FBE- Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/135
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.

Gözat

Yazar "Anto-darkwah, Evans" ile FBE- Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Batı Raman Petrolünün Yerinde Yanma Kinetiğine Basıncın Etkisinin Alışılagelmiş Ve Eşdönüşüm Yöntemleri İle İncelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-01-12) Anto-darkwah, Evans ; Çınar, Murat ; 10097180 ; Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği ; Petroleum and Natural Gas Engineering
    Ham petroller özgül ağırlıklarına göre genellikle üç kategoriye ayrılırlar; ağır petrol (10o – 20o API), orta düzey petrol (20o – 30o API) veya hafif petrol (> 30o API). API dereceleri  10’dan düşük petroller extra ağır petrol (bitümen) olarak adlandırılmakla birlikte bu petrollerin akmazlıkları oldukça yüksektir. Ağır petrollerin moleküler ağırlıkları yüksektir ve daha büyük bileşenleri içermekle birlikte akmazlıkları yüksektir (> 100cp). Alışılagelmiş petroller (hafif petroller) dünya petrol kaynalarının sadece %30’unu içerirler. Bu nedenle teknolojinin ve kaynakların, dünyanın çeşitli yerlerindeki, bol ağır petrol ve bitümen kaynaklarının çıkartılmasına yoğunlaşması beklenir. Ağır petrol ve bitümen kaynaklarının çıkartılmasına kullanılar mevcut yöntemler soğuk ve ısıl yöntemler olarak ikiye ayrılır.  Akmazlığı çok yüksek petroller için, akmazlığı düşürmeyi hedefleyen ısıl yöntemler tercih edilir. Isıl yöntemler buhar basma, yerinde yanma ve sıcak su basmayı kapsar. Diğer yandan, akmazlığı daha düşük ağır petroller içi madencilik, su basma gibi soğuk yöntemler uygulanır. Yüzey madenciliği rezervuar koşullarında mobilitesi olmayan bitümen  çıkarımında tercih edilirken, su basma Kuzey Denizi gibi ağır petrollerin akmazlığı daha düşük olduğu yerlerde tercih edilir. En yaygın kullanılan ısıl yöntem buhar basma, bir enjeksiyon kuyusundan buharın rezervuara iletimi ve buharın etkisi ile mobilitesi artan petrolün üretim kuyularından üretilmesini içerir. Buhar basma ile ilişkili en önemli problem ısı kayıplarıdır. Isı kayıpları esas olarak buharı kuyuya ulaştıran yüzey hatlarında, kuyu içerisinde kuyu boyunca ve rezervuarda üst ve alt formasyonlara gerçekleşir. Buna ek olarak göreli olarak kalın rezervuarlara yerçekimi ardalanması karşılaşılan diğer önemli bir problemdir. Uzun süredir bilinen yerinde yanma yöntemi buhar basma yönteminin bir çok sınırlamasını içermemektedir. Temel olarak kuru ileri basma şeklinde uygulanır. Bu uygulamada kuru buhar ile rezervuar süpürülür. Diğer bir yandan ıslak ileri yanma yönteminde hava ve su beraber veya sırayla basılırlar. Buradaki amaç geride kalan ısıyı su yardımı ile süpürüp taşımaktır. Diğer bir yöntem ise tersinir yanmadır. Bu yöntemde basılan hava ve yanma cephesi zıt yönlerde haraket ederler.  Yerinde yanmanın en önemli avantajı ısının yer altında üretilmesi ve yanma ürünlerini yer altında kalmasıdır. Yanma için gerekli hava ücretsiz olmakla birlikte heryerde ulaşılabilirdir – karada veya suda. Ancak yerinde yanma prosesi karmaşık olmakla birlikte mühendisliği zordur; kinetik modellerinin kurulması ve yanma özelliklerinin anlaşılması için birçok laboratuvar çalışması gereklidir. Bu çalışmanın temel amaçları; Türkiyenin güneydoğusunda yer alan Batı Raman sahasının 12o API’lık ağır petrolü için yanma kinetiği reaksiyon modelini oluşturmak, basıncın eş-dönüşüm yöntemi üzerine etkisini incelemek ve kullanılan petrolün yanmaya uygun olup olmadığını eş dönüşüm yöntemi ile incelemektir. Literatüredeki yanma kinetiği çalışmaları alışılagelmiş yöntemler ve eş dönüşüm yöntemleri olarak iki gruna ayrılabilir. Tadema (1959), Bousaid ve Ramey (1968) ve Fassihi (1981) tarafından gerçekleştirilen yerinde yanma kinetik çalışmalarının hepsi bir tür eğri-çakıştırma yöntemine dayanmaktadır. Bu çalışmalarda, reaksiyonlar gruplanır ve bir veya birden fazla reaksiyona indirgenirler. Ancak gerçekte yanma birçok karmaşık reaksiyonu içermektedir.  