Hareketli Izgara 120-720 Akışkan Yatak 36-200
Döner Fırın 10-350
Gazlaştırma
Gazlaştırma karbon bazlı materyalin bir
gazlaştırma ajanı( tipik olarak hava, buhar veya oksijen) vasıtasıyla çoğunlukla gaz bileşenlere olan termal ve kimyasal
dönüşümünü tanımlamaktadır.
Eğer gazlaştırma ayrı bir piroliz işleminden sonra ise, gazlaştırma prosesi piroliz
prosesinden çıkan ürünlerin (gaz, katran, çar) özellikle çar ve katranda bulunan daha
kompkleks yapıdaki hidrokarbonların kısmi oksidasyonunu sağlamaktadır.
Oksidasyon ajanı olarak hava kullanılması durumunda sıcaklıklar 800-1100oC
aralığında, oksijen kullanılması durumunda ise 1500oC ‘ye kadardır.
Tüm gazlaştırma prosesleri
egzotermiktir,;örneğin, ısı üretir. Fakat
gerçekleşen bazı reaksiyonlar egzotermiktir ve örneğin, gazlaştırma ajanı olarak buhar kullanılması durumunda ısı gereklidir.
Gazlaştırma ürünleri genellikle aynıdır.
(Juniper, 2001; Belgiomo vd. 2003; Williams, 2005)
Gaz : Piroliz gazına benzerdir; bununla birlikte, tipik olarak daha yüksek CO2
fraksiyonları içerir. Ağırlıkça girişin %30-60’ı kadar gaz üretmektedir.
Sıvı : Bazı hallerde daha küçük katran ve yağ miktarları ağırlıkça girişin %10-20’si kadardır.
Katı : Uçucu olmayan metal ve diğer inorganik bileşenleri içeren küllerdir. Katı kısım
ağırlıkça girişin %30-50 ‘si kadardır.
Bir gazlaştırma ajanı verilerek, pirolizden daha yüksek sıcaklıklarda, piroliz
reaksiyonlarıyla üretilen katran ve çar sonraki aşamada CO,CO2 , H2 , ve CH4 ‘a
dönüştürülmektedir.
Üretilen gaz komposizyonu çoğunlukla kullanılan gazlaştırma ajanına bağlıdır ve gazın ısıl değeri yine kullanılan gazlaştırma ajanına bağlı olarak gazlaştırma ajanından
gelen ‘seyrelme’ den oldukça etkilenmektedir.
Örneğin; hava gazlaştırma bir gazlaştırma ajanı olarak saf oksijen kullanımından daha ucuzdur, ancak gazdaki sonuçlar %60’ a
kadar azot içermektedir ( Juniper,2001).
Gazlaştırıcılar 3’e ayrılır:
A) Sabit yataklı gazlaştırıcılar
B) Akışkan yataklı gazlaştırıcılar
C) Plazma gazlaştırma
Sabit yataklı gazlaştırıcılarda reaksiyon bölgesini oluşturmak ve gelen yakıtı
desteklemek için metal bir ızgara bulunur.
Gazlaştırıcıya yukarıdan yakıtın ilave
edilmesiyle belirli bir derinlikte sabit bir yakıt tabakası oluşur.
Yakıt yerçekiminin etkisiyle aşağıya doğru hareket ettiği için, bu proses aynı zamanda hareketli yatak olarak da adlandırılır. Burada gazlaştırıcı olarak kullanılan hava veya oksijen ile oluşan buhar karışımın reaktörden
çekiminde 2 yöntem vardır.
Oksitleyicinin aşağıdan verildiği sistemler
yukarı akışlı, yukarıdan verildiği sistemler ise aşağı akışlı olarak adlandırılır.
Her iki yöntemle gazlaştırma sonucunda
reaktör tabanından kuru kül ve erimiş çamur toplanır.
Sabit yataklı gazlaştırıcılarda külün erimesini engellemek için sıcaklık 1000-1300oC lerin altında tutulmalıdır.
Şekil8: Sabit Yataklı Gazalaştırıcılar
Bu tip gazlaştırıcılar yüksek performanslıdır ancak maliyetleri daha yüksektir. Akışkan yatak terimi yakıtın veya katıların sürekli ve yüksek hızda beslenmesi dolayısıyla askıda (akışkan) tutulmalarını çağrıştırır.
Bu sistemde oluşan türbülanslı karışım,
üretilen gazın daha homojen olmasını ve gaz ile katı arasında maksimum ısı ile kütle
transferinin gerçekleşmesini sağlar.
Reaktörlerin işletme sıcaklıkları 600-1000oC arasındadır.
Şekil9: Akışkan yataklı gazlaştırıcı
Plazma gazlaştırıcılarda C ihtiva eden her madde gazlaştırılabilmekte ve %80-85
arasında gazlaştırma verimi sağlayabilmektedir.
