Estimation of total carbon, hydrogen, sulfur and gross calorific value by using multi lineer regression method
Çoklu lineer regresyon metodu kullanılarak toplam karbon, hidrojen, kükürt ve üst ısıl değer tahmini
- Tez No: 541308
- Danışmanlar: PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Dünyada nüfusun artmasıyla enerji ihityacı da artmaktadır. Dünyada termal ve elektrik enerjisi başlıca fosil hidrokarbon yakıtlar kullanılarak üretilmektedir. Dünyadaki elektrik enerjisinin %40'ından daha fazlası kömür kullanılan termik santraller tarafından üretilmektedir. Tüm dünyada elektrik üretimi tahminleri gösteriyor ki; elektrik üretiminin artması ile kömür kullanımının da orantısal olarak artacağı yönündedir. Türkiye'de toplam elektrik üretiminin %28,2'si kömür kullanılarak üretilmektedir. Bu üretiminin %42'si ithal edilmiş kömürlerden üretilmektedir. İthal edilen kömürlerin büyük çoğunluğu bitümlü ve alt bitümlü taş kömürleridir. Ayrıca ithal kömürlerin önnemli kısmını ısınma kaynaklı taş kömürleri oluşturmaktadır. Kömür fosil yakıtların arasında büyük bir enerji kaynağı olmasının yanı sıra, madenden demir çelik üretiminde hammadde kaynağından atık su saflaştırılmasına kadar birçok sayıda kullanım alanı mevcuttur. Kömür başlıca, karbon, hidrojen, azot ve oksijen elementlerin bileşiminlerinden oluşmuş, yanabilen, sedimanter organik tortul bir kayaçdır. Kömürde organik yapıların haricinde inorganik yapılar da bulunmaktadır. Karbon, hidrojen, kükürt kömür içinde organik yapıda ve inorganikyapıda bulunmaktadır. İnorganik yapılar içinde başlıca Fe, Si ve Al ve iz elementler de bulunmaktadır. İnorganik mineraller oksitlendiğinde kül meydana gelir. Ancak kül içeriği, kömürdeki mineral madde içeriği ile eşit değildir. Kömür milyonlarca yıl oluşma sürecinde, ısı, basınç ve mikrobiyolojik etkilerin sonucunda meydana gelmiştir. Kömürleşme süresinin ilk evresi, bitkisel artıkların fiziksel, kimyasal, mikrobiyolojik ve tektonik hareketlerle turbalaşma aşamasıdır. Kömürleşme süreci, turbanın oluştuğu bataklıkta turbanın üzerinin ince klastik veya diğer sedimentlerle örtülmesiyle başlamaktadır. Turba içerisinde bulunan, H2O, CO2 ve O2 moleküllerinin uzaklaşmasıyla, turba, sırasıyla linyit, alt bitümlü kömür, taş kömürüne dönüşür. Taş kömüründen H2 uzaklaşmasıyla da antrasite dönüşür. Kömür oluşum süreci herhangi bir aşamada durduğunda oluşum bir daha başlamamak üzere sonlanır ve geri döndürülemez. Kömürün fiziksel ve kimyasal özelliklerini etkileyen birçok parametre vardır. Bu nedenle, 200 yıldan beri araştırmacılar, bilim insanları ve sanayiciler tarafından birtakım özellikleri kullanılarak sınıflandırmaya tabi tutulmuştur. Kömür, ısıl değeri, uçucu maddesi, karbon, hidrojen içeriğine göre sınıflandırılmış ve linyit, taş kömürü ve antrasit olarak isimlendirilmiştir. Kömür oluşum ham madde kaynağına göre de sınıflandırılmıştır. Ham madde kaynağı, hümik asit, fulvik asit ve humin olan hümik kömürler, çoğunlukla kömürleşmiş bitki parçalarından oluşur ve bantlı bir görünüme sahiptir. Alglerden ve/veya sporlardan oluşmuş sapropelik kömürler ise homojen görünüme sahiptir. Kömür endüstride nihai kullanıcılar olarak ısıl kömür ve metalurjik kömür olarak sınıflandırılır. Ancak en önemli sınıflandırma bilimsel sınıflandırmadır. Bilimsel sınıflandırmada kömürde bulunan uçucu madde içeriği, karbon ve hidrojen muhtevası ve ısıl değeri kullanarak yapılmaktadır. Bu sınıflandırma sonucuna göre linyit, bitümlü ve alt bitümlü kömür, semi antrasit, antrasit ve meta antrasit olarak ayrılmıştır. Kömürün kalitesi kömürün olgunlaşmasına bağlıdır. Başka bir deyişle, kömürün kalitesi