Kömürcüoda Katı Atık Depolama Sahasında Çöp Gazından Enerji Üretiminde Kullanılan Gaz Motorlarında Oluşan Depozitin Elementel Karakterizasyonu

Yıl 2019, Cilt: 6 Sayı: 10, 1 - 9, 14.06.2019

Orhan Sevimoğlu Özge Östürk

Öz

Katı atık depo sahalarında oluşan çöp gazı enerji
üretim için gaz motorlarında yakılarak genellikle elektrik enerji üretilmekte,
aynı zamanda sera gazı emisyonu azaltılmaktadır. Çöp gazı bünyesinde eser
miktarda siloksanlar, H₂S, merkaptanlar ve diğer organik bileşikler
bulunmaktadır. Enerji üretimi sırasında çöp gazında bulunan bu bileşiklerin
yüksek sıcaklık ve basınç altında oksitlenmesi sonucu oluşan parçacıklar
motorun yanma odasının ekipmanları yüzeyinde birikerek kompleks depozit
oluşturmaktadır. Bu çalışmada, İstanbul Kömürcüoda Katı Atık Depolama Sahasındaki
çöp gazından enerji üretimi tesisinde kullanılan gaz motorlarının piston
başlarında biriken kompleks depozitlerin elementel içerikleri incelenmiştir. Çöp
gazının yanması sırasında oluşan metaloksitler yüksek sıcaklık ve basıncın
etkisiyle motor parçalarına çarparak tutunmakta ve motor yüzeyinde başlangıçta
ince bir tabaka oluşturmaktadır. Yanma işlemi süresince oksitlenmeye devam eden
elementler bu tabaka üzerinde birikerek kalınlığı yaklaşık 0,5-2 mm arasında
değişen depozit formlarının oluşmasına neden olmaktadır. Bu depozitleri
oluşturan elementlerin kompozisyonunun belirlenmesi için piston başlarından alınan
depozitler X-Işını Difraksiyonu (XRD) ve X-Işını Floresan (XRF) spektrometresi
ile analiz edilmiştir. Analizler neticesinde, XRD analizi sonucu kristal formda
CaSO₄ ve XRF analizi sonucu 16 element tespit edilmiştir. Alınan
sonuçlara göre, oksijen toplam kütlenin yaklaşık olarak yarısını
oluşturmaktadır. kalsiyum, sülfür ve silisyum oranları ise sırasıyla %16,6,
%16,1 ve %14,6 olarak bulunmuştur. Ayrıca, depozitteki antimonun kütlece oranı
%3,5 olup, toksik bir element olduğu dikkate alındığında bu oran diğer
elementlere nazaran yüksektir. Bu elementlerin tespiti çöp gazı arıtma
sistemlerinde uygulanacak uzaklaştırma metotlarının seçimine yön verecektir.

