LEE- Maden Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19366

Gözat

Yazar "Fişne, Abdullah" ile LEE- Maden Mühendisliği-Doktora'a göz atma
  • Öge
    Şırnak-Üçkardeşler asfaltit filonunun gaz içeriği ve kendiliğinden yanma özelliklerinin araştırılması
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-05) Soylu, Anıl ; Fişne, Abdullah ; 505182001 ; Maden Mühendisliği
    Asfaltitler, kömür ve bitümlü şeylin yanında üçüncü grup hidrokarbonları oluşturan Türkiye için önemli enerji hammaddeleridir. Yerüstünden üretimlerinin yavaş yavaş ekonomik sınırlarına yaklaşması nedeniyle asfaltitlerin yer altı madenciliği Türkiye için gelecekte önem kazanacaktır. Asfaltitlerin kimyasal bileşimi benzersiz özelliklere sahip olmasına rağmen, kömür ve bitümlü şeyllerle pek çok benzerliğe sahiptirler. Bu nedenle yer altı kömür madenciliğine eşlik eden iş güvenliği riskleri asfaltitler için de kritik bir konudur. Gelecekteki yeraltı asfaltit madeni tasarımlarına bir temel oluşturmak amacıyla havalandırmayla ilgili konuların ele alınması ve karakterize edilmesi gerekmektedir. Bu sebeple mevcut çalışmada asfaltitlerin gaz içeriği ve kendiliğinden yanma karakterinin ortaya konulması hedeflenmiştir. Bu çalışmada verilen sonuçlar ve bilgiler sadece asfaltit madenciliğini desteklemekle kalmayıp, aynı kömür madenciliğine de farklı bir bakış açısı da getirmektedir. Şırnak asfaltitlerinin bir üyesi olan Üçkardeşler filonu bu kapsamda incelenmiştir. Dikey yerleşimli filonu izometrik olarak kesen iki eğimli sondaj kuyusundan toplanan on altı adet karot numunesi üzerinde yapılan birçok deneyle hedeflenen konular araştırılmıştır. Gaz içeriği USBM direkt yöntemi uygulanarak ölçülmüştür. Bunun için karot numuneleri yeryüzüne ulaşır ulaşmaz desorpsiyon kanisterlerine yerleştirilmiş ve ölçümlerin bir kısmı sondaj alanında yapılmıştır. Gaz içeriğinin bileşiminin belirlenmesi için, desorpsiyon süreci sırasında yayılan gazdan dört kez numune alınmış ve ölçülmüştür. Ek olarak süreç sonunda karotlar kanisterden çıkartılarak artık gaz miktarı ölçümleri sırasında bileşimi de belirlenmiştir. Sonuçlara göre Üçkardeşler filonu görece homojen davranış göstermektedir. Numunelerin ortalama nem, kül, uçucu madde ve sabit karbon içerikleri %5,3, %37,2, %48,5 ve %9,0'dır. Ortalama gaz içeriği 1,68 m3/t olmakla birlikte fayla kesişen bölgede 2,78 m3/t seviyesine çıkmaktadır. Yayılan gazda ortalama metan, etan, propan ve asetilen oranları %68,18, %20,66, %8,47 ve %1,74'tür. Bileşim, düşük miktarda karbon dioksit ve hidrojen içermekle beraber çoğunlukla hidrokarbonlardan oluşmaktadır. Desorpsiyon sürecinde metan ve hidrojen azalan eğilimler gösterirken, etan, propan, asetilen, i-bütan ve n-heksan logaritmik fonksiyonlarla temsil edilebilecek şekilde artan eğilimler göstermektedir. Artık gaz bileşimi, düşük miktarda metan ve etan ile yüksek miktarda asetilen ve diğer hidrokarbonları içermektedir. Derinliğin etan yerine propanı, propan yerine asetileni tercih ettiği anlaşılmaktadır. Artık gaz