Fosil yakıtlar ve işlenmesi

Sert kömür

Taş kömürü organik kökenli tortul, yanıcı bir kayadır. Birikmiş organik maddenin dönüşümüyle oluşur. Buna karbonlaşma terimiyle anılan biyolojik, biyokimyasal, jeolojik ve jeokimyasal süreçler eşlik eder. Madde daha sonra elementel karbon bakımından zenginleştirilir. Taşkömürü tipik olarak %75 ila 92 arasında C içerirken başka bir kömür türü olan antrasit %97’ye kadar C içerebilir. Bu işlemler son derece uzundur ve belirli sıcaklık ve basınç koşulları altında gerçekleşir. Taş kömürünün işlenmesi şunları içerir:

• Koklaştırma , taş kömürünün kimyasal olarak işlenmesi için en önemli süreçtir . Sonuç olarak kok elde edilir. Kömür, havaya erişimi olmadan 900 ila 1100 ᵒC sıcaklıkta ısıtılır. Bu koşullar altında yakıt ayrışır ve hafif koklaşan ürünler olarak adlandırılan kok (katı kalıntı halinde) ve bir gaz karışımı üretilir. Koklaştırma prosesinde, nihai ürünün iyi kalitede olması, yani doğru granülasyona, gözenekliliğe ve mekanik dayanıklılığa sahip olması için, koklaştırma için hammaddenin uygun şekilde hazırlanması önemlidir. Taş kömürünün kalitesi burada önemlidir. Kömür hazırlama süreci tartmayı, öğütmeyi ve karıştırmayı içerir.
• Gazlaştırma – Bu sürecin özü, çıkarılan kömürün enerjik özelliklere sahip bir gaza dönüştürülmesidir. Taş kömürünün gazlaştırılması bu amaç için özel olarak uyarlanmış endüstriyel tesislerde gerçekleştirilmektedir. Gazlaştırma işlemi hava veya saf oksijen varlığında gerçekleşir. Daha da önemlisi, gazlaştırma tesisinin reaktörüne giren ham madde olan taş kömürünün en yüksek kalitede olması gerekmez. Kirlenmiş kömür de buna çok uygundur. Ancak hammaddenin saflık derecesi ürünün kalitesini belirler. Kömürün gazlaştırılmasıyla üretilen sentez gazı, kimya endüstrisinde doğal gazın önemli bir ikamesidir.

Ayrıca okuyun: allotropik karbon çeşitleri .

Ham petrol

Ham petrol, kimyasal bileşiklerin karmaşık bir karışımıdır . Bileşimi (yaklaşık %80-90) ağırlıklı olarak sıvı hidrokarbonlardan veya çözünmüş katı hidrokarbonlardan oluşur. Ham petrol esas olarak parafinik, aromatik ve sikloparafinik hidrokarbonlardan oluşur. Yukarıdakilere ek olarak yapısında oksijen, kükürt veya nitrojen gibi elementler içeren organik bileşikler de ham petrolde bulunmaktadır. Petrolün çıkarıldığı yer ve yere bağlı olarak görünümü ve kimyasal bileşimi değişiklik gösterir. Hidrokarbon bileşimi ve diğer bileşenlerin varlığı, işlenmesinin seçimini ve seyrini etkiler. Temel ham petrol işleme şunları içerir:

• Damıtma – bu işlem, ham petrolü daha sonra bağımsız olarak kullanılabilen veya daha ileri işlemler için gönderilebilen ayrı fraksiyonlara (dolayısıyla fraksiyonel damıtma adı verilir) ayırmayı amaçlar. Ham damıtma tesisleri iki adet tek kademeli damıtma sisteminden oluşur. Birincisi atmosferik basınç altında damıtma, ikincisi ise indirgenmiş basınç altında damıtmadır. Atmosferik damıtma altında üç ana fraksiyon elde edilir: birinci damıtma nafta (kaynama aralığı 30-200 ᵒC), kerosen (175-300 ᵒC) ve parafin yağı (275-400 ᵒC). Atmosferik damıtma kolonundan gelen kalıntı – mazut – 350 ᵒC’nin üzerindeki sıcaklıklarda kaynar. Düşük basınç altında damıtmayı içeren yağ işlemenin bir sonraki aşamasında ayrılır. Vakum ve buhar ilavesi, hidrokarbonların kaynama noktalarını önemli ölçüde azaltır. Bu, termal ayrışma riski olmadan birbirlerinden ayrılmalarına olanak tanır. Mazutun vakumla damıtılmasının ürünleri, vakumlu gaz yağı, parafinik damıtıklar ve daha ileri işlemler için bir ara üründür.
• Katalitik parçalama – bireysel ham petrol fraksiyonları esas olarak uzun zincirli alifatik hidrokarbonlar içerir. Endüstride en büyük talep, zincir uzunlukları 5 ila 12 karbon atomu arasında olan hidrokarbonların bir karışımı olan petrole yöneliktir. Uzun zincirli moleküllerdeki karbon-karbon bağlarının kırıldığı katalitik kırma, bu tür bileşiklerin elde edilmesine yardımcı olur. Çatlama genellikle termal veya katalitik olarak başlatılır. Katalitik parçalama sırasında meydana gelen ana reaksiyonlar, alkanlardaki CC bağlarının kırılması, naftenlerin dehidrojenasyonu, naftenik hidrokarbonların halka kırılması ve alkenlerin polimerizasyonudur .
• Reforming – reforming , mümkün olduğu kadar çok petrol çıkarmayı amaçlayan başka bir petrol rafine etme işlemidir. Bu işlem sırasında moleküllerinde düz karbon zinciri bulunan hidrokarbonlar, dallanmış ve/veya aromatik bileşiklere dönüşür. Reformasyon, benzin distilatlarının yanı sıra daha ağır petrol fraksiyonlarının parçalanmasıyla elde edilen ürünlere de uygulanır. Bu işlem son derece önemlidir çünkü etkisi altında petrolün oktan sayısı artar (izomerizasyon, dehidrosiklizasyon, aromatizasyon), bu da kalitesini önemli ölçüde artırır. Ayrıca reformasyon sırasında önemli miktarda hidrojen gazı açığa çıkar. Hidrorafinasyon ve hidrokraking gibi hidroproseslerde kullanılır.

