Sektörmaden Dergisi 89 sayı

MAKALE
ği özellikleri ayrıntılı bir şekilde öğrenme imkânı
vardır. Bu deneylerin azot, hava ve başka gazlarla
yapılabilmesi, oksidasyona ve sıcaklığa bağlı gözlemlenen
değişimleri birbirinden ayırt edebilme
imkânı sağlamaktadır. Ayrıca 10 mg civarı numune
ihtiyacı avantaj teşkil etmektedir .TGA deneyinde
kömür bünyesinde azot akışı altında kaybedilen
nem miktarı, hava akışı altında oksijenin kömür
yüzeyine kemisorpsiyonunun gerçekleşmesi ile
kütle artışı vb. etkiler yüksek hassasiyetli (duyarlılıkla)
izlenebilmektedir. Ayrıca DSC ölçümü ile
kömürün sıcaklığa bağlı görünür öz ısısı belirlenebilir,
meydana gelen hal değişimleri ve değişim
ısıları, ısınma ve oksidasyon sonucu tükettiği veya
ürettiği enerjiler hesaplanabilir. DTA’nın da bu
verilerin yorumlanmasına dahil edilmesi ile, ekzotermik
ve endotermik süreçler birbirinden ayırt
edilebilir. Üstün özelliklerinden birisi de, düşük
sıcaklıklardan başlayarak çok yüksek sıcaklıklara
çıkılabilmesidir. Kısa analiz deneyi ile elde edilebilecek
nem, kül, uçucu madde ve sabit karbon içeriği
sonuçlarını da yaklaşık olarak sağlamaktadır.
Avantajlarının yanında bu deneylerin sabit sıcaklık
artışıyla gerçekleştirilmesi (Mohalik, ve diğerleri,
2022) ve zamana bağlı veriyi doğrudan üretememesi,
her numunenin deney sonu sıcaklığına taşınmasına
sebep olmaktadır.
2.4. Adyabatik yöntemler
Adyabatik yöntemlerde birçok farklı modifikasyonda
deney uygulamaları mevcuttur. Bu deneylerde
temel prensip numunenin çevresiyle ısı
alışverişinin kesilmesi ya da ihmal edilebilir bir seviyeye
indirilmesidir. Numune üzerinden hava, saf
oksijen veya farklı bir karışım geçirilerek oksidasyon
gerçekleştirilmektedir. Bu şartlar bir etüvün
içinde oluşturulmakta, malzemenin kendiliğinden
ısınması sağlanmaktadır. Zamana bağlı olarak sıcaklık
verisi elde edilerek sadece bir indis değerle
kalmayıp, kendiliğinden yanma sürecinin simülasyonu
da yapılmış olmaktadır (Beamish & Theiler,
2019; Arisoy, Beamish, & Yoruk, 2017).
Adyabatik yöntemlerden olan R70 deneyinde, öncesinde
azot akışı altında kurutulmuş kömür üzerinden
gösterebilmektedir. Üstelik kömürün yüksek heterojenlikte bir malzeme olması ve istif içindeki
damarlar arasında kömürleşme farkı gibi sebeplerle (nedenlerle) birbirine çok yakın konumdaki
numunelerde bile bu durum gerçekleşebilmektedir. Yerüstü veya yeraltı sondajlarından elde
edilebilecek karot numunelerinin deney zamanına kadar oksidasyonu engelleyecek şekilde saklanması
sonucunda düşük sıcaklıkta kendiliğinden yanma süreci daha duyarlı analiz edilebilmektedir. Deney
esnasında Şekil 2’de verilen eğriye benzer sıcaklık - zaman grafikleri üretilmektedir.
daha sonra saf oksijen geçirilerek numunenin kendiliğinden
ısınması sağlanmaktadır. Bu şekilde elde edilen
zamana bağlı sıcaklık eğrisinden 70°C’ye gelindiği
anda sıcaklık artış hızı hesaplanmaktadır (Şekil 1). Bu
değerler 7 risk sınıfına ayrılarak kömürün kendiliğinden
yanma eğilimini simgeleyen bir indis olmaktadır
(Beamish & Theiler, 2019). R70 değeri önceki bölümlerde
verilen indisler gibi işlevsel olmasına rağmen kurutulmuş
numuneyle çalışılması sebebiyle kömürdeki
nemin etkisini ortadan kaldırmaktadır. Numunenin kurutulması
deney süresini kısaltmasına rağmen, kömür
Şekil 2. Bir kuluçka testinde elde edilen
bünyesinde madde kaybı, enerji tüketen hal değişimi
zamana bağlı sıcaklık eğrisi (Yoruk &
ve oksidasyona elverişli yeni yüzey oluşturması gibi
Arisoy, 2021).
kaybı, önemli enerji etkileri tüketen atlamaktadır. hal değişimi ve oksidasyona elverişli yeni yüzey oluşturması gibi önemli etkileri
atlamaktadır.
Şekil 2’deki eğride kabaca üç bölge bulunmaktadır.
