Combustion kinetics of asphaltites compared to coals through isoconversional analysis
Asfaltitlerin yanma kinetiğinin eşdönüşüm yöntemiyle kömürlerle karşılaştırılması
- Tez No: 883998
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT ÇINAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği, Petroleum and Natural Gas Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Asfaltitler, organik madde içeriği yüksek olan ve genellikle petrol içeren bölgelerde bulunan koyu renkli katı petrol ürünleridir. Bu maddeler, genellikle kükürt, azot ve metal içerikleri yönünden zengindir. Asfaltitlerin oluşumu genellikle göç sırasında veya sonrasında gerçekleşir. Petrolün oluşumu sırasında organik maddelerin yüksek basınç ve sıcaklık altında dönüşümüyle meydana gelirler. Asfaltitler, genellikle yüzey madenciliği teknikleriyle çıkarılır. Bu teknikler arasında açık ocak madenciliği ve kırma-eleme işlemleri bulunur. Ayrıca, asfaltitlerin çıkarılması için yer altı madenciliği de kullanılabilir. Asfaltitler, çıkarıldıktan sonra farklı endüstriyel uygulamalar için kullanılır. Asfaltitlerin birçok endüstriyel kullanım alanı vardır. Özellikle elektrik üretimi için kullanılan termal santrallerde yakıt olarak kullanılırlar. Ayrıca, asfaltitler yol yapımında da yaygın olarak kullanılır. Yol asfaltı üretiminde, asfaltitlerin karışımına katılarak dayanıklı ve uzun ömürlü yolların yapımına katkı sağlarlar. Türkiye'de, güneydoğu ve bazı kuzey bölgelerde bulunan asfaltit yatakları, genellikle yüzey madenciliği teknikleri kullanılarak çıkarılırBu bölgelerdeki asfaltit yatakları, genellikle elektrik üretimi için kullanılır. ABD'de ise Uinta Havzası'nda üretilen gilsonit adı verilen bir asfaltit çeşidi bulunmaktadır. Gilsonit, farklı endüstriyel amaçlar için kullanılan bir asfaltit türüdür. Özellikle yapıştırıcı, sızdırmazlık malzemesi, boya ve vernik üretimi gibi farklı endüstrilerde kullanılır. Asfaltitlerin çıkarılması ve kullanımı, farklı coğrafi bölgelere göre değişiklik gösterebilir. Türkiye'de elektrik üretimi için kullanılan asfaltitlerin yanı sıra, ABD'de farklı endüstriyel amaçlar için kullanılan gilsonit gibi özel asfaltit türleri de bulunmaktadır. Bu durum, asfaltitlerin farklı kullanım alanlarına ve endüstrilere yönelik özel özelliklere sahip olabileceğini göstermektedir. Asfaltitlerin kömür benzeri özelliklere sahip olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, asfaltitin yanma özellikleri kömür ve petrolle karşılaştırılarak daha kesin bir şekilde açıklanabilir. Bu anlayış, asfaltitin reaksiyon şeması, aktivasyon enerjisi şeması ve genel davranışı hakkında bilgi sağlayarak, alternatif enerji kaynağı olarak kullanım potansiyelini ortaya koymaktadır. Bu konuda yapılan araştırmalar genellikle asfaltitlerin kömür ve petrole benzerliklerini incelemekte ve bu maddelerin enerji üretimi için potansiyelini ortaya koymayı amaçlamaktadır. Bu çalışmalar, asfaltitlerin enerji üretimi için alternatif bir kaynak olabileceğini göstermektedir. Asfaltitlerin yanma özelliklerini daha kesin bir şekilde açıklamak, bu alternatif enerji kaynağının potansiyelini anlamak ve kullanımını optimize etmek için önemli bir adımdır. Asfaltitlerin yanma özellikleri incelendiğinde, reaksiyon hızı, yanma sıcaklığı, yanma verimliliği ve oluşan emisyonlar gibi faktörlerin belirlenmesi gerekmektedir. Bu veriler, asfaltitlerin enerji üretimi potansiyelini değerlendirmek ve yanma sürecinde meydana gelen kimyasal reaksiyonları anlamak için kritik öneme sahiptir. Yanma sırasında oluşan emisyonların bileşimi ve miktarı, asfaltitlerin çevresel etkilerini anlamak ve kontrol etmek için önemlidir. Bu bilgiler, asfaltitlerin enerji endüstrisindeki rolünü ve sürdürülebilirliğini değerlendirmek için kullanılabilir. Bu amaçla, kömür gazlaştırılmasına