Çin Kimya Endüstrisi Gazetesi: Kömür kimyasalları sektörüne yeni bir güç katılıyor

Thread Content

Çin Kimya Endüstrisi Gazetesi: Kömür kimyasalları alanında yeni bir ilerleme Yazar/Kaynak: Tarih: 2016-08-08 Tıklanma sayısı: 6 4 yıllık zorlu çabalar sonunda meyvesini verdi. 26–27 Temmuz tarihlerinde, Yanchang Petrol Grubu’nun Karbonhidratların Verimli Kullanımı Teknolojileri Araştırma Merkezi tarafından geliştirilen; akışkan yataklı kömürün basınç altında termal parçalanması, biyokütle ve kömürün birlikte termal parçalanması, metanın doğrudan aromatiklere dönüştürülmesiyle hidrojen üretimi ve askıda yataklı hidrokraking için yüksek verimli katalizörler olmak üzere 4 yeni teknoloji, Şian’da Şaanşi Eyaleti Petrol ve Kimya Endüstrisi Birliği tarafından düzenlenen bilimsel ve teknolojik başarı değerlendirmelerinden geçti. Uzmanlar, bu teknolojilerin sırasıyla uluslararası veya ulusal düzeyde öncü konumda olduğunu belirtti. Bu teknolojilerin aslında hangi öne çıkan yönleri var? Kömür kimya endüstrisinin sınırlar ötesi entegre gelişimi ne anlama gelir? Kömür kimyasalları endüstrisinin diğer sektörlerle entegre gelişiminin önündeki teknik engeller aşılabilir mi? Çin Kimya Endüstrisi Gazetesi muhabiri röportaj yaptı. Küçük Ölçekli Kömür Hızlı Termal Parçalanması: Düşük Maliyetli Yeşil Enerji Üretimi. Petrol Grubu’nun önde gelen kömür kimyasalları uzmanı ve Karbon Hidrojen Merkezi Direktörü Li Dapeng’e göre, akışkan yataklı küçük ölçekli kömürün basınç altında hızlı termal parçalanması tekniği, kömürü ham madde olarak kullanır; akışkan yataklı reaktörler aracılığıyla hidrojen ve basınç koşullarında hızlı bir şekilde termal parçalanma gerçekleştirilerek kömür naftası elde edilir. Bu teknolojide piroliz reaksiyon süresi son derece kısa olduğundan, birincil piroliz ürünlerinin ikincil reaksiyonları büyük ölçüde azaltılır ve böylece sıvı verimi en üst düzeye çıkarılır. Açıklamalara göre, bu teknolojinin yeniliklerinden biri, gaz-solid ısı taşıyıcılı akışkan yataklı kaldırma tüplü piroliz reaktörüdür. Hidrojen atmosferinde gerçekleştirilen basınçlı piroliz sayesinde yüksek katran verimi sağlanırken aynı zamanda sistemdeki iş yükü artırılır; bu da sonraki ürünlerin ayrılması ve geri kazanılmasını kolaylaştırarak tesisin genel enerji verimliliğini artırır. Aynı zamanda, piroliz gazları ile kömür külünün etkili bir şekilde ayrılmasını sağlayan bir teknoloji ve ekipman geliştirilmiştir; bu sayede kömür naftasındaki toz miktarı azalmış ve böylece sonraki işleme koşulları karşılanmıştır. Yan Chang Petrol Karbon Hidrojen Merkezi tarafından kurulan test düzeneği (1,0 MPa, 10 kilogram/saat) ile sırasıyla 4 farklı aşamada 20 adet soğuk besleme testi, 26 adet soğuk kalıp testi ve 134 adet sıcak besleme testi gerçekleştirilmiştir. Böylece pirolizle ilgili oldukça kapsamlı veriler ve düzenlilikler elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kömür katranı veriminin mevcut endüstri standardı olan %6–8’in üzerinde olduğunu göstermektedir. Optimize edilmiş işlem koşullarında kömür katranı verimi en yüksek %18,27’ye, ortalama olarak ise %15,14’e ulaşmakta olup bu, şu anki en yüksek seviyedir. Bu temel üzerine, Yanchang Petrol Karbon Hidrojen Merkezi, günde 36 ton kömürden katran ve sentez gazı üretimi için entegre bir teknoloji olan CCSI’nin endüstriyel ölçekli pilot tesisini inşa etti. Bu sistem, kömürün termal parçalanmasını ve yarı kokun gazlaştırılmasını tek bir reaktör içinde ayrı aşamalarda dönüştürerek ve optimize ederek birleştiriyor; ürünler arasında katran, sentez gazı ve bunların türevleri yer alıyor ve böylece “her iki taraftan da yağ elde edilmesi” sağlanıyor. Şu ana kadar 3 araç testi tamamlandı ve kömür katranı verimi %15’in üzerine