GAZİ ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

KM-491 BİTİRME ÖDEVİ

PROF.DR. ÖZKAN MURAT DOĞAN

BİTÜMLÜ ŞEYLLERİN RETORTLANMASI

051145002 Berkay Aday

2013 ANKARA

2

ÖZET

Günümüzün en önemli enerji kaynağı olan ham petrolün rezervlerinin sınırlı olması nedeniyle

artan enerji ihtiyacına da paralel olarak her geçen gün alternatif enerji kaynakları bulunması

zorunlu hale gelmiştir. Bu amaçla değişik alanlardaki araştırmalar devam etmektedir. Kömür ve

linyit gibi bilinen fosil yakıtların dışında ülkemizde rezerv açısından en büyük kaynak bitümlü

şeyl olarak görülmektedir. Bu raporda, daha önceki yıllarda yapılan araştırmalar sonucu dünyada

ve ülkemizde de varlığı bilinen güvenli bir enerji kaynağı olan bitümlü şeyllerin araştırılıp

endüstri ve ülke ekonomisi açısından kullanılabilirliği tartışılmıştır. Alternatif enerji

kaynaklarının değerlendirilmesi açısından önem taşıyan, bazı ülkelerde endüstriyel çapta

uygulanmakta olan ve pilot düzeyde denenen bitümlü şeyllerin retortlanması yönteminin esası

incelenmiştir. Bu araştırma sonucu enerji ihtiyacı bakımından büyük oranda dışarıya bağlı olan

ülkemiz için bitümlü şeyllerin değerlendirilmesi ve yeni bitümlü şeyl sahalarının tespitinin hem

endüstriyel hem de ülke ekonomisi açıdan büyük önem arz ettiği gözlemlenmiştir. Ayrıca bitümlü

şeyllerin retortlanması için uygun yöntem olan Fischer-Assay analizinin uygulanışı ve bu

uygulamanın standardı olan TS729 standardı raporda yer almaktadır.

3

İçindekiler

1. Giriş ....................................................................................................................................................... 5

1.1 Bitümlü Şeyllerin Tanımlanması ve Sınıflandırılması ........................................................................ 5

2. Bitümlü Şeyl Rezervi ............................................................................................................................ 8

2.1 Dünyadaki Bitümlü Şeyl Rezervi .......................................................................................................... 8

2.2 Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervi ..................................................................................................... 9

3. Bitümlü Şeyllerin Değerlendirme Yöntemleri..................................................................................... 11

3.1 Zenginleştirme ................................................................................................................................... 11

3.2 Retortlama (Piroliz) ........................................................................................................................... 12

3.2.1 Yer Üstünde Retortlama ............................................................................................................. 12

3.2.2 Yeraltında (In-situ) Retortlama ................................................................................................... 14

3.3 Yakma ............................................................................................................................................... 16

3.3.1 Tek başına yakma ....................................................................................................................... 16

3.3.2 Kömürle birlikte yakma............................................................................................................... 16

3.4 Ekstraksiyon ...................................................................................................................................... 17

4. Bitümlü Şeyllerin Diğer Değerlendirme Yöntemleri .......................................................................... 18

4.1 Kaya Gazı Olarak Değerlendirilmesi ................................................................................................ 18

5. Gerçekleştirilmesi Planlanan Deney .................................................................................................... 19

6. Kaynakça ............................................................................................................................................. 21

4

Şekiller Listesi

Şekil 1. Direkt Isıtmalı Retort

Şekil 2. Indirekt ısıtmalı Retort (Gaz-katı ısı transferli)

Şekil 3. İndirekt Isıtmalı Retort (Katı-katı ısı transferli)

Şekil 4. OxoRetortunun Basit Gösterimi

Şekil 5. Fischer-Assay Deney Düzeneği

Tablolar Listesi

Tablo 1. Ülkelerin bitümlü şeyl rezervleri petrol karşılığı değerleri

Tablo 2. Çeşitli ülkelerin bitümlü şeyl rezerv payı ve üretim oranları

Tablo 3. Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervleri

Tablo 4. Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervlerinin Ortalama Isıl Değerleri

Ekler Listesi

EK.1. TS 729 Standardı

5

1. Giriş

1.1 Bitümlü Şeyllerin Tanımlanması ve Sınıflandırılması

Genellikle; kömür gibi ince taneli ve yapraklı yapıda olan ve kerojen adlı organik madde içeren,

ısıtıldığı zaman sentetik petrol ve gaz üretebilen, alternatif enerji kaynağı bitümlü şeyllerin

incelenmesi amacıyla bu raporda retortlama (piroliz) işlemine dair veriler hazırlanmıştır.