kömürleşme ya da kömürün metamorfizma derecesiyle ilişkilidir. Turbadan, linyit, taşkömürü ve sonunda da antrasite dönüşmektedir. Bu derecelendirme kömürün karbon içeriğini, ısıl değeri, yansıtma özelliğini, optik anisotropisi, aromatik yapısı artarken, uçucu maddesi, oksijen içeriği, hidrojen içeriği, yanma özelliği ve çözünürlüğü azalmaktadır. Kömüre nem, kül, uçucu madde ve sabit karbon içeriği analizleri ile karbon, hidrojen, kükürt içeriği ve ısıl değer analizleri en sık uygulanan analizler arasında yer almaktadır. Bu analizler, ulusal ve uluslararası test metotları ile yapılmaktadır. Bunun yanı sıra literatürde uygulanan ampirik eşitlikler de mevcuttur. Bunun en bilineni EN ISO 1928 metodunda açıklanmış Seyler metodu kullanılarak uygulanan hidrojen içeriğinin tahminidir. Ancak bu metod hidrojen muhtevası %3 ve daha fazlası için uygulanmaktadır. Literatürde yapılmış bu ampirik hesaplamalar en küçük kareler yönteminden yararlanılarak çoklu lineer regresyon metotları kullanılarak uygulanmıştır. Regresyon analizi istatistik bir metottur ve bir bağımlı değişken ve bir veya daha çok bağımsız değişken verileri kullanarak, aralarındaki ilişkiyi açıklamak için kullanılır. Regresyon analizinin amacı bağımsız değişken ya da açıklayıcı değişken X ve bağımlı değişken ya da açıklanan ya da cevap Y ile arasındaki ilişkiyi matematiksel bir formülle oluşturmaktadır. Regresyon analiz metodu parametrik ve parametrik olmayan teknikler için uygulanabilir. Parametrik olmayan teknik bağımlı değişken ile bağımsız değişken arasında doğrusal bir ilişki olmayan veriler için uygulanırken, parametrik teknik doğrusal ilişki olan veriler için uygulanır. Parametrik teknikle uygulanan regresyon analizi basit lineer regresyon ve çoklu lineer regresyon olarak uygulanmaktadır. Basit lineer regresyon analizi bir bağımlı değişken ve bir bağımsız değişken için uygulanırken, çoklu lineer regresyon analizi bir bağımlı değişken ve birden çok bağımsız değişken için uygulanmaktadır. Türkiye enerji üretiminde dışa bağımlı bir hal kazanmasından dolayı yerli kaynaklara yatırım yapılmaktadır. Ancak ne kadar yerli yatırımlar devam etse de Türkiye'nin endüstriyel gelişmeler sürdürmesinden dolayı ithal taş kömürleri de kullanılmaya devam etmesi kaçınılmaz bir gerçektir. Ancak kömürler fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre kullanım alanı değişmektedir. Bu nedenle, kömüre uygulanan analizler önem kazanmaya devam edecektir. Kömür her ne kadar önemli bir kaynak olsa da küresel ısınmaya neden olan sera gazının artmasına neden olmaktadır. Küresel ısınma, kuraklık, birçok türün neslin tükenmesine, deniz seviyesinin yükselmesine, ekolojik dengenin bozulmasına neden olmaktadır. Bu nedenle Paris'te Türkiye de dahil olmak üzere 195 ülke sera gazlarının azaltılmasına yönelik Paris Antlaşması imzalanmıştır. Bundan dolayı Türkiye Cumhuriyeti Çevre ve Şehircilik Bakanlığı tarafından Sera Gazı Emisyonlarının Takibi Hakkında Yönetmelik yayınlanmıştır. Bu yönetmelik içinde, endüstride kullanılan kömürlerin alt ısıl değer ve karbon analizlerinin belirli periyotlarda yapılması gerekmektedir. Bu nedenle kömüre uygulanan analizler de önem kazanmıştır. Kömüre uygulanan analizler dışarıdan ithal edilen cihazlar kullanılarak yapılmaktadır. Döviz kurunun artması ile cihazlar günbegün artmaya devam etmektedir. Bunun sınucunda kömüre uygulanan analizler yerine çoklu lineer regresyon ile çıkartılmış eşitlikler kullanılabilir. Kömüre yapılacak analizler için yüksek saflıkta oksijen gazı tüketilmektedir. Yüksek saflıkta oksijen gazı ithal edilmektedir ve çok pahalıdır. Buna ek olarak laboratuvarda bu analizleri yapacak insan kaynağına ve zamana ihityaç vardır. Laboratuvardan çıkacak sonuçların hızlı bir şekilde üretime gitmesi gerekmektedir. Ancak çoklu lineer regresyonla oluşturulmuş formullerle sonuçlar hızlı bir şekilde hesaplanarak üretim hattına kömür alınabilir. Bu çalışmada 84 adet farklı özelliklere ve kalitelere sahip olan 41 adet linyit, 41 adet taş kömürü ve 2 adet antrasit kömür kullanılmıştır. 