çıktı. Yılda 100 milyon ton linyit işlenirse, 15 milyon ton kaliteli kömür katranı elde edilir; bu da 10 milyon tonluk büyük bir petrol yatağının yeniden oluşturulmasına eşdeğerdir. Sentez gazı, ince kimyasal ürünlere dönüştürülürse ek değeri daha da artar. “Bu teknolojinin önemi bunlarla sınırlı kalmıyor; CCSI (hava kullanılarak gazlaştırma işlemi yapılan sistem) tarafından üretilen ham sentez gazı aynı zamanda elektrik üretimi için de kullanılabilir. Yeşil enerji üretim teknolojileriyle entegre edilerek endüstriyel uygulamalara da dahil edilebilir ve böylece kömürün temiz ve verimli dönüştürülmesi – kömür katranının derin işlenmesi – yeşil enerji üretimi gibi unsurların bir araya geldiği yeni bir kömür-elektrik-yakıt çoklu üretim modeli oluşturulabilir. ”Li Dapeng, gazetecilere ülkemizdeki kömürle çalışan enerji üretim tesislerinin toplamın %70’inden fazlasını oluşturduğunu söyledi. Yapılan hesaplamalara göre, mevcut elektrik santrallerindeki kömürle çalışan kazanlara CCSI ile birlikte 300MW kapasiteli subkritik gaz türbini teknolojisi uygulanması durumunda dönüşüm maliyetinin yaklaşık 50 milyon yuan olacağı, enerji verimliliğinin %42,99’a ulaşacağı, eşdeğer elektrik üretimi için gereken kömür tüketiminin 293,16 gec/kWh seviyesine düşeceği ve üretilen duman gazlarındaki kirleticilerin büyük ölçüde azalacağı belirtildi. Yeni bir CCSI cihazı 350MW kapasiteli gaz türbini jeneratörü ile donatılırsa, yatırım maliyeti yaklaşık 6000–7000 yuan/kWh olur; toplam enerji verimliliği %46,85’e ulaşır, eşdeğer elektrik üretimi için gerekli kömür tüketimi ise 264,62 gec/kWh seviyesine düşer. Üretilen duman gaz türbini jeneratörlerinin çok düşük emisyon standartlarına uygun hale gelir. CCSI tarafından üretilen sentez gazının maliyeti düşük olup, sadece doğal gaz fiyatına eşdeğer olan yaklaşık 0,74 yuan/Nm3’lük hammadde maliyetine sahiptir; bu da rekabet gücünü ve ekonomik verimliliği büyük ölçüde artırmaktadır. Eğer kömürle çalışan elektrik santrallerinin %60’ı CCSI teknolojisiyle entegre edilirse, yeşil enerji üretiminin yanı sıra 180 milyon ton daha kömür katranı elde edilebilir; bu miktar ülkemizin ham petrol ithalatının yarısından fazladır. Çin Petrol ve Kimya Endüstrisi Birliği Kömür Kimyasalları Komitesi uzmanlarından ve Şaanşi Kimya Derneği Onursal Başkanı He Yongde başkanlığındaki değerlendirme komitesi, bu yeni tip kömür piroliz teknolojisinin yenilikçi ve yüksek derecede özgün olduğunu, ülke içinde öncü bir seviyede bulunduğunu ve düşük dönüşümlü kömürlerin kaliteli, temiz ve verimli bir şekilde kullanılmasını artırmada büyük önem taşıdığını belirtmiştir. Kül kömürünün termal piroliz gazlaştırma entegre endüstriyel testlerinin hızlandırılması ve bilimsel teknolojik başarıların mümkün olan en kısa sürede uygulamaya dökülerek yaygınlaştırılması önerilmektedir. “Kül kömürünün basınç altında hızlı termal parçalanması ile yarı kokun gazlaştırılmasının organik birleşimi, sadece kömür naftası verimliliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda yağdaki hidrojen kaynakları da tam olarak kullanılır. Bu yöntem, Fischer-Tropsch senteziyle yağ üretimiyle veya elektrik üretimiyle de birleştirilebilir; yatırım maliyeti IGCC’ye kıyasla belirgin şekilde daha düşüktür ve elektrik üretim maliyetleri büyük ölçüde azalır; gerçekten de iki kazançlı bir durumdur. ”Petrol ve Kimya Endüstrisi Planlama Enstitüsü Baş Mühendisi Li Junfa da bu teknolojiyi yüksek derecede övdü. Biyokütle ve birlikte termal parçalanma: Sinerjinin en üst düzeye çıkarılması Son yıllarda biyokütle ile kömürün birlikte termal parçalanması konusu büyük ilgi görmektedir; ancak her iki maddenin termal parçalanma sıcaklıkları arasındaki büyük fark nedeniyle sinerji olup