Bitümlü şeyl; “kerojen” adı verilen organik madde içeren, ince taneli ve genellikle laminalı

(yapraksı) bir yapıya sahip ve değişik jeolojik evreler sonucu oluşmuş sedimanter kayaç olarak

tanımlanmaktadır. Kerojen içerikleri nedeniyle de bitümlü şeyller kömüre benzer bir tür enerji

kaynağıdır. Literatürde en yaygın kullanımı “petrollü şeyl” (oilshale) olan, ısıtıldığında petrol ve

gaz üretilebilen bu organik kayaçlar, bitümlü şeyl (bituminousschist) veya bitümlü şeyl

(bituminousshale) olarak da adlandırılmaktadır.

Bitki ve hayvan kalıntılarının kara, deniz ve göllerde birikimi, bu kalıntıların farklı jeolojik

periyotlar ve kimyasal süreçler geçirmesi sonucu oluşan bu maddelerin çok az bir kısmı organik

çözücüler içerisinde çözünebilmektedir. Sentetik “şeyl petrolü” ise bu kayaçlardan ancak termal

ve kimyasal işlemler sonucu elde edilebilmektedir. Bitümlü şeyl oluşumunu sağlayacak başlangıç

maddelerinin türü ve bu maddelerin geçirdiği evreler, meydana gelecek şeylin renk, şeyl petrolü

verimi gibi özelliklerini doğrudan etkilemektedir. Organik yapıda büyük oranda liptinit

maseralleri bulunmakta, bu durum ise bitümlü şeyl oluşumunu sağlayan karasal bitkiler, deniz ve

göllerde yaşayan organizmaların lipit bakımından zengin olmalarından kaynaklanmaktadır.

Kömürün yapısındaki vitrinit ve inertinit türü maseraller ise yapıda bitümlü şeyllerin türüne bağlı

olarak farklı oranlarda bulunabilmektedir. Bitümlü şeyller çökelme ortamlarına göre üç grupta

toplanabilir. Bunlar; büyük göl ortamları, sığ denizel ortamlar ve bataklık ortamları ile bağlantılı

göl ve lagünlerdir.

Bitümlü Şeyller Bulundukları Yere Göre Üç Grupta Toplanmaktadır.[1]

1- Karada bulunan bitümlü şeyl

Linyit Kömürüyle Beraber Görülen: Kahverenginden siyaha dönüşen renkte

6

2- Göllerde bulunan bitümlü şeyl

Torbanit: Siyahtan yeşilimsi siyaha değişen renkte

Lamosit: Soluk kahverengiden koyu grimsi koyu grimsi kahverengiye değişen renkte

3- Denizlerde bulunan bitümlü şeyller

Marinit: Griden koyu grimsi siyaha değişen renkte

Tasmanit: Kahverengi veya koyu griden siyaha değişen renkte

Kukersit: Kahverengi

Bataklık ortamları ile bağlantılı göl ve lagünlerde çökelen bitümlü şeyllere örnek olarak

ülkemizde Miyosen yaşlı Seyitömer (Kütahya) sahası ile birlikte Himmetoğlu (Bolu) sahası

gösterilebilir. Himmetoğlu formasyonu gibi yüksek miktarda organik madde içeren çökel istifler,

organik madde üretiminin yüksek olduğu alanların ürünüdür. Bu formasyonda, düşey istif

boyunca kömür ve bitümlü şeyllerin kısa aralıklarla ardalanması, çökelme dönemindeki

koşulların değişimlerinin bir göstergesidir. Havzada kömürün üzerinde yer alan ve kalınlığı 1-1.5

m arasında değişen, yüksek toplam organik karbon (%20-60 TOC) içeriğine sahip bitümlü şeyller

literatürde yerini almıştır.[2]

Bitümlü kayaçlar Seyitömer (Kütahya) sahasında ise marn fasiyesinde olduklarından “bitümlü

marn” olarak adlandırılmıştır. Neojen yaşlı gölsel birim içinde yer alan ve yüksek ısıl değere

sahip Seyitömer bitümlü marnları, genellikle gri, yeşilimsi gri ve açık kahverengi olup kil taşları

ve yer yer de killi kireçtaşları ile ardalanmalı olarak bulunurlar. Ortalama 40 m kalınlık sunan

bitümlü marnlar, ana linyit damarının hemen üzerinde bulunmaktadır ve linyit işletilirken dekapaj

malzemesi olarak alınmaktadır.

Bitümlü şeyllerin bileşenleri inorganik ve organik olmak üzere iki gruba ayrılır. İnorganik

bileşenler (mineraller) çökelme koşulları hakkında önemli bilgiler sunar ve genellikle kuvars, kil,

karbonat, sülfit, sülfat, zeolit ve evaporit minerallerinden oluşmaktadır. Bu bileşenler aynı

zamanda iklim, canlı türü, çözeltinin kimyasal karakteri ve alterasyon hakkında ipuçları verir.

