LEE- Maden Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

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

Gözat

Yazar "Soylu, Anıl" 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.