içeriği toplam gaz içeriğinin yaklaşık %10'udur. Gazların asfaltit gövdesinden desorpsiyon kolaylığı şu şekilde sıralanmıştır: H2 > CH4 > C2H6 > C3H8 > C2H2 > i-C4H10 > n-C5H12 > n-C6H14. Asfaltitlerin mezopor ve mikropor yapıları, bu yapıların kimyasal karakteristik özellikleri ve gaz içeriğiyle ilişkileri incelenmiştir. Öğütülmüş asfaltit numuneleri üzerinde elementel analiz, organik karbon tayini ve kızılötesi spektroskopisi yapılarak organik kısmının kimyasal karakteri ortaya konulmuştur. Düşük basınçta N2 ve CO2 izotermleri üretilerek mezopor ve mikropor yapılarına ait temel parametreler elde edilmiştir. Gaz içeriği, gaz bileşimi ve kısa analiz verileriyle birleştirilerek bütün bu unsurların birbirleriyle ilişkileri masaya yatırılmıştır. Elde edilen sonuçlardan anlaşıldığı üzere asfaltitler IUPAC sınıflandırmasına göre Tip 3 grubunda yer alan izotermlere sahip olarak 1.05 ve 1.55 m2/g arasında değişen BET yüzey alanına sahiptir. Dubinin-Radushkevich yüzey alanları 10.5 ve 16.1 m2/g arasında değişmektedir. Asfaltit yüzeyinde diğer hidrokarbonlarla benzerlikler arz eden –CH, –CH2, –CH3, –C2S=O, –OH, C=C ve C≡C organik radikallerinin bulunduğu görülmüştür. Asfaltitin gaz içeriğinin yaklaşık % 85'ini oluşturan metan ve etan gazlarının mezoporlarda yoğunlaştığı, bu mezoporların çoğunlukla yayılma kanallarına bağlı olduğu anlaşılmıştır. Propan, asetilen, izobütan ve diğer gazların büyük ölçüde mikroporlarla ilişkili olduğu, benzer geometrik büyüklüklere sahip olmaları sebebiyle mikroporların tek molekül içerdikleri tespit edilmiştir. Elde edilen numuneler üzerinde kuluçka deneyi yapılarak zamana bağlı sıcaklık verileri elde edilmiş, kuluçka deneyi esnasında kompozisyonu analiz edilen gaz numuneleri alınmış, yanmaya maruz kalan malzemenin farklı sıcaklıklarda spektrogramları elde edilmiştir. Numuneler üzerinde bu deneylerin yanısıra TGA/DSC/DTA ile termal analiz, degaz sıcaklığına bağlı BET yüzey alanı ve BJH pore çapı, sıcaklığa bağlı mekanik deneyler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre asfaltit ve düşük ranklı kömürlerin kendiliğinden yanma davranışları temelde aynı sebeplere dayansa da bazı farklılıklar göstermektedir. Kömürlerde nemden kaynaklanan 100 oC civarında gerçekleşen oyalanma, asfaltitlerde bir başka faz değişikliği olan erime ile 60-80 oC aralığında oluşmaktadır. –OH grupları bu oyalanma bölgesine kadar önemli ölçüde azalarak ilk oksidasyon sürecini taşımakta daha sonra –CH ve –CH2 gelmekte ve ısıl sürüklenme başlamaktadır. Bununla birlikte asfaltitlerde artan sıcaklıkla yüzey alanı ve por çapları azalarak oksidasyon kapasitesini düşürmektedir. Artan sıcaklıkla asfaltitlerin basma ve çekme dayanımları önemli ölçüde düşmektedir. Kömürlerdeki gibi karbon dioksit ve karbon monoksitin kendiliğinden yanmayı ihbar edici nitelikte olup karbon monoksitin sıcaklıkla düzenli artış gösterdiği görülmüştür. Asfaltitin kendiliğinden yanmasında 75 oC'den sonra homojen reaksiyon gerçekleştiği oluşan Arrhenius formu ile görülmüştür.