Organik bileşenler (maseraller) ise çökelme ortamı yanında bitümlü şeylin kalitesine yönelik

önemli bilgiler verir [3].

7

Petrografik özelliklerine göre organik kayaçları oluşturan üç tip kerojen tanımlanmıştır.

I.Tipkerojenler, genellikle yüksek oranda alkanlar ve yag asitleri içerirler. Bu tip kerojenlerin H/C

oranı yüksek olup algal kerojenler olarak da adlandırılırlar. Bu kerojenler, lignin ve selüloz

içermeyen fitoplanktonlardan oluşurlar ve petrol-gaz oluşturma potansiyelleri yüksektir. II.

Tipkerojenler, yağ ve mumsu maddeden oluşan lipit bileşenlerinden meydana gelir. Özellikle

polen parçalarının dışını örten mumlu kısımlar, sporlar ve yaprakların oluşturduğu bu tip

kerojenlerin H/C oranı düşük olup, gaz-petrol oluşturma potansiyeli I.Tip kerojene göre daha

düşüktür. III.Tip kerojen odunsu bitkilerin yüksek oranda içerdiği oksijen bakımından zengin

lignin ve selülozun bozunmasıyla oluşur. O/C oranı yüksek olup kömürlerin çoğu bu tip

kerojenlerden oluşmuştur. H/C oranı ise düşüktür ve petrol oluşturma potansiyeli orta düşük

düzeyde olup çok derinlerde gaz oluşturabilir.[4]

8

2. Bitümlü Şeyl Rezervi

2.1 Dünyadaki Bitümlü Şeyl Rezervi

27. Uluslararası Jeoloji Kongresi'nin verilerine göre 1984 yılında dünya bitümlü şeyl rezervi

yaklaşık 11.5 trilyon ton civarındadır. Yine dünyadaki bitümlü şeyl rezervleri kimi kaynaklarca

411 milyar ton civarındayken bazı kaynaklarda da 300-550 milyar ton arasında değiştiği

belirtilmektedir. Öte yandan, dünyadaki toplam bitümlü şeyl rezervinin %62-72'si (213 milyar

ton) ise tek başına ABD'ne aittir (Örneğin, ABD'nin doğusundaki Devonian-Missisiphian'de

bulunan bitümlü şeyller, 647.000 km'lik bir alana yayılmıştır). Brezilya ve Rusya'da yer alan

rezervleri kattığımızda ise bu oran %86'ya ulaşmaktadır.

Tablo 1. Ülkelerin bitümlü şeyl rezervleri petrol karşılığı değerleri[2]

ÜLKE Petrollü Şeyl

Sahası

Rezervi

(milyar

ton)

Şeyl Petrolü Üretimi Alt Sınırı

(Galon/ton)

1 Galon=3.75litre

Üretebilir Şeyl

Petrolü Miktarı

(milyar varil)

ABD

Utah, Colarado,

Wyoming 213 20.00-30.00 1621

Avusturalya

Doğu

Queensland 67 14.02 1.72

Estonya Rakvere 1.5 44.17 -

Brezilya 9.6 17.23 -

Kanada Nova Scotia 1.5 - 0.25

İsrail Necef Gölü 15.36 16.42 0.6

Ürdün GB Amman 60 26.45 4

Ukrayna 8.8 33.33 0.3

Fas Tarfaya 12.3 15.87 3.42

Türkiye Ülke Geneli 1.64 - -

9

Tablo 2.Çeşitli ülkelerin bitümlü şeyl rezerv payı ve üretim oranları (2005)[2]

Ülke Üretim Payı % Rezerv Payı %

Estonya 48 0.5

Brezilya 27 2.5

Çin 17 0.5

Avustralya 8 1

ABD 0 78

Rusya 0 7

Ürdün 0 1

Fransa 0 0.2

2.2 Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervi

Tablo 3.Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervleri

Saha Adı

Görünür

Rezerv

Muhtemel

Rezerv

İşletilebilir

Rezerv

Toplam

Rezerv

Ankara-Beypazarı 327,684 - 205,970 327,684

Balıkesir-Burhaniye - 15,600 - 15,600

Bolu-Himmetoğlu 65,968 - - 65,968

Bolu-Mengen - 50,000 - 50,000

Bolu-Hatıldağ 78,372 281,587 - 359,959

Kocaeli-Bahçecik - 42,000 - 42,000

Kütahya-Seyitömer 83,320 38,850 63,292 122,170

Niğde-Ulukışla - 130,000 - 130,000

Eskişehir-

Sarıcakaya - 300,000 - 300,000

Çorum-Dodurga - 138,000 - 138,000

Amasya-Çeltek - 90,000 - 90,000

Toplam 555,344 1,086,037 269,262 1,641,381

10

Tablo 4.Ülkemizdeki Bitümlü Şeyl Rezervlerinin Ortalama Isıl Değerleri[6]