Eş-dönüşüm yöntemi ise modelden bağımsız bir yöntem sunarak, karmaşık reaksiyon modelini devre dışı bırakarak aktivasyon enerjisinin tahminin sağlar. Ayrıca eş dönüşüm yöntemi kullanarak bir petrolün yanmaya uygun olup olmadığı incelenebilir. Daha önce geliştirilen alışılagelmiş ve eş dönüşüm yöntemleri üç grup reaksiyona işaret ederler. Bu reaksiyonlar düşük sıcaklıkta oksidasyon (DSO), orta sıcaklıktaki reaksiyonlar (OSO) ve yüksek sıcaklıkta oksidasyondur (YSO). LTO reaksiyonları petrol ve oksijenin  300oC altındaki reaksiyonlarıdır.Bu reaksiyonlar su ve kısmı olarak oksitlenmiş bileşenler ve carbon oksitler üretir. Orta sıcaklıktaki reaksiyonlar 300o-400oC (573.15– 673.15 K)  arasında gerçekleşirler ve sıcaklığın artarken, oksijen tüketiminin azaldığı negatif sıcaklık gradyanı bölgesi içerir. Bu reaksiyonlar sırasında kok katı kayaç matrisi üzerine çökelir. HTO reaksiyonlar çökelen kokun oksijenle reaksiyonu sonucu oluşur ve 400oC’nin (673.15 K) üzerinde gerçekleşir. Yakıtın (kok) yanması bu dönemde gerçekleşir ve karbonmonoksit, kardondioksit ve su, bu dönemin en önemli ürünleridir. HTO reaksiyonları ısı üreten reaksiyonlardır.  Bu çalışmada 100, 150, 200 ve 250 psig basınç altında ve farklı ısıtma hızlarında deneyler gerçekleştirilmiş ve Batı Raman petrolünün yanma kinetiği irdelenmiş, buna ek olarak basıncın eş dönüşüm yöntemi üzerine etkisi incelenmiştir. Gerçekleştirilen deneylerde sıcaklık artırımlı oksidasyon yöntemi uygulanmış ve üretilen gazlardan karbon oksitler ve oksijen, sıcaklık ölçümleri ile birlikte analiz edilmiştir. Bu deneylerde örnek (petrol, kum ve su karışımı) reaktörün içerisine konulur. Ardından reaktör fırının içine yerleştrilir ve sıcaklık daha önceden belirlenen ısıtma hızına göre ısıtılır. Reaktör içerisine yerleştirilen sıcaklık sensörleri aracılığıyla sıcaklık deney boyunca kayıt edilir. Deneyler boyunda reaktöre sabit debide hava basılır. Rektör içerisinde sıcaklığın artmasıyla birlikte öncelikle su buharlaşır. Ardından petrolün ayrışması başlar ve sıcaklık yeterince yükselince kinetik reaksiyonları gerçekleşir. Sistem basıncı, geri basınç regülatörü sayesinde kontrol edilir.  Reaktörden çıkan gaz bir dizi filtreden geçerek sudan, yoğuşan hidrokarbonlardan ve parçaçıklardan temizlenir ve çıkan gazın içerindeki CO2, CO, O2 ve CH4 derişimleri kayıt edilir. Elde edilen oksijen tüketim verileri zamana göre çizildiğinde bütün ısıtma hızlarında ve bütün basınçlarda üç ana reaksiyon bölgesi olduğu görülmüştür: DSO, OSO sıcaklıktaki reaksiyonlar ve YSO. Isıtma hızı arttıkça oksijen tüketiminin ulaştığı maksimum değer artmaktadır. Alışılagelmiş yöntemler, doğrusal eğri-çakıştırma yöntemlerini kullanmaktadır. Aktivasyon enerjisi YSO bölgesi için Fassihi modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Fassihi yöntemi ile elde edilen aktivasyon değerleri irdelendiğinde, artan ısıtma hızıyla hesaplanan aktivasyon enerjisi değerlerinin azaldığı, artan basınçla birlikte arttığı gözlemlenmiştir. Buna ilaveten modeleden bağımsız ve reaksiyon gruplarını ayrıştırabilen eş-dönüşüm yöntemi kullanılarak aktivasyon enerjisi hesaplanmış ve Fassihi yönteminden elde edilen değerlerle kıyaslanmıştır. Fassihi yöntemi ile elde edilen aktivasyon enerjisi değerlerinin daha yüksek olduğu görülmüştür.  Basıncın etkisi eş-dönüşüm yöntemi ile hem oksijen ölçümleri hem de karbonoksit ölçümleri kullanılarak incelenmiştir. Eş-dönüşüm eğrileri farklı basınçlarda karşılaştırıldığında, Batı Raman petrolünün YSO bölgesinde basıncın artmasıyla daha yüksek aktivasyon enerjilerinin hesaplandığı görülmüştür. Bunlara ek olarak, bütün basınçlar için reaksiyon modelleri oluşturulmuştır. Son olarak eş dönüşüm eğrileri değerlendirilerek Batı Raman petrolünün yanma için iyi bir aday olduğu sonucuna varılmıştır.