YAKITLARIN SINIFLANDIRILMASI

1. YAKITLARIN SINIFLANDIRILMASI

Elektrik enerjisi dikkate alınmazsa yakıttan çeşitli şekillerde sınıflandırmak mümkündür.

Yakıtların çoğu, örneğin kömür, petrol ve türevleri fosil ya­kıtlardır. Termit metodundaki metalik alüminyumla bazı kavur­ma işlemlerindeki kükürt çok sınırlı ve özel amaçlı yakıtlardır. Demirin çelikleştirilmesinde silisyum, karbon ve fosforun rolle­ri gibi bir çok metal üretim işlemlerinde gerekli enerjinin büyük bir kısmını reaksiyon enerjisi sağlar. Odun ve türevi odun kömü­rü fosil olmayan yakıtlardır. Turba ve linyit kömürler arasında sayılmakla beraber özellikle turba bitkisel ve fosil kaynaklar ara­sındaki sınırdadır. Odun, odun kömürü ve turba günümüz endüst­risinde artık büyük çapta kullanılmamakla beraber tamamiyle terk edilmiş de sayılmazlar. Çok zengin kaynaklan olan turba en az bir yerde elektrik enerjisi üretimi için kullanılmaktadır. Odu­nun kömürden daha bol olduğu ülkelerde küçük demir yüksek fırınlarında veya özel metallürjik amaçlarla hâlâ odun kömürü kullanılmaktadır. Gelişmemiş ülkelerde seker kamışı artığı, ileri ülkelerde de kanalizasyon gazı çok yararlı enerji kaynaklarıdır.

Yakıtlar ham veya işlenmiş olmak üzere iki sınıfa ayrılabilir­ler. Buna göre bir yanda ham kömür ve ham petrolle öte yanda kok, rafine yağlar ve ziftler gibi işlenmiş yakıttan sayabiliriz. Ham yakıtın enerji için kullanımı gittikçe azalmaktadır. Kömür günümüzde nadiren ham ve zenginleştirilmemiş olarak kullanılır. Yakma ocakları, parçacık iriliği belirli sınırlar içinde kalan kö­mür ve kok yakmak üzere yapılmaktadırlar, ileri ülkelerde hava­nın kirlenmesi problemi üzerinde duruldukça koklara ve bazı «hazırlanmış» kömürlere daha çok önem verilmekle beraber, yakma veriminin yükseltilmesiyle ham kömür yakılmasına de­vam edilebilir. Metallürji yönünden kömürün en önemli türevi koktur, fakat çeşitli gazlar da üretilmekte ve büyük çapta kulla­nılmaktadır.

Petrol nadiren ham olarak kullanılır, daha çok fraksiyonel damıtma ile rafine edilerek ürünlerden çeşitli amaçlarla yararla­nılır. En hafif fraksiyon olan tabi'i gaz genellikle ham petrol kay­naklarında bol miktarda bulunur. Bu gaz uygun şartlar altında borularla doğrudan doğruya endüstri alanlarına gönderilebilir. Ayrıca sıvılaştırılarak tankerlerle çok büyük uzaklıklara nakledilebilir. Metallürjide daha çok ağır fraksiyonlar kullanılır; bunla­rın bazıları pompalanabilmek için ısıtılmayı gerektirecek kadar ağır olabilir. Kalıntı zift bile (imbik altı) metallürjide yakıt ola­rak kullanılmaktadır.

Daha önce de belirtildiği gibi yakıtlar sıvı, katı ve gaz olabi­lir. Sıvı ve gaz yakıtlar borularda kolayca nakledilerek istenen noktalarda valfler veya musluklarla alınabilir. Katı yakıtlar ge­nellikle paçal nakledilir ve stoklanırlar. Öte yandan kömür konveyörlerle uzaklara nakledilebilir ve ocaklara beslenebilir. Pülverize kömür hava ile borularda nakledilebilir. Akaryakıtlar hid­rolik manipülâsyona çok uygun olmakla beraber daha çok tan­kerlerle nakledilirler. Borularla akar yakıt dağıtımı günümüzde ancak büyük depo tesisleri arasında yer almaktadır. Katı yakıt­lar genellikle açıkta stoklanabilir fakat bazı güçlüklerle karşılaşabilir. Akar yakıtlar ve gaz yakıtlar büyük fakat yine de sınırlı de­polarda muhafaza edilir. Ancak üretim merkezlerinde fazla gazın yakılmak suretiyle atılmasından kaçınılamaz. Gaz ve akar ya­kıtların eski kuyularda ve uygun yapısal tabakalı yeraltı sahala­rında depolanmaları öne sürülmüştür ve mevsimlik talep değiş­melerine karşı iyi bir tampon stoklama yerine geçebilir.

Yakıtlar bazan zengin ve fakir sıfatları ile de anılırlar. Ör­neğin % 90 karbonlu kok linyitten, tabii gaz ise yüksek azotlu jeneratör gazından daha zengindir.

2. ÖZELLİKLER VE TESTLER

Çeşitli yakıtların kendilerine has özellikleri ve testleri olduğun­dan bunları sırası geldikçe ele alacağız. Örneğin bir akar yakıtın parlama noktasının katı yakıtlarda karşılığı yoktur, fakat her ya­latın bir ısı değeri ve kimyasal bileşimi vardır. Bu kısımda bu tip ortak özelikleri inceleyeceğiz.

Kimyasal bileşim :

Fosil yakıtlar ve ürünleri karbon, hidrojen, oksijen, azot, kükürt vb., elemanların   bileşiklerinin karışımlarıyla yanmadan sonra külde kalan bazı inorganik maddelerden meydana gelmişlerdir.

Bu elemanların en önemlileri ısı verici olan, karbon ve hid­rojendir; diğerlerine   sulandırıcı görüşü ile bakılabilir. Örneğin oksijenin genellikle karbon ve hidrojenle meydana getirdiği bileşikler yanmada   endotermik olarak ayrıştıklarından   karbon ve hidrojenin ısıtma etkisini zayıflatıcı bir rol oynarlar.

Kömürdeki inorganik birleşikler genellikle hümik asit adı verilen ve molekül ağırlıkları binlere çıkan çok karmaşık yapılardır. Yağlarda metan (CH₄) gibi çok basit bileşiklerden çok yüksek molekül ağırlıklı mumlara kadar parafinler, olefinler, naftalinler ve aromatikler gibi çeşitli hidrokarbonlar bulunur. Bunlar uçuculuklarına göre fraksiyonlara ayrıldıktan sonra özel amaçlarla pazarlanırlar.

Kükürt, kömürün ve petrol yakıtlarının en önemli yabancı maddelerinden biridir. Kömürde kısmen mineral ve kısmen de organik şekillerde bulunur. Mineral kısım daha çok FeS₂ dir fakat gözle görünür olmakla beraber çok ince dağılımlı yapısı dolayısıyla temizlenmesi ekonomik değildir. Petrolde tamamiyle organiktir ve yakıttan tam olarak alınamaz. Miktarı genellikle % 1 - % 3 arasında değişir. % 3 ten yüksek kükürtlü yakıtlar metallürjide kullanılmazlar. Düşük kükürtlü yakıt özellikle metallürjide dışarıdan müdahaleyi azalttığı için çok aranır.

Azot kömürde % l - % 2, ham petrolde ise % 0,5 dan azdır. Oksijen ham petrolde çok düşük olmakla beraber kömürde % 20 ye çıkabilir ve linyitte daha yüksek olabilir.

Özellikle katı yakıtlardaki serbest rutubet miktarı alışta, kul­lanışta ve analizlerde çok mühimdir. Kömür ve koklar poroziteleri dolayısıyla çok büyük iç yüzeylere sahip olduklarından at­mosferden rutubet adsorplarlar. Böylece kömür ve kokların ser­best rutubetleri atmosferik rutubete bağlı olur. Yıkama (kö­mür) ve söndürme (kok) gibi işlemlerle yağmur karşısında kö­mür ve kokun rutubetleri çok yükselir.

Kömürün havada tam yanması sonunda kalan külden tayin edilen inorganik madde genellikle mineral yapılıdır ve büyük bir kısmı kömürden ayrılamayacak kadar ince dağılımlıdır. Külün bir kısmı kömür damarının üst ve altındaki şist ve topraktan gelir ve yıkama işlemiyle kömürden büyük çapta ayrılabilir. Kö­mürdeki kül %1 - %15 arasında değişmekle beraber tipik İngi­liz kömürlerinde % 5 - % 8 kadardır. Kül daha çok silika, alümina, ferrik oksit ile değişik miktarlarda CaO, MgO ve Na₂O gibi oksitlerden meydana gelir. Şüphesiz kömürdeki inorganik mad­denin durumu bu değildir; küllerin, şistlerin, karbonat ve hattâ sülfitlerin oksit ve alümino silikatlara ayrışım ve dönüşümlerin­de genellikle bir ağırlık kaybı yer alır. öte yandan kokta orijinal mineraller zaten ayrışmış ve muhtemelen redüklenmiş oldukla­rından, özellikle demirin oksitlenmesi dolayısıyla kül kömürdeki minerallerden daha ağır olabilir.

Ağır yağdaki kül miktarı % 1 dolaylarındadır; hafif yağlar­da azalır fakat ziftte konsantrasyon yolu ile yükselir. Bu kül sodyum sülfat ve vanadat bakımından daha zengin olmakla kö­mür külünden farklıdır; vanadat deniz yaratıkları fosillerinden gelir. Vanadat ve sülfat miktarları içten yanmalı motorlar ve gaz türbinleri gibi yüksek sıcaklıklı korozif çalışma şartlarında çok önemlidir.

Külün ergime noktası çok önemlidir ve 1050 - 1500 °C ara­sında değişir. Külün fırından çıkarılış metodunu ergime noktası belirler (kuru kül, klinker, cüruf) ve bu sebeple fırın projesini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Ergime noktası 1200 °C tan yüksekse genellikle klinkerleşme görülür, fakat büyük bir mahzur teşkil etmez. Öte yandan kül homojen olmayan bir mad­dedir ve refrakter kül parçacıklarının özellikle yüksek demir ok­sitli ergimiş parçalarla birleşmesinden klinker meydana gelebi­lir. Pülverize kömürden çıkan külün büyük kısmı «baca tozu» halinde yükselir fakat ergiyebilen bir madde ise uygun sıcaklık­larda fırın duvarlarına ve kanallara yapışarak tıkanmalara sebep olabilir. Baca tozu şeklindeki uçucu kül miktarı çok yüksek olan elektrik-buhar santralları gibi tesislerde külün havaya atılmadan önce bacada tutulması gerekebilir.

Bir yakıtın kimyasal bileşimi onu yakmak için gerekli hava miktarını belirler, örneğin yakıttaki karbon için

C + O₂ ® CO₂

reaksiyonuna dayanarak 12 gr karbon için 32 gr veya 22,4 litre (NTP) oksijen gerektiği görülür. Öte yandan yakıttaki hidrojen için

2H₂ + O₂ ® 2H₂O

denkleminden 4 gr (44,8 litre) hidrojen için 32 gr (22,4 litre) ok­sijen gerektiği bulunur.

Yakıttaki oksijen de bu reaksiyonlara girer. Kalan oksijen ihtiyacının havadan (hacmen % 21 O₂, % 79 N₂ veya ağırlıkça % 23,2 O₂, % 76,8 N₂) sağlanması gerekir. Oksijenle zenginleşti­rilmiş hava kullanıldığı taktirde yukarıdaki tabii oranlar değişe­cektir.

Gaz analizleri genellikle hacım yüzdeleri üzerinden yapılır. Bu taktirde tam yanma için gerekli oksijen veya hava ihtiyacı yu­karıdakine benzer şekilde hesaplanır :

2CO + O₂ = 2CO₂

CH₄ + 2O_S = CO₂ + 2H₂O

Buna göre iki hacım CO için bir hacım oksijen, fakat bir hacım CH₄ için iki hacim oksijen gerekmektedir.

Katı yakıtların tam analizi genellikle organik kimya metodlarına göre yapılır. Kül analizi cevherler ve cüruflar gibi, standart inorganik metodlarla ayrıca yapılır. Numunenin tartılması esna­sında rutubet muhtevası dikkate alınmalıdır. Organik kükürtle külde kalan kükürt ayrı ayrı belirtilmelidir.

Günlük kontrollar için «yaklaşık analiz» yeterlidir. Bu amaç­la kömürde rutubet, uçucu madde, sabit karbon, kül ve kükürt standart testleri yapılır. Uçucu madde testi kuru numunenin ha­vasız yerde 925 °C a ısıtılmasıyla yapılır. Ağırlık azalımı «Uçucu Madde» (U. M.), kalan da «sabit karbon + kül»dür. Kül ayrı bir numunenin havada 800 °C ta tam yanma kalıntısı ile, sabit kar­bon ise fark olarak bulunur. Külün ergime noktası, gerekiyorsa, refrakter tuğla testlerinde olduğu gibi Seger koni metodu ile bu­lunur.

Yakıt yağlarına, tip ve kullanılış amaçlarına göre, çeşitli anali­tik testler uygulanır. Hacimlerin ağırlıklara çevrilmesi, şartname kontrolü veya çeşitli yakıt yağlarının karıştırılması gerektiğinde «özgül ağırlık» testi yapılır. Ağır yağların tesisat içinde pompalanması gerekiyorsa geniş sıcaklık limitleri içinde «viskosite» öl­çülür. «Parlama noktası» bir «yanma kabiliyeti» testidir; yakıtın depolanması ve yanma kolaylığı hakkında bilgi sağlar. «Damıtma testi» kullanılan yağ fraksiyonunun tanınması için gereklidir. Bu  testler tüm halde uygulandıklarında yakıt endüstrisinde gerekli bilgilerin büyük kısmı sağlanmış olur.

Yakıt yağlarında yüksek rutubet durultma, santrifüj ve stan­dart damıtma ile bulunur. Kükürt tayini için yakıt yağı numunesi özel bir aparatta yakılır, yanma ürünleri özel bir soğurucudan (Na₂CO₃) geçirilir ve SO₃ asiditesi volümetrik olarak ölçülür. Ağır yağlarda yakıt bir bombada oksijenle oksitlenerek sülfat tayini yapılır. Kül tâyini için yakıtın mümkün olduğu kadarı buharlaştırıldıktan sonra kalıntı yakılır. Aromatikler ve parafinlerin ay­rılması, motor yakıtlarında zararlı fakat fırınlarda önemsiz olan karbon kalıntıları ve asfaltların ölçümü için özel metodlara baş vurulur.

Gaz yakıtlar molekül yapısına göre analizlenir ve sonuçlar % hacim olarak belirlenir. Bu amaçla gerekli miktarda gaz nu­munesi alınarak (sabit sıcaklık ve basınçta) sıra ile bir çok so­ğuruculardan geçirilir ve her soğurucudaki % hacim kaybı kayde­dilir. CO₂ için KOH, O₂ için bazik pirogallol, CO için amonyaklı küpröz klorür soğurucu kullanılır. Doymamış hidrokarbonlar dumanlı H₂SO₄ ile soğurulur. Hidrojen, metan ve diğer doymuş hidrokarbonlar bu metodla soğurulamadıklarından H₂O (yoğunlaşır) ve CO₂ e oksitlenirler. Bunun çeşitli yollan vardır. Aşırı oksijenle patlatma çok kullanılan bir metod olmakla beraber, yavaş yanma metodlarının da bazı üstünlükleri vardır. Sıcak CuO spiralinde oksitlenme CO ve H₂ i sıra ile CO₂ ve H₂O ya çevirir fakat CH₄ ve C₂H₆ gibi doymuş hidrokarbonları etkilemez. Bun­dan sonra gaz platin (katalizör) spiral üzerinde yakılarak mey­dana gelen CO₂ ve H₂O miktarlarından gazdaki CH₄ ve C₂H₆ oranları bulunur. Tek bir işlemler serisinde hassas bir analiz ve tam bir ayrılma sağlanamayacağı açıktır.

Özel tedbirler alınmadığı taktirde SO₂, H₂S, HCN gibi mad­deler CO₂ ile, C₂H₂ ise CO ile birlikte absorplanır ve hatalara yol açar.

Yakıtın ısı değeri :

Bir yakıtın ısı değerini kimyasal bileşimi belirler. Isı değeri, birim miktarda yakıtın tam yanmasından elde edilen ısı miktarı­dır. Isı değeri çeşitli birimlerle belirtildiğinden sık sık bir sistem­den diğerine çevirmek gerekir.

Bilimsel ısı birimi Kalori (Cal) veya gram-kalori denen ve bir gram saf suyun sıcaklığını 15°C tan 16°C a çıkarmak için ge­rekli ısı miktarıdır. İngiltere ve Amerikada kullanılan B. t. u. (British Thermal Unit) bir libre (453 gram) saf suyun sıcaklığını

TABLO - 1

Çevirme Faktörleri

1 Gram kalori  (Cal)               = 0,001 kCal

= 0,002205 CHU

= 0,00397 Btu

= 1,163 x 10-⁶ kWh

= 4,186 jul = Watt-saniye

= 4,186 x 10⁷ Erg

1 Cal/gr                                  =  1                 kCal/Kg

=  1                 CHU/lb

= 0,556           Btu/lb

1 kCal/m³                                          = 1000 Cal/m³

= 0,0625 CHU/ft³

= 0,1122 Btu/ft³

60 °F tan 61°F a çıkarmak için gerekli ısı miktarıdır. Bu iki sistem arasında, bir libre suya. 1°C ısıtmak için gerekli ısı miktarı olan C. H. U. (Centigrade Heat Unit) ortaya atılmıştır.

Buna göre birim yakıt miktarı da libre, gram veya kilogram olmalıdır. Fakat gazlar genellikle hacımla ölçüldüklerinden Btu/lb, Btu/ft³, CHU/ft³, Cal/gr, KCal/Kg ve kCal/m³ gibi bi­rimlere rastlanır. Bu kitapta metrik birimler kullanılmakla bera­ber aşağıdaki tablo çevirmelerde kolaylık sağlayacaktır.

Brüt ısı değeri ve net ısı değeri farklı şeylerdir. Bir yakıtta hidrojen varsa yanma ürünlerinden biri de su buharı olacak ve yoğunlaştığında açığa çıkan gizli buharlaşma ısısı diğer yanma ısılarına eklenerek yakıtın brüt ısı değerini verecektir. Gerçek­ten test aparatındaki kondansörün soğutulma sıcaklığı 60 °F (15,5 °C) tır. Fakat pratikte karşılaşılan birçok hallerde yanma gazları fırının çalışan kısımlarında yoğunlaşmadıklarından yakı­tın net ısı değeri, yani 100 °C ve 60 °C arasında su buharından gelen kısmın dışındaki ısı daha önemlidir. Bu fark bir hayli kü­çük olmakla beraber (ısı değeri maliyete esas değilse) yüksek metan ve hidrojenli yakıtlarda büyük olabileceğinden yakıtın kullanılış amacına göre gerekli ısı değerinin alınması gerekir.

