Gazlar Nasıl Sıvılaştırılır?

... konulu sunumlar: "Gazlar Nasıl Sıvılaştırılır?"— Sunum transkripti:

1 Gazlar Nasıl Sıvılaştırılır?
Gazların sıvılaştırılması çeşitli yöntemler kullanılarak bir gazın sıvı durumuna getirilmesidir. Bu yöntemler bilimsel ticari ya da endüstriyel amaçlar için kullanılabilir. Çoğu gaz normal atmosfer basıncı altında basitçe soğutularak sıvı haline getirilebilir. Karbon dioksit gibi birkaç gaz için de ayrıca basınç altında tutma işlemi uygulanması gerekir. Sıvılaştırma gaz moleküllerinin temel özelliklerinin analizinde ve gazların depolanmasında kullanılır. Her bir gaz kendine has kritik bir sıcaklığın altında sıvılaştırılabilir. CO2nin kritik sıcaklığı 31°C (304°K)dir. Bu gaz kolayca sıvılaştırılıp endüstride kullanma gayesiyle basınçlı çelik silindirler içinde depo edilir. Hava, Oksijen, Azot, Hidrojen ve Helyumun kritik sıcaklıkları ise çok daha düşüktür. Bu gazların sıvılaştırılması büyük bir teknik başarı olmuş ve birçok endüstriyel uygulamalarla sonuçlanmıştır. 

2 Kaskat işlemi  1877 yılında İsviçreli fizikçi Raoul Pictet, buharlaşmanın soğutma ve basıncın sıvılaştırma etkilerini müştereken kullanarak, oksijeni sıvılaştırdı. Oksijenin kritik sıcaklığın altındaki -140°C(133°K) sıcaklığına inmek için iki kademe kullanmıştır. İlk kademede SO2 sıkıştırılarak sıvılaştırıldı ve sonra buharlaştırıldı. Böylece yine sıkılaştırılarak sıvılaştırılmış CO2 ihtiva eden ikinci kademenin soğutulması sağlandı. Bunun da buharlaştırılması ile üçüncü kademedeki O2 soğutuldu ve 500 atmosferlik bir basınç altında sıkıştırılıp sıvı Oksijen elde edildi. Sıcaklık kademeler halinde düşürüldüğü için Pictet’in metoduna kaskat işlemi denir. Bu işlem helyum veya hidrojeni sıvılaştırmada kullanılamaz. Çünkü hiçbir madde buharlaştırılarak Hidrojenin kritik sıcaklığı olan -240°C(33°K) elde edilemez. 

3 Linde Hampson metodu  1895 yılında Alman Kimyageri Karl von Linde, İngiliz Fizikçisi William Hampson aynı zamanda bir jeneratif (geribesleme) sistemi keşfettiler. Bir jikleyi terk eden gazdan faydalanarak, giren sıkıştırılmış gazın soğutulması sağlandı. Giren gazın sıcaklığı o kadar düşük olur ki, çıkan gazın bir kısmı sıvılaşır. Diğer kısmı ise giren gazın ön soğutmasını sağlamak üzere devamlı geri beslenir. Hampson’un hava sıvılaştırıcısında sıkıştırılmış hava, bir ısı eşanjörünün borularından beslenir ve daha sonra bir jikleden geçer. Gazın bir kısmı sıvı hava olur. Geri kalan kısmı boruların dışından geçirilerek içeri sıkıştırılmış havanın soğutulmasında kullanılır. Bu metodla neon, hidrojen ve helyum hariç, herhangi bir gaz sıvılaştırılabilir. 

4 Claude metodu 1902 de Fransız Kimyacısı George Claude a diyabetik genleştirme yoluyla havayı sıvılaştırmıştır. Onun metodunda pistonlu bir makinanın içindeki yüksek basınçlı hava, çevresiyle herhangi bir ısı alışverişinde bulunmadan iş yapmaktadır. Havanın iş yapması, iç enerjisinin azalmasına, dolayısıyla sıcaklığının düşmesine sebeb olur. Soğutulmuş olan havanın bir kısmı, bir sıvılaştırıcının tüplerinin içine gönderilip sıvılaştırılır. Diğer bir kısmı ise pistonlu makin Aya gelen yüksek basınçlı havayı ön-soğutm aya tabi tutmak için kullanılır. Ön-soğutmadan geçen yüksek basınçlı havanın bir kısmı ise sıvılaştırıcının tüplerinin dış kısmına gönderilir. Pistonlu makinanın teteranlı kullanılması sonucu, soğuk tüplerin üzerinden geçen hava sıvılaşır ve sıvılaştırıcının dibinde birikir. C.W.P Heylandt da adiyabatik genleşmeyi kullanan bir hava sıvılaştırıcısı geliştirmiştir. Onun metodunun Claude metodundan farklılığı pistonlu makinadaki adiyabatik genleşmeyi Linde-Hampson metoduna ilave olarak kullanmasıdır. 

5 SIVILAŞTIRILMIŞ DOĞALGAZ (LNG)
Doğalgaz -162 oC sıcaklığına kadar soğutulduğunda sıvı hale geçer ve sıvılaştırılmış doğal gaz (LiquidNatural Gas) olarak adlandırılır. Sıvılaştırılan doğal gaz kullanım yerlerine kriyojenik ekipmanlar vasıtası ile ulaştırılarak, tüketicinin kullanımına sunulur. LNG doğal haliyle kokusuz, renksiz, korosif olmayan ve zehirleyici bir özelliği bulunmayan bir sıvıdır. Buharlaştırıldıktan sonra içine kokulandırıcı eklenerek kullanıma sunulur.

