Kömür Hazırlama Teknolojileri

Günümüzde hala önemini koruyan kömür, sanayi devriminin gerçekleşmesinde ana faktör olmuştur. Kömür kaynaklarını yeterince değerlendiren ülkeler, bugünün gelişmiş ülkeleri konumuna gelmişlerdir.

Gelişmiş ülkelerde bugün, kömür üretildikten sonra doğrudan kullanılmamaktadır. Kömürlerin nitelikleri uygulanan fiziksel, kimyasal ve ısıl işlemlerle değiştirilmekte, sanayi ve ısınma amaçlı kullanıma en uygun, havayı en az kirleten, külü, kükürtü ve rutubeti azaltılmış ve kalorisi yükseltilmiş olarak kullanıma sunulmaktadır. Kömürlerin iyileştirilmesine yönelik fiziksel, kimyasal ve ısıl işlem yöntemleriyle, yıkanmış kömür, kok, gaz, semikok, biriket, pulverize kömür ve sıvı yakıt gibi ürünler elde edilmektedir.

a. Fiziksel Yöntemlerle Zenginleştirme (Lavvarlar)

Fiziksel yöntemlerle zenginleştirme, yıkama tesislerinde (lavvar), düşük mineral madde ihtiva eden kömür parçacıklarının, yüksek mineral madde ihtiva eden parçacıklardan, yoğunluk farkına dayanarak ayrılması işlemidir.

Kömür zenginleştirme tesislerinin, kömür madenciliğinin hizmetine girmesinden bu yana 170 yılı aşan bir süre geçmiştir. 1830'da çalışan ilk kömür zenginleştirme tesisinde pistonlu jigler kullanılmıştır. 1860'larda sabit ağır ortam sistemleri, 1890'larda havalı Baumjig ve sarsıntılı masa, 1915'lerden itibaren flotasyon, 1927'lerde pnömatik jig ve masalar, 1935'ten itibaren ağır ortam tamburları, 1960'lı yıllardan sonra ağır ortam siklonları ve 1970'den sonra da büyük kapasiteli havalı jigler, 1980 sonrasında Reichert konileri kömür zenginleştirme tesislerinde ayırıcı makinalar olarak kullanılmıştır. Bu değişik teknikler içinde, havalı jigler, iri boyutlarda kullanılan ağır ortam sistemleri (tambur ve tekne) ve ince boyutlarda kullanılan flotasyon sistemleri geniş ölçüde uygulama alanı bulmuştur.

Günümüzde modern kömür zenginleştirme tesislerinde, 150 – 0,5 mm boyut aralığında kömürler büyük kapasiteli havalı jiglerde ve ağır ortam yıkayıcılarında, 0,5 mm altı kömürler ise flotasyon ve spiral sistemlerinde zenginleştirilmektedir. Otomasyon uygulamasıyla günümüz zenginleştirme tesislerinde işçi sayısı minimuma indirilmiş, tesis performansları maksimuma çıkarılmıştır.

Son yirmibeş yıl içinde, Batı Avrupa'da ve özellikle Almanya'da, düşük kapasiteli çok sayıdaki eski kömür zenginleştirme tesisinin yerine, büyük cihazlar içeren, otomatik kontrol sistemleriyle teçhiz edilmiş yıkama tesisleri inşa edilmiştir. Kömür hazırlama, kırma, iri kömürün

temizlenmesi, ince kömürün temizlenmesi, şlamın temizlenmesi ve mikslerin kırılarak temizlenmesi olmak üzere beş seviyede yapılmaktadır. Özellikle son yıllarda iri kömür yıkama sistemlerinde 900 t/h kapasiteli jig, tekne ve tambur tipte gelişmiş ayırıcılar kullanılmaya başlamıştır. Ayrıca,100 mm boyutlu kömürü temizleyebilen ve 100 ton/h kapasiteli ağır ortam siklonları geliştirilmiş olup, endüstride de kullanılmaktadır. Son yıllarda ince kömürlerin zenginleştirilmesinde, 10 - 12 dönümlü, 8 - 16 adetlik bataryalar halinde, geliştirilmiş spiraller kullanılmaya başlanmıştır. Zenginleştirme tesislerinde yoğunluk, seviye, parça boyutu, ağırlık, tesise beslenen ve elde edilen kömürlerin özellikleri, bugün tamamen bilgisayar sistemleriyle tespit edilip değerlendirilmektedir. Kömür teknolojisindeki bu gelişmeler, maliyetleri büyük ölçüde düşürmüş ve zenginleştirme tesislerini kullanım yönünden basitleştirmiştir. 1980 yılında Güney Afrika'da 2.500 t/h, 1991 yılında Çin'de 2.000 t/h jig ayırma sistemli; Belçika ve Amerika'da 1.400 ton/h kapasiteli kömür yıkama tesisleri en son teknolojiye göre tesis edilmiştir.