Yanma esnasındaki tüm reaksiyon ısıları bilindiği taktirde ya­kıtların ısı değerleri prensip bakımından tam analizlerden hesap­lanabilir. Bu amaçla yanmanın tam olduğu (CO₂ ve H₂O oluşu­mu) kabul edilmelidir. Bu kabul laboratuar test düzeneklerinde sağlanabilirse de endüstri fırınlarında geçerli olmayabilir. Yakıt­taki bazı bileşiklerin ayrışmaları da dikkate alınmalıdır, fakat bunların çoklukları ve karmaşıkları genellikle buna pek imkân vermez. Yakıt analizlerinden ısı değerlerini veren formüller ge­nellikle ampiriktir ve benzer yakıtların kalorimetrik deneylerin­den bulunmuşlardır.

Gaz yakıtlardaki bileşikler bir hayli basit olup net yanma ısıları da bilindiğinden, gaz yakıtların ısı değerlerinin hesaplan­ması daha kolaydır. Doğruluk derecesi sadece gaz analizine bağ­lıdır :

H₂ +  1/2  O₂ = H₂O               DH = - 55.809 Cal (Net)

CH₄ + 2O₂ = C0₂ + 2H₂O      DH = - 191.782 Cal (Net)

CO +  1/2 O₂ = CO₂                   DH = - 67.623 Cal.

Bir karışımın ısı değerini hesaplamak için analiz mol-gram hacme çevrilir, mol-gram reaksiyon ışılan gerekli oranlarda top­lanır ve toplam birim gaz hacmine indirgenir.

Isı değeri standart kalorimetre ile de bulunabilir. Katı ve sıvı yakıt ısı değerlerini bulmak için en iyi metod bomba kalorimetresidir. Numune, çevreden yalıtılmış su içine daldırılan bir basınç kabında aşırı oksijenle yakılır. Su banyosunun sıcaklık yüksel­mesi ölçülür ve reaksiyonun meydana getirdiği ısı kalorimetrenin ısı kapasitesi yardımıyla hesaplanır.

Gaz kalorimetresinde yakıt sabit hızla (birim zamanda sa­bit yakıt miktarı ile) yakılır, meydana gelen ısı uygun bir ısı de­ğiştirici ile zıt yönlü bir su akıntısına verilir.

Kalorimetri tekniği genellikle brüt ısı değerini vermekle be­raber Boys gaz kalorimetresinde yoğunlaşan su toplanıp ölçüle­rek yakıtın net ısı değeri doğrulukla bulunabilir.

3. KÖMÜR

Bulunuşu :

Kömürün önce bakteriler tarafından ayrıştırılmak sonra da sıcaklık ve basınç etkileri altında değişmelere uğramak suretiyle odun ve diğer bitkilerden meydana geldiğine muhakkak gözü ile bakılmaktadır. Günümüzde bazı tropik bataklıklarda bu olaya rastlanmıştır.

Laboratuarda sellüloz ve rezinlerle kömüre benzer maddeler yapılabilmekle beraber, kömürün tam oluşum şartlan ile çeşitli kömürlere yol açan şart değişimleri tamamiyle bilinmemektedir. Önemli faktörler ön oluşum kademelerindeki havasızlaştırma ve pH dereceleri ile sonraki kademelerde ve her kademede sıcaklık ve basınçtır. Bitkisel kaynakların karakteristikleri de önemlidir. Bazı kömürler ver bünyesindeki büyük çatlaklardan sızan ısı et­kisiyle değişimlere uğramış olabilirler.

Kömürler birkaç santimetreden metre mertebesine kadar de­ğişen kalınlıklarda damarlar halinde görülür. Büyük kömür alan­larında oldukça kalın şist, kil ve diğer sedimanter kaya tabaka­ları ile ayrılmış kömür damarları vardır. Bu tabakalaşma faylı veya katlı olabilir fakat her hangi bir kömür alanı kesidinde her jeolojik düzlemin kömür özellikleri aşağı yukarı sabit olabilmek­le beraber, düşey yönde bir damardan diğerine geçişte az veya çok kalite değişimi görülür. Bazı amaçlarla, özellikle karbonlaştırma için, kömürün belirli bir damardan alınması tercih edilir ve bu damar bittiğinde benzeri bulununcaya kadar alıcı kömürsüz veya bir takım kalite güçlükleri karşısında kalabilir.

Kalite yüksek ve şartlar uygun olduğu taktirde kömür 50 cm ye kadar kalınlıktaki damarlardan yeraltı işletmesiyle çıkarılabi­lir. Kömürlerin çoğu yeraltı metodlarıyla işlenmekle beraber birçok kömür alanlarına açık işletme de uygulanabilir. Özellikle ör­tü tabakasının kalınlığı 30 metreyi aşmadığı taktirde bu metod yeraltı işletmesinden daha ekonomik olur. Yüzeye çıkan damar­ların kalitesi yüzey yakınlarında hava şartlarıyla değişebilirse de aynı damardan yeraltı işletmesiyle alınan kömürle açık isletmey­le alınan kömür arasında pek kalite farkı yoktur.

Sınıflandırma :

Kömür, birbiriyle bağdaşmayan çeşitli sistemlerle sınıflandı­rılmıştır.

TABLO – 2

Bazı Kömürler ve Kok için Analitik Bilgiler

 

Tablo-2 de kaba bir ön gruplama görülmektedir. Turba ve linyit metallürji yönünden önemli olmamakla beraber, bol bulun­dukları taktirde kurutularak endüstride kullanılırlar. Örneğin tur­ba İrlanda'da, elektrik üretimi, linyit ise daha çok Almanya'da gaz üretimi ve ısıtma için kullanılır. Son yıllarda ülkemizde de (Türkiye) ısıtma için linyit kullanılmasına başlanmıştır. Antrasit az bulunan pahalı bir kömürdür ve hemen hemen dumansız­dır. Metallürjide karbürleştirici ve deoksidan olarak kullanılır. En önemli kömür gruplarından biri de % 90 C da antrasitle bir­leşen bitüm kömürlerdir. Bunlar Tablo-3 te görüldüğü gibi sınıflandırılabilir.

TABLO – 3

Bazı Bitüm Kömürlerinin Tipik Bileşimleri

 

Bu sınıflandırma endüstride özellikle koklaşan ve koklaşma-yan tipleri ayırması yönünden önemlidir. Karbon yüzdesi yönün­den sınıflandırma, karakteristikleri farklı olan kömürleri ayır­mak bakımından önemlidir. Uçucu madde esasına göre sınıflan­dırma da kömürleri benzer şekilde ayırır. Bu bölümler arasında alt bölümler, hatta üst üste binmeler olacağından sınıflandırma hiç bir zaman kesin olamaz. Karbon dışında hidrojen, oksijen ve bunların oranı da önemli faktörlerdendir. Bu miktarlar kömür­deki organik maddenin karakterini gösterir ve bu da koklaşma özelliklerini etkiler. Şeyler sınıflandırma sisteminde bu faktör­lerin tüm olarak dikkate alınmalarına çalışılmıştır. Şekil – 1’deki diyagramda kalite ve kimyasal bileşimin birbirine bağlılıkları gö­rülmektedir.

Göz denetimi ile başlıca dört tip kömür cevheri ayırd edile­bilir. «Vitrain» parlak, siyah, gevrek ve genellikle ince şeritler halindedir. Bitkisel yapı göstermez; ağaç kabuğundan oluştuğu sanılmaktadır. «Clarain» çok parlak değildir kırılışı düzensizdir. Bir miktar bitkisel kalıntı ihtiva eder ve dört tip kömürün en çok bulunanıdır. «Durain» donuk gri, çok sert ve kırılışı düzensizdir.

 

Şekil 1

Bitkisel kalıntısı fazladır; kum ve çamur halinde küçük bitki par­çacıklarından oluştuğu sanılmaktadır. «Fusain» yumuşak toz ya­pısındadır; diğer tiplerin şeritleri arasında damarlar halinde bulunur ve onlardan farklı bir şekilde oluştuğu sanılmaktadır. Küt­le halindeki kömür «fusain» şeritleri boyunca kırılır. Bir kömür damarının yarısı «clarain», 1/6 - 1/3 ü «durain», % 10 - % 15 i «Vitrain» ve % 1 - % 2 si «fusain» olabilir.

Kömür hazırlamada «durain» ve «clarain» sıra ile «sert» ve «parlak» bileşenler olarak ayrılır. Her hangi bir damarda sertlerin ve parlakların karakteristik ve analizleri aynı mertebede ol­makla beraber, özelliklerinde küçük bazı farklar yer alabilir. Parlakların, «vitrain» ve «clarain» in koklaşma özellikleri daha yüksektir.

Kömürde bir mikroyapı sisteminin varlığı öne sürülmüştür. En önemli mikroyapı elemanları hidrojence zengin ekzinit, hidrojence fakir füzinit ve hidrojen bakımından ikisi arasında bulunan vitrinittir. «Clarain» ve «durain» bunların karışımlarından meydana gelir. Şeyler, yansıtma özellikleri bir   geometrik dizi meydana getiren on çeşit vitrinit bulmuştur. Her hangi bir kömürde bunlardan sadece üç veya dördü bulunur; kömürün karbon yüzdesi en yüksek olanı belirler.

Kömürler bazan solvent ekstraktör teknikleriyle muayene edilirler; bu teknikler kömürler arasındaki farkları göstermekle beraber açıklayamazlar.

Karbonlaştırma endüstrisinde yapılan birçok ampirik testlerde kömür ısıtılarak gaz ve katranı alındıktan sonra kalan kokun kalitesi incelenir. Bu grupta en iyi bilinen test Gray-King testidir. 20 gramlık kömür numunesi silika bir tüp içinde 600 °C a kadar ısıtıldıktan sonra standart fotoğraflarla karşılaştırılarak (A) dan (G) ye kadar sınıflandırılır. Kalıntı kok toz halindeyse (A), hacmi orijinal hacma eşit sert bir kütle halindeyse (G) sınıfına girer. Ara sınıflardan (B) kekleşmeyen, (C) ve (D) zayıf kekleşen, (E), (F) ve (G) orta derecede kekleşen kömürlerdir. Kuvvetli kekleşen kömürler şişerler ve G₁ ...... G₁₀ a kadar sembollerle  gösterilirler. Alt indisler sıfır şişme vermek için 20 gramlık şarja harmanlama ile katılması gereken inert karbon miktarını (gram) belirler. G-K indisi kömürün karbon ve uçucu madde muhtevalarını bağdaştırır ve muhtemelen bir kömür veya kömür harmanının kekleşme kapasitesinin en iyi indisidir. Başka bir testte de şişme özelliği 1 den 9 a kadar İngiliz Standart Şişme Sayılan (British Standard Swelling Numbers) ile belirlenir. Kömür numunesi kapalı bir potada gaz çıkması kesilinceye kadar birim zamanda sabit yakıt miktarı ile ısıtılır ve kalıntının şekli standart fotoğraflarla karşılaştırılır. Bu kömür veya kömür harmanının kekleşme özellikleri, karbon yüzdesi, uçucu madde yüzdesi ve hidrojen/oksijen oranı arasındaki bağıntılar Şekil – 1 de görülmektedir. Bu tip basit diyagramlar genellikle yaklaşıktırlar, istisnaları dikkate almazlar ve her hangi bir numunenin karakteristiklerini bulmak üzere kullanılamazlar.

Kömürün hazırlanması :

Tüvenan kömür çeşitli cins ve irilikte parçalardan meydana gelen heterojen bir karışımdır. Bir damarda farklı tip kömürle pirit ve diğer tip yabancı maddeler bulunabilir. Kalın damar­larda farklı tip kömürler damar kesidinde birbirlerinden az çok ayrılmış olabilirler.

Kömürün temizlenmesi şist, pislik ve diğer yabancı madde­lerin mümkün mertebe kömürden ayrılmasından ibarettir. Bu­nun dışında farklı kömür tiplerinin ayrılması için kırma ve ele­me işlemleri de uygulanabilir. Tüvenan kömür muhtemelen 75 ilâ 100 mm lik parçalara ayrılır. Büyük parçalar triyajla ayıklanarak kırılarak veya kırılmadan satılır. Elek altı kömür yı­kama işlemiyle şistten temizlenir. Çok ince kömür flotasyon me­todu ile temizlenir. Bazan kuru metodlar da (havada süspansi­yon) kullanılır. Yıkama işleminden sonra kömürün fazla suyu drenaj işlemiyle alınır.

Kırma işlemlerinde fazla ince çıkmaması için irilerin kırıl­ma ve ezilmeleri yerine çatlayarak küçülmelerine dikkat edilir.

Çeşitli standart parça iriliklerine sınıflandırma işlemi statik ve titreşimli elekler veya trommellerle yapılır. Standart irilikler genellikle şunlardır :

- 150 mm + 75 mm

- 100 mm + 50 mm

-   75 mm + 50 mm

-   50 mm + 25 mm

-   25 mm +  12 mm

-   12 mm +    6 mm

-     6 mm +    3 mm

Parça irilikleri yuvarlak elek deliklerine göredir; eleme veri mi müsaade edilebilen elek altı oranı ile belirlenir.

Bir kömür madeni veya sahasında «tabu» irilik dağılımı kö­mürün tipi ile istihraç metodlarına bağlıdır ve genellikle piya­sa talep iriliği ile bir ilgisi yoktur. Kırma işlemlerinde daima bir miktar ince meydana geldiğinden bazan üretimin tümünün pazarlanması mümkün olmayabilir. Meydana gelen ince oranı yük-briketleme metodlarına baş vurulur.

Kömür gittikçe artan oranlarda genellikle - 100 meş iriliğe (veya daha küçük) pülverize edilmektedir. Böylece inceler bü­yük çapta değerlendirilmekte, hatta irilerden ince üretimine bile ihtiyaç duyulmaktadır. Pülverize kömürün başlıca kullanılış yerleri elektrik üretim santralları ile diğer buhar üretim santralırıdır. Pülverize kömürün temiz olması gerekmez, fakat kuru olması şarttır. Pülverizasyon işi genellikle kullanılış yerinde yapıl makla beraber fabrika içinde boru tesisatıyla pülverize kömür nakli oldukça pratik olmaktadır.

Stoklama :

Kömürün stoklanması ilk bakışta görüldüğü kadar kolay değildir. Atmosferik oksitlenme ile kendi kendine yanma tehlikesi daima vardır ve zaman zaman görülen olaylardandır. Bu tehlike yeni çıkarılmış kömür için büyüktür ve genellikle 200 tondan büyük stoklar için ciddidir. Stok yüksekliğinin 3 metrenin altında tutulması, iyi bir havalandırma, tozla boğma veya su ile ıslatma gibi tedbirlerle tehlike azaltılabilir.

Uzun süreli stoklamada oksitlenme dolayısıyla bir miktar bozulma da görülebilir. Genellikle ısı değeri düşer, parçalar ufalanır ve kömürün gevrekliği artar; koklaşma kaliteleri de bozulabilir. Bu bozulma parça iriliği arttıkça azalır, fakat sıcaklıkla artar. İri parçalı kömürün, stok bünyesine hava girişini azaltacak şekilde istiflenmesiyle bozulma tehlikesi de azaltılabilir.

Kömürün kullanılışı:

Kömürün İngitere'de kullanılış yer ve miktarları Şekil - 4 te diyagramatik olarak gösterilmiştir. Gaz fabrikaları ve elektrik santralları yıllık kömür üretiminin % 38 ini kullanmaktadır. Bunun büyük kısmı yüksek kaliteli kömürdür, fakat modern elektrik üretim santrallarında düşük kaliteli pülverize kömür de kullanılabilmektedir. Dükkânlar, evler ve bürolar, gaz ve elektrikteki kömür hissesi ile birlikte yaklaşıklıkla yıllık üretimin % 25 ini kullanmaktadırlar. Bu kömürün büyük kısmı açık ateşlerde ve merkezî ısıtma için küçük buhar kazanlarında harcanmaktadır. Kömür madenleri ve demiryolları da dikkate alındıktan sonra endüstri için sadece % 60 kalmaktadır. Bunun yarısı demir çelik endüstrisi tarafından doğrudan doğruya veya kok fabrikalarında kullanılmaktadır. Ağır kimya sanayii gerek yakıt ve gerek hammadde olarak yaklaşıklıkla yılda altı milyon ton kömür gerektirmektedir. Buna göre bütün bunların dışında kalan endüstri yıllık 200 milyon ton üretimin sadece 25 milyon tonunu almak­tadır.

Bu genel endüstri dallarında kullanılan kömür muhtemelen buhar üretimine harcanmakta, buhar da ısıtma ve güç üretme amaçlan ile kullanılmaktadır. Modern buhar santrallarında kö­mür kendi kendilerini külden temizleyen ızgaralara mekanik ola­rak beslenmektedir. Bu tip bir tesis homojen irilikli, iyi yıkan­mış kömür gerektirmekle beraber çalıştırılması kolaydır, çalış­ması ve kontrol elle ateşlenen tesislerden çok daha verimlidir. Ayrıca yanma daha verimli olduğundan baca gazlan çok daha te­mizdir. Günümüzde eski tesislerde kömürün hâlâ reverber fırın­larında, şahmerdan tav ocaklarında veya tuğla fırınlarında ener­ji kaynağı olarak kullanılışına rastlanmakta ise de buralarda kö­mür kullanmaktan büyük çapta vazgeçilmiştir. Sıvı yakıt veya gazla ateşlenme daha verimli ve temizdir. Bununla beraber küçük rotatif ergitme fırınlarında, kütük tav ocaklarında ve diğer hazne tipi fırınlarda sık sık pülverize kömür kullanıldığına rastlanmak­tadır. Bu fırınlarda ortaya çıkan uçucu kül fırın içinde birikerek güçlükler doğurabilir, fakat iyi projendirilmiş fırınlarda iyi bir kontrolla uzun ısıtma alevi elde edilebilir.

4. KARBONLAŞTIRMA

Kömürün karbonlaştırılması, havasız yerde ısıtılarak kok adı verilen katı bir kalıntı ile sıvı ve gaz yan ürünlere ayrıştırılmasından ibarettir.

Karbonlaştırma metodları:

Karbonlaştırmanın ürünleri daima kok, gaz ve ana su olmak­la beraber, ön amaç sert kok veya gaz üretimidir; ana su sadece yararlı bir yan üründür. Buna göre karbonlaştırma endüstrileri daha çok kok ve gaz endüstrileridir; son yıllarda ortaya çıkan fa­kat gittikçe büyüyen «dumansız yakıt» endüstrisi şimdilik ancak üçüncü gelmektedir.

Karbonlaştırmanın amacı gaz ise, uçucu maddesi fazla kekleşme gücü orta olan bir kömür kullanılır, fakat yine de homo­jen bir kok meydana gelmelidir. Sert kok üretimi için ise yüksek karbonlu (%88-%91 C) ve orta uçuculu (%25-%30) yüksek kok­laşma güçlü kömür kullanılması gerekir.