Ayrıca plazma gazlaştırma klasik gazlaştırmaya kıyasla daha yüksek
sıcaklıklarda 5000-5500oC de çalıştığı için oluşan kül miktarı da daha azdır.
Şekil 8 : Gazlaştırma
Gazlaştırmanın Dezavantajları
• Koku
• Gürültü
• Yanma/patlama riski
• CO zehirlenmesi
• Akıt gaz
• Pis su çıkışı (gazın temizlenme prosesinden kaynaklı)
Piroliz oksijen, buhar ve CO2 gibi oksidasyon ajanlarının yokluğunda organik maddenin termal olarak bozunmasını tanımlamaktadır.
Sıcaklıklar tipik olarak 300-800oC civarındadır.
Tüm proses endotermiktir, örneğin piroliz prosesinin ilerlemesi için enerji gereklidir.
Pirolizden kaynaklanan ürünlerin
kompozisyonu ve enerji içerikleri giren atık tipine oldukça bağlıdır ve önemli derecede değişebilir. ( Juniper, 2001; Williams,2005)
Gaz: atıktan gelen diğer uçucu bileşenler kadar hidrojen, metan, karbon monoksit ve karbon dioksitin bir karışımıdır. Gaz üretimi giren atığın ağırlıkça %20- 50’ si civarında olabilir.
Sıvı: katran yağ ve su karışımından
oluşmaktadır. Su içeriğinde, örneğin fenoller, organik asitler, PAHlar ve alkoller gibi
hidrokarbonların kompleks bir aralığı
bulunmaktadır. Bu sulu faz ağırlıkça %30-50
‘si civarındadır.
Katı: kömür gibi çar olarak adlandırılan
metaller, cam, kum vb. kalan katı ürünleri içeren materyaldir. Ağırlıkça %20-50’si aralığındadır.
Üretilen kütle miktarı ve piroliz ürünlerinin ısıl değerleri prosesten prosese önemli oranda
değişmektedir ve bu da giren atık kompozisyonuna oldukça bağlıdır.
Karışık atıklar daha fazla katı kalıntı
üretirken, daha yüksek kaliteli atık plastikler ve kauçuk daha yüksek yağ ve gaz oranları oluşturabilir.
Piroliz prosesinde , atık kurutulur ve nem
100-120oC ‘ye kadar sıcaklıkta ısıtma yoluyla uaklaştırılır.
Uçucu bileşenler uzaklaştırılırken bir dizi
kompleks reaksiyon oluşur ve karbon içeren daha kompleks bileşikler daha basit
bileşenlerine ayrılır.
200oC civarından 800oC’ ye kadar sıcaklıklar yükselirken, gaz ürünleri oluşturmak üzere oksijen, hidrojen ve azot bağları kırılır.
Bu reaksiyonlar bazen birincil reaksiyonlar olarak; sonra üretilen gaz ve yağ/katran dönüşümü ikincil reaksiyon olarak
adlandırılır.
İkincil reaksiyonlar sonraki aşamalarda gaz üründeki CO2 ve CH4 miktarlarını arttırdığı gibi , katranı gaza dönüştürebilir.
Bu ikincil reaksiyonlar aynı zamanda gazlaştırma sırasında da oluşabilir.
Isı çoğunlukla reaktör duvarlarından indirek olarak sağlanmaktadır. Fakat atığın
sıkıştırılması ve sürtünme de atığın ısıtılmasına katkıda bulunabilir.
Prensipte, piroliz inert bir atmosferde oluşur;
bununla birlikte pratikte bu proses çeşitli ikincil dönüşüm reaksiyonlarına uğrayan piroliz gazlarından oluşan bir atmosferde gerçekleşmektedir.
Gazifikasyon da bir yakma türüdür. Ancak klasik yakma işleminden farklı olarak
burada kullanılan oksijen miktarı hayli azdır.
Bu işlemde atıklar 7000C’den daha sıcak ortamda parçalanır.
Bu işlem sonucunda karbon elementi içeren bir madde, yüksek oranda karbon monoksit ve hidrojen gazına dönüşür. İşlem adını işte bu gaz oluşumundan alır. Oluşan yapay gaza syngas (sentetik gazın kısaltılmış hali) denir.
Ayrıca gazifikasyon işlemi esnasında
oluşan ve cüruf adı verilen kaya benzeri yapıdaki ürün de daha sonra yapı ve asfalt malzemesi olarak kullanılabilir. Gazlaştırma işleminden sonra atık hacmi %90 azalır.
Çöpün nemi kurutma fırınlarında
uzaklaştırıldığı için sızıntı sorunu ile de karşılaşılmaz.