Saha Mineral Bileşenleri Üst ısıl Değeri,

kcal/kg

Bitüm İçeriği,

%

Himmetoğlu

Kalsit, Aragonit,

Kuvars,

Pirit, Jips ve Kil

Mineralleri 4992 43.0

Seyitömer

Kuvars, Dolomit,

Muskovit-İllit ve

Sementit 847 5.0

Hatıldağ - 774 5.3

Beypazarı Dolomit ve Kuvars 812 5.4

MTA, Orta Anadolu Endüstriyel Hammadde Arama Projesi çerçevesinde havzada 2006 yılından

beri önemli çalışmalar yürütmektedir. Proje programı çerçevesinde yürütülen uzaktan Algılama,

jeolojik ve jeofizik etüt çalışmalarından elde edilen verilerin değerlendirilmesi sonucunda

havzada araştırma amaçlı toplam 15 adet sondaj gerçekleştirmiştir. Bunların on tanesinde petrol

emareleri ve kalın petrollü şeyl seviyeleri kesilmiştir. Ereğli-Bor havzasında gerçekleştirilen

sondajlardan elde edilen veriler doğrultusunda petrollü şeyllerin petrol ürettiği gözlenmiştir.

Petrollü şeyl numunelerinde yapılan petrografik incelemelerde eser miktarda pirit ve %10

oranında petrol kökenli organik madde içerdiği belirlenmiştir. Yapılan bu değerlendirmeler

sonucunda 16 milyar tonluk bir rezerv varlığı tahmin edilmektedir.[6]

11

3. Bitümlü Şeyllerin Değerlendirme Yöntemleri

Yasal Zorunluluklar

4/8/2002 tarihli ve 24836 sayılı Resmî Gazete’de yayımlanan Elektrik Piyasası Lisans

Yönetmeliğinin 4 üncü maddesinin birinci fıkrasının (55) numaralı bendi

MADDE 3 –Aynı Yönetmeliğin 7 nci maddesinin beşinci fıkrasının (a) bendi aşağıdaki şekilde

değiştirilmiş ve aynı maddeye aşağıdaki fıkra eklenmiştir.

“a) Linyit, taşkömürü, asfaltit, bitümlüşist, dalga, biyokütle, biyokütleden elde edilen gaz (çöp

gazı dâhil) ve jeotermal kaynaklar açısından; enerji kaynağına ilişkin yakıt temin anlaşması veya

enerji kaynağının kullanım hakkı ya da diğer ayni haklarının tesis edilmiş olduğunun veya bu

hakların tesis edileceğinin yetki sahibi gerçek veya tüzel kişilerce taahhüt edilmiş olduğunun”

Şartı gerekmektedir.

3.1 Zenginleştirme

Zenginleştirme önemli, zira bitümlü şeylin sadece %10-15'lik kısmı enerjiye dönüştürülebilir

niteliktedir. Bu yüzden bitümlü şeylin zenginleştirilmesi önem kazanmaktadır. Bu amaçla yapılan

çalışmaların önemli bir kısmı laboratuvar-pilot ölçeğinde çeşitli testler veya patent çalışmaları ile

sınırlı kalmış, bugüne kadar herhangi bir endüstriyel uygulama belirtilmemiştir. Ayırma ve

zenginleştirme yöntemi olarak şu prosesler öne çıkmaktadır:

Ağır ortam ayırma (yüzdürme-batırma)

Flotasyon

Aglomerasyon

Bitümlü şeyl içerisindeki organik içerikli partiküllerin mineralli kısımlardan ayrılması için çeşitli

fiziksel ve kimyasal ayırma yöntemleri (gravite ayırma, flotasyon ve yağ aglomerasyonu gibi)

önerilmiştir. Örneğin, gravite yöntemi olarak ağır ortam ayırma (yüzdürme-batırma)

uygulanabilmektedir.

12

3.2 Retortlama (Piroliz)

Fosil yakıtlar içerisinde kömürden sonra ekonomiye kazandırılması bakımından bitümlü şistler

üzerine araştırmalar, yoğun olarak devam etmektedir. Araştırmacılar, bitümlü şistlerin

yapısındaki hidrokarbonları sıvı ürün halinde alabilmek için, değişik pirolizleme sistemleri

geliştirerek en verimli şekilde elde edebilme yollarını araştırmaktadırlar. Farklı mühendislik

dallarını kapsayan çalışmaların temelini jeolojik ve petrografik araştırmalar oluşturmuştur.