Karbonlaştırma kömürleri genellikle harmanlanır. Başka bir deyişle kuvvetli koklaşan kömürler zayıf koklaşan kömürler ve­ya koklaşmayan kömür tozu ile uygun oranlarda karıştırılır. Böy­lece kuvvetli koklaşan kömürlerin israfı önlenir, harmanlama ile daha çok gaz üretilir; günümüzde kullanılan hızlı koklaştırma şartları altında en iyi koklaşan kömürler kaba poroziteli bir kok vereceklerine göre harmanlama şart olmaktadır.

Koklaştırılacak kömür ısıtıldığında 300 °C dolaylarında dar bir sıcaklık bölgesinden geçerken plastik, hatta akıcı hale geliri ve ayrışmanın büyük kısmı bu kademede yer alır. Kömürdeki gaz ve katran açığa çıkarak plâstik kütle içinde kabarcıklaşma başlar.

Sıcaklık arttıkça kalıntı tekrar katılaşarak poröz makroyapıyı dondurur. Sıcaklık daha yükseldikçe uçucu madde oluşumu de­vam eder ve ince yapı gittikçe grafit yapışma yaklaşır.

Bu işlem esnasında kükürdün yaklaşıklıkla yarısı H₂S şek­linde ayrılır ve kalanı da FeS halinde bağlanır. Oksijen ve hidro­jen hemen hemen tamamen yok olurlar: azotun yansı da NH₃ ve C₂N₂ halinde kaçar.

Gaz için karbonlaştırma fırınlarda yapılır ve  sürekli veya statik olabilir. Süreksiz metodda yaklaşıklıkla 6 m uzunluk ve 60 cm genişlikte kesitli büyük ateş tuğlası veya silika fırınlar kul­lanılır. Bunlar yatay düzlemde bataryalar halinde düzenlenir ve reküperatörde ısıtılmış hava ve gaz ile ateşlenir. Kanal sıcaklık­ları 1300 °C a çıkmakla beraber şarjın tümü bu sıcaklığa yükselmez. Her fırın yaklaşıklıkla bir ton kömür alır ve 12 saatte koklaşır. Kok bir tamponla itilir ve su ile söndürülür. Gazlar her fı­rının kapı tarafındaki bir çıkış borusu ile alınarak bir ana topla­ma borusu ile kondansasyon ve gaz temizleme tesisine nakledilir. Sürekli işlem genellikle ara duvarlarındaki kanallarda yanan gazla ısıtılan dar fırın kamaralarında yapılır. Kömür yukarıdan şarj edilerek kok aşağıdan itme suretiyle alınır. Şarj programı ısıt­ma çevrimine ve koktan beklenen kaliteye göre tanzim edilir. Bazan koku soğutmak ve daha fazla gazlaşma sağlamak için şarj­dan buhar geçirilir. Üretim sistemleri çok çeşitli olmakla beraber temel prensip aynıdır. Gaz koku «sert» kok fırınlarına benzer fı­rınlarda, fakat farklı bir kömür harmanı ile ve daha düşük sıcak­lıklarda yapılır.

Metallürjik veya «sert» kok üretilen modern kok fırınlarının verim ve üretimleri yüksek, çalışmaları kolaydır. Bu fırınlar dü­şük koklaşmalı kömürlerle de çalışabilir. Düşük kaliteli kömür­lerle elde edilen kok genellikle yüksek kaliteli kömür kokundan küçük olmakla beraber muhtemelen günümüz metallürjik ihtiyaç­larına daha uygundur. Modem kok fırın kamarası yaklaşıklıkla 4 m yükseklikte, 12 m uzunlukta ve 35-55 cm genişlikte düşey bir odadır. Kok üretim kapasitesi 10-20 saatlik pişme süresinde 12-20 ton kadardır.

Fırın duvarları silika tuğlasından yapılır. Bu yapının yüksek sıcaklık dayanımı uzun bir ömür sağlar ve çok etkin bir ısı transferi için duvarlar oldukça ince yapılabilir.

Fırınlar bataryalar halinde düzenlenir; her fırın çifti arasında içinde yakıt gazı yanan düşey bir kanallar sistemi vardır. Kok fırınlarında yüksek fırın gazı veya kok gazı kullanılır. Yanma ha­vası (ve fakir yakıt gazı) fırınların altındaki rejeneratör kama­ralarında ön ısıtılır. Bek sıcaklıklarının yaklaşıklıkla 1350 °C dolaylarında olmaları gerekir.

Daha çok kanal düzeni yönünden farklı olan bir kaç fırın pro­jesi (Otto, Becker, Koppers, Simon-Carves, vb.,) vardır. Bütün sistemlerin başlıca amacı bataryadaki tüm duvarlarda üniform bir ısıtma sağlamaktır ve batarya da bu görüşle çalıştırılır. Bu üniform sıcaklık dağılımını korumak ve özellikle şişen kömürler­de kötü yük dağılımı dolayısıyla hasarlanmaları önlemek üzere fırınlar özel bir programa göre şarj edilir ve itilir.

Fırınların uçlan tuğla örgülü ağır kapılarla kapatılır: kapı­lar bataryanın iki tarafında raylar üzerinde çalışan hizmet araba­ları ile alınır ve kapatılır. Fırınlar, batarya üzerinde uzunlaması­na çalışan çok bunkerli bir şarj arabası ile şarj deliklerinden şarj edilir. Şarj esnasında kömürün iyi dağılmasını sağlamak için iti­ci arabanın süngü kolu ile sürekli tesviye yapılır. Koklaşma esnasında gaz ve katran çıkış boruları ile toplama borusuna sevk edilirler. Karbonlaşma tamamlandıktan sonra kok itici araba tamponu ile söndürme arabası içine inilir ve söndürme kulesinde su ile söndürülür. Uygun bir söndürmede kokta kalıntı rutubeti kurutmaya yetecek kadar ısı kalır. «Kuru söndürme» adı verilen başka tip bir söndürmede kok üzerinden sirkülasyon gaz (N₂ + CO) geçirilerek koktaki ısı artık ısı kazanlarına verilir. Bu metodda kokun daha az kırıldığı öne sürülmekle beraber bakım masrafları yüksek olduğundan sistem pek popüler değildir.

Karbonlaşma esnasında kömür önce şişer fakat sıcaklık yükselmeğe devam ettikçe çeker. Bu şişme fırın kamara duvarlarına bir basınç uyguladığından, kok tamamiyle çekip duvarlardan ayrılıncaya kadar fırının itilmemesi çok önemlidir. Ayrıca bu amaçla şarja uygun bir harmanlama uygulanması gerekir.

Karbonlaşma ilerledikçe kömürdeki sıcaklık kenarlardan or­talara doğru yükselir ve 300° C sıcaklığında dar bir plâstik bölge_; duvarlardan ortaya doğru ilerlemeye başlar. Bu bölgenin arkasında kok, önünde ise kömür bulunur. Sıcaklığın yükselmesine ve bölgenin ilerlemesine paralel olarak gaz ve   katran da ortaya doğru ilerleyerek yükselirler, fakat bu arada bir miktar katran geride kalabilir.

İki duvardan ilerleyen plâstik bölgeler ortada birleştiklerinde kok kütlesinin ortası 300°C kenarları ise 1300°C sıcaklıktadır. Orta, kısmın da grafitleşmesi için belirli bir süre beklenmesi gerekir, fakat merkez ve kenar bölge kokları hiç bir zaman tama­miyle benzer değildirler.

Fırının ortasında birleşen bu iki büyük kok «yaprağı» bal peteği düzeninde çatlar ve itme esnasında kırılarak uzunluğu ka­baca fırın genişliğinin yarısına, genişliği de 15 - 25 cm. olan par­çalar verir. Dış (karnabahar) uçlar sert, gümüşî ve ince porozitelidir. İç uçlar genellikle daha yumuşak, hemen hemen siyah ve porozite daha aşikârdır. Şarj metoduna bağlı olarak fırın içinde dü­şey yönde sertlik, reaktiflik ve görünüşte daha büyük farklar ola­bilir. Kokun özellikleri daha çok harmanın karakterine bağlı ol­makla beraber çalışma şartları ile de etkilenir. En kuvvetli koklaşan kömürler en az reaktif kokları verdikleri halde zayıf koklaşan kömürler daha reaktif kok verirler. Koklaşma gücü belirli bir kömür yavaş karbonlaştırıldığında daha az reaktif bir kok verir. Yüksek sıcaklıklar ve uzun pişme süreleri reaktifliği azalt­makla beraber çatlamayı arttırır ve kokun iriliği düşer. Kömürün rutubeti, iriliği ve şarj metodu muhtemelen ısı transferi üzerin­deki etkileri dolayısıyla kokun özelliklerini etkilerler.

Modern pratikte,   dar bir fırından elde edilen   küçük fakat sert ve üniform kokla geniş fırından sağlanan daha büyük üretim fakat daha az reaktif parça kok arasında bir denge sağlamak üzere, Orta genişlikte fırınlar tercih edilmektedir.

Karbonlaştırma günümüzde bile az çok bir sanattır ve iyi bir işletmeci makûl bir kömür harmanı ile kapasite yönünden sıkıştırılmadan iyi kaliteli bir kok üretebilir.

Düşük sıcaklıklı karbonlaştırmanın başlıca amacı ev tipi dumansız (İngilizcede «Coalite» ve «Furnacite» adı verilen) yakıtlar üretmektedir. Karbonlaştırma sıcaklığı 500 - 600° dolaylarındadır ve bu sıcaklıklarda ısı transferinin düşük olmasına karşı çok ince tabakalar kullanmak, karıştırmak veya kömür şarjının jeneratör gazı veya aşırı kızdırılmış buharla ısıtılması gibi tedbirlere başvurulur. Üretilen yakıt dumansız, reaktif ve evlerde kullanılmak üzere gerekli ölçülerdedir. Bu metodun gaz verimi düşük olmakla beraber, katran verimi yüksektir ve katran hem sıvı yakıt ve hem de aromatik yan ürünler için ham madde olarak kullanılmak için çok uygun özelliklerdedir. Karbonlaştırma endüstrisinin bu kolu son yıllarda büyük bir önem kazanmıştır, gittikçe genişlemektedir ve düşük nakliye maliyetiyle memleketin her tarafında kullanılabilmesi için çok daha geniş bir kömürler sınıfından bu özelliklerde yakıt elde etme yönünden geniş araştırmalar yapılmaktadır.

Ürünler ve verimler:

Tablo 4 te gaz tesislerinde ve metallürjik kok fırınlannda karbonlaştırma ile elde edilen çeşitli ürünlerin oranları belirtilmiştir. Gaz tesisleri ile metallürjik kok fırınları arasındaki en büyük fark kullanılan kömürlerin tipleri (sıra ile yüksek ve düşük uçuculu kömürler) ve üretim metodlarıdır.

TABLO — 4

Gaz tesislerinde gaz kömürü, kok fırınlarında koklaşma kömürünün

karbonlaştırmalarından elde edilen tipik ürünler

Ürün                           Gaz fırını                                Kok fırını

 (Ağırlıkça %)

Kok                                  65                                           75

Gaz                                   22                                           14

Katran                                4                                             3

Benzol                                1                                             1

Amonyak                            1                                             1

Su                                       6                                             5

Bununla beraber her hangi verilmiş bir kömür harmanında çalışma şartları, özellikle koklaşma sıcaklık ve süreleri ile ısıtma hızları yönünden verimlerde büyük farklar yer alabilir. Yan ürün tesislerinin çalıştırılması da bu rakamları etkileyecektir çünkü ürünlerin tanımlanma sınırları kesin değildir. Örneğin hafif parafinler gaz ve katran arasında çeşitli oranlarda bölünebilirler.

Yan ürünlerin ön ayrılması çeşitli kademelerde yapılır:

1)      Katran ve amonyaklı suyun yoğunlaşması için gazın soğu­tulması.

2)      Kalan gazdaki katranın elektrostatik temizlenmesi.

3)      Amonyağın amonyum sulfata dönüştürülmesi için gazın yeniden ısıtılması ve sülfürik asitle yıkanması. Bu kade­mede amonyaklı sudan alınan amonyak da sisteme soku­larak sülfatlanır.

4)      Benzolün ayrılması için gazın yağ ile yıkanması.

5)      Naftalinin alınması için yağ ile tekrar yıkama.

6)      Demir oksitle kükürt temizlenmesi.

7)      Şebnemleşme noktasının düşürülmesi için kalsiyum klorür veya gliserinle kurutma.

Bunun ayrıntılı bir gaz temizleme işleminden başka bir şey olmadığı ve gaz yakıt olarak satılacaksa bütün kademelerin uy­gulanması gerektiği açıktır. Tesisin kendi içinde kullanılacak gazın 5, 6 ve 7 nci kademelerden geçirilmesi gerekmez. Kükürdün alınması metallürji endüstrisi için avantajlı olmakla beraber ekonomik nedenlerle genellikle uygulanmaz.

Gazdaki yan ürünlerin alınması ekonomik yönden önemli ol­maktan başka, gazın temiz olması gerekiyorsa ayrıca bir zorunluluktur. Bu teknolojinin tüm ekonomik tablosu oldukça kompleks­tir ve zaman zaman değişmektedir. Bir zamanlar çok önemli bir ürün olan amonyum sülfat günümüzde başka metodlarla daha ucuz üretilmekte ve ancak maliyetini kurtarabilmektedir. Buna karşı benzol üretimi daha kârlı olmuştur. Katran da ayrıca işle­terek nafta, hafif yağlar, karbol yağı, kreozot, antrasen yağı ve çift elde edilir. Uygulanacak fraksiyonlamanın sınırları talebe bağlıdır. Bu yan ürünlerin daha az bulunan yan ürünler elde edilme­si için yeniden işlenmeleri kok veya gaz tesislerinde kârlı bir iş değildir.

5. KOK

Sınıflandırma :

Gaz koku ile «sert» metallürjik kok arasında açık bir ayırımı vardır. Gaz koku daha küçük, daha zayıf ve reaktiftir. Kimyasal bileşimi şartnamelerde büyük bir kesinlikle belirtilmez ve porozite yapısı daha açıktır. Ev tipi ısıtma sistemlerine çok uygundur fakat iriliği dar limitler içinde tutulmalı ve yanma esnasında kıvılcımlanma yapan şistten arî olmalıdır. Küçük merkezî ısıtma tesislerinde ve gaz jeneratörlerinde de kullanılabilir.

Sert kok daha çok metallürji endüstrisi özellikle yüksek fırınlarda, küpolalarda ve pota fırınlarında kullanılmak üzere yapılır. Modern kok endüstrinin ilk yıllarındaki koktan biraz   dal küçük ve daha reaktiftir fakat günümüz şartlarını tamamiyle karşılamaktadır.

Kok fırınlardan itildikten sonra su ile söndürülür, kurutulur ve elenir. Küçük parçalar (50 mm nin altında) konut ve diğer amaçlarla satılır, iri kok yüksek fırınlarda ve   dökümhanelerde kullanılır. Eleklerde iri kok verimi yüksek ve elekten sonraki kırma işlemi minimum olmalıdır. 6 mm ye kadar parça irilikli kok yüksek fırın kok kadar değerli değildir. 6 mm nin altındaki kok tozunun ise büyük miktarlarda satış kabiliyeti yoktur.

            Özellikler ve testler:

                        Kokun önemli özellikleri aşağıdaki başlıklar altında incelenecektir.

1)      Kimyasal

a)      Analitik-Yaklaşık-H₂O, S, kül, uçucu madde ve sabit karbon

Tam – C, H, N, O ve kül analizi

b)      Reaktiflik – CO₂ ve O₂ karşı

c)      Isı değeri.

2)      Fiziksel

a)      Dayanım - Shatter testleri, Tambur (Trommel) test­leri, İrilik analizi.

b)      Analitik - Gerçek yoğunluk, zahirî yoğunluk, Kütle yoğunluğu, Porozite.

Bu özellikler hem gaz kokunda ve hem de metallürjik kokta aranabilir; fakat aşağıda daha çok demir çelik endüstrisinde kul­lanılan sert kokla ilgilenilecektir. En yüksek kalitenin arandığı ve en doğru testlerin yapıldığı endüstri kolu demir çelik endüstrisidir.

1) Kimyasal testler:

Metallürjik işlemlerin kimyasal analiz üzerindeki etkileri büyük çapta hesaplanabilir. Rutubet % 3 ün altında olmalıdır. Satınalmada kükürde para verilmemeli ve fırına da karbon olarak şarj edilmemelidir. Koktaki kükürt metallürjik yükün bir kısmıdır ve metalle cürufa girer. Demir çelik endüstrisinde kükürdün %90 ı koktan gelir ve büyük kısmı fırına kireçtaşı ve kok eklenmesiyle CaS olarak alınır. Kokun kükürt yüzdesi genellikle % 1 dir. Koktaki kükürdün mümkün mertebe düşük olması istenirse de minimumun üstünde olsa bile büyük değişiklikler göstermemesi tercih edilir. Aynı şekilde % 10 dolaylarındaki kül de mümkün olduğu kadar düşük fakat hiç olmazsa sabit ve değişmes­iz olmalıdır. Kül daha çok silika ve alüminadan ibarettir; yüksek fırınlarda kireçtaşı ile alınır, fakat kireçtaşının da ısıtılması ve ergitilmesi gerekir. Koktaki uçucu madde yüksek fırında yakıt olarak iş görmez (% 1 in altındadır) ve mümkün mertebe düşük olması koklaşmanın iyi olduğunu gösterir. Sabit karbon    fırına giren yakıtın ısı değerinin bulunmasında kullanılır ve yaklaşıklıkla % 85 veya kül düşükse daha yüksek olmalıdır.

Tam analiz yorucu olduğundan, günden güne değişen bilgiler vermediğinden ve yaklaşık analizden ancak biraz daha doğru sonuçlar verdiğinden günlük rutin analizler için kullanılmaz. Kuru, külsüz esasa göre kok analizi yaklaşıklıkla şöyledir :

Karbon                       % 95

Hidrojen                     % 1

Azot                           % 1

Kükürt                        % 1

Oksijen                       % 2

Kükürdün çoğu FeS halinde olacak ve Fe kül analizinde görülecektir.

Reaktiflik (CO₂ ye) ve yanabilme özelliği (O₂) tayini genellik­le araştırma çapında işlerdir. Bu yönde tek standart test «tutuşabilme» özelliğinin testi olan «Kritik Hava Akışı» (Critical Air Blast C. A. B.) testidir. Bu test bir yakıt yatağının yanmasını de­vam ettirebileceği minimum hava akışının tayininden ibarettir, Standart şartlarda standart miktarda yakıt numunelerinin hava, oksijen veya CO₂ atmosferlerinde birim zamandaki ağırlık kayıplarını ölçen testler daha az geçerlidir. Bunlardan elde edilen so­nuçlar, testin yapıldığı şartlara  sıcaklık, basınç ve gaz akışı bağlıdır ve test süresince reaksiyon hızı değişir.

Reaktiflik ve yanabilirlik arasındaki herhangi bir ayırım muh­temelen yapma olacaktır, çünkü birini etkileyen faktörler diğerini de benzer şekilde etkileyecektir. Fakat kok kullanan endüstri­lerde daima CO₂ ye pek az reaktif fakat havada yanabilirliği çok yüksek olan bir kokun geliştirileceği umudu vardır. Bu umudur başarı ihtimali çok düşüktür.

