Utilization of metal oxide containing waste materials from iron-steel and zinc industries for sorption of hydrogen sulfide

DEMIR-ÇELIK VE ÇİNKO ENDÜSTRİLERİNDEN ÇIKAN VE METAL OKSİT İÇEREN ATIKLARIN KÜKÜRTLÜ HİDROJEN GAZININ GİDERİLMESİNDE KULLANILMASI Sarıçiçek, Emrah Volkan Yüksek Lisans, Çevre Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Aysel Atımtay Eylül 2002, 86 sayfa Ülkemizde bulunan Entegre Demir-Çelik tesisleri yılda yaklaşık 4-5 milyon ton çelik üretmekte, bu üretimden yaklaşık 1.5- 2 milyon ton cüruf hasıl olmaktadır. Bu cüruf FeO, MnO, CaO, vs. gibi metal oksitleri açısından zengin olmasına rağmen, cüruf için bugüne kadar yapı ve çimento sanayimden başka yararlı bir kullanım alanı bulunamamıştır. Ayrıca çinko endüstrisi atıklarında da önemli miktarda ZnO ve FeO bulunmaktadır. Büyük bir olasılıkla bu atıklardan çeşitli endüstrilerden çıkan ve H2S içeren atık gazların temizlenmesinde yararlanılabilir. Ayrıca, kömürün gazlaştırılmasına dayanan termik santrallerde üretilen kömür gazı kirletici bileşikler olarak H2S ve diğer kükürtlü gazlan içermektedir. Bu gazların uygun ve ekonomik bir sorbent ile kömür gazından uzaklaştırılması gerekmektedir. Demir-çelik ve çinko endüstrilerinden çıkan atık maddeler kükürtlü gazların kömür gazından uzaklaştırılması için potansiyel adaylardır. Bu atık maddeler oldukça bol ve nispeten ucuzdurlar. Bu araştırmanın amacı, demir-çelik ve çinko endüstrisi cürufunun H2S gazının temizlenmesini sağlayabilecek bir sorbent olarak kullanılma olasılığını araştırmak ve prosesi ekonomik olarak değerlendirmektir. Bu atık maddeler laboratuvarımızda H2Ssorbenti olarak değişik deneysel koşullarda denenmiş, sorbent kapasitesi ve rejenerasyon performansı yönünden incelenmiştir. Araştırmada iç çapı 25 mm olan kuartz bir reaktör ve H2S içeren simüle edilmiş gaz karışımı kullanılmıştır. 400- 600 C reaksiyon sıcaklıklarında ve 1000 ppmv ile 2000 ppmv giriş H2S konsantrasyonlarında sulfidasyon 'Breakthrough' eğrileri elde edilmiştir. Çalışma sonucunda, sorbent olarak denenen demir-çelik ve çinko atık maddelerinin kükürtlü gazların giderilmesinde düşük maliyetli sorbent olarak kullanılmaya aday oldukları görülmüştür. Sonuçlar sorbent kapasitesinin reaksiyon sıcaklığı ile arttığını göstermiştir. Hem çelikhane hem de çinko cürufları için en yüksek verim 600 C ve 1000 ppmv H2S konsantrasyonunda elde edilmiştir. Bunlara karşılık gelen 'breakthrough' zamanlan sırası ile 680 ve 1530 dakikadır. Her iki atık maddenin de 2000 ppmv H2S giriş konsantrasyonunu breakthrough'dan önce 1-2 ppmv seviyesine indirdiği gözlenmiştir. Sülfidasyon deneylerinden sonra yapılan XRD analizleri, sorbentlerde FeS ve CaS oluştuğunu göstermiştir. Genel olarak çinko cürufu çelikhane cürufundan daha iyi sonuçlar vermiştir. Ağırlıkça değişik oranlarda hazırlanan çelikhane ve çinko cürufu karışımları da sorbent olarak denenmiş ve iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Bunlardan ağırlıkça %75 çinko ile %25 çelikhane cürufundan oluşturulan ve WM-3 diye nitelenen atık karışımının 500 C reaksiyon sıcaklığında ve 2000 ppmv H2S konsantrasyonunda diğerlerinden, ayrıca yalnızca çinko atığından oluşan sorbentlerden bile daha iyi sorbent kapasitesi ve verimi sağladığı gözlenmiştir. Sorbentlere ardışık sulfidasyon ve rejenerasyon testleri de uygulanmış ve çinko cürufunun bu testlerde çelikhane cürufundan daha iyi sonuçlar verdiği saptanmıştır. Çinko cürufu kolayca rejenere edilebilirken, çelikhane cürufunun sorbent kapasitesi üçüncü sülfidasyon sonrası önemli oranda düşmüştür. Rejenerasyon sırasında önemli miktarlarda SO2 gazı çıkışı gözlenmiştir. Elde edilen SO2 gazı da sülfürik asit üretiminde kullanılabilir.