-süzme-filtreleme) • Hammadde nin hazırlanması/ön arıtmanın mertebesi ve ihtiyacın belirlenmesi, spesifik karakteristiği ve herbir çeşit içerisinde varyasyonları ile akışkan yatak ve sabit yatak iki temel gazlaştırıcıdır.

32. Yüksek partikül yüklenmesi ile düşük katran gas sağlayan hava düşürücü gazlaştırıcı, sabit yataktan gas üretilir. (s.i.g.e kullanım için) • Partiküller göreceli olarak uzaklaştıralabilir ve motor çalışması için katran büyük kontamine atıktır. • Optimum enerji çıktısını sağlayabilen düşük rpm ve konsantre yüklenmesi de çalışan büyük silindir valf alanı ile dizel motorlar odunun kapsamlı gelişimi gaz yakıtlı IC motorlar önerilir.

33. Gelişmiş dünyada atıkların bertarafı yoluyla çevre problemleri ile temel desteği sağlayan benzer zamanlarda pozitif durumlar içinde atık kaynaklarından biyo-kütle kullanımı fabrikaların çalışma ekonomisini etkiler. • Biyokütle lokal kaynaklar dan üretilmiş elektrik elde edilerek kırsal ekonomilerin gelişimine destek olan gazlaştırma yoluyla üçüncü dünya için örnek kullanımı ve güçlü teknoloji olarak hazırlanır.