Birtümlü şeylin yapısındaki hidrokarbonların önemli kısmının ancak piroliz yoluyla yapıdan

ayrılması sağlanmıştır.[7] Piroliz işlemi, bitümlü şeyllerin inert ortamda ısıl parçalanmaya

uğratılarak sıvı ve gaz ürünlere dönüştürülme işlemi olarak tanımlanabilir. Değişik literatürlerde

bu işleme retortlama, işlemin gerçekleştirildiği reaktöre de retort denmektedir. Retortlama işlemi

yeraltı ve yerüstünde olmak üzere iki şekilde uygulanabilmektedir.

3.2.1 Yer Üstünde Retortlama

Bitümlü şeyllerin retortlanması tıpkı kömür gazlaştırma ünitelerinde olduğu gibi direkt veya

indirekt ısıtma yöntemleri ile gerçekleştirilebilmektedir. Direkt ısıtma yönteminde gerekli ısı

herhangi bir yakıtın yakılması sonucu elde edilmektedir. İndirekt ısıtma yönteminde ise yakıtın

yakılması ile elde edilen ısı, öncelikle ayrı bir kamarada bulunan ve daha sonra içinde bitümlü

şeylin bulunduğu retorta nakledilecek olan ısıtma malzemesinin (örneğin seramik toplar gibi)

belirli bir sıcaklığa yükseltilmesinde kullanılmaktadır[5]. Son zamanlarda akışkan yataklı

retortlama işlemi ile ilgili yaygın araştırmalar da yapılmaktadır.

Bu bölümde sadece yeraltı ve yer üstünde direkt ve indirekt ısıtma sistemleri ile gazdan katıya,

katıdan katıya ısı aktarımlı retortlama işlemlerinin ayrıntıları Şekil 1'de verilmiştir. Direkt gaz-

katı ısıtma işleminde (Şekil 1) retort içine bitümlü şeyl ve yakıt beraberce beslenir ve sonuçta

ürün olarak şeyl petrolü ile düşük kalorili gaz elde edilir.

13

Şekil 1.Direkt Isıtmalı Retort

İşlem sonunda retortta katı bakiye kalmaktadır. Gaz-katı indirekt ısı aktarımı durumunda fırından

çıkan sıcak gazlar retorta beslenmektedir(Şekil 2).

Şekil 2.Indirekt ısıtmalı Retort (Gaz-katı ısı transferli)

Bu gazlar daha sonra orta kalorili gazlardan ayrıldıktan sonra tekrar yakma fırınına geri

döndürülmekte ve ısıtılarak yeniden retorta verilmektedir. Katı-katı indirekt ısı aktarımı işleminde

ise, fırında yakılan yakıt ile önce ısı transfer malzemesi olarak kullanılacak katı maddeler istenen

yüksek sıcaklığa kadar ısıtılmaktadır (Şekil 3).

14

Şekil 3.İndirekt Isıtmalı Retort (Katı-katı ısı transferli)

Bu katı maddeler daha sonra retorta beslenmekte ve bu sayede gerekli piroliz sıcaklığına

ulaşılmaktadır. Her iki tür indirekt ısıtma işleminde orta kalorili gaz ürün elde edilmektedir.

retortlama işlemleri ele alınmıştır.

3.2.2 Yeraltında (In-situ) Retortlama

Yer altında retortlama işlemi özellikle yer üstü retortlama işlemi sonrası oluşan ve çevre sorunu

yaratan katı bakiye problemini ortadan kaldırmaktadır. İn-situ retortlama olarak bilinen bu

işlemin temel adımları; öncelikle bitümlü şeyllerin yer altında parçalanması, gerekli ısıyı

sağlamak için ateşleme, daha önce açılmış olan kanallardan hava gönderilmesi ve oluşan gaz ve

sıvı ürünlerin yeryüzüne pompalanmasıdır. Bu yöntemin başlıca dezavantajı işletme maliyetinin

yüksek olmasıdır. Çünkü yer altında bulunan bitümlü şeyl yatağı gözenekli yapıda olmayıp

geçirgenliği de oldukça düşüktür. Bu nedenle önce geçirgen olmayan bitümlü şeyl yatağını

parçalayarak gözenekli hale getirilmesi gerekmektedir. İşletme maliyetinin önemli kısmını bu

işlem oluşturmaktadır. Diğer bir dezavantaj ise gaz akımının kontrolünün güçlüğü ve bunun

sonucu olarak bütün ürün veriminin azalmasıdır. Bu olumsuzlukları ortadan kaldırmak amacıyla

Oxo Sistemi geliştirilmiştir. Bu sistemde her bir yeraltı retortu 60mx60mx95m boyutlarındadır.

Bu boyutlardaki şeyl bloğunun yaklaşık% 25 lik kısmı patlatma işlemleri sonucu gözenekli hale

getirilir. Retort istenilen oranda gözenekli yapıya geldikten sonra oluşacak ürünleri dışarıya

almak ve kızgın hava/su buharı karışımını içeriye pompalamak amacıyla gerekli boru bağlantıları

yapılır.