Doğal gaz

Doğal gaz, enerji açısından önem taşıyan bir diğer yenilenemeyen fosil yakıttır. Gaz halindeki bir yakıttır. Genellikle yağ birikintilerinde bulunur – ya ayrı bir fraksiyon olarak ya da içinde çözünmüş olarak. Rezervuarın konumuna bağlı olarak çeşitli doğal gaz türleri vardır: yüksek metan, nitrojen açısından zengin, kuru ve ıslak. Bunlardan ilki, bileşiminde %98’e kadar en fazla metan içermesi nedeniyle en önemlisidir. Ayrıca doğal gazda (değişen miktarlarda) etan , propan , karbon monoksit, karbon dioksit, nitrojen ve helyum da bulunur. En önemlisi doğalgazın kokusu yoktur. Sızıntısının hızlı bir şekilde tespit edilebilmesi için özel maddelerle kokulandırılarak kolayca hissedilmesi sağlanır. Sahadan çıkarılan doğalgaz oldukça kirli. Bu nedenle tüketiciler tarafından kullanılabilmesi için saflaştırma işlemlerinden geçmesi gerekmektedir. Doğal gazın işlenmesi bunlara dayanmaktadır. Bu sürecin ana aşamaları şunları içerir:

• Dehidrasyon – gazın içerdiği nemin ortadan kaldırılmasından oluşur. Bununla birlikte bazı kirletici maddeler de uzaklaştırılır. Doğal gazın içindeki su buharı boru hatlarının korozyonuna neden olduğu gibi hidrat oluşumuna da neden olur, bu nedenle doğal gazın şebekeye verilmeden önce kurutulması gerekir. Ayrılan sıvıya formasyon suyu denir. Özel depolama tesislerine alınır ve daha sonra tekrar saflaştırılır. Doğal gazı kurutmak için kullanılan yöntemler absorpsiyon (glikoller), adsorpsiyon (kalsiyum ve magnezyum klorür tuzları) ve membran teknikleridir.
• Karbondioksitin uzaklaştırılması – bu işleme genellikle karbondan arındırma adı verilir. Kükürtle birlikte karbondioksit de doğal gazdaki en zararlı kirleticilerden biridir. _CO2 asidik bir gazdır. Gazın içindeki su buharıyla kolaylıkla reaksiyona girerek karbonik asit oluşturur. Düşük potansiyelli bir asit olmasına rağmen aşındırıcı özelliklerinden dolayı diğer şeylerin yanı sıra gaz taşıma sistemleri üzerinde olumsuz etkisi vardır. Bu nedenle doğal gazın dekarbonizasyonu gereklidir.
• Kükürt giderme – doğal gazda kükürtün varlığı, örneğin hidrojen sülfür formunda, çok zararlıdır. Yakıt olarak gazın kalitesini etkilemesinin yanı sıra zehirli ve aşındırıcı özelliklere de sahiptir. Hidrojen sülfür oldukça zehirli bir gazdır. Doğal gaz yataklarından arındırılması da çevrenin korunması adına önemli bir adımdır. Kükürt giderme prosesleri tipik olarak fiziksel adsorpsiyon ve kemisorpsiyon yöntemlerini kullanır. Diğerlerinin yanı sıra aktif karbon ve zeolitler, _H2’yi ortadan kaldıran adsorbanlar olarak tatmin edici derecede etkilidir. Emilim genellikle doğal kütlelerle (örneğin bataklık demiri) kimyasal reaksiyonla gerçekleşir. Hidrojen sülfürü gidermenin en etkili yöntemlerinden biri, Claus süreci adı verilen bir katalizöre karşı oksidasyondur. Gazın içerdiği _H2S’den elementel kükürtün geri kazanılmasını içerir.

Turba

Turba benzersiz özelliklere sahip bir fosil yakıttır. Fosil kömürlerin ‘en genci’ olarak kabul edilir. Turba oluşumu, başta bitki materyali olmak üzere birikmiş döküntülerin dönüşümünü içerir. Bu işlemler turbalaşma olarak bilinir. Yüksek nem içeriğinde ve oksijene sınırlı erişimde meydana gelirler. Turbalar, karışık bir bileşim ile karakterize edilen homojen ve heterojen olarak ayrılır. Turba, linyitten ağırlıkça %65’lik geleneksel elementel karbon içeriği sınırıyla ayrılır. Ekstraksiyondan sonra turba, tane boyutuna bağlı olarak üç fraksiyona ayrılır: küçük, orta ve büyük. Taze ekstrakte edilmiş turba genellikle oldukça asitlidir, bu nedenle bu asitliği azaltmak için dolomit tozu gibi katkı maddeleri sıklıkla kullanılır.