Reaktiflik karbonlaşma şartlarına daha çok sıcaklık ve pişme süresi kokun porozite yapısına ve katalizör etkisi yapan yabancı maddelerin karakter ve miktarlarına bağlıdır. Çok saf kokun reaktifliği çok düşüktür, fakat çok küçük miktarlarda demir veya sodyum oksit ilâveleri ile birdenbire yükselir. Bu olayın mekanizması muhtemelen şudur :

2FE + O₂ = 2FeO

2FeO + 2C = 2Fe + 2CO

Na₂O + CO₂ = Na2 CO₃

Na₂CO₃ + C = Na₂O + 2CO

Bazan konutlarda kullanılan kokun reaktifliğini arttırmak için üzerine sodyum karbonat eriyiği püskürtülür.

Kokun ısı değeri antrasit ve hatta bitüm kömürlerden daha düşüktür. Bunun nedeni kısmen kokun hidrojen muhtevası, kısmen de yüksek külüdür (Bak : Tablo - 2).

2) Fiziksel testler:

Kokun dayanımı (işletmeciler arasında «Kokun mukavemeti» denir, standart bir parçalama işleminden sonra parçaların elenmesiyle bulunur. Zaman zaman kok parçalarından çok kokun da­yanım ve sertliğini ölçen testler geliştirildiğine dair raporlar çık­mıştır. Bunlar araştırmalarda önemli olabilir fakat kokun küçük parçalara kırılma eğilimini ölçemezler, çünkü bu özellik büyük çapta fırın içinde veya soğutma esnasında kokta meydana gelen çatlamalara bağlıdır.

Shatter testi uzun zamandan beri İngilterede standart bir test olarak kullanılmaktadır. Bu testte 2 inç (50 mm) irilikteki 50 lib­re kok 6 ft yükseklikten dört kez bir pik levha üzerine düşürül­dükten sonra 2 inç, 11/2 inç, l inç ve 1/2 inç kare eleklerde elenir. Bu test başlangıçta, numunenin kok eleklerindeki koku temsil edeceği kabul edilerek, kokun yüksek fırına gelişteki irilik dağı­lımını göstermek üzere geliştirilmiştir.

İyi metallürjik kok shatter testinden sonra % 80, % 90, % 96 ve % 08 irilik analizi, kötü bir kok ise aynı sıra ile % 65, % 80, %90 ve % 95 verir. Kötü kokta - 1/2 inç elek altı %3 e düşerse iyi sayılır, iyi kokta ise % 3 e çıkarsa oldukça kötü sayılır. Aslında kok tesislerinde önemli olan husus günden güne değişmelerdir ve bu değişmeler kömür harmanına, fırın sıcaklıklarına, pişme süresine ve diğer faktörlere bağlı olarak bir hayli büyük olabilir. Kok kullanan işletmeciler genellikle üniform kaliteli kok tercih ederler.

Daha çok dikkat edilen miktarlar + 1 1/2 ve - 1/2 fraksiyonlarıdır, yüksek fırınlarda çok küçük kok çeşitli güçlüklere yol açtığından en önemli faktörün - 1/2 fraksiyonu olduğu söylenir. Yüksek fırına şarjdan önce belirli irilikte küçük kok elenmek suretiyle ayrılmakla beraber, kok zayıfsa fırın içinde ufalanabilir.

İkinci bir test de 1945 sıralarında Avrupa pratiğinden İngiltere’ye geçen Micum Trommel Testidir; (Türkiye'de her iki test de kullanılmaktadır.) Bu testte 50 kg kok numunesi içten kanatlı bir tamburda dört dakikada 100 devir çevrildikten sonra yuvarlak delikli eleklerle 100, 80, 40, 20 ve 10 mm iriliklere elenerek her kademedeki elek üstü kaydedilir. Daha çok        + 40 mm ve -10 mm fraksiyonlara dikkat edilir. Bu test genellikle Shatter testi ile (aynı kok için) aynı sonuçlan vermez. Trommel testinde aşınma durumu Shatter testinden daha çok dikkate alınmakla beraber, başlıca fark Trommel testinde kokun daha çok kırılmaya maruz kalmasıdır. Gerçekten Trommel testindeki işlem Shatter testinde 6 ft yükseklikten 40 düşürmeye eşdeğerdir.

Cochrane aşınma testinde 25 libre kok küçük bir tamburda 1000 devir çevrilir, + 1/8 inç fraksiyonu kokun aşınma indisi olarak kaydedilir ve tipik değeri 80 dolaylarında olmalıdır. Bu testte kırılma diğer iki testten de fazladır.

 

Şekil 2

Kok gittikçe artan sayıda eşit «darbelere» maruz bırakıldığında istatistiksel olarak tayin edilen ortalama büyüklüğü X in darbe sayısının logaritması ile lineer olarak arttığı görülür (Şekil – 2( Buna göre yukarıdakine benzer testlerin kokun daha önceki durumu ile yakından ilgili oldukları ve numune daha önce kırılma aşınma gibi işlemlere maruz kalmışsa testte daha yüksek dayanımlı görüleceği anlaşılır. Bunun nedeni kırılmanın çoğunun daha önceki çatlaklardan başlamasıdır. Bu çatlaklar kırılma ile tamamiyle ortadan kalktıktan sonra yeni çatlaklar kolayca yer al­mazlar.

Taze kokun Shatter testinde olduğu gibi ilk kırılmanın çok fazla fakat dikkatle manipüle edilmiş kokta daha az olduğu görülmektedir. Taze ve kısmen kırılmış kok için Micum ve Cochrane testleri arasındaki fark, Shatter testindeki kadar büyük değildir. İlk kok oldukça iri fakat Şekil - 2 deki eğim dikse Shatter testi iyi bir kok gösterecektir. Öte yandan ilk kok küçük ve eğim az ise (daha iyi bir kok) Shatter testi nisbeten kötü bir kok gös­terebilir. Bu taktirde Şekil - 2 nin (a) ve (b) doğrularında olduğu gibi Shatter ve Micum ordinatları arasında kesişme varsa Micum testi tam ters bir sonuç verebilir.

Bu testlerin ancak fazla değişim göstermeyen bir kok üretiminde kontrol testleri olarak değerli olabilecekleri açıktır. Bunlar yerine alternatif testler de öne sürülmüştür. Bu testlerde yüksek fırına gelişteki gerçek kok iriliği tayin edilir ve yüksek fırındaki ufalanma şartlarını canlandıran ek bir test yapılır.

Şekil - 2 de kullanılan ortalama bir irilik parametresinin ta­yini hiç de kolay değildir, çünkü kok iriliği çift yönlü bir dağılım gösterir. Yukarıda belirtilen X parametresi sadece iri malzeme ile ilgilidir ve çok kademeli kırılmadan sonra önem kazanan % 5 kadar “inceler” ihmâl edilmiştir.

Gerçek yoğunluk bir su şişesinde suyun yer değiştirmesi ile belirlenir ve koklaşmanın kapsamını - grafitleşme derecesini gösterir. Bu değer 2,0 ye mümkün olduğu kadar yaklaşmalı veya biraz yüksek olmalıdır, fakat doğrulukla bulunması kolay değildir. Suyun tüm porozite hacımlarına girebilmesi için numunenin dikkatle pülverize edilmesi gerekir. Ayrıca su ile temasa gelmeden önce kok tamamiyle gazsızlaştırılmalıdır. Su yerine başka sıvılar kullanıldığı taktirde adsorpsiyon karakteristikleri farklı olduğundan aynı kok için farklı sonuçlar elde edilebilir. Helyum gazı kokun yüzeyinde adsorplanmadığı fakat en küçük porlara bile girebildiği için özel bir teknik olan helyum adsorpsiyon testi muhtemelen en doğru sonucu verir.

Porozite hacımları da dahil olmak üzere birim hacımdaki kok kütlesine görünür yoğunluk denir. Görünür yoğunluk iri parçalar üzerinde tayin edilmelidir; fakat iri parçalar birbirinden çok farklı olabileceklerinden test de farklı sonuçlar verebilir. En çok kullanılan metodda bilinen büyükçe bir kok kütlesi parafin yağına yatırılarak emdirilir ve parafinin kokta kalacağı kabul edilerek suyun yer değiştirmesi esasına göre görünür yoğunluk bulunur. Bu metod mutlak doğruluk yönünden oldukça zayıftır. En iyi metod koku prizmalar halinde kesmek, her birini tartmak, poroziteleri mumla kapatmak ve suyun yer değiştirmesini bulmaktır. Bu taktirde her parça üzerinde oldukça doğru bir test yapılmış olur, fakat iyi bir ortalama bulmak için parça sayısı çok olmalıdır. Kokun görünür yoğunluğu yaklaşıklıkla          1,0 dir.

Porozite gerçek ve görünür yoğunluklardan hesaplanır ve doğruluğu bu ikisindeki hatalara bağlıdır. Porozite  genellikle % 45 - 50 arasındadır ve daha çok % 50 ye yakındır. Bir zamanlar porozitenin reaktifliği etkilediği sanılırdı, fakat  toplam  bölge o kadar küçüktür ki bu etkinin por-büyüklük dağılımına bağlı olan por-yüzey alanı yolu ile yer alması gerekir. Bu alanlar koklara göre çok değişik olmakla beraber, pratikte karşılaşılan en geniş özgül yüzey alanları muhtemelen en küçüklerin iki katından daha büyük değildir. Günümüzde porozitenin reaktifliği ancak pek az etkilediğine inanılmaktadır.

Kütle yoğunluğu kok parçalan arasındaki ölü hacımlar de dahil olmak üzere birim hacımdaki kokun ağırlığıdır ve genellikle düz bir araba veya vagon yükünün tartılması ile tayin edilir. Hacım esasına göre para hesaplarında hacımı ağırlığa çevirmek için kullanılan bir faktördür. Standart bir görünür yoğunluğa düzeltme faktörü ile uygulandığı taktirde kokun dayanımının veya kırılma derecesinin hassas bir indisidir. Kokun fiziksel özellikler arasında yüksek fırın çalışmalarında en değerli olanının kütle yoğunluğu olduğu öne sürülmüştür.

6. GAZ YAKITLAR

Gaz yakıtlar, temizlik ve fleksibiliteleri yönünden endüstri ve evlerde çok popülerdirler. Gaz kullananların çoğu gazlarını, üre­tim depolama ve dağıtım problemlerinden tamamiyle sorumlu gaz fabrikaları veya belediyelerden alırlar. Kış aylarında talebin çok arttığı zamanlarda üretim, depolama ve dağıtım problemle­ri özellikle güçleşir. Fakat mevsimlik güçlükler şebekenin yenileştirilmesi ve daha iyi bir şebeke plânlanmasıyla azaltılabilir. Normalin üzerindeki talepleri üretim yerine üretim artığından karşılayabilmek için yer kabuğunda uygun poroziteli tabakaların gaz depoları olarak kullanılması da planlanmaktadır. Çelik endüstrisi gibi büyük tüketiciler ihtiyaçlarını kendi ürettikleri kirli fakat daha ucuz gazla karşılarlar.

Gaz yakıtların üstünlükleri dumansızlık ve külsüzlüktür. Gaz bir şebekeden gereği kadar alınabilir, kalitesi ve ısı değeri sabittir. Endüstride çeşitli ihtiyaçları karşılamak üzere değişik tekniklerle kısa sıcak alevler veya uzun tembel alevler halinde yakılabilir.

Sınıflandırma:

Gaz yakıtlar çeşitli kaynaklardan sağlanabilir :

1)      Tabii gaz; petrol ve kömür yataklarından,

2)      Karbonlaştırma tesislerinden.

3)      Kömür veya kok gaz üretim fırınlarından.

4)      Petrolün fraksiyonlaştırılmasından.

5)      Yüksek fırınlardan.

6)      Kanalizasyon maddelerinin bakteriler tarafından ayrıştırılmasından

Üretim :

Tabii gazdan en çok A. B. D de yararlanılmıştır; gaz petrol yataklarından boru tesisatıyla büyük uzaklıklara dağıtılmış ve sıvılaştırılmış halde ihracının mümkün olduğu görülmüştür. Büyük Sahradan Avrupaya gaz iletimi yakın geleceğin projelerinden biridir, fakat Orta Doğu petrol yataklarından elde edilen büyük miktarda gaz yakın alıcı bulunamadığı için atılmaktadır. İngiltere'de ancak pek az tabii gaz elde edilmektedir.

Kömür yataklarındaki metan gazı kömür çıkarılmadan önce alınabilir. Bu metod Almanya'da iyice yerleşmiştir fakat gazın ancak % 15 i alınabilmektedir. İngiltere'de Staffordshire damarlarından yılda 18.000 ton kömüre eşdeğer gaz elde edilmektedir. Böylece gazlı kömür yatakları işlenmeden önce kısmen de gazsızlaştırılmakta ve çalışma emniyeti arttırılmaktadır. Alınan gaz temizlendikten sonra genellikle bölgenin gaz şebekesine verilmektedir.

Jeneratör gazı kömür veya kokun tam gazsızlaştırılmasından elde edilir. Jeneratör refrakter malzeme ile kaplanmış silindirik bir reaksiyon kabıdır. Katı yakıt üstten beslenirken aşağıdan da hava, buhar veya ikisi birden verilir. Reaksiyonlar 1000 ^oC dolaylarında yer alır ve gaz 700-800 °C ta alınır. Jeneratörde ki önemli reaksiyonlar şunlardır :

(1)       «Jeneratör gazı reaksiyonu»

2C + O₂ = 2CO + 53.200 Cal.

(2)       «Su gazı reaksiyonu»

C + H₂O = CO + H₂ - 32.300 Cal.

Gerçekte (1) reaksiyonu iki kademede yer alır :

(1a)      C + O₂ = CO₂ + 94.200 Cal,

(l b)     CO₂ + C = 2CO - 40.800 Cal.

Katı yakıt yatağı, bu ikinci reaksyion tamlığa ulaşabilecek kadar derin olmalıdır. Yakıt yatağı yeteri kadar sıcak değilse, ya­ni 800 °C m altında ise (1b) reaksiyonu çok yavaş yürüyecek ve karbonun bir kısmından gaz yakıt olarak yararlanılamayacaktır. Jeneratör gazı reaksiyonu teorik olarak % 67 N₂ ve % 33 CO karı­şımı verir. Pratikte bunlardan başka az miktarda CO₂, hidrojen ve kömür veya kokun karakterine bağlı olarak bir miktar metan ve katranlı madde de elde edilir.

1)) Reaksiyonu ekzotermik olduğundan jeneratör çok sıcak çalışır. Gazlar jeneratörün tepesinden 750 °C a yakın sıcaklıklarda çıkarlar ve Siemens-Martin çelik ocaklarında olduğu gibi duyulur ısıdan faydalanılmak üzere genellikle hemen kullanılırlar. Yakıt yatağı da çok ısınacağından külün klinkerlesmesi jenera­törün altından kül alınmasında güçlükler çıkarabilir.

Jeneratörde reaksiyonu sürdürmek için gerekli ısıdan fazla­sı bir su ceketiyle alınır ve ünite bir artık ısı kazanı halinde ça­lıştırılır. Genellikle endotermik su gazı reaksiyonunun (2) fazla ısıyı alabilmesi için hava ile birlikte buhar enjeksiyonuna başvu­rulur. Azot yerine eşit oranlarda CO ve H₂ geldikçe ürün gazın ısı değeri yükselir.

Optimum buhar/hava oranı daha çok ısı balansı ile tayin edilmekle beraber buhar oranı çok yüksekse bazı yan etkiler do­ğar, özellikle yakıt yatağının sıcaklığı düşer ve kısmî H₂O basıncı yükseldikçe

CO + H₂O = CO₂  + H₂

reaksiyonu ile gazın CO₂ yüzdesi artar. Gazın CO₂ yüzdesi had­dinden fazla yükselerek ısı değeri düşer. Külün klinkerlesmesi daha soğuk bir çalışma gerektirmediği takdirde kilogram yakıt başına genellikle 400 gram buhar kullanılır.

Gaz jeneratörlerine her hangi bir karbonlu yakıt verilebil­mekle beraber, genellikle kok ve antrasit veya bitüm kömür kul­lanılır. Kok ve antrasit kullanıldığında geçirgen bir yakıt yatağı ve temiz gaz elde edilir. Zayıf kekleşen bitüm kömür kullanıldı­ğında yakıt yatağında şişme olmamakla beraber ışıklı alevle ya­nan katranlı bir gaz elde edilir. Geçirgen yatak teşekkül ettiği takdirde hava basınçlı olmalı ve gaz akışını sürdürmek için ya­tak karıştırılmalıdır. Gaz jeneratörlerinde kullanılacak kömür iyi geçirgenlik için belirli irilik limitleri arasında üniform ve mümkün Olduğu kadar büyük reaksiyon yüzey alanlı olmalıdır.

Jeneratör gazının ısı değeri fazla azot yüzünden düşüktür ve hem gaz hem de hava ön ısıtılmadıkları taktirde hava ile yakıl­dığında çok düşük bir alev sıcaklığı verir. Oksijence zenginleşti­rilmiş hava ve buharla yapılan jeneratör daha sıcak çalışır, fakat mı fazla ısı buhar üretimine verilebilir. Oksijen ve buhar ile çalıştırılan jeneratörlerde külün ergimesi ve jeneratörden cüruf halinde kolayca alınması istenir. Bu tip jeneratörlerden elde edilen gaz genellikle CO₂ yönünden zengin ve ısı değeri 2000 kCal/m³ kadardır.

Tav fırınlarında veya sıcak kaynak işlerinde kullanılacak su gazının bazan azotsuz olması istenir. Su gazı jeneratörleri iki kademeli bir çevrimle çalışırlar. Yakıt yatağı, içinden geçirilen hava ile 1000 °C a kadar ısıtılır ve bu kademedeki ürünler doğrudan doğruya bacaya verilir. İkinci kademede, akkor haline gelen yataktan, sıcaklık 900 °C a düşünceye kadar buhar geçirilir ve ürün, sabit tüketimi kesintili bir üretime bağlamak için şart olan bir gazometrede toplanır. Yatak sıcaklığı 900°C a düşünce buhar kesilir ve yeniden hava verilir.

Bu ürüne «mavi» su gazı adı verilir. Kullanılış yerleri sınırlı olmakla beraber yüksek sıcaklıklar için jeneratör gazından daha uygundur ve kimyasal endüstrilerde hidrojen kaynağı olarak da kullanılır.