Anahtar Kelimeler

Çöp gazı, elementel analiz, XRD, XRF, Depozit

Kaynakça

• 1. Rollinson A.N., Fire, Explosion and chemical toxicity hazards of gasification energy from waste, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 54, 273-280, 2018.
• 2. Gardner N., Manley B.J.W., Pearson J.M, Gas emissions from landfills and their contributions to global warming, Appl. Energy, 44(2), 165-174, 1993.
• 3. Tiana H., Gaoa J., Hao J., Lua L., Zhua C., Qiua P., Atmospheric pollution problems and control proposals associated with solid waste management in China: A review, J. Hazard. Mater., 252, 142-154, 2013.
• 4. Ofungwu J., Eget S., Brownfields and Health Risks—Air Dispersion Modeling and Health Risk Assessment at Landfill Redevelopment Sites, Integr. Environ. Assess. Manag., 2, Number 3, 253–261, 2006.
• 5. Bove, R., Lunghi, P., Electric power generation from landfill gas using traditional and innovative technologies, Energy Conversion and Management, 47 (11–12), 1391–1401, 2006.
• 6. Zuberi M.J.S., Ali S.F., Greenhouse effect reduction by recovering energy from waste landfills in Pakistan, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 44, 117–131, 2015.
• 7. Eklund B., Anderson E.P., Walker B.L., Burrows D.B., Characterization of landfill gas composition at the fresh kills municipal solid-waste landfill, Environ. Sci. Technology, 32, 2233-2237, 1998.
• 8. Allen M.R., Braithwaite A., Hills C.C., Analysis of the trace volatile organic compounds in landfill gas using automated thermal desorption gas chromatography-mass spectrometry, Int. J. Environ. Anal. Chem., 62, 43-52, (1996).
• 9. Suzuki K., Cox A.G., McLeod C.W., Stoddart J., Multi-element analysis of landfill gas by ICP emission and mass spectrometry, Int. J. Environ. Anal. Chem., 82, 815-823, (2002).
• 10. Glindemann D., Morgenstern P., Wennrich R., Stottmeister U., Bergmann A., Toxic oxide deposits from the combustion of landfill gas and biogas, Environ. Sci. Pollut. Res., 3, 75-77, (1996).
• 11. Feldmann J., Hirner A.V., Occurrence of volatile metal and metalloid species in landfill and sewage gases, Int. J. Environ. Anal. Chem., 60, 339-359, (1995).
• 12. Thorburn S., Colenutt B.A., Douglas S.G., The sampling and gas chromatographic analysis of gases from landfill sites, Int. J. Environ. Anal. Chem., 6, 245-254, (1979).
• 13. Badjagbo K., Héroux M., Alaee M., Moore S., Sauvé S., Quantitative analysis of volatile methyl siloxanes in waste-to-energy landfill biogases using direct APCI-MS/MS, Environ. Sci. Technol., 44, 600-605, (2010).
• 14. Sevimoglu O., Tansel B., Composition and source identification of deposits forming in landfill gas (LFG) engines and effects of activated carbon treatment on deposit composition, J. of Environ. Management, 128, 300-305, (2013b).
• 15. Naja, G.M., Alary, R., Bajeat, P., Bellenfant, G., Godon, J.J., Jaeg, J.P., Keck, G., Lattes, A., Leroux, C., Modelon, H., Moletta-Denat, M., Ramalho, O., Rousselle, C., Wenisch, S., Zdanevitch, I., Assessment of biogas potential hazards, Renew. Energ., 36, 3445-3451, (2011).
• 16. Demirbas, A., Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combustion related environmental issues, Prog. Energ. Combust., 31, 171-192, (2005).
• 17. Devil R., Appels L., Baeyens J., Energy use of biogas hampered by the presence of siloxanes, Energy Conversion and Management, 47, 1711-1722, (2006).
• 18. Ohannessian, A., Desjardin, V., Chatain, V., Germain, P., Volatile organic silicon compounds: the most undesirable contaminants in biogases, Water Sci. Technol., 58, 1775-1781, (2008).
• 19. Ajhar M., Travesset S., Yüce S., Melin T., Siloxane removal from landfill and digester gas-A technology overview. Bioresource Technology, 101, 2913-2923, (2010).
• 20. Appels L., Baeyens J., Degrève J., Dewil R., Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge, Prog. Energ. Combus., 34, 755-781, (2008).
