Kömürcüoda katı atık depolama sahasında depo gazından enerji üretiminde kullanılan gaz motorlarında oluşan depozitin elementel karakterizasyonu

Abstract

Katı atık depo sahalarında oluşan depo gazı enerji üretim için gaz motorlarında yakılarak genellikle elektrik enerji üretilmekte, aynı zamanda CO2’den 25 kat daha fazla sera gazı etkisi olan CH4’nın CO2 dönüştürülmesi ile sera gazı emisyon etkisi azaltılmaktadır. Depo gazı bünyesinde büyük oranda Metan ve Karbondioksit bulunmakta, eser miktarda da siloksanlar, hidrojen sülfür, merkaptanlar ve diğer organik bileşikler bulunmaktadır. Enerji üretimi sırasında depo 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 depo gazından enerji üretimi tesisinde kullanılan gaz motorlarının piston başlarında biriken kompleks depozitlerin elementel içerikleri incelenmiştir. Depo 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 depo gazı arıtma sistemlerinde uygulanacak uzaklaştırma metotlarının seçimine yön verecektir.

The landfill gas is generally burned in gas engines for energy production, and electricity is generally produced, and in addition, the greenhouse gas emission effect is reduced by converting CH4 into CO2, which is 25 times more greenhouse gas impact than CO2. The landfill gas contains in major CH4 and CO2 and the trace amounts of siloxanes, Hydrogen sulfide, mercaptans and other organic compounds. It is observed that the deposits are formed during the oxidation of these compounds in the landfill gas during the energy production under high temperature and pressure. In this study, elemental content of the complex deposits were investigated that accumulated on the piston heads of the gas engine used in the energy production facility of the landfill gas in Istanbul Kömürcüoda Municipal Landfill. The metal oxides formed during the combustion process hit the engine internal parts with the effect of high temperature and pressure and form a thin layer on the engine surface. The metals that continue to oxidize during the combustion process accumulate on this layer and cause the formation of deposit forms whose thickness varies between 0.5-2 mm. The deposits taken from the piston heads to determine the composition of these deposits were analyzed by X-Ray Diffraction (XRD) and X-Ray Fluorescence (XRF) spectrometry. As a result of the analysis, the XRD analysis results in crystalline form of CaSO4 and XRF analysis revealed 16 elements. According to the results, oxygen constitutes approximately a half of the total mass. The ratios of calcium, sulfur and silicon were 16.6%, 16.1% and 14.6%, respectively. In addition, the ratio of antimony in the deposit is about 3.5% and this rate is high as a toxic element considering to other elements. The detection of these elements will lead to the selection of removal methods to be applied in landfill gas treatment systems.