olmadığı konusunda hâlâ tartışmalar devam etmektedir. Yanchang Petrol Karbon Hidrojen Merkezi, kömürün basınçlı termal pirolizi temel alarak biyokütle ve kömür için ayrı aşamalı iki adımlı bir piroliz yöntemi önermiş ve basınçlı sürekli besleme cihazları ile ısı eşleştirmeli biyokütle ve kömürün birlikte pirolize edildiği akışkan yatak reaktörleri gibi patentli ürünler geliştirmiştir. Li Dapeng, bu tür biyokütlenin kömürle hızlı ortak termolizinin, düşük maliyetli ve katran verimliliğini artıran yeni bir işlem yolu olduğunu söyledi. Kendi tasarımı olan biyokütle spiral besleme cihazı sayesinde, biyokütlenin zayıf akışkanlığından kaynaklanan dolanma ve köprüleşme gibi sorunlar çözülerek malzemenin sürekli ve istikrarlı bir şekilde taşınması sağlandı. Biyokütle ve kömürün entegre bir reaktörde ayrı ayrı ve aşamalı olarak termal parçalanması sayesinde, her ikisinin de termal parçalanması en uygun reaksiyon sıcaklıklarında gerçekleşir. Ayrıca biyokütlenin termal parçalanması sonucunda H2 ile K, Ca, Na gibi metal elementler üretilir; bu da kömürün termal parçalanmasında hidrojenleştirme ve kataliz etki gösterir. Aynı zamanda kömürün termal parçalanması yeterli miktarda serbest radikal üretir; biyokütle yağının ikincil reaksiyonları ve yarı kokun indirgenme reaksiyonları H2 ve CO salgılar, böylece kömüre yeterli miktarda hidrojen kaynağı sağlanır. Serbest radikaller ile hidrojen kaynakları arasında en uygun denge sağlanarak biyokütle yağı ile kömür katranının avantajları birbirini tamamlar ve böylece termal parçalanma sonucu elde edilen yağın verimi artırılır, ortak termal parçalanmanın sinerjisi en üst düzeye çıkarılır. Verilen bilgilere göre, Yanchang Petrol Karbonhidrat Merkezi tarafından kurulan 10 kilogram/saatlik fluidize yatak hızlı piroliz test cihazı, 77 kez tekrarlanan deneyler sonucunda uygun biyokütle sapları ve kömür türleri seçilmiş; biyokütle ile kömürün en iyi karışım oranının %70:%30 (ağırlıkça) olduğu belirlenmiştir. Toplamda elde edilen katran verimi %16–20 arasında olurken, sinerji etkisi ise %20–40 arasındadır. Ayrıca, yağ kalitesi analizlerine göre, ko-termal hidrolizle elde edilen yağlarda fenol türevleri ile O, N, S içeren heterosiklik bileşiklerin oranı düşük, aromatik bileşiklerin oranı ise yüksektir. Bu durum, biyokütlenin hidrojenleştirilmesinin belirgin olduğunu ve kimyasal üretim için ham madde olarak veya benzin/dizel üretimi amacıyla hidrojenleştirme işlemlerinde kullanılmaya uygun olduğunu göstermektedir. İstatistiklere göre, 2015 yılında ülkemizin sap üretimi yaklaşık 800 milyon ton olup, bu da yaklaşık 400 milyon ton standart kömüre eşdeğerdir; bunun %60’ı enerji üretimi amacıyla kullanılmıştır. Bu ucuz, yenilenebilir yeşil kaynak, kömürle birlikte termal olarak parçalanarak katran üretildiğinde büyük ekonomik faydalar ve önemli çevresel faydalar sağlanacaktır. He Yongde’e göre, biyokütle ile kömürün hızlı ve verimli bir şekilde birlikte termal parçalanması sonucunda belirgin bir sinerji oluşmakta; bu da termal parçalanma verimliliğini ve katran verimini artırırken, yağ ürünlerinin kalitesini de iyileştirmektedir. Bu teknolojik başarı, ülke içinde öncü bir seviyededir ve düşük dönüşümlü kömür ile biyokütlenin temiz ve verimli kullanımını artırmada büyük öneme sahiptir. Kömür ve biyokütlenin birlikte termal parçalanması yoluyla hassas kimyasalların üretimi konusundaki araştırmaların güçlendirilmesi önerilmektedir. Metanın aromatikler üretimi ve hidrojen elde edilmesinde kullanılması: Her iki kaynak da değerlidir. Metanın doğrudan aromatikler üretimi ve hidrojen elde edilmesi teknolojisi, doğal gaz, şist gazı, kömür yatağı gazı gibi metan ve etan gibi düşük dereceli alkanlar açısından zengin kaynakları