  • Öge
    Zonguldak taşkömürü havzası işletilebilir kömür damarlarının metan gazı içeriğinin belirlenmesi ve etkileyen bünyesel faktörlerin araştırılması
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Özer, Samet Can ; Fişne, Abdullah ; 674602 ; Maden Mühendisliği
    Kömür madenciliği tarihi boyunca metan gazı kaynaklı birçok ölümcül kaza yaşanmış ve yaşanmaya devam etmektedir. Türkiye'nin en kaliteli kömürlerinin bulunduğu Zonguldak Taşkömürü Havzası'nda yaşanan metan gazı kaynaklı kazalar sebebiyle yaşanan can ve üretim kayıpları, Havzada yapılan maden üretiminin yıllar içinde sürekli azaltılmasına yol açmıştır. Ürettiği taşkömürü miktarının 32 katını ithal eden Türkiye için Zonguldak Havzası stratejik öneme sahiptir. Buradan hareketle Havzada üretimin arttırılabilmesi için işgücünün iyileştirilmesi ve mekanize üretim yöntemleri ile pilot üretim çalışmaları başlatılmıştır. Ancak bu hedeflerin gerçekleştirilebilmesinin önündeki en önemli engel, havzadaki kömür damarlarının yüksek miktarda metan gazı içermesidir. Kömür damarlarının gaz içeriklerinin belirlenmesi, yeraltı madenlerinde iş sağlığı ve güvenliğini sağlamak ve madencilik faaliyetlerinin planlanmasında oldukça önemlidir. Gaz içeriği belirleme çalışmalarının amacı, doğru havalandırma veya drenaj tasarımının yapılabilmesi için maden atmosferine yayılan metan miktarını hesaplamak ve gaz/kömür püskürmesi potansiyelini ortaya koymaktır. Ayrıca serbest bir şekilde atmosfere salınan ve karbondioksit gazından 28-34 kat daha fazla sera etkisi olan metan gazının, üretim yapılan kömür damarı bünyesinde ne kadar bulunduğunun ve üretim faaliyetleri sırasında atmosfere ne kadar salım yapıldığının belirlenmesi kaçınılmaz hale gelmiştir. Bununla birlikte günümüzde kömür yataklarının metan gazı içerikleri, drene edilmek suretiyle alternatif bir enerji kaynağı olarak da değerlendirilebilmektedir. Gerçekleştirilen çalışma kapsamında, ülkemizde gazlı ocak sınıfına giren ve aşırı metan yayılımına bağlı sorunların sıkça görüldüğü Türkiye Taşkömürü Kurumuna (TTK) bağlı ocaklarda üretim ve hazırlık çalışmalarının sürdürüldüğü kömür damarlarının gaz içeriklerinin doğrudan yöntemle belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, kesmekte olduğu derinlikten vakum vasıtasıyla numune almak için özel olarak tasarlanmış yatay sondaj makinesi kullanılarak, numune alınması ve ISO18871 standardına göre damar gaz içeriklerinin belirlenmesi planlanmıştır. Söz konusu numune alma ve gaz içeriği belirleme sistemi Türkiye'de daha önce kullanılmamıştır. Bu yöntemin en önemli özelliği kömür numunelerinin kesildikleri andan itibaren 2 ila 3 dakika arasında sızdırmaz kaplara kapatılabilmesi ve delme işlemi ile numunenin sızdırmaz kaba alınması arasında geçen sürede yaşanan kayıpların (kayıp gaz) önlenmesidir. Söz konusu yöntem kullanılarak TTK tarafından işletilmekte olan 5 müessesedeki 15 kömür damarı yeraltından damar içine yapılan 81 adet yatay sondaj ile numunelendirilmiş ve gaz içerikleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre incelenen 15 damarın 9'unun (yüksek gaz içeriğinden düşüğe doğru; Hacımemiş, Acılık, Büyük, Sulu, Kalın, Domuzcu, Çay, Kurul, Tavan) gaz içeriği değerleri orijinal bazda 