15

Şekil 4.OxoRetortunun Basit Gösterimi [3]

Ateşleme işleminden sonra yatağın üst kısmı yanmaya başlar. Bu esnada oluşan ısınınetkisi ile

yatağın üst kısımlarında piroliz işlemi başlar ve zaman içinde yatağın alt kısımlarına kayar.

16

Oluşan ürünler daha önceden bağlantıları yapılmış bulunan borular yardımıyla yer üstüne

taşınır.[5]

3.3 Yakma

Bitümlü şeyllerin yakılması tek başına olabileceği gibi kömürle birlikte de

gerçekleştirilebilmektedir. Aşağıda her iki yönteme ilişkin öne çıkan teknolojiler verilmektedir.

3.3.1 Tek başına yakma

Bitümlü şeyllerin konvansiyonel sistemlerde yakılması pulverize sistemde yüksek sıcaklık

sebebiyle oluşan korozyon, kirletici emisyonlar ile cüruf problemleri gibi bir takım problemler

oluşturmaktadır. Bir diğer yakma yöntemi olan kabarcıklı (bubbling) akışkan yataklı sistemde ise

kazan kapasitesinin sınırlı olması, ayrıca uçucu küldeki yüksek karbon içeriği -dolayısıyla düşük

yanma verimi- nedeniyle, Sirkülasyonlu Akışkan Yatak (SAY) yakma sistemleri öne çıkmaktadır.

Bitümlü şeyllerin bu sistemde yakılmasının avantajları genel olarak aşağıdaki şekilde

sıralanabilir:

Yüksek yanma verimi (düşük sıcaklıkta -800-900 oC- yakmadan dolayı)

Düşük NOx ve SO2emisyonları,

Düşük kaliteli kömürlerin yakılmasına imkan tanıması,

Uygun yatırım ve işletme maliyetleri (ilave desülfürizasyon ve deNOx tesisi

gerekmemektedir).

3.3.2 Kömürle birlikte yakma

Yüksek kükürtlü kömürlerin yakılması özellikle kükürt giderme işlemlerini de zorunlu

kılmaktadır. Bu amaçla genellikle yakma sistemine kireç enjeksiyonu gerçekleştirilmektedir.

Ancak, bu yöntem boylerde ısı kaybına neden olmakta ve ayrıca işletme maliyetlerini

arttırmaktadır. Bitümlü şeyl ise yüksek CaCO3 içeriği ile iyi bir kükürt giderici olarak

17

değerlendirilebilmektedir. Bitümlü şeylin yanabilir nitelikteki en önemli bileşeni özellikle düşük

sıcaklıklarda kolayca tutuşmayı sağlayan ve yanma işleminin ilk aşamasında kuvvetli yanan

uçucu bileşenleridir. Bu yüzden özellikle düşük sıcaklık yakma proseslerinde çok daha etkili

olmaktadır [2].

Yanma deneylerinde, kömür(linyit) ve bitümlü şistlerin birlikte yakılması sonucu toplam

kükürdün külde kalan gerçek % S tutulmasının, tane iriliğine ve karışım yüzdesine göre değişimi

gözlenmiştir. Değerlerin hesaplanmasında, her bir yanma deneyi için linyit ve bitümlü şist ile

bunların küllerinin ayrı ayrı yapılan kükürt ve kül analizleri kullanılmıştır. Sadece linyit

kullanıldığında külde tutulan % S kükürt miktarı % 10-20 arasında olmasına karşılık, sadece

bitümlü şeyl kullanıldığında bu miktar % 50-70 arasındadır. Bitümlü şist yüzdesi sıfırdan 50’ ye

kadar arttırıldığında, % S tutulma verimi de düzenli bir şekilde artmaktadır. Bitümlü şist miktarı

% 100 olduğunda ise maksimum kükürt tutma verimine ulaşılmıştır. 75 g bitümlü şist, 25 g linyit

ile karşılaştırıldığında, kükürt tutulma yüzdesinin azalması tamamen yanma sisteminin özelliğine

bağlanabilir. Homojen olarak karıştırılmış bitümlü şist ve linyitin yanma işleminin sabit yatakta

yapıldığı ve daha az miktarda olmasından dolayı linyitin yatak içerisinde dağınık olarak

bulunduğu dikkate alınırsa, bu linyitten yanma sonucunda çıkan SO2 gazının ancak eksenel yönde

karşılaşıp, bitümlü şeyl külü tarafından tutulması beklenir.[8]

3.4 Ekstraksiyon

Piroliz işlemlerine alternatif olabilecek başka bir yöntem de ekstraksiyondur. Bitümlü şeyllerde

organik yapının değişik çözücü ortamında bozundurulması esasına dayanan bu yöntemde, çalışma

şartlarına bağlı olarak değişik özellikte ve verimde şeyl petrolü üretilebilmektedir. Farklı