84 adet numuneye nem, kül içeriği, uçucu madde miktarı, sabit karbon içeriği, karbon, hidrojen, kükürt muhtevası ve üst ısıl değer ve alt ısıl değer analizleri yapılmıştır. Bu analiz sonuçları orijinal bazdan kuru baza çevrilmiştir. Elde edilen sonuçlar arasında korelasyon grafikleri oluşturulmuş ve değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler sonucunda en küçük kareler yöntemi ile çoklu lineer regresyon analizi yapılmıştır. Kuru bazda kül, uçucu madde ve sabit karbon analiz sonuçlarından karbon, hidrojen, kükürt içeriği eşitlikleri, kuru bazda kül, sabit karbon ve kuru ve külsüz bazda uçucu madde sonuçlarından kuru bazda karbon, hidrojen ve kükürt içerikleri için formuller türetilmiştir. Bununla birikte, kuru bazda kül, karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü, kuru bazda kül, uçucu madde, karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü, kuru bazda kül, uçucu madde, sabit karbon, karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü, kuru bazda karbon, hidrojen ve kükürt içeriğinden, kuru bazda üst ısıl değer formulü türetilmiştir.Son olarak orijinal bazdaki karbon, hidrojen ve üst ısıl değer tahmini sadece orijinal bazdaki uçucu madde ve sabit karbon verileri kullanılarak formül türetilmiştir. Türetilen formüller, genel analizler, linyit ve taş kömürü için yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Energy need in the world has been increasing with rising of human population. In the world, thermal and electricity energy are mainly produced by using hydrocarbon fossil fuels. Over the 40% of total power generation of the world is produced from coal-based power plants. The power generation forecast of all over the world shows that by the increase of the power generation, the use of coal in power generation plants is proportionally increased. 42% of total coal-based power generation of Turkey is produced by using traded coal which is mostly hard coal. In addition, the 42% of this generation is produced by using traded coal in Turkey. These coals mainly are bituminous and subbituminous coal. Also, an important part of the imported coal mainly consists of heat-based coals. In addition to being a major source of energy among fossil fuels, coal has a wide range of uses from raw material in iron and steel production to waste water purification. Coal is an organic sedimentary rock, mainly composed of carbon, hydrogen, nitrogen and oxygen elements. In addition to organic compounds in coal, coal includes inorganic structures. Carbon, hydrogen and sulfur are present in organic structure and inorganic structure in coal. Inorganic structures include mainly Fe, Si and Al and trace elements. Ash formation takes place when inorganic minerals are oxidized in coal. However, the ash content is not equal to the mineral content in the coal. Coal has been formed as a result of heat, pressure and microbiological effects during millions of years. The first phase of the coalification period is the peatification stage from the plant residue the consequences of the phsical, chemical, microbiological effects and tectonic movements. With the removal of H2O, CO2 and O2 molecules in the peat, the peat is converted into