Linyitlerin ısıl hidrojenasyon yöntemi ile koklaşma niteliklerinin geliştirilmesi

Abstract

81 ÖZET Bu çalışmada linyitlerin niteliklerinin ısıl hidroje- nasyon ile yükseltilerek metalurjik kok üretiminde kullanı labilme olasılıkları araştırılmıştır. Optimum işlem değişkenlerinin saptanması için gerçek leştirilen ısıl hidrojenasyon deneylerinde îunçbilek linyiti kullanılmıştır. İncelenen işlem değişkenleri sıcaklık, basınç, tepkime süresi ve linyitin tanecik büyüklüğü dağılımıdır. So ma ve Çan linyitini de kullanarak bir seri ısıl hiürojenas- yon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca her üç linyit ile, hidrojen yerine azot gazı kullanılarak benzer koşullarda ı- sıl işlem deneyleri yapılmıştır. Orijinal ve işlem görmüş tüm linyit örneklerinin kaba ve elementel analizleri ile polarize yansıtmalı mikroskopla yapısal incelemeleri gerçekleştirilmiştir. İşlem görmüş lin yitlerin koklaşma özellikleri serbest şişme ve dilatasyon testleri ile saptanmıştır. Laboratuvar ölçeklerindeki bir kok fırınında işlem görmüş linyitlerin koklaşabilir kömürlerle çeşitli oranlarda hazırlanan harmanları koklaştırılmış ve elde edilen kokların dayanıklılık testleri gerçekleştirilmiştir. Orijinal ve ısıl hidrojenasyon işlemi görmüş linyit örneklerinin kaba ve elementel analiz sonuçları, işlemden son ra linyitlerin uçucu madde ile karbon ve hidrojen oranların da artış, oksijen oranlarında ise önemli bir azalma göstermek tedir. Buna karşılık sadece azot gazı kullanılarak gerçekleş-82 tirilen ısıl işlemden sonra linyitlerin uçucu maddesinde a- zalma görülürken, oksijen oranındaki azalmanın da daha az ol duğu gözlenmiştir. Bu sonuçlar, uygulanan işlem koşullarında hidrojenin linyit yapıları ile etkin bir şekilde tepkimeye girdiğini göstermektedir. Hidrojenin, linyitin makromoleküler yapılarındaki kırılan bağlarla tepkimesi bir olasılıkla mo- leküler örgü yapısında gevşemeye yol açmıştır. Polarize yansıtmalı mikroskopla yapılan incelemeler Tunçbilek linyitinde iki tür vitrinit maseral grubunun ha kim olduğunu göstermektedir. Bunlar daha reaktif olan vitri nit B ve daha az reaktif olan vitrinit A maseralleridir. Vit rinit B maserallerindeki yapılar bu çalışmanın ılımlı koşul larında tepkimeye girer ve uçucu çıkışından kaynaklanan ka barcık boşlukları oluşurken, benzeri etkileşmeler vitrinit A yapılarında ancak 390°C sıcaklık ve 130 atm. basınç koşulla rından itibaren gözlenmiştir. İşlem görmüş linyitlere ve bunların koklaşabilir kö mürlerle harmanlanmış hallerine uygulanan serbest şişme ve dilatasyon testleri, ısıl hidrojenaayon işleminin linyitle rin koklaşma niteliklerini etkin bir şekilde geliştirdiğini göstermiştir. Son olarak, işlem görmüş linyitlerin koklaşabilir kö mürlerle harmanları koklaş t irilmiş ve bu kokların dayanıklı lık testleri gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, Tunçbilek linyi tinin ısıl hidrojenaayon işleminden sonra ağırlıkça % 25-30 oranlarında koklaşabilir kömürlerle harmanlanarak iyi nite likli metalurjik kok elde- edilebileceğini göstermiştir. So ma linyiti bu açıdan Çan linyitine kıyasla daha ümit verici83 olup,koklaşabilir kömürlere % 15-20 oranında katılabilecek tir. Bu çalışmada kullanılan Tunçbilek ve Soma linyit] erinin her ikisi de yüksek mineral madde içermekteydi. Bu -linyitle rin ısıl hidrojenasyon işlemi öncesi yıkanarak mineral mad de oranının % 10 'un altına düşürülmesi halinde çok daha ve rimli sonuçlar alınabilecektir.

84 SUMMARY Uprading lignites via thermal hydrogens t ion and the possibility of utilizing these processed lignites in metal lurgical coke production have been investigated throughout this work. Thermal hydrogenation experiments related with the determination of optimum process parameters were carried out by using Tunçbilek lignite. The process parameters that were investigated are the tempareture, the pressure, the re sidence time and the particla size distribution of the lig nite. A series of thermal hydrogenation experiments were al so conducted by using Soma and Çan lignites. All three lig nites were aloo treated under similar procesa conditions by using nitrogen instead of hydrogen gas. Proximate and ultimate analysis and microscopic in vestigations through polarized reflected light microscope were done for all the original and the processed lignite samples. Coking characteristics of the processed lignites were investigated by carrying out dilatation and free -swel ling index tests. Cokes were produced in a laboratory scale coke oven by using the blends of processed lignites with coking coals. The tensile strengths of the cokes obtained were determined. The proximate and the ultimate analysis of the ori ginal and thermally hydrogenated lignites showed that there were increases in the volatile matter and car con and hydro gen content, whereas there were considerable decreases in85 oxygen content of the lignites after thermal hydrogenation. On the other hand, the volatile matter decreased and a lesser degree of oxygen decrease has been observed when the ther - mal treatment was carried out by using nitrogen gas only. These results indicated that hydrogen effectively reacted with the lignites under the process conditions applied. The reaction of the hydrogen with the cleaved bonds in the in- ter-macromolekuler structure of the lignite probably resul ted in a loosened network, of the structure. Microscopic investigations via the polarized reflec- ted-light microscope showed that the vitrinite macerals of Tunçbilek lignite were mainly composed of two types: The mo re reactive vitriteB and the less reactive vitrinite A. The vitrinite A type macerals started to have vacues due to vo latile matter evolution only at 390°G temparature and 130 atm, pressure whereas vitriniteB type macerals had these va cues in the milder temparature and pressure conditions. Free-swelling index and dilatation tests applied to the treated lignites and to the blends of treated lignites with coking ccals have shown that thermal hydrogenation ef fectively upgraded the coking characteristics of these so lid fuels. Finally, the cokes obtained by using the various blends of treated lignites and coking coals were subjected to ten sile-strength tests. The results proved that Tunçbilek ligni te, after thermal hydrogenation, could be blended upto 25-30 %86 by weight with coking coals for producing metallurgical gra de cokes. Soma lignite was more promissing than the Çan lig nite in this respect and it could be blended upto 15-20 % by weight to the coking coals. Both the Tunçbilek and the So ma lignites used in this study had a high mineral matter con tent. Therefore if the mineral matter content of these ligni tes would be decreased below 10 % by washing prior to ther mal hydrogenation, the upgrading would be much more efficient.