Karbürlü su gazı daha önemli bir yakıttır; fraksiyonlaştırılmış petrol buharı ile zenginleştirilmiştir. Bu taktirde hava verilmesi esnasında üretilen jeneratör gazı bir fraksiyon kamarasını ısıtmakta kullanılır. Fraksiyon kamarası ızgara tuğlalarından yapılan ve 800 °C ta tutulan bir sıcak odadan ibarettir. Buhar çevrimi esnasında fraksiyon kamarasına girmekte olan su gazına yağ püskürtülür ve yaklaşıklıkla dörtte üçü değişik metan, etan, doymamış hidrokarbonlar ve hidrojen karışımlarına ayrışır. Kalan kısım, genellikle geri alınan katranla ızgara tuğlalarını ısıtmağa yarayan kor meydana getirir. Kullanılan yağ yaklaşıklıkla 200^oC ta kaynayan hafif bir fraksiyondur. Kok/yağ oranı genellikle ağırlıkça 3/1 dir. Üretilen gaz yüksek ısı değerlidir ve hava gazına karıştırılarak kullanılabilir. Bu tip jeneratörün fleksibilitesi yüksektir ve kok yerine yağ kullanmakla gaz üretimi için koklaşabilecek kömür talebinin düşmesine yardım eder.

Yağ gazı da benzer bir metodla fakat katalitik ayrıştırma gerektirebilen ağır yağdan yapılır. Bu gaz su buharı ile karışık olabilir ve olmayabilir. Isı değeri çok yüksektir. Geçmişte hava gazı olarak kullanılmış olmakla beraber A. B. D. de yerini tabii gaza ve tüp gazına bırakmıştır.

Yüksek fırın gazı demir çelik tesislerinde çok üretilen düşük kaliteli bir jeneratör gazıdır. Tozu temizlendikten sonra yüksek tam sobalarında, kuvvet santrallarında, tav fırınlarında (genel­likle kok gazı ile karıştırılarak «karışık gaz» halinde), hatta elek­trik jeneratörlerini çalıştıran gaz türbinlerinde bile kullanılır. Modern yüksek fırın pratiğinde bu gazın ısı değeri biraz daha düşürülmekle beraber, miktarının çokluğu dolayısıyla ısı potansiyeli yüksek olduğundan gerekirse kok gazı ile karıştırılarak ge­lecekte de kullanılmasına devam edilecektir. Yüksek fırın teknolojisinde yer alan yakıt yağı enjeksiyonu, oksijenle zenginleştirme ve buhar enjeksiyonu gibi gelişmelerle gazdaki azot azalıp hidrojen artacağından gazın ısı değeri de yükselebilir.

Kok gazı hidrojen ve metanca zengin, çelik endüstrisinde bir açlarla kullanılan yüksek ısı değerli bir gazdır. İçindeki metan ayrışarak rejeneratör kamaralarında is bırakacağından ön ısıtılamaz. Radyasyon özellikleri çok zayıf olan berrak ve ışıksız bir alevle yanar. Siemens-Martin fırınları sık sık kok gazı ve katran karışımı ile ısıtılır.

Rafineri gazları petrolün fraksiyonlaşması ile elde edilen hafif hidrokarbonlardır. Bunlar genellikle C₂, C₃ ve C₄ hidrokarbonlarından ibaret olmakla beraber C₃ H₈ (propan) ve C₄H₁₀ (butan) normal olarak ayrılır ve «tüp» gazı olarak satılırlar. Kalıntı küçük miktarlarda olmak kaydıyla değiştirilmeksizin, büyük miktarlarda ise reform gazı halinde hava gazına eklenir. Reform işlemi alümina katalizör yardımıyla 850 °C ta kısmî bir yanmadan ibarettir.

2CH₄ + O₂ = 2CO + 4H₂

Petrolden elde edilen bütan ve propan sıvılaştırılıp basınç tüplerine doldurularak evlerde, kampinglerde ve gittikçe artan miktarlard; endüstride (kaynak işlerinde)    kullanılmaktadırlar. Isı değerleri yüksektir ve çok yüksek sıcaklıklı alevler elde edilebilir.

Uygun yakıcılar kullanmak kaydıyla patlayıcı olmayan bütan-hava karışımı borularla evlere dağıtılmak suretiyle kullanılabilir.

Hava gazı geleneksel olarak kok-gaz fırınlarında üretilir fakat genellikle üretilen kokun bir kısmı su gazı veya karbürlü su gazı haline getirilerek hava gazına karıştırılır. Diğer gazlar da hava gazına karıştırılabilir, fakat garanti edilen ısı değerinin tutulması ve karışımın standart yakıcılarda yakılabilmesi gerekir. Hava gazı bir takım emniyet tedbirleri ve yönetmelikler uyarınca dağıtılır. Bu yönetmelikler zehirliliği (H₂S ve HCN fakat CO değil) ısı değerini kapsar. Evlerde kullanılan hava gazı endüstride de kullanılabilir, fakat pahalı olduğundan ve yeteri kadar bulunamadığından genellikle her endüstri kendi gazını üretir.

Kömürün hava gazı olarak kullanılmak üzere tek bir kademede tam gazsızlaştırılması bir çok metodların başlıca amacı olmuştur. Bunlar arasında başarılı biri olan ve düşük kalite kömür kullanan «Lurgi» metodu gelecek için ümitli olabilir.

İnce kömür 1000 °C ve 20 atmosfer basınç altında çalışan bir jeneratörde oksijen ve buhar karışımı ile reaksiyona sokularak gazlaştırılır. Ürün gaz CO₂ ce zengindir ve yıkanması gerekir. Ayrıca muhtemelen katranların basınç altında hidrojenlenmesinden meydana gelen    % 15 - 20 kadar metan ve diğer hidra karbonlar ihtiva eder. Yüksek sıcaklıklarda CO₂ yüzdesi düşürülebilirse de külün klinkerleşmesi çalışma sıcaklıklarını sınırlar. Böyle bir sistemin en büyük üstünlüğü düşük kaliteli kekleşmeyen kömürlerin yüksek kaliteli gaz yakıt haline çevrilebilmesidir.

Küçük gaz yakıt kaynakları arasında en ilginç olanı, başarı ile uygulanabildiği taktirde kömür maden işçiliğini azaltabilecek yeraltı gazlaştırma metodlarıdır. Çalışılamayan ince kömür damarlarına hava veya hava ve buhar pompalanarak gaz jeneratörlerinde olduğu gibi kömürle reaksiyona girmeleri sağlanır. Damarın bitişik bir yerinden çekilen gaz karışımı genellikle fakir bir karışımdır. Buharla birlikte oksijence zengin hava kullanıldığı taktirde ürün gazın ısı değeri yükseltilebilir. Hava kullanıldığı taktirde ürün gazın ısı değeri yükseltilebilir. Bu fikri gerçekleştirmek için ümit verici metodlar bulunmuş olmakla beraber henüz hiç biri büyük çapta üretime uygulanmamıştır.

Özellikleri ve Kullanılış Yerleri :

Gaz yakıtların tipik analizleri ve ısı değerleri Tablo - 5 te belirtilmiştir. Gaz yakıtlar başlıca üç gruba ayrılmaktadır. Petrolden elde edilen düz hidrokarbonların ısı değerleri, daha çok metandan ibaret olan tabii gaz için 9000 kCal/m³ ten 30.000 kCal/m³ olan bütana kadar değişir.

TABLO – 5

Gaz Yakıtların Tipik Analizleri ve Isı Değerleri

 

Aradaki farkın nedeni yoğunluktur; gaz halindeki C₄ hidrokarbonun yoğunluğu metandan dört kez daha yüksektir. Bu ısı değerleri Cal/gram'a çevrildiklerinde Tablo - 6 da belirtilen benzin ve gaz yağına yaklaşırlar.

Üretilen gazlar arasında düşük azotlu olmak üzere hazırlanan­ların ısı değerleri 3000 - 4000 kCal/m³ -tür ve bunlara «zengin» gaz adı verilir. Öte yandan ısı değeri 1000 kCal/m³ civarında olan % 50-60 azotlu gazlara «fakir» gaz denir.

Bu üç gruptaki gazların karakteristiklerinin farklı olacağı ve tesiste bazı ayarlamalar yapılmaksızın birbirlerinin yerini alama­yacakları veya karıştırılamayacakları açıktır. Örneğin tüp gazı ve hava gazı için farklı yakıcılar kullanılması gerekir. Çelik fırın­larında da kok gazı ve jeneratör gazı için farklı «portlar» gerekir. Genellikle jeneratör gazının ön ısıtılması gerektiği halde metan ve hidrokarbonca zengin gazlar fraksiyonlaşma tehlikesi yüzün­den ön ısıtılamazlar.

Gaz yakıtlar endüstride elektrik veya yağlarla serbestçe reka­bet edebilmektedirler. Gaz temizdir ve gerekirse bütün kükürdü alınabilir. İş yerinde depolama tesisleri, ısıtma donanımı veya buhar enjeksiyonu gerektirmez. Gazlar büyük bir şiddetle yakılabilirler ve çok yüksek ısıtma hızlan verebilirler. «Yakıt lânslarında» oksijenli metan veya propan kullanılmasına çalışılmaktadır. Bu yeni tekniklerle gaz yakımından elektrik ark fırını şartlarına yakın bir çalışma elde edilmektedir.

Gazların yanma ürünleri artık ısının reküperatörlere iletimi için bir araçtır ve bu alanda elektriğe göre kesin bir üstünlük söz konusudur. Gazlar kısmen yakılmakla metallürji fırınlarında oksitlenmeyi önlemek için redükleyici atmosfer olarak veya şarjın rekarbürizasyonu için kullanılabilmektedirler.

Gaz yakıtların ısıtma amaçlarıyla kullanılış yerleri sayısızdır ve evlerden çelik endüstrisine kadar değişir. Elektrik jeneratörlerini veya lokomotifleri çalıştıran gaz türbinlerinin enerji kay­nağı gaz yakıtlardır. Gaz metallürjik reaksiyonlara girer ve bir çok ağır kimya endüstrisi kollarının başlangıç noktası olabiliri (ham hidrojen, karbon monoksit ve metan). Son yıllarda sıvı yakıt endüstrisi bir çok yerlerde gaz endüstrisinin yerini almış olmakla beraber, ekonomi genişledikçe iki tip yakıtın da gittikçe bir hızla birlikte kullanılacakları anlaşılmaktadır.

7. SIVI YAKITLAR

Sınıflandırma :

Daha çok yağlar, katranlar ve ziftlerden meydana gelen sıvı yakıtlar aşağıdaki kaynaklardan elde edilirler :

1. Petrol
2. Yağlı şist
3. Kömür, karbonlaştırma ile
4. Kömür, hidrojenleştirme ile.

Günümüzde sıvı yakıt ihtiyacının büyük kısmı petrolden sağ­lanmaktadır. Fakat çok geniş olan yağlı şist rezervlerinin gele­cekte önem kazanmaları beklenebilir. Karbonlaştırmanın sıvı ve katranlı ürünleri, kömür yatakları ve karbonlaştırma merkezlerine yakın endüstrilerde çok kullanıldıklarından çelik endüstriside bu yakıtların büyük tüketicilerindendir. Kömürün hidrojenleştirilmesi daha çok Almanya'da linyitlere uygulanmıştır. Bu metod ekonomik yönden petrolle ancak büyük güçlüklerle rekabet edebilmekle beraber geçmişte büyük stratejik önemi olmuştur.

Üretim :

Yer yüzünün her tarafında rastlanan petrol kaynaklarına gün geçtikçe yenileri eklenmektedir. Çeşitli coğrafî konumlardaki ham petrollerin bir çok özellikleri ortaktır ve analizleri arasında ancak küçük farklar vardır. Ortalama analiz şöyledir. C =  % 84 ± 3,                H = %13 ± l, S = % 3 (max.), N -% 0,5 ve O = % 0,5. Bütün ham petroller, hidrokarbonlar, parafinler, olefinler,  naftalinler, aromatikler gibi en basit gazlardan en kompleks mumlara    ve bitümlere kadar çeşitli maddelerin birbiri içinde erimiş karışımlarından meydana gelmişlerdir.

Bununla beraber ham petroller bazı yönlerden farklı karakterde olabilirler. Parafince yüksek olanlar damıtımda bir parafin kalıntısı, daha çok aromatiklerden meydana gelenler ise damıtım sonunda asfaltlı veya bitümlü bir kalıntı verirler. Bazı ham petroller naftalince zengin olabilir; böylece her sınıflandırma bu üç bileşenin oranlarına dayanır. Çeşitli bileşenler damıtımla faydalı gruplara ayrılıp endüstride talep edilen farklı fraksiyonları üret­mek hattâ bazı bileşenleri reaksiyonlarla değiştirmek gerektiğin­den bu farklar rafineri endüstrisinde çok önemlidirler. Burada bütün petrollerin kesin ve sınırlı fraksiyonlara ayrılmış oldukları ima edilmemektedir. Aksine fraksiyonlar arasında pek çok üst üste binme ve piyasayı doyurmak üzere çeşitli imkânlar vardır. Fakat piyasa petrolün bileşimi kadar düzenli olmadığından, ağır  hidrokarbonları hafiflere parçalamak veya hafif moleküllerden ağır moleküller meydana getirmek (polimerizasyon) için fraksiyonel damıtımdan başka metodlar da uygulanır. Bu işlemler çe­şitli molekül tiplerinin oranlarını da değiştirerek (örneğin uzun zincir, kısa zincir, dallı ve aromatik halka tipleri) herhangi bir kaynama bölgesindeki yakıtın özelliklerini de değiştirirler. Benzinde dallı moleküller oranı yüksekse yüksek oktanlı bir benzin elde edilir.

Tasfiye işlemi petrolün bileşenlerine ayrılmasından ibarettir ve ilk kademesi basit bir fraksiyonel damıtımdır :

1. Tabii gaz; kaynama bölgesi 30 °C ın altında: Bu bileşen genellikle ham petrolün çıkarıldığı yerde düşük basınç altında ayrılır ve bu işlem ham petrolün manipülâsyon emniyetini arttı­rır.
2. Benzin; kaynama bölgesi 30-200 °C : Bu bildiğimiz «ben­zin» dir ve uçak yakıtı (30 - 150 °C), motor benzini (40 - 180 °C) gibi alt ürünlere ayrılabilir
3. Solvent; kaynama bölgesi 120 - 150 °C: Beyaz bir sıvıdır, solvent, temizlik malzemesi ve boya endüstrisinde kullanılır.
4. Gaz yağı; kaynama bölgesi 140-290 °C: Elektrik enerji­si olmayan yerlerde aydınlatma için de kullanılan bu fraksiyon evlerde kullanılan parafin yağı (140 - 250 °C) ve demiryolları ile deniz fenerlerinde aydınlatıcı olarak kullanılan yavaş yanan ağır fraksiyonları da kapsar.
5. Gaz üretim yağı; kaynama bölgesi 180 °C ta başlar ve 350^oC ta bir karbon kalıntısı bırakır. Gaz endüstrisinde karbürleyici olarak ve dizel motorlarında kullanılır.
6. Yakıt yağları; kaynama noktası 200 °C in üstünde : Bu noktanın üzerinde hafif yağ ve karbon kalıntısı oluşumunu ön­lemek için vakum damıtımı gerekir.
7. Hafif yakıt yağı; kaynama noktası 200 °C in üstündedir.
8. Ağır yakıt yağı; kaynama noktası 250 "C in üstündedir.

Hafif ve ağır yakıt yağları özellikle endüstri fırınlarında, ge­milerde ve kazan tesislerinde kullanılır.

9. Bu kademeler sonundaki kalıntı oldukça kalındır; parafin karakterinde ise ek işlemlerle mum (parafin mumu), vazelin, yağlama yağ ve gresleri; asfalt karakterinde ise bitümler ve yağ­layıcılar verir.

İlk ısıl fraksiyonlama teknikleri yüz yıl kadar önce aydınlat­mada kullanılan hafif parafinlerin üretilmesinde artık ağır yağla­rın yakılması için geliştirilmişlerdi. 400 - 500 °C arasında kısa sü­reli bir ısıtma kömürleşme yapmakla beraber istenen sonucu ve­riyordu. Daha yüksek sıcaklıklarda daha çok gaz ürün ve 700 °C in üzerinde de polimerleştirme ile aromatikler elde ediliyordu.

Günümüzde gazyağından çok benzin üretimi üzerinde durul­makla beraber, içten yanmalı motorlardaki gelişmelerle yakıt talebi dizel yakıtlarına kayabilir.

Modern teknolojide reaksiyonlarda daha iyi bir kontrol sağla­yan katalitik fraksiyonlama tekniği kullanılmaktadır. Ürünün sı­caklık, basınç katalizör ve değme süresi yönlerinden kontrolü mümkündür. Önceleri katalizör olarak özel hazırlanmış bentonit killer kullanılmakla beraber, günümüzde çok küçük sentetik alümina-silikat zerrecikleri kullanılmakta ve sürekli üretim için sıvılaştırılmış yatak (fuidized bed) tekniğine baş vurulmaktadır. Fraksiyonlama sıcaklığı yaklaşıklıkla 500 °C tır. Kirlenen katali­zör çevrim esnasında biriken kömürün sürekli olarak yakılmasıyla daima yenilenir.

Çeşitli fraksiyonların kalitelerini yükseltmek için ek işlemler de uygulanabilir. Örneğin benzinin kalitesini yükseltmek veya naftayı benzine çevirmek için ısıl veya katalitik işlemden ibaret olan «reform» tekniği kullanılır. Kullanılan katalizörler daha çok platin, alüminyum oksitler, krom oksitler ve molibden oksitlerdir. Bu tekniğin başlıca amacı yüksek sıkıştırma oranlı motorlar için iyi vuruntu özellikleri olan benzin üretmektir ve bu ama dallı hidrokarbonlarla aromatiklerin oranlarını arttırmakla sağlanır.

Katalitik polimerleştirmenin genel amacı, gaz halindeki olefinleri sıvılaştırmak için olefin moleküllerini ikili veya üçlü gruplar hainde birleştirmektir. Bu arada sülfürik veya fosforik asit reaksiyonlarına da bas vurulur. Alkilleştirme işlemi, vuruntu özellikleri çok iyi olan kompleks dallı moleküller üretmek için olefin ve hidrokarbon moleküllerinin birleştirilmesine uygulanan özel bir tekniktir. Bu reaksiyonlarda katalizör olarak çeşitli asitler kullanılır.

Her hangi bir fraksiyon çeşitli malzemelerle yıkamak suretiyle saflaştırılabilir. Sülfürik asit doymamış hidrokarbonlarla bazı kükürt bileşiklerini alır. Sodyum hidroksit ve kurşun dioksit kükürt bileşikleri ile reaksiyona girer ve sülfürik asidi alırlar. Bu işlemler pahalı olduklarından ürünün artan performans özellikleri bu masrafı haklı gösterecek kadar yüksek olmalıdır. Bu tip işlemler, örneğin metallürji endüstrisinde yakıt yağındaki kükürdü azaltmak yönünden ekonomik olmakla beraber, yakın gelecekte büyük çapta ağır yakıt yağlarına uygulanmaları muhtemel değildir.