İlk oksidasyon rampası, oyalanma bölgesi ve
ısıl sürüklenme bölgesi olarak tarif edilebilecek bu
bölgeler fiziksel ve kimyasal değişimler neticesinde
oluşmaktadır. İlk oksidasyon rampası makromoleküllerin
bünyesinde bulunan hidroksitli grupların
yakıtlandırmasıyla (yakılmasıyla) görece kısa süre
içinde tamamlanmaktadır. Bu bölgenin ortalarında
halihazırda yüksek karbon monoksit ve karbon dioksit
üretimi söz konusudur. Oyalanma bölgesine
ulaşırken birim zamanda oksidasyon azalmakta ve
bu gazların üretimini azaltmaktadır. Tanımlanan
bölgede gerçekleşen oksidasyon sonucu oluşan
Şekil Şekil 1. Queensland 1. Queensland ve ve New New South South Wales kömürlerinin R70 değerleri (Beamish ısının & Theiler, büyük 2015). kısmı bünyede bulunan nemin faz
kömürlerinin R70 değerleri (Beamish &
Kuluçka Theiler, testi 2015). uygulamaları, nemin etkisini adyabatik yöntemlere dahil ederek indis değiştirmesi değerler için üretmenin harcanmaktadır. Dolayısıyla bir
yanında kendiliğinden yanma açısından en fazla risk taşıyan düşük ranklı kömürleri sonraki hedeflemektedir.
reaksiyon için aktivasyon enerjisi kolayca
Düşük ranklı kömürlerde aynı havza içindeki numunelerde nem değerleri karşılanamamaktadır. çok yüksek saçılım Sıcaklık 105°C’nin üzerine
Kuluçka testi uygulamaları, nemin etkisini adyabatik
gösterebilmektedir. Üstelik kömürün yüksek heterojenlikte bir malzeme olması çıktıktan ve sonra istif reaksiyonlar içindeki ve ısınma ivmelenmektedir
çok yakın (Soylu, konumdaki ve diğerleri, 2024). Bu aşama-
yöntemlere dahil ederek indis değerler üretmenin yanında
kendiliğinden yanma açısından en fazla risk ta-
damarlar arasında kömürleşme farkı gibi sebeplerle (nedenlerle) birbirine
numunelerde bile bu durum gerçekleşebilmektedir. Yerüstü veya yeraltı dan sondajlarından sonra ısıl sürüklenme elde başlamakta ve kısa süre
şıyan düşük ranklı kömürleri hedeflemektedir. Düşük
edilebilecek karot numunelerinin deney zamanına kadar oksidasyonu engelleyecek
sonra
şekilde
deney
saklanması
sonu sıcaklığına ulaşılmaktadır. Isıl
ranklı kömürlerde aynı havza içindeki numunelerde
sonucunda düşük sıcaklıkta kendiliğinden yanma süreci daha duyarlı analiz edilebilmektedir.
sürüklenme bölgesinde
Deney
Arrhenius formuna uyan
nem değerleri çok yüksek saçılım gösterebilmektedir.
esnasında Şekil 2’de verilen eğriye benzer sıcaklık - zaman grafikleri üretilmektedir.
homojen reaksiyonlar gerçekleşmektedir (Yoruk
Üstelik kömürün yüksek heterojenlikte bir malzeme
& Arisoy, 2021). Kuluçka süreci boyunca birim
olması ve istif içindeki damarlar arasında kömürleşme
zamanda sıcaklık değişimi, birim zamanda oksijen
tüketimi ve anlık reaksiyon hızı büyük ölçüde
farkı gibi sebeplerle (nedenlerle) birbirine çok yakın
konumdaki numunelerde bile bu durum gerçekleşebilmektedir.
Yerüstü veya yeraltı sondajlarından elde
oksidasyon rampasında bulunan çeşitli sıcaklıklar-
paraleldir. Bu veri üzerinde sıcaklık artış hızını ilk
edilebilecek karot numunelerinin deney zamanına kadar
oksidasyonu engelleyecek şekilde saklanması so-
belirli bir sıcaklığa ulaşması için gereken zaman
da belirleyerek indis değerler üretilmiştir. Ayrıca
nucunda düşük sıcaklıkta kendiliğinden yanma süreci
bir indis teşkil ederek kömürün göçük bölgesinde
daha duyarlı analiz edilebilmektedir. Deney esnasında
kendi haline bırakıldığında geçen süreyle eşleştirilebilmektedir.
Böylece planlama aşamasında ma-
Şekil 2’de verilen eğriye benzer sıcaklık - zaman grafikleri
üretilmektedir.
dencilik açısından uygulanabilir ve pratik veriler
üretilmektedir. Ayrıca deneyde kullanılan düşük
ısınma eğilimli numuneler belirli bir sıcaklığa kadar
çıkıp tekrar soğumaktadır. Diğer yöntemlerde
bu davranışı izlemek mümkün değildir.
