Gazlaştırma Çeşitleri ve Kömür Özelliklerinin Etkileri

Gazlaştırma Çeşitleri

Daha önceki yazımda gazlaştırmanın tanımını ve tarihçesini ele almıştık. Bu yazıda ise gazlaştırma çeşitlerine dair detaylı bir inceleme yapacağız.

Sabit Yataklı Gazlaştırıcılar

Sabit yataklı gazlaştırıcılar, karşıt akımlı bir reaktör tasarımına sahiptir. Bu sistemde, kömür reaktörün üst kısmından beslenirken, hava veya oksijen reaktörün alt kısmından verilerek işlemi başlatır. Kömür, reaktör boyunca yavaşça aşağıya doğru hareket ederken, bu esnada gazlaşma süreci gerçekleşir. Kalan kül ise reaktörün alt kısmından dışarı atılmaktadır. Karşı akışlı reaktör yapısı sayesinde, gazlaştırma reaksiyonundan elde edilen ısı, kömürün gazlaşma bölgesine ulaşmadan önce ön ısıtma için kullanılır. Bu durum, syngas’ın reaktörden çıkış sıcaklığının, kömürün dönüşümünü tamamlaması için gereken sıcaklıktan önemli ölçüde düşük olmasına neden olur.

• Düşük oksitleyici gereksinimleri vardır.
• Üretilen gazda yüksek metan içeriği bulunur.
• Hidrokarbon sıvılarının üretimi mümkündür; örneğin, katran ve yağ gibi.
• Hidrokarbon sıvılarının yüksek ısıl değeri, “soğuk gazın” termal verimliliğini artırır.
• Kömürün işlenip kullanılabilmesi için özel gereksinimlere ihtiyaç duyar.

Akışkan Yataklı Gazlaştırıcılar

Akışkan yataklı gazlaştırıcılar, yeni kömür parçacıkları ile kısmen ve tamamen gazlaşmış eski parçacıkların sürekli olarak karıştırıldığı bir reaktör tipidir. Bu yapı, yatak boyunca homojen bir sıcaklık dağılımını teşvik eder. Reaktör içindeki gaz akışı (oksidantlar, buhar, geri kazanılmış syngas), kömür parçacıklarının yatak içerisinde dengeli bir şekilde yüzmesini sağlamalıdır. Ancak, bu akışın yatak dışına sürükleyecek kadar yüksek olmaması da gerekmektedir.

• Katılar için kapsamlı geri dönüşüm imkanı sunar.
• Sıcaklık dağılımı düzenli ve orta seviyededir.
• Orta düzeyde oksijen ve buhar gereksinimi vardır.

Sürüklenmeli Akışlı Tip (Entrained Flow)

Sürüklenmeli akışlı gazlaştırıcılar, ince öğütülmüş kömürün oksitleyicilerle birlikte aynı yönde akışa enjekte edilmesiyle çalışır. Bu sistemde kömür hızlı bir şekilde ısınır ve oksitleyicilerle etkileşime girerek gazlaşır. Sürüklenmeli akışın gazlaştırıcıda kalma süresi genellikle birkaç saniye mertebesindedir. Kısa geçiş süresi, bu tip gazlaştırıcıların yüksek sıcaklıklarda yüksek karbon dönüşüm oranlarına ulaşabilmesiyle ilişkilidir. Bu nedenle, havadan ziyade saf oksijen kullanılır ve kömür, cüruf sıcaklığının üzerinde işlem görür.

Kömür Özelliklerinin Gazlaştırmaya Etkileri

• A) Nem: Sabit yataklı gazlaştırıcılarda, nem oranı %35 ve kül içeriği %10’u geçmemelidir. Kömürün nem içeriği bu değeri aştığında ön kurutma yapılması gerekebilir. Sürüklenmeli yatak sistemlerinde ise yüksek nem içeriği, gazlaştırma için verilen su buharına yardımcı olabilir. Ancak bu durumda sisteme ısı verilmesi gereklidir.
• B) Kül: Yüksek miktarda kül bırakan kömürler, gazlaştırma sırasında çeşitli sorunlar yaratmaktadır. Kül içeriği arttıkça, yanıcı ve gazlaştırılacak madde miktarları azalır ve bu durum gazlaştırma verimini olumsuz etkiler. Özellikle, belirli bir kül oranında gazlaşma imkansız hale gelebilir. Fazla kül, reaktörlerin kapasitesinin düşmesine de neden olmaktadır.
• C) Uçucu Madde: Gazlaştırma süreçlerinde, kömür ilk olarak uçucu içeriğini kaybeder. Bu süreçte üretilen gazlarla karışan uçucu maddeler, toplam gaz ürün miktarını artırabilir. Yüksek basınçlı (5 bar) süreçlerde, uçucu madde içeriğindeki hidrojen, kömürdeki karbon ile birleşerek metan ve hatta etan üretebilir. Katran ve yağlar da, sürecin verimliliğini artırabilir.
• D) Külün Erime Sıcaklığı: Sabit yataklı gazlaştırıcılarda, yanma bölgesinin en yüksek sıcaklığı, külün erime sıcaklığının altında olmalıdır.

Gazlaştırıcıların işletme koşulları açısından karşılaştırılması, bu süreçlerin etkinliğini artırmak için kritik öneme sahiptir.