Jeotermal enerji sistemlerinde antimon içeren kabuklaşmanın sentezi ve kabuklaşmanın azaltılması için potansiyel inhibitörlerin test edilmesi
Synthesis of scaling containing antimony in geothermal energy systems and testing of potential inhibitors for the mitigation of the scaling
Yazar: CELAL ÇİFTÇİ
Danışman: PROF. DR. MEHMET İRFAN YEŞİLNACAR ; PROF. DR. MUSTAFA MUAMMER DEMİR
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Son yıllarda artan enerji talebi ile birlikte Türkiye fosil yakıtlara bağımlılığı sebebiyle bir enerji
darboğazından geçmektedir. Enerji taleplerinin karşılanamaması sebebiyle de dışa bağımlı durumdadır.
Hem enerji konusundaki dışa bağımlılığından kurtulmak hem de enerji ihtiyacını karşılamak için
Türkiye alternatif enerji kaynaklarına yönelmektedir. Jeotermal enerji, yeraltı sularının magmaya yakın
ısıtıcı kayaçlardan alarak yerkabuğunda depolanan enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülebildiği
döngüsel ve sürdürülebilir bir enerji türüdür. Hem ekonomik hem de çevre dostu olan sürdürülebilir
enerji kaynaklarının en etkin olanlarından bir tanesi jeotermal enerjidir. Jeotermal enerji üretim
tesislerinin en önemli işletme problemi kabuklaşmadır. Mineralce zengin olan yeraltı suları, yeryüzüne
çıkarken basıncın, asitliğin ve sıcaklığın düşmesi ile suda çözünmüş olan minerallerin çözünürlüğü
azalmakta ve çökelme meydana gelmektedir. Jeotermal sistemlerde borunun iç yüzeyinde, çökelmeden
dolayı bir tabaka meydana gelir. Bu tabakaya kabuk (scale) ya da çökelti denilmektedir. Bu kabuk
tesisin boru sistemlerinin iç çapını küçülttüğü için elektrik üretim verimliliğini azaltmaktadır. Jeotermal
sistemlerde en çok karşılaşılan problemler karbonat, silikat ve sülfit kabuklaşmasıdır. Bu oluşumlar
içinde silika, kalsiyum karbonat ve kalsiyum sülfat daha çok gözlenirken; demir, demir silikat Ba/Sr
sülfat ve kalsiyum florür daha az yaygındır. Antimon ve arsenik sülfürleri ise bazı coğrafi bölgelere
özgüdür. Yaygın olarak Stibnite (Sb2S3) olarak bilinen antimon sülfit, çoğunlukla ikili sistem ısı
eşanjörleri gibi düşük sıcaklıkta meydana gelir.
Bu çalışmada jeotermal enerji santrallerinde gözlenen antimon sülfür (Sb2S3) birikiminin azaltılması
için laboratuvar koşullarında su çözünür polimerlerin değişen molekül ağırlıklarında polivinil alkol,
polivinilpirolidon ve gelatin, polietilen glikol inhibitör özellikleri test edildi. Antimon sülfür, başlıca
antimon klorür (SbCl3) ve sodyum sülfür (Na2S•3H2O) kullanarak, atmosferik koşullarda sentezlendi.
Kabukların morfolojik yapısı X-ışını kırınımı difraktometresi (XRD) , elementel kompozisyonu ise taramalı
elektron mikroskobu (SEM-EDX) ve indüktif eşleşmiş plazma-kütle spektroskopisi (ICP-MS)
tekniğiyle aydınlatıldı.

Abstract:
Turkey due to their dependence on fossil fuels, with increasing energy demand in recent years has been
going through an energy crisis. It is also dependent on foreign sources due to not meeting energy
demands. to get rid of dependence on foreign energy and to meet the energy needs of both Turkey are
turning to alternative energy sources. Geothermal energy is a cyclical and sustainable energy type in
which the energy stored in the earth's crust can be transformed into electrical energy by taking
groundwater from the rocks near the magma. Geothermal energy is one of the most effective sources of
sustainable energy resources that are both economical and environmentally friendly. The most important
operational problem of geothermal energy production facilities is scaling. Groundwater, which is rich
in minerals, decreases the solubility of the minerals dissolved in water and precipitation forms when the
pressure, acidity and temperature decrease. In geothermal systems, a layer is formed on the inner surface
of the pipe due to precipitation. This layer is called a scale or precipitate. This reduces the production
efficiency of the plant because it reduces the internal diameter of the pipe systems of the plant. The most
common problems in geothermal systems are carbonate, silicate and sulphite. Silica, calcium carbonate
and calcium sulphate were observed in these formations; Iron, iron silicate is less common than Ba/Sr
sulphate and calcium fluoride. Antimony and arsenic sulphides are specific to some geographical
regions. Antimony sulphide, commonly known as Stibnite (Sb2S3), occurs mostly at low temperature,
such as dual system heat exchangers.
In this study, the inhibitory properties of polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and gelatin,
polyethylene glycol at varying molecular weights of water-soluble polymers were tested under
laboratory conditions to reduce the antimony sulphide (Sb2S3) accumulation observed in geothermal
power plants. Antimony sulphide was synthesized under atmospheric conditions using mainly antimony
chloride (SbCl3) and sodium sulphur (Na2S•3H2O). The morphological structure of the scaling was
examined by X-ray diffraction diffractometer (XRD), while the elemental composition was examined
by scanning electron microscopy (SEM-EDX), and inductively coupled plasma-mass spectroscopy
(ICP-MS) technique.