Kuluçka testi sırasında sistemden tahliye olan gazdan
numune alındığında kendiliğinden yanma sonucu
üretilen bileşiklerin oranları belirlenebilmektedir.
Bu şekilde çeşitli gazların sıcaklıkla değişimi hakkında
veri toplanmaktadır. Ocak şartları ve kömürün
Şekil 2. Bir kuluçka testinde elde edilen zamana bağlı sıcaklık gaz eğrisi içeriği, (Yoruk elde & Arisoy, edilen 2021). veriyle kıyaslanarak ihbar
Şekil 2’deki eğride kabaca üç bölge bulunmaktadır. İlk oksidasyon edici rampası, gazlar ve oyalanma kendiliğinden bölgesi ve yanmanın ısıl farklı safhalarında
ve kimyasal ocak değişimler havasında neticesinde oluşması beklenebilecek
sürüklenme bölgesi olarak tarif edilebilecek bu bölgeler fiziksel
oluşmaktadır. İlk oksidasyon rampası makromoleküllerin bünyesinde bulunan hidroksitli grupların
gaz konsantrasyonları hakkında bilgiler üretilebilir.
yakıtlandırmasıyla (yakılmasıyla) görece kısa süre içinde tamamlanmaktadır. Bu bölgenin ortalarında
halihazırda yüksek karbon monoksit ve karbon dioksit üretimi söz konusudur. Oyalanma bölgesine
ulaşırken birim zamanda oksidasyon azalmakta ve bu gazların üretimini azaltmaktadır. Tanımlanan
bölgede gerçekleşen oksidasyon sonucu oluşan ısının büyük kısmı bünyede bulunan nemin faz
değiştirmesi için harcanmaktadır. Dolayısıyla bir sonraki reaksiyon 3. Tali için yöntemler
aktivasyon enerjisi kolayca
karşılanamamaktadır. Sıcaklık 105 o C’nin üzerine çıktıktan sonra reaksiyonlar ve ısınma
ivmelenmektedir (Soylu, ve diğerleri, 2024). Bu aşamadan sonra ısıl sürüklenme başlamakta ve kısa
süre sonra deney sonu sıcaklığına ulaşılmaktadır. Isıl sürüklenme Adyabatik bölgesinde yöntemlerin Arrhenius yanında formuna uyan gerek kömür gerekse
homojen reaksiyonlar gerçekleşmektedir (Yoruk & Arisoy, kendiliğinden 2021). Kuluçka yanmaya süreci ilişkin boyunca faydalı birim bilgiler üreten tali
zamanda sıcaklık değişimi, birim zamanda oksijen tüketimi deneyler ve anlık vardır. reaksiyon Kısa hızı kimyasal büyük Analiz ölçüde bunların başında
paraleldir. Bu veri üzerinde sıcaklık artış hızını ilk oksidasyon rampasında bulunan çeşitli sıcaklıklarda
gelmektedir. Nem, kül, uçucu madde ve sabit karbon
belirleyerek indis değerler üretilmiştir. Ayrıca belirli bir sıcaklığa ulaşması için gereken zaman bir indis
teşkil ederek kömürün göçük bölgesinde kendi değerleri haline bırakıldığında üzerinden kömür geçen hakkında süreyle birçok temel bilgi
eşleştirilebilmektedir. Böylece planlama aşamasında madencilik ortaya açısından çıkarılmaktadır. uygulanabilir Elementel ve pratik analiz ile kömürün
kendiliğinden yanması sürecinde reaksiyona giren elementlerin
oranları belirlenebilmektedir. Özellikle kükürt
ve pirit oranının belirli seviyelerde reaksiyonu destekleyici
olması bu analizi daha önemli hale getirmektedir.
Bunların yanında farklı sıcaklıklarda farklı organik radikallerin
reaksiyonları taşıması sebebiyle bunların belirlendiği
kızılötesi spektroskopi deneyleri kullanışlıdır
(Soylu, ve diğerleri, 2024).
4. Türkiye özelinde kömürlerin
kendiliğinden yanma eğilimi
Türkiye’de yaklaşık 20,84 milyar ton kömür rezervi
bulunmaktadır ve bunun yaklaşık %92’si
linyit, geriye kalanı ise taş kömürüdür (TKİ,
2022). Bunlara ek olarak Şırnak çevresinde yaklaşık
80 milyon ton asfaltit rezervi bildirilmiştir
(Kavak, 2011). Bu dağılıma göre linyit rezervleri
ön plana çıkmaktadır. Linyitlerde kendiliğinden
yanma sorunu daha yaşlı kömürlere kıyasla
yüksektir. Taş kömürlerinin kendiliğinden yanma
Şekil 2. Bir kuluçka testinde elde edilen zamana bağlı sıcaklık eğrisi (Yoruk & Arisoy, 2021).
46 SEKTÖRMADEN
Şekil 2’deki eğride kabaca üç bölge bulunmaktadır. İlk oksidasyon rampası, oyalanma bölgesi ve ısıl
SEKTÖRMADEN 47