benzer bir dizi deney gerçekleştirilmiş ve literatürdeki çalışmalar değerlendirilerek petrolle karşılaştırılmıştır. Bu şekilde, asfaltit yanma karakteristiklerinin daha net bir resmi ortaya çıkar. Bu da reaksiyon şeması, aktivasyon enerjisi şeması ve genel davranış hakkında bilgi vermede yardımcı olur. Bu nedenle, bu prosedürde muhtemelen gerçekleşen reaksiyonlar hakkında bilgi vermede yardımcı olur. Bu amaçla, kömürle benzer bir dizi deney yapılarak literatür kullanılarak sırasıyla petrolle karşılaştırılır. Bu deneysel çalışmada, Türkiye'nin Şırnak ilinden elde edilen asfaltitin yanma özellikleri kinetik hücre deneyleri yoluyla analiz edilmiştir. 2 gram asfaltit numunesi kullanılarak farklı ısıtma hızlarıyla beş deney seti yapılmıştır. Bu deneylerde, hücre içindeki sıcaklık ve gaz bileşimi ölçülmüş; başlıca CO, CO2, CH4 ve O2 konsantrasyonları belirlenmiştir. Sonuçlar, farklı sıcaklıklarda iki farklı O2 tüketim zirvesini göstermekte olup, bu zirveler Yüksek Sıcaklık Oksidasyonu (HTO) ve Düşük Sıcaklık Oksidasyonu (LTO) ile ilişkilidir. Herhangi bir analiz yapmadan önce, asfaltit ve kömür ham verileri karşılaştırılarak LTO ve HTO reaksiyonlarının başlangıç sıcaklıkları, oksijen tüketimi ve karbondioksit üretim oranları gibi bazı yorumlar yapılmıştır. Daha sonra, sonuçlar eş-dönüşüm yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Bu yöntemler, farklı ısıtma hızlarında yapılan deney setlerini gerektirir ve bu deneyler sonucunda“dönüşüm-aktivasyon enerjisi”olarak adlandırılan bir eş-dönüşüm parmak izi elde edilir. Kinetik analizin amacı, sıcaklık fonksiyonu olarak kabul edilen sabit bir dönüşüm derecesindeki reaksiyon hızının herhangi bir kinetik model varsayımı yapmadan aktivasyon enerjisini elde etmektir. Bu parmak, izi reaksiyon şeması hakkında bilgi sağlar. Karbon monoksit ve karbondioksit üretim oranları için de aynı analiz yapılmıştır. Karbon monoksit verileri güvenilir ve yeterince doğru sonuçlar göstermemektedir. Bununla birlikte, karbondioksit verilerinin analiz edilmesi, gazlaştırma sürecinde gerçekleşmiş olabilecek reaksiyon şemasını anlamaya büyük katkı sağlamaktadır. Asfaltitlerin bazı bölgelerde ve literatürde genellikle kömürler gibi işlendiğini ve uygulanan prosedürlerin ve süreçlerin neredeyse aynı olduğunu göz önünde bulundurarak, sınıflandırmalar söz konusu olduğunda ham petrolün asfaltitlere daha yakın bir ilişki gösterdiği beklenmektedir. Asfaltitlerin aktivasyon enerjisi eğilimleri açısından karmaşık bir davranış sergilediği ve bu nedenle özellikleri veya reaksiyon şeması hakkında yorum yapmanın zor olduğu anlaşılmaktadır. Bu nedenle, daha iyi bir anlayış elde etmek için kömür gazlaştırma deneylerini modellemek için ticari bir simülatör kullanılmıştır. Bu ticari simülasyon aracılığıyla kömürün gazlaştırma sürecindeki davranışı belirlenmiş ve ayrıca etkin reaksiyonun anlaşılmasına öenmli katkı sağlayacaktır. Rezervuar ve numune özellikleri, jeoloji, reaksiyonlar, ısıtma sistemleri, uygulanan ısıtma hızları ve kinetik parametreler girdi verileri olarak simülatöre girilmiştir. Simülasyondan elde edilen sonuçlara göre, karbon oksidasyonunun hem aktivasyon enerjisi belirleme hem de tüketim oranları açısından gazlaştırma sürecinde en önemli rolü oynadığı anlaşılmıştır. Ayrıca, bu reaksiyon gazlaştırmanın en önemli aşaması olan; gazlaştırmanın ara aşamalarında gerçekleşen düşük ve yüksek sıcaklık oksidasyonlarında gerçekleşmektedir. Dahası, neredeyse tüm ana gazlaştırma reaksiyonlarının gazlaştırmanın son aşamalarında gerçekleştiği görülmektedir; bu nedenle, açıkça kömür ve asfaltitin son aşamalarda benzer davranma eğiliminde olduğu göz önünde bulundurulduğunda, asfaltit gazlaştırmanın son adımlarında gerçekleşen mekanizma ve reaksiyonların kömürle benzer olduğu sonucuna varılabilir.