çözücülerle yapılan ekstraksiyonda verim çok düşük olmaktadır. Yapıdaki organik kısmın

çözünebilirliğini arttırmak için şeyldeki inorganik kısmın uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu

işlem inorganik asitler ile mümkün olabilmektedir. Ancak bu durumda organik yapı zarar

gördüğünden verim düşmektedir. Bu nedenle asit ile işleme sokmak yerine ekstraksiyon işlemini

retort içinde yüksek sıcaklık ve basınçlarda gerçekleştirme çalışmaları yapılmış ve oldukça

yüksek verimlere ulaşılmıştır. Bu konuda yapılan çalışmalar henüz araştırma ve pilot çalışma

düzeyinde olup endüstriyel büyüklükte üretimlerde henüz denenmemiştir.

18

4. Bitümlü Şeyllerin Diğer Değerlendirme Yöntemleri

1. Isıl işlem (retortlama veya piroliz) sonucu sentetik petrol veya gaz üretilebilir;

2. Termik santrallerde katı yakıt olarak kullanılabilir;

3. Bitümlü şeyl külleri çimento sanayiinde, gübre sanayiinde ve refrakter malzeme yapımında

kullanılabilir;

4. İçerdikleri altın, uranyum, vanadyum, nikel vs. gibi nadir elementler yan ürün olarak elde

edilebilir.

4.1 Kaya Gazı Olarak Değerlendirilmesi

1. Teknik olarak hidrolik kırılma olarak bilinen "Fracking" işlemi gaz taşıyan kaya katmanlarının

içinde kırılmalar üretip yeryüzüne çıkarmak için su basıncını kullanıyor.

2. Bu noktada su öncelikle toprakla ve süreci hızlandırmak için kullanılan katkı maddeleriyle

karıştırılıyor. Bunlar, akiferle (yeraltı suyunu tutan ve ileten kayaç ortamı) temas etmemesi için

bir yere betonla sabitlenmiş çelik boruların içinden kilometrelerce aşağıya doğru gaz içeren

katmanın içine enjekte ediliyor.

3. Amerika'da tartışmalar bu kırılma sürecinde kullanılan katkı maddelerinin kapsıyor.

İngiltere'de Caudrilla isimli şirket herhangi bir sağlık problemine yol açmayan katkı maddelerinin

ne olduğunu ortaya çıkardı. Weeton bölgesinde su-kum karışımının yüzde 99,75'i oldukça

seyreltilmiş hidrolik asit, biyosid ve poliakrilamid (birçok kozmetikte kullanılan kimyasal) ile

birlikte kullanıldı.

4. Yaklaşık 90 gün sonra, kırılma süreci duruyor ve gaz küçük yüzey toplayıcılarının ve dağıtım

ünitelerinin içine akmaya başlıyor. Böylece bu süreç bu şekilde onlarca yıl devam ediyor.[9]

19

5. Gerçekleştirilmesi Planlanan Deney

Bitime projesi kapsamında deney yapılmamış genel olarak gerçekleştirilecek işlemler

incelenmiştir. Bu işlemler Fischer-Assay metodu gerçekleştirilecektir. Fischer analizi dünyada

retortlama konusunda kullanılan ve Türk Standardı da (TSE 729) olan bir retortlama deneyidir.

Bitümlü şeylin retortlanması çalışmalarında karşılaştırma olması açısından yapılmasına gerek

duyulan bir analizdir.

Bu cihaz sıcaklığı kontrollü bir şekilde arttıran kontrol ünitesi, regülatör, fırın, retort, toplamam

kabı ve soğutucudan ibarettir. 50 g’lık numuneler retort kısmına konulur. Retort fırının içine

yerleştirildikten sonra ürün toplama kabı ve soğutucu bağlantıları yapılır. Standartta belirtildiği

şekilde sıcaklık programı kontrol ünitesine girilir. Daha sonra bu sıcaklık programına göre cihaz

çalıştırılarak fırın ısıtılır. Kendi kendine retortlanan bitümlü şeyllerden elde edilen sıvı ürün

çıkışta dereceli kapta toplanır ve içerisindeki su ayrıldıktan sonra tartılarak yüzde değerleri

hesaplanır.[1]

Şekil 5. Fischer-Assay Deney Düzeneği

20

Gerçekleştirilecek olan deney Fischer-Assay yöntemine bağlı kalınarak şu yöntemler sırası ile

gerçekleştirilmelidir.

1- Cihazdaki soğutucu ve fırınların ısınmasını sağlayan kısım çalıştırılır. Bilgisayar açılır.

Göstergelerin çalışır vaziyette olduğu göz ile kontrol edilir.