Günümüzde yakıt yağı ihtiyacının ancak çok küçük bir kısmı yağlı şist kaynaklarından sağlanmaktadır. İngiltere'de yakıt yağı endüstrisi şist madenlerinde başlamıştır. Bu saha 1962 yılına kadar yılda 100.000 ton üretim ile en büyük şist yağı merkezi olmakla beraber günümüzde artık kullanılmamaktadır. Elde edilen yağ parafinik olup ilk damıtımdan sonraki işlemler tamamiyle petroldeki gibiydi. Özellikle A.B.D, ve S.S.C.B. de geniş yağlı şist rezervleri vardır ve bunların toplamı bilinen petrol rezervlerindi büyüktür. Eninde sonunda bu kaynaklara baş vurulacağı muhakkaktır.

Sulu kömür katranı, genellikle kömür yatakları veya karbonlaştırma merkezleri yakınlarına kurulan demir çelik endüstri için çok önemlidir. Günümüzde karbonlaştırma endüstrisi, kok fırınları ve yan ürün tesisleri halinde demir çelik endüstrisinin önemli parçalarından biridir.

Katran aşağıdaki fraksiyonlara damıtılabilir :

1. Hafif yağlar : Kaynama noktası 170 °C a kadar olan bu yağlardan benzol ve nafta elde edilir.
2. Karbol yağları : Kaynama noktalan 170 - 230 °C arasında olan bu yağlardan fenoller, naftalin, vs., elde edilir.
3. Kreozot yağı : Bu yağ 230 - 270 °C arasında motor benzini katranlar ve asitler verir.
4. Antrasen yağı : 270 - 320 °C arasında antrasen vs., verir.
5. Kalıntı zift : Ek işlemlerle sert zift veya pülverize edilebilen kömür katranlı yakıt verir.

Bu ürünlerin bünyelerinde değerli kimyasal maddeler de bulunmakla beraber bunlara talep sınırlıdır ve örneğin İngiltere'de katranın büyük bir kısmı Kömür Katran Yakıtı (Coal Tar Fuel C.T.F) adı altında C. T. F. 50, C. T. F. 100, C. T. F. 200, C. T. F. 250, C.T.F. 300 ve   C.T.F.  400 numaraları ile gösterilen bir seri yakıt hazırlanmasında kullanılır. Bu  C.T.F.   numaraları yakıtın atomizasyon için (azamî viskosite 0,25 stoke) yeteri kadar akıcı olduğu °F sıcaklığı gösterir.

C.T.F 50 ve 100, (2), (3) ve (4) fraksiyonlarının bir harmanıdır. C.T.F. 300 (5) ve (4) ün karışımına çeşitli miktarlarda (3) eklemekle meydana getirilen bir harmandır ve damıtımın uygun bir noktada durdurulması ile elde edilir. C. T. F. 200 ve 250 ise C.T.F.300 e (3) fraksiyonu karıştırılması ile elde edilir. En çok kullanılan harman C. T. F. 200 dür. Bu yakıtların ısı değerleri yüksek, kül ve kükürtleri düşük, alevleri bol ışıklıdır. Katran çökmesi tehlikesi dolayısıyla tanklarda veya borularda petrol yakıtları ile karıştırılamazlar.

Son kalıntı olan sert zift çekiçli değirmenlerde kırıldıktan son pülverize yakıt olarak kullanılabilir. Bütün bu organik kalıntıların mümkün mertebe yakılmalarının ekonomik önemi açıktır.

Kömürün hidrojenleştirilmesi ile yakıt yağı üretimi metalürjik yakıtlardan çok motor ve uçak yakıtları üretiminde kullanılmaktadır, fakat çok yaygın değildir. İşlem, kömürün hidrojenle 200 Atm basınç altında 500° C a ısıtılması ve sonra da damıtılmasından ibarettir.  Yakıt yağı ve zift gibi diğer karbonlu yakıtlara da uygulanabilir.

Sıvı yakıtlarda özel testler :

Yakıtın çıplak alev karşısında ateşleneceği en düşük sıcaklığa «parlama noktası» adı verilir. Çeşitli kalitede yakıtlar için minimum parlama noktalan  kanun ve yönetmeliklerle düzenlenir (örneğin yakıt yağı için 80°C) ve standart aparatlarla standart tarzda (Pensky-Martin aparatı) ölçülür. Bu test daha çok bir emniyet tedbiri olarak yapılırsa da şartnameden sapmaları da göstermeğe yarar.

Yakıcılarda ve borularda sıvı yakıtın akma karakterini belirleyen viskosite standart aparatlarla bir şartname kontrolü olarak yapılır. Viskosite sıcaklıkla logaritmik olarak değişir ve genellikle geniş bir sıcaklık bölgesi içinde grafik olarak belirlenir. Redwood Viskometreleri  sıcaklığı kontrol edilebilen su ceketi içinde bir yağ kabından meydana gelirler. Denge şartları sağlandıktan sonra yakıt kabın dibindeki standart bir orifisten akıtılır ve ilk 50 mililitrenin geçme süresi saniye olarak ölçülür. Redwood| viskometresinde akış süresi 2000 saniyeyi aştığı takdirde Redwood viskometresi kullanılır. Bu viskometrede orifis daha büyüktü; ve akış süresi de 10 faktörü kadar küçültülmüştür. Redwood saniye birimi   yaklaşıklıkla 0,25 faktörü ile centistoke birimine çevrilirse de bu faktör tüm sıcaklık bölgesinde sabit değildir. Yakıt yağlarının viskositeleri 100°F  (37,8°C) sıcaklıkta 250 – 700 Redwood (I) saniyedir. Daha yüksek viskositeli akaryakıtlar genellikle düşük viskositeli fraksiyonlara parçalanır. Yakıt yağı 3000 saniye viskositede pompalanabilir fakat atomize edilmeden önce 100 saniye ısıtılmalıdır. Gerekli ısının bir kısmını atomizasyonda kullanılan buhar sağlar.

Sıvı yakıtlar hacmen ölçülüp satın alındıkları takdirde hacmin ağırlığa çevrilmesinde yoğunluk tâyini hassas bir kriter sağlar. Yağın ısıtılması gerekiyorsa özgül ısısı da tâyin edilmelidir.

Özellikleri ve kullanılış yerleri:

Çeşitli sıvı yakıtların özellikleri Tablo - 6 da belirtilmiştir. Kükürdün daha çok ağır petrol yağı fraksiyonlarında toplandığı görülmektedir. Bu bir çok amaçlarda önemsiz olmakla beraber hafif yakıt alıcıları için çok önemli bir faktördür. Çelik endüstrisinde yakıt yağının en önemli sakıncası yüksek kükürtlü olmasıdır ve bu yüzden yakıt yağı kömür katran yakıtlarıyla kolayca rekabet edememektedir. Kül de ağır fraksiyonlarda toplanmıştır fakat miktarı fırın teknolojisinde sakıncalı olabilecek kadar yüksek de­ğildir.

Çeşitli fraksdiyonların ısı değerleri birbirine çok yakındır, hepsi de kömür-katran yakıtlarından ve özellikle kömürden çok yüksektir. Bu farkların nedeni katran ve kömürün yüksek olan oksijen ve kül yüzdeleridir.

Ağır yağların viskositeleri oldukça farklıdır. Öte yandan fırın teknolojisinde yakıt viskositesinin üniform kalması fırının çalış­masında büyük kolaylıklar ve düzen sağlar. Viskosite sıcaklıkla bir miktar ayarlanabilirse de pratikte çok kritik şartlar altında ısıtma suretiyle viskosite düzeltme işlemine girişilemez. Yakıt ya­ğı genellikle bir veya daha çok sıcaklık değerindeki viskositesi ile belirlenir. Standartlarda belirli viskosite limitlerinden daha dar bir viskosite bölgesi istendiği takdirde genellikle harmanlama tekniğine başvurulur ve istenen viskosite sağlanabilir. Çeşitli ül­kelerde yakıt yağları için değişik standartlar kullanılmaktadır. Çeşitli firmalarca satılan kaynakları farklı yakıt yağlarının özel­liklerinde oldukça büyük farklar görülebilir. Örneğin bir yakıt yağı parafinik, diğeri asfaltik karakterli olabilir ve bunlar özel­likle yanmanın son kademelerinde farklı davranışlar gösterebilir­ler. Ayrıca görünüş, kül yüzdesi ve külün karakteri yönünden de farklı olabilirler. Bu tip farklar yakıt yağı bir motor yakıtı ola­rak kullanıldığı takdirde özellikle önem kazanır.

Sıvı yakıtların kullanılış yerleri en az gaz yakıtlar kadar çe­şitlidir ve ısıtma, aydınlatma, çelik endüstrisi, motorlar, elektrik ve gaz üretimini kapsar. Yağ kimya endüstrisinde ham madde olarak da kullanılır. Hemen hemen gaz kadar temizlik sağlamak­la beraber kalın yağ ve katranın taşma ve sıçrama ile çevreye ya­yılmaları bir çok tesislerde sakıncalar doğurabilir. Sıvı yakıt tanklarının ve borularının ısıtılması zorunluğu masraf gerekti­ren bir unsurdur; ayrıca kara ve demiryolu tankerleri ile küçük miktarlarda teslimi iyi bir organizasyon ve kalite kontrol zorun­luğu ortaya çıkarır.

Yağ, özellikle oksijence zenginleştirilmiş hava ile yakıldığın­da yüksek şiddetli alevler elde edilebilir. Bu yönden ancak zen­gin gazlar yağlarla rekabet edebilirler.

TABLO – 6

Bazı Sıvı Yakıtların Özellikleri

 

Öte yandan yağ alevleri bol ışıklı ve yüksek etkin radyasyonlu oldukları halde, zengin gazlar berrak  ışıksız alevle yanarlar ve alevi ışıklandırmak için katran veya yağ  ilâvesi gerektirirler. Kömür katran yakıtları özellikle bol ışıklı ve yüksek ısı transfer karakteristikli alevler verirler.

Son yıllarda sıvı yakıt tüketimi oldukça artmış, kömürle ga­zan geleneksel bazı fonksiyonlarının yerlerini almıştır. Hattâ ne olursa olsun yakıt talebini hızla karşılamak yönünden yakıt yağı tüketimi kömürden daha büyük bir hızla artmıştır. Fakat yağ bir yandan örneğin çelik tesislerinde gazın yerini alırken, öte yan­dan da aydınlatıcı olarak hemen hemen tamamiyle ortadan kal­karak yerini önce gaza sonra da elektriğe bırakmıştır. Çelik te­sislerinde yağın üstünlüklerinin başlıca nedenleri, kritik zaman­larda kömür bulunamazken kolayca elde edilebilmesi ve İkinci Dünya Savaşını izleyen yıllarda demir çelik endüstrisi yakıt teknolojisindeki gelişmelerden büyük çapta yararlanmış olmasıdır. Böylece günümüzde yağın durumu gaza göre büyük bir güç kazan­mıştır. Diğer faktörler yanında özellikle tonaj oksijen kullanımı ile üretim büyük çapta artmış ve endüstri artık yakıt yağı kullan­maya alışmıştır. Bununla beraber diğer alanlarda yağın gaz ve kömüre üstünlükleri o kadar açık değildir. Örneğin merkezî ko­nut ısıtma alanında gaz, yağ ve kokla ateşlenen tesisat arasındaki farklar teknolojik veya ekonomikten çok ticarî seviyededir.

8. ELEKTRİK ENERJİSİ

Elektrik enerjisi bir yakıt değildir ve bir çok endüstrilerde yakıt yerine kullanılır.

Güç kaynakları:

Elektrik birçok enerji kaynaklarından üretilebilir :

1. Kömür, yağ, turba ve diğer yakıtların kimyasal enerjilerini yanma suretiyle ısıya, buhar yolu ile mekanik enerjiye ve bir türbin veya dinamo aracılığı ile de elektrik enerjisine çevirmek mümkündür.
2. Suyun potansiyel enerjisini kinetik enerjiye, bunu da türbin ve dinamolarla mekanik ve elektrik enerjisine çevirmek mümkündür.
3. Rüzgârın kinetik enerjisi de buna benzer  bir  metodla elektrik enerjisine çevrilebilir.
4. Nükleer enerjiden ısı ve buhar yolu ile elektrik sağlanabilir.
5. Elektrolit pillerde ve yakıt pillerinde kimyasal enerji doğrudan doğruya elektrik enerjisine çevrilebilir.

İngiltere'de ve kömürün bol bulunduğu endüstri ülkelerinde metod (1) hakimdir. Modern buhar santrallarında düşük kaliteli pülverize kömürle 850 °C ve 150 Kg/cm² basınçta buhar üretilmektedir. Buhar üretimi saatte 2000 tona yaklaşmaktadır. Bir miktar yaklaşıklıkla saatte 200 ton kömüre eşdeğerdir ve üretim verimi % 88 e kadar yükselmektedir. Modern kazanlarda yanma gazları yolu üzerinde su boru bataryaları kullanmak ve konveksiyon ve transferine    dayanmak yerine, yanma odası  çevresinde su boruları yerleştirilerek ön ısıtılmış hava ile yüksek sıcaklıklara yakılan pülverize kömür alevinin radyasyonu ile çalışılmaktadır. Buhar, aynı mil üzerine yerleştirilmiş bir jeneratör türbin gurubunda genleştirilir; türbinin alçak basınç tarafı hemen hemen tam vakumdur. Tüm çevrim verimi % 38 e kadar çıkmakla beraber ortalama verim çok daha düşüktür ve yükselebilmesi için % 20 verimle çalışan eski santralların tamamiyle yenilenme­lerini beklemek gerekir. Taban yük santralları adı verilen en verimli yeni santrallar 24 saat süre ile % 80 in üzerinde kapasite ile çalışmak üzere yapılırlar. Şebekenin zirve yükü bu fonksiyon için yapılmış veya eski santrallar tarafından karşılanır.

Bol akar sulu dağlık ülkelerde enerji ihtiyacının büyük kısmı su gücü ile üretilir, fakat zaman zaman kuraklık veya don dola­yısıyla güçlüklerle karşılaşılabilir. Gel-git olayından yararlanarak elektrik üretimi uzun bir süreden beri akademik olarak işlenmek­te ise de bu muazzam güçten henüz yararlanılmış değildir; ancak Fransa'da ve Mauritius'ta birer tesis vardır. Bu arada büyük kıt'a nehirlerinden yararlanmaya çalışılmaktadır; bu fikir özellikle Asya ve Afrika gibi gelişmemiş büyük kara parçaları yönünden Önemlidir. Bazı yerlerde rüzgâr gücünden yararlanarak küçük çapta elektrik üretimi başarılmış olmakla beraber, bu metodun büyük çapta gelişebileceği şüphelidir.

Nükleer enerjiden elektrik üretimi henüz çocukluk çağında sayılır, İngiltere, A.B.D. ve Kanada'da oldukça yüksek kapasite­li birkaç nükleer elektrik santralı yapılmıştır ve bu teknolojinin gelecekte gelişme şansı çok yüksektir. Bu konu gelecek bölümde ayrıntılarıyla ele alınmıştır.

Yakıt pilleri tekniği de laboratuar metodlarından pek öteye gidememiştir. Bu konu akademik yönden çok çekici olmakla be­raber büyük çapta elektrik enerjisi üretimi için akla yakın bir gelecekte günümüz üretim teknolojisinin yerini alması beklene­mez. Nükleer enerjinin doğrudan doğruya elektrik enerjisine çevrilmesi bir rüyadır, fakat bir gün gerçekleşmeyeceği de söylenemez. Isı aracılığını gerektirmeyen bu tip direkt çevirmeler teorik %100 verimle sağlanabilir ve Carnot çevriminden bağımsızdır­lar.

Üretim:

Elektirik bir alternatörde bir iletken sarımlar gurubunun manyetik alanda döndürülmesiyle üretilir. Rotor adı verilen mile sarılan sarımlar armatürü meydana getirir. Manyetik alan bir dış kaynaktan doğru akım alan bir seri elektromağnetle  meydana gelir. Sarımların uçları bileziklerde son bulur ve akım bunlardan karbon fırçalar aracılığı ile dış devreye alınır.

En basit üreteçte sadece iki kutup, Kuzey ve güney, ve tek bir sarım bulunur. Bu sarım manyetik alanda sabit açısal hızla bir kez döndürüldüğünde açık devrede meydana gelen emf (veya-sabit bir yükteki akım) bir maksimuma çıkar, sıfıra düşer. Mi­nimuma iner ve sarım ilk konumuna geldiğinde tekrar sıfıra yük­selir. Emf nin zamana (t) göre grafiği V = V_m sin wt eğrisidir (Şe­kil - 3,). Bu hareket sadece bir çevrim gösterir.

Üreteç dört kutuplu olduğu taktirde sarımın bir dönüşü iki çevrimle tamamlar. Ayrıca eşit aralıklı iki çift kutup kullanıldığında birbirine dik iki sarımla bir sarımdan elde edilen akımın iki katı elde edilir. Bu taktirde rotor üzerinde bir hayli boş yer ka­lacağından bu boşluk diğer sarım çiftleriyle doldurulabilir. İlk; çift 0° ve 90° konumlarında iseler rotora 30, 120, 60 ve 150° de iki çift sarım daha ilâve edildiğinde üç fazlı bir devre elde edilir. Her sarım takımının ayrı bir bilezik çifti olur ve bağlan­tıların simetrik oldukları kabul edilirse, üç faz birbirinden üçte: bir çevrim kadar farklı olur. Elektrik dilinde fazlar arasında 120^o lik açı vardır denir (Şekil - 3a).

Pratik elektrik üretiminde üç fazlı sistem kullanılır. Kutuplar sayısı dörtten çok daha fazla olabilir, manyetik alan genellikle rotorla döner, iletken sarımlar ise statöre tesbit edilir. Böy­lece toplayıcı bilezik problemi basitleştirilmiş olur. Bu sistemin çok değişik şekilleri olmakla beraber burada ayrıntılarına gir­meyeceğiz.

Alternatör saniyede 50 çevrim, yani 50 frekans (A.BD. de 60 Avrupada 50 frekans kullanılır) verecek bir dönüş hızında çalıştırılır. Mekanik enerjinin elektrik enerjisine çevrim verimi alternatör mühendisliğinin ve metallürjik meharetin bir fonksiyonudur. Motor ve stator arasındaki boşluk çok küçük ve üniform olmalıdır Sarımlar dolu bir mil üzerine değil, birbirinden ince kâ­ğıtla yalıtılmış binlerce ince demir plâkadan meydana gelen bir armatür üzerine sarılırlar. Üreteç güçleri İkinci Dünya Savaşından önceki 30 MW den günümüzde 500 MW ve daha yüksek de­ğerlere çıkmıştır.

Doğru akım da benzer şekilde üretilir fakat bilezikler segmanlı olduklarından akım ancak bir yönde iken toplanabilir. Bu kısma komütator denir. AC den DC ye veya bir frekanstan difterine geçmek için motor-jeneratör takımlarından yararlanılır. Bunlarda şebekeden beslenen motor, istenen karakteristikte akım üreten bir jeneratörü çalıştırır.

Dağıtım :

Elektrik genellikle 12.000 - 20.000 voltta üretilerek nakledile­ceği uzaklıklara göre standart yüksek gerilimlerden birine yük­seltilir. Tüketim merkezlerinde de kademeli bir düşümle genel amaçlı en küçük dağıtım gerilimleri olan 220 volt ve 380 volt elde edilir.