• 21. Gaur, A., Park, J.W., Maken, S., Song, H.J., Park, J.J., Landfill gas (LFG) processing via adsorption and alkanolamine absorption, Fuel Process. Technol. 91, 635-640, (2010).
• 22. Rasi S., Lantela J., Rintala J., Trace compounds affecting biogas energy utilization – A review, Energy Conversion and Management, 52, 3369-3375, (2011).
• 23. Sevimoglu O., Tansel B., Effect of persistent trace compounds in landfill gas on engine performance during energy recovery: A case study, Waste Management, 33(1), 74-80, (2013a).
• 24. Diaby, M., Sablier, M., Le Negrate, A., El Fassi, M., Bocquet, J., Understanding carbonaceous deposit formation resulting from engine oil degradation, Carbon, 47, 355-366, (2009).
• 25. Maryutina, T.A., Soin, A.V., Novel approach to the elemental analysis of crude and diesel oil, Anal. Chem., 81, 5896-5901, (2009).
• 26. Jorand, F., Brun, M., Blin-Simiand, N., Sahetchian, K., Formation of combustion chamber deposits during ignition delay, Combust. Sci. Technol., 151, 189-203, (2000).
• 27. Dimkovski Z., Bååth L., Rosén S., Ohlsson R., Rosén B.-G., Interference measurements of deposits on cylinder liner surfaces, Wear, 270 (3-4), 247-251, (2011).
• 28. Sevimoglu O., Assessment of limiting factors for potential energy production in waste to energy projects, Fresenius Environmental Bulletin, 24(7), 2362-2373, 2015.
• 29. Östürk Ö., Sevimoğlu O., Çöp gazından gelen siloksanların enerji üretimindeki sınırlamaları ve gazdan uzaklaştırma metotları, 7, 42–53, 2017.
• 30. Ortadoğu Enerji Grubu, https://ortadoguenerji.com.tr/projelerimiz-ve-santrallerimiz/proje-ve-lisans-haritasi/komurcuoda-santrali/ .
• 31. Gong H., Chen Z., Zhang M., Wu W.,d , Wang W., Study on the deactivation of the deoxygen catalyst during the landfill gas upgrading process, Fuel, 144, 43–49, 2015.
• 32. Piechota G., Igliński B., Buczkowski R., Development of measurement techniques for determination main and hazardous components in biogas utilized for energy purposes, Energy Conversion and Management, 68, 219–226, 2013.
• 33. Petroleum Quality Institute of America, http://www.pqiamerica.com/calcium.htm, 2010.
• 34. EA, Guidance on gas treatment technologies for landfill gas engines, Rio House, Almondsbury, Bristol, Environment Agency, 2010. file:///C:/Users/User/Downloads/Guidance_on_Gas_Treatment_Technologies%20(1).pdf
• 35. McBean E., Siloxanes in biogases from landfills and wastewater digesters, Can. J. Civ. Eng., 35, 431-436, 2008.
• 36. Nair N., Zhang X., Gutierrez J., Chen J., Egolfopoulos F., Tsotsis T., Impact of Siloxane Impurities on the Performance of an Engine Operating on Renewable Natural Gas, Ind. Eng. Chem. Res. 51, 15786−15795, 2012
• 37. Langford V.S., John J.D.G., Robert R.G.A.M., Murray J.M., Detection of Siloxanes in Landfill Gas and Biogas Using SIFT-MS, Current Analytical Chemistry, 9(4), 558-564, 2013.
• 38. Tansel B., Surita S.C., Oxidation of siloxanes during biogas combustion and nanotoxicity of Si-based particles released to the atmosphere, Environmental Toxicology and Pharmacology, 3 7, 166–173, 2014.
• 39. Surita S.C., Tansel B., Preliminary investigation to characterize deposits forming during combustion of biogas from anaerobic digesters and landfills, Renewable Energy 80, 674-681, 2015.
• 40. Florez-Alvarez J., Egusquiza E., Analysis of damage caused by siloxanes in stationary reciprocating internal combustion engines operating with landfill gas, Engineering Failure analysis, 50, 29-38, 2015.
• 41. Junyapoon S., Bartle K., Ross A., Cooke M., Analysis of Malodorous Sulfur Gases and Volatile Organometalloid Compounds in Landfill Gas Emissions Using Capillary Gas Chromatography with Programmed Temperature Vaporization Injection and Atomic Emission Detection, Intern. J. Environ. Anal. Chem., 82 (2), 47–59, 2001.