2- Kullanıma uygun hale getirilen bitümlü şeyl numunesinden yaklaşık 50 g tartılır. İmbik

içerisine bu numune konulur. Cihazda tüm fırınların bir arada çalıştırılması maksimum

ısının elde edilebilmesi için şimdilik bilinmeyen bir sorun yaratmaktadır. Bu nedenle en

fazla iki adet fırının bir arada kullanılması operatör tarafından önerilmektedir.

3- İmbiğin kapağına su ile çamur haline getirilen grafit pastasından hafifçe sürülür, kapak

kapatılır ve döndürülerek yuvasına tam olarak yerleştirilir. Bu sayede sızdırmazlığı

sağlanır.

4- Cam hazne tıpayla birlikte tartılır ve imbiğin çıkış borusuna bağlanır.

5- İmbik fırına, cam hazne su banyosuna gelecek şekilde yerleştirilir. Bu sırada soğutma

suyunun cam hazneye temasının maksimum ısı transferini sağlayacak şekilde

yerleştirilmesine özen gösterilir.

6- Fırınların ön tarafındaki soğutma kısmı için deney sonuna kadar sürekli devam eden su

akışı sağlanır. Taşma olmamasına özen gösterilir.

7- Bilgisayardan kayıt amaçlı Opik04 programı açılır.

8- Programın kullanılabilir hale getirilmesi için sağ üst köşedeki yeşil renkli olan kutucuk

tıklanarak manuel hale getirilir. Daha sonra kaydet tuşuna basılarak grafiğe yapılan

çalışmaya uygun bir isim verilir. Program verileri kaydettikçe grafik çizilmeye başlar.

9- Fırınların ısıtma programları TS729 standardına göre ayarlanmıştır. Bu standart EK-1 de

verilmiştir. İmbik hangi fırındaysa o numaralı fırının göstergesinden çalıştırılır ve deney

başlatılmış olur.

10- Fırında 80 dakikalık bir ısıtma söz konusudur. Bu ısıtma süresinde maksimum 550 oC

sıcaklığa çıkılması beklenmektedir.

11- Deney sonunda fırınlar otomatik olarak durur ve kendini soğutmaya başlar.

12- Grafik çiziminin sonlanması için tekrar kaydet tuşuna basılır.

13- Deney sonunda imbik ve cam hazne fırından çıkarılır.

14- Cam hazne ve tıpa, içerisinde elde edilen sıvı ile birlikte tartılır.

15- İmbik içerisinde yanma sonrasında kalan kül numune tartılır ve hesaplamalar yapılır.

21

6. Kaynakça

[1] Doğan, Ö.M., .Beypazarı, Seyitömer ve Himmetoğlu Bitümlü Şistlerinin

Retortlanması.Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. (1996)

[2] Toraman, Ö.Y. ve Uçar, M. Alternatif Fosil Enerji Kaynağı: Bitümlü Şeyl. Tübav, Cilt 2, 1,

37-46 (2009)

[3] G. Ünalan, Türkiye Enerji Kaynaklarının Genel Değerlendirmesi, Jeoloji Mühendisliği

Dergisi, 27 (1) , (2003).

[4] Ballice, L., Yüksel, M., Sağlam, M. ve Hanoğlu, C., Mevcut Enerji ve Kimyasal Hammadde

Kaynakları Arasında Bitümlü Şistlerin Yeri ve Önemi . Ekoloji ve Çevre Dergisi, 14, (1995)

[5] İ. Şengüler, Asfaltit ve Bitümlü Şeylin Türkiye'deki Potansiyeli ve Enerji Değeri, TMMOB

Türkiye VI. Enerji Sempozyumu-Küresel Enerji Politikaları, Ankara, (2007).

[6] Murat, A. Ülkemizde Yeni Belirlenen Petrollü Şeyl Potansiyel Rezervi ve Yerinde Şeyl

Petrolü Üretiminin Araştırılması. MTA Doğal Kaynaklar ve Ekonomi Bülteni, 9, 1-7. (2010)

[7] Doğan, Ö.M. ve B.Z. Uysal,”Bitümlü Şistleri Piroliz İşlemi ile Değerlendirme Çalışmaları”,

Kimya Müh. Odası Dergisi, No:151, 22-26, 1997.

[8] Duransoy, B., Doğan, Ö.M. ve B.Z. Uysal, “Bitümlü Şist ve Linyitlerin Birlikte Yakılmasının

SO2 Emisyonuna Etkisi”, Yanma ve Hava Kirliliği Kontrolü II. Ulusal Sempozyumu, 1993

[9]http://www.marbleport.com/dogal-kaynaklar/66/bitumlu-seyl(25.11.2012)

[10]http://enerjienstitusu.com/2012/03/27/kaya-gazinin-cikartilmasini-saglayan-teknoljik-

devrim/(25.11.2012)

22

EKLER

23

EK.1. TS 729 Standardı

24

25

26

27

28

29

30

31

32