kullanarak, oksijensiz koşullarda tek aşamada doğrudan dönüşüm yoluyla ülkemizde kıtlık yaşanan benzen, toluen, naftalin gibi aromatik ürünler üretir. Aynı zamanda değerli hidrojen de elde edilir; böylece kaynakların kullanım oranı ve ürünlerin değeri en üst düzeye çıkarılır. Ayrıca bu teknoloji, petrokimya ve kömür kimyasalları endüstrileriyle birlikte geliştirilebilir. “Bu teknoloji hem aromatik hidrokarbonlar üretir hem de yan ürün olarak hidrojen elde eder; kömür kimyasalları endüstrisiyle birlikte geliştirilebilir ve bu da en büyük avantajıdır. ”CNPC Danışma Merkezi uzmanı ve eski CNPC Rafineri ve Kimya Bürosu baş mühendisi Men Cungui başkanlığındaki değerlendirme komitesi, metanın aromatiklere dönüştürülmesi teknolojisinin yurt içinde ve yurt dışında da araştırıldığını, ancak Yanchang Petrol Karbonhidrat Merkezi tarafından geliştirilen akışkan yatak tabanlı yeniden döngüleme tekniğinin eşsiz olduğunu, ayrıca deney tesislerinin boyutlarının en büyük olduğunu ve bu çalışmanın genel olarak uluslararası alanda öncü konumda olduğunu belirtmiştir. Metanın oksijensiz aromatizasyon reaksiyonundaki düşük tek seferlik dönüşüm oranı, katalizörün hızlı inaktivasyonu ve reaksiyon-yeniden canlandırma işlemlerinin sürekli olarak yürütülememesi gibi sorunlara çözüm olarak, metanın oksijensiz aromatizasyonu için akışkan yataklı reaksiyon-yeniden canlandırma döngüsü deney cihazı geliştirilmiştir (reaktör/yeniden canlandırıcı iç çapı 50 milimetre, katalizörün maksimum yüklenme miktarı 300 gram) ve bu cihazda sürekli ve stabil bir çalışma sağlanmıştır. Döngüsel akışkanlaştırma cihazı deney sonuçlarına göre, metan dönüşüm oranı %15’in üzerinde, benzen seçiciliği yaklaşık %45, aromatik seçiciliği ise %55’in üzerinde kalarak pilot ölçekli üretim için temel oluşturmuştur. Yüksek verimli katalizör: Yerlileştirme sürecini hızlandırıyor. Oksidasyon, çökeltme ve yükleme tek aşamalı yöntemiyle üretilen, suspenzoid yataklı hidrokraking için kullanılan bu yüksek verimli katalizör, mikro-nano yapıya sahip bir kompozit katalizördür. Başlıca kömürün doğrudan sıvılaştırılması, naftanın birleştirilerek işlenmesi, ağır ve düşük kaliteli petrolün hafifletilmesi ve kömür katranının hidrojenle işlenmesi gibi uygulamalarda kullanılır. Dönüşüm oranını ve sıvı elde edilme oranını artırır, koku oluşum riskini azaltır. Suspenzoid yataklı hidrokraking teknolojisinin yaygınlaştırılmasına, kömürün temiz kullanımına ve ağır/düşük kaliteli petrolün verimli kullanımına katkıda bulunur. Kömürden petrol üretimi alanında şu an yaygın olarak kullanılan ithal katalizörlerin yerini alacak ve yüksek teknolojinin yerlileştirilmesini hızlandıracaktır. “Bu demir tabanlı katalizörün yenilikçi yönü, nanometre ölçeğindeki α-FeOOH aktif bileşenlerinin yüksek yüzey alanına sahip mikrometre ölçeğindeki karbon malzeme taşıyıcılarıyla etkili bir şekilde birleştirilmesidir. Üretimi açısından kısa süreç, iyi kontrol edilebilirlik ve düşük maliyet gibi avantajlara sahiptir. Performans açısından ise hem dönüşüm oranı ve sıvı verimi yüksektir, hem de kökleşmeyi yavaşlatma özelliğine sahiptir. ”Men Cungui, gazetecilere yaptığı açıklamada, bu sonuçların genel olarak uluslararası öncü seviyeye ulaştığını ve katalizör endüstrisinde bunların daha hızlı bir şekilde üretilip yaygınlaştırılmasını önerdi. Öğrenildiğine göre, Yanchang Petrol Karbonhidrat Merkezi, kilogram cinsinden katalizör üretimini tamamlamış ve 150 kilogram/gün kapasiteli süspansiyon yataklı hidrokraking pilot tesisinde performans değerlendirme deneyleri yürütmektedir. Yanchang Petrol’ün gazyağı birleştirme endüstriyel demo tesisinde şu an kullanılan ticari katalizörlere kıyasla, katalizör kullanım oranı %45 azalmış; sıvı verimi ise