Evlerde kullanılan AC gerilim genellikle 220 volt ve tek faz­lıdır. Bunun dışındaki dağıtım gerilimi üç fazlıdır ve fazların den­geli yüklenmeleri gerekir. Fazlar şekil - 3 b de görüldüğü gibi «Yıl­dız» veya «üçgen» seklinde bağlanabilirler. Bu iki bağlantıda her hangi iki iletken üçüncüsü için dönüş iletkeni rolü oynarlar. Ev­lere elektrik dağıtımında «yıldızın» merkezi topraklanır ve dördüncü bir iletken çekilir. Faz ve nötr arasındaki normal gerilim 220 volt, iki faz arası gerilim ise 380 volttur. (Üçgen bağlantıda). Konut şebekelerinde fazların dengelenmesi istatistiksel olarak yapılır.

220 volt gerilim konutlarda aydınlatma ve ısıtma amaçlarıy­la, laboratuarlarda ve endüstride 3 kW a kadar aparatların çalış­tırılmasında kullanılır. Daha güçlü endüstriyel makinalar 380 voltla çalışır. Endüstriyel elektrik fırınları üç fazla beslenir, fakat akımların ve böylece ısıtma etkisinin mümkün olduğu kadar yüksek gerilim oldukça düşük tutulur. Yüksek akımların iletimi için gerekli büyük kesitli iletkenlerde tasarruf sağlamak üzere düşümü genellikle fırının bulunduğu yerde yapılır.

Sabit bir enerji tüketimi için, gerilim yükseldiğinde akım belirli oran içinde düşecek ve iletim kayıpları yer alacaktır. Düşük gerilim-yüksek akım iletimi büyük kesitli baralar gerektirir, aksi halde iletkenlerin ergime tehlikesi vardır. Daha çok konut­larda kullanılan 220 voltluk gerilim, öldürücü gerilim değerleri ile yakıcı akım değerleri arasında bir dengelemenin sonucudur.

Saf dirençli bir devreye tek fazlı bir gerilim bağlandığında devreden geçen akım her hangi bir anda gerilimle orantılı ola­cak ve gerilimle aynı fazda sinüsoidal değişecektir. Böyle bir dev­rede Ohm kanunu geçerlidir : Watt = Volt x Amper. Tüm çev­rim üzerinden integral alındığında bulunan etkin gerilim maksi­mum gerilimin RMS değeri veya 0,707 (= 1/V2) katı, etkin akım da yine maksimum akımın 0,707 katı olacağından devrenin al­dığı güç                     1/2 x Volt_max x Amper_max olur.

Alternatif akım ölçü araçlarında gerilim ve akımların RMS değerleri okunduğundan saf dirençli devrelerde güç Watt = Volt x Amper (okunan değerler) formülü ile bulunur.

Endüktif devrelerde akım yine sinüsoidal değişir, fakat geri­limle eş zaman olmayıp bir çevrimin derece ile belirlenen bir kesri kadar geridedir. Bu taktirde akımla gerilim arasında q faz farkı vardır denir ve güç formülü Watt = Volt x Amper x cos q olur. Devrede kapasite yükleri varsa akım bir 8 açısı kadar geri­limin önünde olur ve güç formülü endüktif devrelerdeki gibidir. Cos q ya «güç faktörü» adı verilir.

Güç KVA olarak ölçülüp satın alındığı halde KVA x güç fak­törü halinde harcandığından güç faktörünün mümkün olduğu kadar yüksek tutulması istenir ve gerekirse akımı gerilime göre ilerletip endüktif yüklerin etkisiyle eş fazlı duruma gerilemesi için devreye kapasitörler eklenir. Büyük elektrik fırınlarının çoğunda bu tip kapasitör bataryaları kullanılır.

Büyük tüketicilerin çoğu elektrik enerji ihtiyaçlarının hiç olmazsa bir kısmını kendileri üretirler. Bunun nedeni artık ısı veya artık gazı değerlendirmek olabilir. Ayrıca enerji kesimlerinde ve zirve yüklerinde emniyet ve sürekli çalışma sağlayarak tesisin durmasını önler. Elektrik enerjisinin endüstriyel tüketicilere satış fiyatları çalıştırılan teçhizatın tip ve karakteristiklerine bağlıdır ve genellikle belirli miktarda enerji kapasitesinin daima hazır bulundurulması esasına göre mukavele yapılır. Bu taktirde örneğin elektrik ergitme fırınları kullanılıyorsa enerji tüketimi ancak sürekli çalışma ile en ekonomik seviyede tutulabilir. Yalnız geceleri enerji çekildiği taktirde bazan enerji fiyatı düşebilir.

Elektrik enerjisi direnç fırınları, ark ve endüksiyon fırınla­rı olmak üzere başlıca üç tip fırında kullanılır. Birçok endüstri kollarında düşük ve orta sıcaklıklarda daha çok direnç fırınları olmak üzere başlıca üç tip fırında kullanılır. Birçok endüstri kol­larında düşük ve orta sıcaklıklarda daha çok direnç fırınları kullanılır. Bu fırınlar en üniform ısıtmayı sağlarlar. Ark fırınları çelik endüstrisinde özellikle yüksek alaşımlı çelik üretiminde kul­lanılır. Endüksiyon fırınları özel çeliklerle pirinç ve nikel gibi diğer alaşımların ergitilmesinde kullanılır ve vakum ergitme gibi çok yüksek kaliteli işlere uygulanabilirler. Elektrik enerjisi ge­nellikle diğer yakıtların yerini alamayacak kadar pahalıdır ve an­cak çok kesin teknolojik bir üstünlük sağlayacağı taktirde kulla­nılır.

Şekil 3

Elektrik enerjisi kolayca kontrol edilebilir, çok kısa zamanlarda çok yüksek sıcaklıklar verebilir, kullanılması  çok temiz­dir. Günümüzde çelik endüstrisinde gittikçe daha çok kullanılması yönünde açık bir eğilim vardır. Elektrik ark fırınlarının büyük Kikleri birdenbire artmış, çelikhane tesisleri daha geniş bölgeli çelikler üretmek üzere gazdan elektriğe çevrilmeğe başlanmıştır

9. NÜKLEER YAKITLAR

Giriş :

Einstein'ın izafiyet teorisi atom çekirdeklerinde depolanmış enerji bulunduğunu gösteren ilk işaret olmuş, fakat nükleer ener­jinin kullanılabilmesine ancak otuz yıl sonra başlanabilmiştir. En iyi bilinen çekirdek reaksiyonunun, yani uranyum atomunun parçalamasının anlamı budur. Güneş bünyesinde hidrojen atom­larının füzyonu yer alır. Bu olay yer yüzünde ancak çok sınırlı Olarak başarılabilmektedir. Bu kısmın amacı bu olayları anlamak, ortaya çıkan enerjileri hesaplamak ve nükleer enerjinin daha çok elektrik enerjisi haline çevrilmesini incelemektir.

1) Uranyum Ötesi Elemanlar :

Uranyumun fisyonunu ve bundan nasıl enerji elde edilebile­ceğini anlayabilmek için, bilim ve teknolojide yeni bir çığır açan ve «atom devrini» getiren bu bulusun tarihçesini kısaca incele­mek yerinde olacaktır. Fisyonun bulunuşu farklı bir amaca yö­neltilen sistematik çalışmaların beklenmeyen bir sonucudur. Pe­riyodik cetvel neden 92 elemandan meydana gelmiştir ve uran­yum neden son elemandır? En ağır elemanların radyoaktif olma­ları cevaba biraz ışık tutmaktadır; uranyumdan daha ağır ele­manlar var olabilir, fakat bunların bozunum yan ömürleri çok kısa olduğundan tabiatta bulunmayabilirler; başka bir deyişle çoktan  bozunup periyodik cetveldeki elemanlara dönüşmüşlerdir. Bu düşünce doğruysa uranyum, uranyum-radyum serisi elemanların ilk elemanı değil, dana geniş bir serinin (uranyum ötesi ele­manlar) yok olmayacak kadar uzun yarı ömürlü ilk elemanıdır. Gerçekten uranyum çok kararlı bir    eleman sayılmaktadır; yarı ömrü o kadar uzundur ki (bir milyar yıl kadar) büyük bir uran­yum parçası bile radyumun gerektirdiği çalışma tedbirlerini ge­rektirmeksizin kullanılabilir. Bu fikir daha yüksek atom numa­ralı elemanlar yapma imkânını akla getirmektedir. Fermi gurubu nötron reaksiyonları üzerindeki geniş çalışmalarında  (1934) bir elemanın yavaş nötron kapma ile bir yüksek atom numaralı bir elemana dönüştüğünü görmüşlerdir. Bunun bir örneği Al-Si re­aksiyonudur :

₁₃Al²⁷ + n ® ₁₃Al²⁸ + g (gamma enerjisi)

fakat ₁₃Al²⁸ kararsız (radyoaktif) olduğundan bir elektron atarak (beta bozunumu) kararlı Si atomuna dönüşür :

₁₃Al²⁸ ® e + ₁₄Si²⁸ + (kararlı)

Bu metod uranyuma da uygulanarak «uranyum ötesi» elemanlar bulunmuştur.

Uranyumun nötronlarla bombardmanından, kimyacılarca bilinmedikleri için tanınmaları çok güç olan çeşitli ürünler elde edilir. Fermi gurubu tarafından bulunan bu reaksiyonun gerçekten yer aldığı günümüzde artık tamamiyle kabul edilmiştir. Uranyumun nötronla reaksiyonundan arka arkaya iki beta bozunumu ile iki yeni eleman ortaya çıkar :

₉₂U²³⁸ + n ® ₉₂U²³⁹ + g

Bir uranyum izotopu olan ₉₂U²³⁹ çekirdeği 23 dakikalık bir yarı ***** beta bozunumuna geçerek «neptünyum» adı verilen yeni bir elemana dönüşür :

₉₂U²³⁸ ® e + ₉₂U²³⁹

yarı ömrü 2.3 gün olan Np çekirdeği beta bozunumu ile «plütonyum» verir :

₉₃Np²³⁸ ® e + ₉₄Pu²³⁹

nihayet, yarı ömrü 24.100 yıl olan Pu, alfa bozunumu ile tabiatta çok az bulunan bir uranyum izotopu verir :

₉₄PU²³⁹ ® a  +   ₉₂U²³³

Yukarıdaki arka arkaya iki elektron verme reaksiyonları çok çabuk yer aldıklarından U²³⁹ izotopu   ile Np²³⁹ elemanında bir birikme sağlanamaz. Fakat Pu²³⁹ un yarı ömrü (24.100 yıl) insan ömründe birikme sağlayabilecek kadar uzundur, ancak tabiatta duyulur miktarlarda bulunabilecek kadar uzun değildir. Son yıl­larda uranyum minerallerinde eser miktarlarda plütonyuma rast­lanmıştır.

Siklotronlarda daha yüksek atom numaralı yeni elemanlar yapılmıştır. Bunlara «americium» ₉₅Am, «curium» ₉₆Cm, «berkelium» ₉₇Bk, «californium» ₉₈Cf, vb, adları verilmiştir. Çeşitli re­aksiyonlarla sekiz plütonyum izotopu, sekiz neptünyum izotopu ve tabiatta bulunanlar da dikkate alınmak üzere on bir uranyum izotopu yapılmıştır. Bundan başka tabiatta bulunmayan 43, 61, 85, 87 atom numaralı elemanlar da siklotronda yapılmışlardır. Bun­lara sıra ile teknetyum, promoteyum, astatin ve fransiyum adları verilmiştir. Kaliforniyum ₉₈Cf den sonra 99, 100, 101, 102 ve 103 atom numaralı elemanların da yapılmaları başarılmıştır. 103 üncü elemanın adı henüz kararlaştırılmamıştır; bu hususta A.B.D. ve S.S.C.B. anlaşmazlık halindedirler.

Eski Çin arşivleri en ağır elemanlardan birine işaret etmek­tedir. M.S. 1054 te Çin astronomları şimdi «süpernova» adı veri­len yeni bir yıldız gördüklerini bildirmişlerdir. Yıldızın bu astronomlarca verilen «parlaklık azalma» tablosuna göre 52 günlük bir yarı ömür bulunmaktadır. Bu rakam son yıllarda gözlenen süpernovaların parlaklık yarı ömürlerine (55 gün) çok yakındır. Bu yarı ömür, nötron kapma ile meydana gelen çekirdek patla­malarında çok bulunan kaliforniyum ₉₈Cf²⁵⁴ ün yarı ömrüne at­fedilmektedir. Bu çekirdek 55 günlük bir yarı ömürle kendi kendi­ne parçalanır.

2) Uranyumun parçalanması :  (Fisyon)

Fermi gurubunun çalışmalarında hiç beklenmeyen yeni bir şey bulunmuştur. 1939 da Hahn ve Strassmann uranyumun nötron bombardımanından elde edilen belirli bir ürünü incelemişler ve kimyasal yönden bir alkali toprak elemanı olduğunu bulmuşlardır. 1939 da yapma dönüşümlerde sadece alfa parçacıklarından daha ağır olmayan parçacıkların ortaya çıktığı fikri iyice yerleşmişti. Bu nedenle yeni ürünün en ağır toprak elemanı (₈₈Ra) olduğu farz edilmişti. Daha sonra yapılan gözlemler bu kabulün yanlış olduğunu göstermiştir :               (1) Hahn ve Strassmann geniş kimyasal araştırmalar sonunda bu ürünün ₈₈Ba değil ₅₆Ba (baryum) olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca radyoaktif olduğunu da görerek yarı ömrünü ölçmüşler (85 dakika) ve baryumun çok iyi bilinen ₅₆Ba¹³⁹ izotopu olduğunu göstermişlerdir. (2) Kısa bir süre sonra Meitner ve Frisch reaksiyon enerjisinin çok büyük (bir karbon atomunun yanmasından elde edilen enerjinin 50 milyon katı) ol­duğunu göstermişlerdir.                 (3) Kütle spektrografı ile yapılan ayırma işlemlerinde bu yüksek enerjinin sorumlusunun tabiatta çok az bulunan (uranyumda % 0,7) U²³⁵ izotopu olduğu görülmüştür. (4) Nötronlarla başlayan reaksiyonun sarf edilenden fazla nötron ürettiği öğrenilmiştir.

Bu buluşlar sonunda Hahn ve Strassmann'ın orijinal reak­siyonu şu şekli almıştır. ₉₂U²³⁵ in nötron bombardımanı altında periyodik cetvelin orta kısımlarında bulunan iki çekirdeğe ayrıl­dığını kabul etmeliyiz. Hahn ve Strassmann bu reaksiyona «fisyon» adını vermişlerdir. Daha sonraki çalışmalarda orta atom ağırlıklı bir çok çekirdeklerin fisyon ürünleri olabilecekleri görül­müşse de   biz   burada    ₅₆Ba¹³⁹ u dikkate    alacağız. ₉₂U dan ₅₆Ba çıkınca kalan pozitif yükün 36 atom numaralı (92 - 56 = 35) bir çekirdeğe ait olacağını düşünebiliriz. Bu çekirdek «kripton» ₃₆Kr çekirdeğidir. Fakat bu kabulde orijinal (U²³⁵ +  n) kompleksin­deki bütün nötronlar dikkate alınmamaktadır. En ağır  kararlı kripton izotopunda sadece 86 nükleon bulunduğuna göre (en ha­fifinde de 78 nükleon) en az 11 nötron açıkta kalmaktadır. Bu so­nuç fisyon ürünleri arasında serbest nötronların da bulunduğunu ortaya çıkarmaktadır. Bununla beraber serbest nötronların sayı­sı sadece buna dayanarak ortaya konamaz, çünkü fisyon parça­ları fazla nötronlar yüzünden radyoaktiftirler ve ancak bozunum reaksiyonları ile kararlı çekirdekler haline gelirler. Daha sonra, yapılan araştırmalarda her fisyon reaksiyonunda  ortalama 2,5 serbest nötron ortaya çıktığı bulunmuştur.

Uranyumun parçalanmasında etkin araç yavaşlatılmış nötron­lar olduğundan, fisyondan çıkan büyük miktarda enerji  sadece hızlı nötronların kinetik enerjilerine atfedilemez. Ayrıca ağır bir çekirdeğin nötron kapmasından açığa çıkan enerji fisyondan çıkan enerjinin ancak küçük bir kesridir. Buna göre nötron uranyum çekirdeğinde depolanmış olan enerjiyi açığa çıkaran bir araçtır. Bu enerjinin patlama mertebesinde yüksek olması çekirdekleri meydana getiren nükleonların (nötron ve protonlar) bağ enerjileri ile ilgilidir, (Şekil - 4). İki veya daha çok nükleondan bir kompleks meydana getirmek için belirli bir enerji vermek gerekir. Tersine bu kompleks orijinal nükleonlara dağıldığında, ve­rilen enerji açığa çıkar. Buna bağ enerjisi denir. Bağ enerjisi yal­nız nükleonlar için değil, hafif iki çekirdekten ağır bir çekirdek meydana getirmek için de geçerlidir. Bağ enerjisi periyodik cet­velin ortalarındaki çekirdekler için en yüksek değerini alır. Buna göre ağır bir çekirdek periyodik cetvelin ortalarındaki iki çekir­değe bölündüğünde büyük bir enerji açığa çıkar. Bu enerjinin hesaplanabilmesi için fisyon parçalarının bilinmeleri gerekir.

Şekil 4. Kararlı çekirdeklerde nükleon başına ortalama bağ enerjisi

Fisyon reaksiyonuna giren başka çekirdekler var mıdır? Ya­vaş nötronlar ₉₄Pu¹³⁹ da fisyon meydana getirir. Uranyum kadar bol bulunan «toryum» ₉₀Th²³² fisyona girmeksizin bir nötron ka­parak U²³³ haline geçer; bu uranyum izotopu da bir yavaş nötron kaparak fisyon reaksiyonuna girer. İleride «doğrucu» (breeder) reaktörlerde Pu²³⁹ ve U²³³ elde edilmesine değineceğiz. Toryumdan hafif bazı çekirdeklerde yüksek enerjili parçacık reaksi­yonları ile fisyon meydana getirilebilir. Fisyon reaksiyonunun önem kazanmasına sebep olan bazı özel karakteristikler şunlar­dır :

a)      Fisyon yeni tip bir nükleer reaksiyondur.

b)      Fisyon reaksiyonu çok düşük enerjili «termal» nötron­larla başlamakla beraber, reaksiyondan açığa çıkan enerji herhangi bir reaksiyondan elde edilen enerjiden çok daha yüksektir.

c)      Fisyon reaksiyonu radyoaktif bozunum gibi kendi k> aidi­ne başlamaz, fakat uranyumun nötron bombardımanı ile istenen anda başlatılabilir.

d)     Uranyum radyumdan çok daha bol bulunan bir eleman­dır.

e)      Reaksiyon, onu başlatan parçacığı yani nötronu meyda­na getirdiğinden, büyük bir ₉₂U²³⁵ kütlesinde ilk çekirdeğin fisyonundan çıkan nötronlarla diğer çekirdeklerin de fisyona girecek­lerini ve böylece reaksiyonun kendi kendine yürüyeceğin, bekleyebiliriz. Böylece işlem sürekli olacaktır. O halde ideal durumda tek bir nötron büyük bir uranyum blokunu patlatabilir. Buna «zincir reaksiyonu» denir.