6 Doğal gazın hacmi, gaz fazından sıvı faza geçerken 600 kat küçülür
Doğal gazın hacmi, gaz fazından sıvı faza geçerken 600 kat küçülür. Bu sayede yüksek miktardaki doğal gaz, düşük basınçlar altında sıvı halde taşınabilmekte ve depolanabilmektedir. Bu durum, doğalgazın boru hatları ile taşınmasının teknik ve ekonomik anlamda mümkün olmadığı yerlere, transport tankları ile nakliyesini uygun hale getirmektedir.

7 Genel Özellikleri Doğal gaz, atmosfer basıncında, -162°C ye kadar soğutulduğunda yoğunlaşarak sıvı faza geçer ve "Sıvı Doğal Gaz" (LNG) olarak adlandırılır. Doğal gazın hacmi, gaz fazından sıvı faza geçerken yaklaşık 600 kat küçülür. Bu sayede yüksek miktardaki doğal gaz, düşük basınçlar altında hacmi 600 kez küçültülerek sıvı halde saklanabilmektedir. Bu durum, doğal gazın boru hatları ile taşınmasının teknik ve ekonomik anlamda mümkün olmadığı yerlere, gemi ve kamyon tankerler ile nakliyesini uygun hale getirmektedir. LNG'nin sıvı fazının özgül ağırlığı 0,46'dır. Yani ağırlığı suyunkine göre yaklaşık yarısıdır. Geometrik hacmi 1 m³ (1.000 lt) olan bir kaba doldurulan LNG nin ağırlığı 460 kg'dır. LNG renksizdir, kokusuzdur, zehirli değildir, korozif özelliği yoktur. LNG'nin gaz halinin hava içindeki karışım oranı %5 ile %15 arasında yanıcı ve parlayıcıdır. LNG, esas olarak %90 civarında bir oranda metandan (CH4) oluşur. Metan haricinde etan (C2H6), propan (C3H8), bütan (C4H10) ağırlıklı olmak üzere diğer hidrokarbonları da ihtiva eden bir yakıt türü olan LNG, sıvılaştırma prosesi esnasında içindeki oksijen, karbondioksit, kükürt bileşenleri ve sudan arındırıldığı için boru hattı doğal gaza göre daha saf ve yüksek verimli bir yakıttır.

8 LPG Sıvılaştırılmış Petrol Gazları (LPG); propan, propilen,
bütan, izobütanve bu gazların oluşturduğu hidrokarbon karışımlarıdır. Oda sıcaklığı ve 1 atmosfer basınçta gaz halinde bulunur, basınç uygulandığında sıvılaşırlar. Sıvı halde taşınan, depolanan ve ölçülen LPG, basõnç kaldırıldığında çevreden ısı alarak yeniden buharlaşır ve gaz olarak kullanılır.

9 LPG, ham petrolün rafinelerde arıtılması veya
doğalgazdan olmak üzere iki ana kaynaktan elde edilir. Ham petrolün damıtılması ile elde edilen LPG, sudan arıtılır ve içerdiği kükürt miktarı standartlara uygun bir sınıra indirilir. Aslında kokusuz olan LPG, olası bir tehlikeyi önlemek amacıyla etil merkaptan ile kokulandırıldıktan sonra kullanıma sunulur.

10 Ülkemizde kullanıma sunulan miks LPG, - %70 bütan - %30 propandan oluşur.

11 LPG.nin basıncı, sıcaklık yükselince artar, düşünce azalır.
Propan için 50°C.deki mutlak basınç değeri 17.5 atm. ve Türkiye.de LPG stok tanklarının en yüksek çalışma basıncı 17.5 atm. olarak kabul edilir. Oda sıcaklığı ve atmosferik basınçta gaz halinde bulunan LPG.nin, herhangi bir basınç değerinde faz değiştirdiği belli bir sıcaklık derecesi veya herhangi bir sıcaklık derecesi için faz değiştirdiği belli bir basınç değeri vardır. LPG sistemlerinde gaz fazı borularındaki sabit bir çalışma basıncı için çevre sıcaklığının düşmesi, LPG.nin gaz fazından sıvı fazına geçmesine neden olur. Buna .LPG.nin çiyleşmesi (sıvılaşması). denir.

12 1 atmosfer basınç altında:
propan . 25ºC.da, bütan 20ºC.da, miks LPG ise 10ºC.da çiyleşmeye başlar. Bu durumda sıcaklığın 10ºC.ın altına düştüğü kış aylarında önlem alınmazsa miks LPG.nin çiyleşmesi kaçınılmazdır. Gaz fazının sıvı fazına göre yaklaşık 270 kat daha fazla hacime sahip olması nedeniyle sıvı LPG.nin tüketim noktasına ulaşması istenilen bir durum değildir. Bu nedenle sistem tasarımı LPG.nin çiyleşmeyeceği basınç- sıcaklık değerlerine göre yapılır. Propan için yeniden sıvılaşma sıcaklıkları çok düşük olduğundan, sistemde propan kullanıldığında çiyleşme problemi yaşanmaz.

13 Sıvılaştırılmış gazlar (LPG)
bireysel ve endüstriyel kullanımlar için .TÜP. içinde veya .DÖKME. tipte tankta depolanacak şekilde tankerle satılır.