Kirletilmiş bölgeye yüksek sıcaklıkta (termal) bir arıtım uygulanması ile metallerin
mobilitesinin azaltılmasıdır.
İşlem sonucunda kirleticiler, oksitlenmiş katı olan camsı bir maddeye dönüşür. Bu
uygulamayla organik kirleticiler tamamen yok edilmekte, inorganik maddeler ise düşük
sızma özelliği gösteren camsı materyal içinde tutulmaktadır.
Yüksek ısıya dayalı proses boyunca gaz fazına geçen kirleticiler ise filtrelerde tutulmak
suretiyle toplanmaktadır. (Kocaer ve Başkaya, 2003).
Vitrifikasyon prosesleri maliyetleri yüksek proseslerdir.
Vitrifikasyon prosesinde uygulanan adımlar:
ekskavasyon,
ön arıtma,
karıştırma,
besleme,
eritme ve vitrifikasyon,
gaz toplanması ve erimiş ürünün atılmasıdır.
(Evanko ve Dzombak, 1997 )
In situ proseslerde ise büyük elektrotlar toprağa dikey yerleştirilmekte, elektrik
akımıyla birlikte toprak yakılıp eritilmektdir).
Vitrifikasyon prosesleri maliyetleri yüksek proseslerdir.
Atıktan enerjiye, atıkların yanmasından enerji üretimidir. Çöp alanlarının imhası ve
yenilenebilir enerji üretimi için temiz ve
ekonomik olarak uygulanabilir bir çözümdür.
Üretilen elektrik atıkları üreten toplum tarafından tüketilebilir.
İlk olarak şehir atıkları bir fırında yakılır.
Fırındaki bu atık yakma işlemi buhar üretimi için kullanılır ve bir buhar türbinini çalıştırır.
Buhar türbini, daha sonra elektrik üretecek olan bir jeneratöre bağlanmıştır. Bu tür
santrallerin emisyonları da sıkı şekilde düzenlenmiştir. Bütün egzoz gazları
atmosfere salınmadan önce temizlenir ve fırından çıkan küller toplanarak imha edilir.
KATI ATIKLARDAN ELEKTRİK ENERJİSİ NASIL ELDE EDİLİR?
Atıkların hemen hepsinde farklı da olsa kalorik (ısıl) bir değer vardır. Başka bir
deyişle, atıklar yandığı zaman bir ısı enerjisi ortaya çıkar. İşte bu ısıl değer çeşitli
biçimlerde değerlendirilebilir.
Bir kazandaki su ısıtılarak, merkezi ısıtma yoluyla, ya da çok yüksek ısılara çıkılarak,
buhar elde edilir. İşte bu buharla, eskiden ve hatta bugün de bir çok ülkede buharlı trenler hala çalıştırılmaktadır.
1837 yılında İsviçreli bir teknik adam olan Von Roll, atıkları yakarak elde ettiği buharla bir buhar türbini çalıştırarak elektrik elde
etmeyi başarmıştır. Adı geçen kişinin kurduğu şirket 100 yıl sonra, 1937’de ilk atık yakma
yoluyla elektrik elde eden tesisi Hollanda`nın Dotrecht kentinde işletmeye almıştır.
Bugün bu firmanın dünyada 750’nin üzerinde tesisi çalışmaktadır. Şu an için farklı firmalar tarafından işletmeye alınmış yakma tesisi
sayısı 2.100 adettir.
Bu teknoloji de üretilen işlem buharı
(Örneğin, 400 °C / 40 bar) buna bağlı olan bir buhar türbini ve jeneratörü çalıştırarak
elektrik enerjisi üretilir ve ek olarak çok
değerli bir işlem ısısı da üretilmiş olur. Bu ısı ile merkezi klima, yüzlerce ev, işyeri,
askeriye, öğrenci yurdu, havaalanı gibi
oturma yerlerinin ısıtma ve soğutma problemi çözülmektedir.
Yakılacak atıklar toplandığı gibi yakılabilir, ya da organikler ayrıştırıldıktan sonra da
yakılabilir. Bu durum atıkların kaynağında ayrı olarak toplanması ya da sonradan ayrıştırma yapılmasına bağlıdır.
İZAYDAŞ Tehlikeli Atık Yakma Tesisi 35.000 ton/yıl kapasitesiyle, tehlikeli atıkların yüksek sıcaklıkta yakıldığı Türkiye’ deki lisanslı ilk
bertaraf tesisidir.
Tesis 1997 yılında devreye alınmış olup halen faaliyetine devam etmektedir. Başlangıçtan bu yana 200 bin tondan daha fazla tehlikeli atık yakılarak 113 milyon kWh fazla elektrik
enerjisi üretilmiştir.
Şekil 9 : İZAYDAŞ