b. Briketleme

Katkı maddeli ilk briket tesisi 1842 yılında Fransa'da kurulmuştur. Briket yapımı sonucu, linyit kömürünün ev yakıtı olarak kullanımı hızla artmıştır. 1955 yılında yalnızca Almanya'da 50 milyon ton briket üretilmiştir. İkinci Dünya Savaşına kadar briket üretimi önemini korumuş, daha sonra ise katkı maddesi olarak kullanılan katranın hava kirliliğine yol açarak insan sağlığını olumsuz etkilemesi, petrol ve doğalgazın gittikçe yaygın olarak kullanılmaya başlanması nedenleriyle briket üretimi azalmış ve briket üretim teknolojisindeki gelişme durmuştur.

1965'lerde dünyanın en büyük briket üretici ülkesi, yıllık 68 milyon ton ile Almanya olmuştur.

Halen Almanya, Ukrayna, Polonya, Bulgaristan, Fransa, Moğolistan, Çek Cumhuriyeti, Çin, Güney Kore, Avusturalya ve Hindistan gibi ülkelerde briket üretimi sürmektedir.

Briketler, organik ve inorganik bağlayıcılarla ve bağlayıcısız olarak üretilebilmektedir. Kömür katranı ve zifti, petrol bitümü ve asfaltı, odun katranı, sentetik ve doğal reçine, nişasta, sülfit likörü, şekerler, melaslar, selüloz bileşikleri ve zamk gibi katkı maddeleri kömür briketlemede bağlayıcı olarak yaygın kullanım alanı bulmuşlardır. Organik bağlayıcılara karşın daha ekonomik olan inorganik bağlayıcılar arasında çimento, kil, kireç, magnezyum oksit, jips, sodyum ve diğer alkali silikatlar bulunmakta olup kömür briketlemede yaygın kullanım alanları bulunmamaktadır. Ayrıca organik ve inorganik bağlayıcıların günümüzde müştereken kullanıldığı görülmektedir.

Briketleme, uygulanan sıcaklığa göre sıcak veya soğuk, kullanım amacına göre sanayi ve ev yakıtı, uygulanan yönteme göre katkılı veya katkısız olarak yapılmaktadır.

c. Koklaştırma, Gazlaştırma ve Sıvılaştırma

Demir - Çelik endüstrisinde yüksek fırınlarda kullanılan kok, taşkömürünün havasız bir ortamda ısıtılarak uçucu maddelerinin ayrılarak sert ve gözenekli yapıda, karbon oranı yüksek ürünler haline getirilmesiyle elde edilmektedir. Koklaştırma, 550oC - 900oC arasında yüksek ısıl işlem uygulamasıyla gerçekleştirilmektedir. Koklaştırma işleminde ana ürün kok, yan ürünler ise kok gazı, amonyak, katran ve hafif yağlardır.

Gazlaştırma teknolojileri ile kömür, buhar, hava, oksijen ve hidrojen ile tepkimeye sokularak gaz ürünler elde edilmektedir. Üretilen gazların bileşim ve miktarı, kömürün cinsi ve aktivitesine, kullanılan gazların türüne ve uygulanan gazlaştırma işlemine (basınç, sıcaklık, v.b) bağlıdır.

Gazlaştırma işleminde gazlaştırma süreçlerine göre çok çeşitli metodlara dayalı tesisler geliştirilmiş bulunmaktadır.

Sıvılaştırma işlemi, kömürün gerek sıvı yakıt, gerekse kimyasal hammadde gereksinimlerini karşılamak üzere, yüksek enerji yoğunluğu olan, kolayca depolanıp taşınabilecek ve çevre kirliliği yaratmayacak sıvılara dönüştürülmesidir. Sıvılaştırma işleminde uygulanan prosesler ayağıda sıralanmıştır:

a.Dolaylı sıvılaştırma, b.Doğrudan sıvılaştırma, c.Çözücü ekstraksiyonu, d.Piroliz.

Kömürün sıvılaştırılmasıyla çeşitli petrol ürünleri ve endüstriyel kimyasalların elde edilmesine yönelik bilimsel araştırma ve çalışmalar yaygın olarak sürdürülmektedir.