Petrokokun kok üretim prosesinde kömür harmanında kullanılmasının çevresel boyutlarının incelenmesi
Analysis of the environmental impacts of petrocoke in coal blend during coke production process
Yazar: DİDEM NEDRET İNCEOĞLU
Danışman: PROF. DR. AYKAN KARADEMİR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Entegre demir çelik tesislerinde cevherin (Fe2O3) metalik demire indirgenmesi için ihtiyaç duyulan karbon, kok bataryalarında koklaşabilir taş kömürünün (maks. %1 kükürt içerikli) ısıl işleme tabi tutulması yolu ile elde edilmektedir. Bu esnada taş kömüründen çıkan gaz yakıt olarak kullanılmaktadır. Kullanım öncesi gaz içeriğinde bulunan katran, hafif yağlar, amonyak ve fenol içeriklerinin arındırıldığı gaz temizleme işlemi yan ürünler prosesi olarak adlandırılmaktadır. Kok bataryaları ve yan ürünler prosesleri sayesinde kok ve kok gazı içinde zehirleyici nitelikteki hidrokarbonların uzaklaştırılması ve hava kirliliğinin azaltılması sağlanmaktadır.
Bu araştırma ile, kok prosesinde ham petrokokun belli oranlarda kömür harmanına ilave edilmesi durumunda çevresel parametrelerin (kükürt bileşikleri, VOC, PAH) değişiminin ölçülmesi ve kullanılabilecek optimum petrokok miktarının belirlenmesi hedeflenmektedir. Yüksek fırın prosesinde kullanılacak kok miktarının belirlenmesindeki başlıca faktör üretilen kokun fiziksel özellikleri olduğu için, proje kapsamında yapılacak koklaştırma denemeleri ile petrokokun fiziksel parametrelere etkileri de incelenmiştir. Bunun yanı sıra, ülkemizde ilk kez olarak laboratuvar şartlarında GC-MS cihazı kullanımı ile ham gaz bileşenlerinin incelenmesi gerçekleştirilmiştir.
Araştırma sonuçlarının tesiste uygulanması durumunda farklı bir yakıt türünün demir üretim sürecinde kullanımı sağlanmış olacaktır. Bu bir süreç inovasyonu olup, enerji verimliliği ve maliyet avantajı sağlayacaktır. Hem daha kaliteli kok üretilmiş hem de daha az kirletici emisyonlar noktasında iyileştirme elde edilmiş olacaktır.
Araştırma sonuçlarının değerlendirilmesi doğrultusunda entegre demir çelik tesislerinde kömür harmanında yaklaşık %5 petrokok kullanımı ile Türkiye'de taş kömürü kullanım miktarında yıllık yaklaşık olarak 800.000 - 1 milyon ton azalma beklenebilecektir. Bu sayede 300 Milyon TL dolaylarında bir maliyet tasarrufu ve CO2 salınımında yaklaşık olarak %15 azalma sağlanmış olacaktır.

Abstract:
In the process of integrated iron and steel works, for the reduction of iron ore (Fe2O3) to the metallic iron in blast furnaces, required carbon is obtained by heat treatment of coking coals (with a maximum of 1% sulfur content) in coke batteries. In the meantime, the gas from the coal is used as fuel. The gas cleaning process, in which the tar, light oils, ammonia and phenol contents are removed before the usage, are called the by-products process. In the coke batteries and by-products processes, it is ensured that the hydrocarbons which are toxic in the coke and coke gas are removed and the air pollution is reduced.
In this study, it is aimed to measure the change of environmental parameters (sulfur compounds, VOC, PAH) in the case of addition of crude petrocoke to the coal mixture in the coke process and to determine the optimum amount of petrocoke that can be used. As the main factor in determining the amount of coke to be used in the blast furnace process is the physical properties of the produced coke, the effects of the coking processes and petrocoke on the physical parameters were also examined. In addition to this, for the first time in our country, raw gas components were examined by using GC-MS device under laboratory conditions.
In case the research results are applied, a different type of fuel will be used in the iron production process. This is a process innovation and will provide energy efficiency and cost advantage. Both better quality coke will be produced and less pollutant emissions will be improved.
Usage of petroleum coke as an additive in the coal blend should cause 300 million TL annual return profit for all three integrated iron and steel companies. Saving 800.000 to 1 million tons of coal import should be also possible. Regarding to this 15% reduction in CO2 emissions should be reached.