Öte yandan bu tablonun idealleştirilmiş olduğu da unutulmamalıdır. Meydana gelen nötronlar sistemden kaçmak ve U²³⁵ ten başka çekirdeklerde yutulmak suretiyle reaksiyonu devam etti­remeyecek hale gelebilirler. Aşağıda bu güçlüklerin nasıl ortadan kaldırılacağı incelenecektir.

3)  Fisyon teorisi :

Çekirdek teorisi ile ilgili ölçmelerde çekirdek yoğunluğunun hemen hemen sabit (10¹⁷ kg/m³) olduğu bulunmuştur. Buna göre proton ve nötronların sıkışık bir topluluğu akla   gelmektedir. O halde bir su damlasını uygun bir çekirdek modeli sayabiliriz. Bir damlada moleküller karşılıklı çekim kuvvetleriyle bir arada du­rur ve damla varlığını korur. Damlanın iç taraflarındaki molekül­ler diğer moleküllerle çevrilmiş olduklarından net bir ortalama kuvvet duymazlar. Fakat yüzeydeki moleküllerin sadece bir ta-, raflarında başka moleküller bulunduğundan yüzey  molekülleri damlanın içine doğru bir kuvvetin etkisindedirler. Bu kuvvetler damla üzerinde tıpkı esnek bir zar gibi bir etki yaparlar. Buna fizikte «yüzey gerilmesi» denir. Bu gerilmenin etkisinde  damla en kararlı şekil olan küre şeklini alır; belirli bir hacım için en küçük yüzeyli cisim küredir.

Çekirdeğin bu modeli çeşitli çekirdek olaylarını kolayca canlandırabilmemize yardım eder. Bildiğimiz sıvılarda yüzey geril-j damlanın parçalanmasına engel olabilecek güçte değildir. Bir damla çeşitli nedenlerle parçalanır veya madde kaybeder. (1) Rastgele ısıl hareketlerle yeteri kadar enerji alan moleküller bu­harlaşarak damladan ayrılırlar. (2) Damla tüm olarak kararlı kü­re şekli çevresinde titreşebilir ve şartları uygun olduğu taktirde çok eşit iki parçaya ayrılabilir. Büyük damlalar bu parçalan­maya özellikle elverişlidirler. Yağmur damlalarının belirli bir bü­yüklüğün üzerine çıkamamalarının nedeni budur. Buna karşı çekirdek, yeteri kadar enerji verildiği taktirde ya parçacık atar veya titreme ile ikiye ayrılır, yani fisyona uğrar. Özellikle büyük çekirdekler fisyona daha elverişlidirler.

Çekirdeği meydana getiren parçacıkların bağ enerjisi, bir çekirdek parçalandığı veya daha küçük parçaların birleşmesi suretiyle büyük bir çekirdek meydana geldiği takdirde açığa çı­kacak veya harcanacak enerjilerin hesaplanmalarında büyük bir rol oynar.

Örneğin ₉₂U²³⁵ in nötron bombardımanı ile fisyonundan açığa çıkacak enerjiyi hesaplayalım.

₉₂U²³⁵ + n ® ₅₆Ba¹³⁹ + ₃₆Kr⁸⁶ + 11ln + Q (Enerji)

Atom ağırlıkları:         ₉₂U³⁵     :  235,12 Kütle birimi (K.B.)

₅₆Ba¹³⁹ : 138,92  Kütle birimi (K.B.)

₃₆Kr³⁶ :    85,94   Kütle birimi (K.B.)

n          :     1,009 Kütle birimi (K.B.)

Solda kütle toplamı = 235,12  +  1,009  = 236.129 K.B.

Sağda kütle toplamı = 138,92 + 85,94 + 11 (1,009) = 235,959 K.B.

Kütle farkı = 236,129 - 235,959 = 0,170 K.B.

1 K.B. = 931 Mev (Milyon elektron volt)

Kütle farkı olarak açığa çıkan enerji

Q = 931 x 0,170 =  158,3 Mev.

1 Atom-gram (235,12 gr) U²³⁵ teki atom sayısı = 6,02 x 10²³

1 Atom-gram U²³⁵ ten alınacak enerji  - 158,3 x 6,02 x 10²³ Mev

1 Mev = 1,6 x 10^-6 erg

4,19 x 10⁷ erg = 1,16 x 1Q-⁶ kWh (Bak: Tablo - 1)

Böylece 1 Atom-gram (235,12 gr) U²³⁵ in fisyonundan alınabilecek enerji miktarı

            x 10⁴ = 4.200.000 kWh

bulunur.

Yukarıdaki hesap çekirdekten elde  edilebilecek enerjinin mertebesini göstermek üzere yapılmıştır. Aslında bu  reaksiyon yer almaz, çünkü bazı fisyon ürünleri fazladan nötron taşırlar. Bu sebeple fisyon ürünlerinin atom   ağırlıkları   bilinmedikçe elde edilebilecek enerji de hesaplanamaz. Şekil - 4 ten de görül­düğü gibi nükleon başına ortalama bağ enerjisi 60 atom numa­rası yakınlarında maksimuma çıkmaktadır. Maksimumun iki tara­fındaki çekirdeklerin bağ enerjileri daha düşük olduğuna göre, bunların birleşmelerinden daha kararlı çekirdekler elde edilebile­ceği ve enerji açığa çıkacağı akla gelir. Buna göre hafif çekirdek­le      “füzyon”, ağır çekirdekler ise «fisyon» yolu ile enerji verebi­lirler.

Tabiatta neden hafif çekirdeklerin füzyonla, ağır çekirdekle­rin de fisyonla kendiliklerinden kararlı durumlara gitmedikleri sorusu akla gelebilir. Böyle bir soru ancak bazı kimyasal reaksi­yonlara benzerlikle cevaplandırılabilir. Örneğin bir hidrojen oksi­jen karışımı patlayıcıdır; fakat oda sıcaklığında sanki hidrojen ve oksijen moleküllerini ayıran bir perde varmış gibi kararlıdır. Bu perde veya engeli aşmak için yüksek bir sıcaklık, başka bir deyişle yüksek enerjili ısıl hareket çarpışmaları gerekir. Bu tak­tirde patlama yer alır ve ısıl hareketlerin enerjisinden çok daha büyük bir enerji açığa çıkar.

Böyle bir sisteme «metastabil» denir. Fizik ve kimyada bu engele “aktifleştirme enerjisi” adı verilir. Hidrojen-oksijen karı­şımı yüksek sıcaklıklarda patlar. Isıl hareket gerekli aktifleştir­me enerjisini sağlayarak kimyasal reaksiyonun çok daha yüksek olan enerjisinin açığa çıkmasına yardım eder.

Bir parçacık, örneğin nöron, çekirdek tarafından yakalanınca parçacığın enerjisi çekirdek içinde ısınmaya benzetilebilen bir; kargaşalık meydana getirir. Çekirdekteki parçacıklar arasında rastgele alınıp verilen bu enerji ölçülemeyecek kadar kısa bir süre sonra başka bir parçacığa geçerek, bir su molekülünün buharlaşma ile damladan ayrılması gibi, parçacığı çekirdek dışına fırlatabilir. Parçacık yutma-parçacık atma reaksiyonunun bu mekanizma uyarınca çalıştığı sanılmaktadır. Öte yandan fazla enerji çekirdekten bir gamma ısını halinde de atılabilir.

Bu fikir çok farklı karakterde olan fisyon olayının anlaşılma­sında da yararlı olabilir. Nötron kapma olayı, başka bir parçacık atma yerine, damlanın küresel şekil çevresinde titreşime geçme­sine sebep olabilir. Küresel bir damla yüzey gerilmeleri dolayısıy­la küçük gerilmelere karşı kararlıdır. Fakat parçacığın yutulma­ğı esnasındaki darbe yeteri kadar şiddetli ise (büyük bir titreşim yapabilecek kadar), damla uzayarak bölünebilir (fisyon). Fisyon olayının yer alabilmesi için çok belirli bir aktifleştirme enerjisi sağlanmalıdır. Fakat bu enerji fisyondan elde edilen enerjiden çok küçüktür.

Fisyonda aktifleştirme enerjisinin bir kısmı nötronun kine­tik enerjisinden, bir kısmı da yutulma enerjisinden sağlanır. Yu­tulma ihtimalleri hızlı nötronlardan çok daha yüksek olan termal nötronlar fisyonda çok önemlidirler. Fakat termal nötronlarla fisyon sadece kararlılık limitleri çok düşük olan çekirdeklere sı­nırlanmıştır. Bu çekirdekler U²³⁵, U²³³ ve U²³⁹ dur. Teknolo­jinin mekaniği yönünden, en büyük çekirdeklerin aynı zamanda en kararsız çekirdekler olması büyük bir talih eseridir. Hızlı not ronlarla fisyona girebilecek çekirdekler sınıfı bir hayli geniştir. Fakat enerji yönünden mümkün olan bu tip reaksiyonların ihti­malleri çok düşüktür.

Öte yandan bağ enerjilerine değindiğimizde de gördüğümüz gibi, hafif çekirdeklerden füzyon yolu ile enerji elde edilebilir. Burada da bir aktifleştirme enerjisi zorunludur, aksi halde tüm hafif çekirdeklerin çoktan en kararlı duruma gelmiş olmaları ge­rekirdi. Füzyonda aktifleştirme enerjisinin açıklanması çok daha kolaydır. Tüm yüklü parçacıklar için böyle bir enerji vardır, çün­kü Coulomb itici kuvvetleri, parçacıkların, çekirdek kohezyon kuvvetleri (bunlar ne iseler) etkin olabilecek kadar çekirdeğe yaklaşmalarını güçleştirir. Aktifleştirme enerjisi özel bir deneyle ölçülür. Örneğin

₃Lİ⁷ + p ® a + a

reaksiyonunda 17,2 Mev füzyon enerjisi açığa çıkar. Bu enerjinin büyüklüğüne rağmen, Coulomb itici kuvvetleri dolayısıyla proto­nun çekirdeğe yeteri kadar yaklaşması mümkün    olmadığından reaksiyon yavaş protonlarla başlayamaz.

BENZİNDEN İSTENİLEN ÖZELLİKLER

1)      Uçuculuk

a.       Soğukta yol verme,

b.      Çabuk ısınma,

c.       Akselerasyon,

d.      Yağlama yağını inceltmeme,

e.       Buhar tıkacı

nokta nazarlarına göre: seçilir. Benzin ne kadar çabuk buharlaşırsa yani buharlaşma noktası ne kadar alçaksa motora o kadar kolay yol verilebilir. Kışın kullanılan benzinin daha alçak buharlaşma noktasına malik olması icabeder. Buharlaşma noktasının alçak olması motora yol vermeyi kolaylaştırdığı gibi, motorun çabuk ısınmasını da temin eder. Normal seyirde çalışan bir motorun emme kanalında ince bir benzin filmi, kanalın cidar­ları boyunca silindirlere doğru akar. Yakıtın bir kısmı bu akı; esnasında buharlaşarak, silindire giren yakıt buharı hava karışımının yanmaya müsait sınırlar arasında olmasını temin eder.

Motoru hızlandırmak için, ani olarak gaz pedalına basıldığı zaman, yani gaz kelebeği emme kanalını daha fazla açacak şekilde hareket ettirildiği zaman, emilen havanın miktarı ve buna uygun olarak ta karbüratörün verdiği yakıt miktarı artar. Fakat emilen yakıtın ancak bir kısmının emme kanalı boyunca buharlaşmasından dolayı anı kelebek hareket­lerinde silindirlere giren yakıtın miktarı havaya uymayacaktır. Bu,suretle akselerasyon esnasında motor fakir karışım, yavaşlama esnasında ise zen­gin karışım emecektir. Bu  durumun   önlenmesi   için karışımın   ısıtılması veya yakıtın   buharlaşma   noktasının   düşük   olması   lâzımdır. Karışımın ısıtılması motorun volumetrik verimini düşürür. Zira   ısıtmadan   dolaya hasıl olan   genişlemeye   tekabül   eden hacim   kadar   yakıt buharı hava karışımı silindire az   girecektir.

Modern motorlarda anî kelebek hareketlerinde uygun bir karışını oranı sağlamak için ekseriya bir akselerasyon pompası kullanılır. Gaz kelebe­ğine bağlı bulunan bu pompa gaz kelebeği açıklığı arttırıldığı esnada emme kanalına ilâveten yakıt gönderir.

Silindir içerisine giren karışımdaki yakıt buharının bir kısmının silindir cidarı ile   temasa gelerek yoğuşması muhtemeldir. Yoğuşan   bu kısım benzinin   buharlaşma   eğrisine ve bilhassa bu eğrinin  % 80 buharlaşma noktasına  tabidir. Yoğuşan yakıt zerreleri    silindir    cidarları boyunca akarak yağlama yağına  karışır; ve yağın   incelerek yağlama özelliklerinin bozulmasına amil olur.

            Buhar Tıkacı

Benzin deposu ile karbüratör arasındaki seviye farkının fazla olmadığı hallerde benzin borusu içerisinde benzinin buharlaşması yakıtın pompası tarafından emilmesine mani olur. Buna buhar tıkacı denir. Bilhassa buharlaşma noktası alçak olan benzinler, sıcak yaz mevsimlerinde buhar tıkacı olayını tacil eder. Mamafi bugün, buhar tıkacı olayı yakıt mühendislerinden ziyade motor konstrüktörleri tarafından düşünülmesi gereken bir meseledir ve yakıt deposuyla karbüratör arasındaki seviye farkını arttırarak, daha geniş benzin borusu kullanarak ve bu boruları seyir ve vantilatör rüzgarı ile soğutarak önlenebilir. Buhar tıkacı yapmaması için benzinlerde müsaade olunan azami buhar basıncı 37,5°C de 0,8 ata dır (Reid buhar basıncı).

2) Reçine teşekkülü

Olefin sınıfı benzinler reçine teşekkülüne daha çok müsaittir. Zira bun­lar depo edildiği tanklarda oksijenle birleşerek çöküntü yaparlar. Bu çöküntüler karbüratör memelerinin tıkanmasına sebep olur. Bilhassa uzun zaman bekleyen benzin bu bakımdan daha fena durumdadır. Benzinin içindeki reçine miktarı normal benzinlerin ne kadar beklemiş olduğu hak­kında sar.h bir fikir verir. Benzinin içindeki reçine nisbeti 5 mg/100 cm³ den küçük olmalıdır.

3) Korrozyon

Yakıtın bünyesinde bulunan kükürt, yakıtın  korrozyon hassası  hakkında bir kriterdir. Bilhassa yanmadan   sonra  meydana  gelen   kükürt   oksitleri yine yanma esnasında meydana gelen  su  buharı  ile  birleşerek  korrozyona yol açan asit sülfirik yapar. Bu sebepten yakıtın terkibindeki   kükürdün % 0,10 dan fazla olmaması istenir.

Aşağıdaki  cetvelde  Amerikan Hükümeti Şartnamelerinde ticarî  benzinden istenilen özellikler verilmiştir.

%  10 un uçuculuğu                                       75°C

%  50 nin uçuculuğu                                      110°C

%  90 nın uçuculuğu                                      190°C

Bakiye                                                           %  2

Reid buhar basıncı                                         0,8  ata (37,5°C de)

Reçine                                                            2-5 mg/100 cm³

Kükürt                                                           % 0,10

DİESEL YAKITLARINDAN İSTENİLEN ÖZELLİKLER

Diesel yakıtlarından istenilen özellikleri de benzinde olduğu gibi aşağıdaki bakımlardan sıralamak mümkündür.

1) Vuruntu

Diesel yakıtlarının vuruntu yapmamaları için küçük tutuşma gecikmeline malik olması gerekir. Bunun için Seten sayılarının yüksek olması icabeder.

2) Yol verme

Çabuk buharlaşan ve tutuşma noktası alçak olan yakıtlar yol vermeyi kolaylaştırır. Maalesef   uçuculuğu   arttıkça   yakıtın   tutuşma   noktası da  yükselir.  Bu bakımdan Diesel motorlarında uçuculuk ile Seten sayısı özel­liği bağdaştırılamaz. Bunun için bu iki özelik    arasında bir  kompromi yapmak gerekir.

3) Duman ve koku

Eksoz gazlarının issiz ve kokusuz olması için yakıtın silindir içersinde iyice buharlaşması ve hava ile iyice karışması icabeder. Bu sebepten Diesel motorlarında kullanılacak olan yakıtların aynı zamanda kolay buharlaşabilecek özellikte olması şayanı arzudur.

4) Korrozyon ve aşınma

Yakıtın içindeki anorganik maddeler ve kükürt aşınmayı artırır. Anorganik maddeler, yanmadan sonra kül halinde kalarak silindirin, supap yuva ve burçlarının aşınmasını tacil   ederler.

5) Kullanma kolaylığı

Parlama ve akma noktaları bir yakıtın kullanma kolaylığını ve emniye­tini tayin eder. Parlama noktası, yakıtın hava ile birleşerek patlayıcı bir karışım teşkil edecek derecede buharlaştığı  sıcaklıktır.

Akma noktası, donmuş vaziyette bulunan yakıtın içinde bulunduğu kaptan dökülebilecek hale geldiği sıcaklıktır.

Buna göre, parlama noktası yangın tehlikesini azaltmak bakımından yüksek, akma noktası da doldurup boşaltmanın veya motorda depodan pompaya getirmenin kolaylığı bakımından düşük olmalıdır.

6) Anilin noktası ve Diesel indisi

Diesel yakıtlarının tutuşma özellikleri bazen Disel İndisi ile de verilir. Bilindiği veçhile Diesel motorlarına en uygun yakıtlar parafin sınıfından olanlardır. En az uygun olanlar ise aromatlardır. Anilin aromat sınıfı bir hidrokarbürdür; ve çok alçak sıcaklıklar da bile diğer cins aromatlarla karışabilir. Bu sebepten çok defa, anilinin verilen bir yakıt içersinde tamamen erime sıcaklığı, Diesel yakıtlarının tutuşma özelliğini tayin eden bir kriter olarak kullanılır. Bu maksat için Diesel indisi olarak adlandırılan bir sayı tarif edilir.

 

                        Dİ =

olarak kabul edilir. Burada:

            Dİ = Diesel İndisi.

            APİ derecesi = 60^oF daki Baume derecesidir.

            Aşağıda Amerikan  şartnamelerine  uygun bir Diesel yakıtının özellikleri verilmiştir.

% 10 buharlaşma noktası                   185-210°C

% 90 buharlaşma noktası                   235-238°C

Seten sayısı                                        40-65

APİ derecesi                                      40-46 Baume

Özgül ağırlık                                      0,825-0,797

Kükürt (Ağırlık)                                 % 0,04-0,1

Kül                                                     0,00

Akma noktası                                     (- 60) (-25)