8 m3/t, kuru külsüz bazda 10 m3/t'yi geçtiği tespit edilmiştir. Kömür damarlarının gaz içerikleri, kömürleşme sürecinde ne kadar gaz oluşturabildiklerine ve ne kadarını depolayabildiklerine bağlıdır. Kömürün rankı, organik ve inorganik madde içeriği, nem içeriği, uçucu madde miktarı, organik içeriğin kompozisyonu ve gözenek karakteristiği gibi parametreler, kömürlerin geçirdikleri olgunlaşma süreçleri ve ne kadar gaz içerebileceklerine dair önemli bilgiler vermektedir. Gerçekleştirilen çalışmada, söz konusu parametrelerin damar gaz içeriği üzerindeki etkileri de araştırılmıştır. Her numunenin kısa kimyasal analizi yapılarak kömürlerin kimyasal bileşimleri ve gaz içeriği ile ilişkileri ortaya konmuştur. Ayrıca 30 adet numuneye petrografik analiz ve mikro/mezo gözeneklilik analizleri yapılarak gaz içerikleri ile ilişkileri incelenmiştir. Kısa analiz sonuçları incelendiğinde, kül değerleri oldukça farklılık göstermesine karşın (%4,37 - 48,38), nem ve uçucu madde değerleri birbirine yakın çıkmıştır. Örneğin farklı damar ve işletmelerden alınan kömür numunelerinin orijinal bazda nem değerleri ortalama %1,55 ± 1,08 ve uçucu madde miktarları ortalama 25,24 ± 4,29 civarında iken kül değerleri %4,37 ile 48,38 arasında değişkenlik göstermiş, 9,77 standart sapma ile %18,52 ortalama içeriğe sahip olmuşlardır. Çalışılan kömürler için bünye nemi çok küçük bir aralıkda değiştiğinden, gaz içeriği ile arasında bir ilişki tespit edilememiştir. Organik içeriğe göre çok daha küçük yüzey alanı olan kömür bünyesindeki inorganik maddenin, gaz içeriği üzerindeki negatif etkisi güçlü bir korelasyon katsayısı (r = 0,72) ile ortaya konmuştur. Kömürleşme sürecinin gaz içeriğine olan etkisinin araştırılması için yapılan petrografik analizlere göre kömürlerin vitrinit yansıması değerleri (Ro, max) %0,746 ile %0,998 arasında değişmekte olup ortalama %0,88 elde edilmiştir. Başka bir kömür rank göstergesi olan uçucu madde analizi sonuçlarına göre söz konusu kömürler orijinal bazda kütlece ortalama %25, kuru-mineral maddesiz bazda ortalama %32 uçucu madde içermektedir. Bu çalışmada incelenen kömürlerin yüksek uçuculu-A bitümlü kömür oldukları ve artan kömürleşme ile gaz içeriği arasında güçlü bir pozitif korelasyon olduğu bulunmuştur. Organik maddenin kökeni ve davranışının anlaşılması için maseral analizi yapılmış, söz konusu kömürlerde vitrinit grubunun %55 ile 86 arasında, inertinit grubunun %9 ile 29 arasında ve liptinit grubunun %2 ile 17 arasında değiştiği, dolayısıyla söz konusu kömürlerin koklaşmaya uygun miktarda vitrinit ve inertinit içerdiği, görece olarak düşük miktarda da inorganik malzeme içerdiği görülmüştür. Gaz içeriği ile maserallerin ilişkileri incelendiğinde, vitrinit grubu ile pozitif, liptinit ve inertinit grubu ile negatif ilişki tespit edilmiştir. Nano gözeneklilik karakteristiklerinin belirlenmesi için düşük basınç gaz adsorpsiyonu deneyleri yapılmıştır. Havza kömürleri için mikro gözenek yüzey alanı ortalaması 104,20 m2/g iken mezo gözenekler için ortalama yüzey alanı 0,73 m2/g'dır. Elde edilen sonuçlara göre, gazın depolandığı baskın yapının mikro gözenekler olduğu ve mikro gözenek yüzey alanı ve gözenek hacmi arttıkça gaz içeriğinin arttığı görülmüştür.