Özet (Çeviri)
Asphaltites are dark-colored solid petroleum, classified as a group of Bitumens based on the latest classifications; this is disputable. They are formed by alteration during or after migration, generally in oil-bearing zones. They are primarily observed in petroleum provinces. In Turkey, they are extensively observed in the southeastern and some northern parts and are commonly produced by surface mining techniques for electricity generation. On the other hand, gilsonite, a form of asphaltite produced in the US (Uinta Basin of Northeastern Utah), is used as an additive for different purposes. Asphaltites originated from conventional oil. However, they have coal-like properties, such as ash content. It would be worthwhile if kinetic signatures could be compared to coal and petroleum. In this way, a more persistent picture of asphaltite combustion characteristics is clarified. Understanding this helps to decide on information about the reaction scheme, activation energy, and general combustion behavior, and finally, the reactions probably taking place in this procedure of newly trend alternative source of energy. For this purpose, a similar set of experiments is carried out with coal, and using literature, it is compared to petroleum, respectively. This experimental work analyzes the combustion characteristics of asphaltite from the Şırnak province of Turkey through kinetic-cell experiments. Five sets of ramped temperature experiments are conducted using a 2 g asphaltite sample with different heating rates. These experiments measure the temperature inside the cell and the effluent gas composition, primarily CO, CO2, CH4, and O2 concentrations. The results indicate two O2 consumption peaks at different temperatures, corresponding to High-Temperature Oxidation (HTO) and Low-Temperature Oxidation (LTO). Before doing any analysis, some comments compared to coal and asphaltite raw data, such as the initial temperature of LTO and HTO reactions, oxygen consumption, and carbon dioxide production rates. Then, the results are analyzed using isoconversional methods. These methods require a set of experiments conducted at different heating rates and result in a so-called isoconversional fingerprint (Conversion versus activation energy). The objective of the kinetic analysis is obtaining the activation energy without assuming any kinetic model under the isoconversional assumption that the reaction rate at a constant extent of conversion is only a function of temperature. This fingerprint provides information on the reaction scheme. The same analysis was repeated using carbon monoxide and carbon dioxide production data. Carbon monoxide data does not show reliable and sufficiently accurate results. However, taking carbon dioxide data into analysis contributes significantly to figuring out the reaction scheme that might have taken place in the gasification process. Considering that asphaltites are mostly treated as coals in some regions and literature, and the procedures and processes applied to them are almost the same, it is expected to show further similarities with coals. Yet, regarding classifications, crude oil shows a closer relationship to asphaltites. Asphaltites have been proven to exhibit complex behavior regarding activation energy trends, making it hard to comment on their characteristics or reaction schemes. Therefore, a commercial simulator is used to model the gasification experiments based on coal reactions to get a better understanding. Using this commercial simulator determines the behavior of coal in the gasification process and provides a better understanding of the governing reaction. Reservoir and sample characteristics and properties, geology, reactions, heating systems, imposed heating rates, and kinetic parameters are entered as input data into the simulator. The simulation showed that carbon oxidation plays the most crucial role in the gasification process in terms of both activation energy determination and consumption rates. Furthermore, these reactions occur in the most critical phase of the gasification procedure, namely, low and high-temperature oxidations in the intermediate gasification steps. Moreover, almost all the main gasification reactions occur in the last gasification phases. Therefore, it can be concluded that the extent of the gasification of coal and asphaltite tends to behave the same in the previous phases, and the mechanisms and reactions in the final steps of asphaltite gasification are similar to coal.
Benzer Tezler
- Atık yumurta kabuklarının linyit ile birlikte yanma kinetiklerinin termogravimetrik olarak incelenmesi ve atık yumurta kabuklarının CO2 tutma potansiyelinin araştırılması
Thermogravimetric investigation of combustion kinetics of waste eggshells with lignite and investigation of CO2 capture potential of waste eggshells
SENA ERKENT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA YURDAKUL
DOÇ. DR. SAVAŞ ÖZÜN
- Termal analiz yöntemi ile çay çekirdeği kabuk karışımının yanma kinetiğinin incelenmesi
Investigation of combustion kinetics of tea seed hurt mixture by thermal analysis method
MUHAMMED CEYHUN DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE VİLDAN BEŞE
- Polistiren, bitümlü şist ve karışımlarının yanma kinetiklerinin termogravimetrik analiz cihazı kullanılarak incelenmesi
Investigation of combustion kinetics of polystyrene, oil shale and their blends by a thermogravimetric analyzer
SONER YAĞMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TÜLAY DURUSOY
- Bazı polimerler, alternatif yakıt kaynakları ve ikili karışımlarının yanma kinetiklerinin termogravimetrik analiz yöntemiyle incelenmesi
Investigation of combustion kinetics of some polymers, alternative fuel sources and their binary blends by thermogravimetric analysis
YELİZ DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TÜLAY DURUSOY
- Investigation of emissions and combustion kinetics of waste wood samples with thermal and spectral methods
Atık odun örneklerinde emisyonların ve yanma kinetiklerinin termal ve spektral yöntemlerle incelenmesi
SEMA YURDAKUL YORULMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYSEL ATIMTAY