lignite, lower bituminous coal and hard coal respectively. It is also converted to anthracite by the removal of H2 from the coal. When the coal formation process stops at any stage, the process ends and is not reversible. Moisture, ash, volatile matter, fixed carbon content, carbon, hydrogen, sulfur content and thermal value analyzes are the most commonly used ones. These analyzes are carried out by national and international test methods. Moreover, there are empirical equations in the literature. The best-known equation is the estimate of the hydrogen content applied using the Seyler method which is described in the EN ISO 1928 method. However, this method is applied for hydrogen content only if there is 3% hydrogen content or more in coal. These empirical calculations were made by using the least squares method and multiple linear regression methods in the literature. Due to the fact that Turkey has been dependent on the foreign resources, it is invented in domestic resources. Even if domestic inventments are increased, the use of imported hard coal is an avoidable fact. Coals are used for a wide of industrial areas in terms of different physical and chemical properties. For this reason, the applied analysis in coal make its importance high. In this study, 84 samples of coal which has different ranks and properties are used. 41 of these coal samples are lignite, 41 of the coals are hard coals and the others are anthracite. Moisture, ash content, volatile matter, fixed carbon, carbon content, hydrogen content, sulfur content, gross calorific value and net calorific value are analysed for these coal samples. The results of these analysis are converted from original basis form to dry basis form. The correlation graphs are drawn by using the obtained results and evaluated. In the consequence of these evaluations, multilinear regression analysis is performed by the least squares method. Carbon, hydrogen and sulfur equations in dry basis are derived from the results of ash, volatile matter, fixed carbon in dry basis; also, carbon, hydrogen and sulfur equations are derived from the results of ash, fixed carbon in dry basis and volatile matter in moisture and ash free basis. In addition, gross calorific value equations in dry basis are derived from the results of ash, carbon, hydrogen, sulfur content in dry basis, the results of ash, volatile matter, carbon, hydrogen, sulfur content in dry basis, the results of ash, volatile matter, fixed carbon, carbon, hydrogen, sulfur content in dry basis and, the results of carbon, hydrogen, sulfur content in dry basis. Finally, the content carbon, hydrogen and gross calorific value are estimated by using volatile matter, all in original basis. The derived formulas are practiced for general analysis, lignite and, hard coal.
Benzer Tezler
- Kentsel atıksu arıtma tesisi anaerobik çamur çürütücülerinin dinamik proses modelleme yaklaşımı ile analizi
Analysis with dynamic process modeling approach of anaerobic sludge digesters of the urban wastewater treatment plant
KERİM EKİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL
- Çevresel tesislerden kaynaklanan sera gazı emisyonlarının hesaplanması
Greenhouse gases calculations from enviromental facilities
MEHMET ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SAİT YAZĞAN
- Integrated nutrient removal and biogas production using microalgal and anaerobic microbial cultures
Mikroalgal ve anaerobik mikrobiyal kültürler ile entegre besiyer madde giderimi ve biyogaz üretimi
AYŞE ÖZGÜL ÇALICIOĞLU ŞENGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÖKSEL NİYAZİ DEMİRER