TARIFNAME SIFIR KARBON EMISYONLU BIR ALÇI PISIRME FIRINI Teknik Alan Bu bulus; alçi üretiminde, ham alçinin içindeki suyun alinmasi için kullanilan isi enerjisinin elektrik ile saglanmasi ve isi enerjisi için elektrikli isiticilarin kullanilmasi ile karbon emisyonu yapilmayan endüstriyel ölçekli bir alçi pisirme firini ile ilgilidir. Önceki Teknik Özellikle 1990,li yillarin baslarindan itibaren dünyanin global isinma problemine yönelik farkindaligin artmasiyla tüm emisyon kaynaklarinin "Küresel Isinma Potansiyeli, KIP" (GWP, Global-warming Potential) hesaplamalari yapilmaya baslanmistir. Yapi malzemelerinin üretimleri esnasinda kullanilan enerji miktari, yapi malzemelerinin türlerine göre büyük farkliliklar göstermektedir. Yapi malzemeleri içinde alçi çok fazla kullanilan bir üründür. Özellikle tugla, beton, gaz beton, briket ve benzeri blok formundaki yapi malzemelerinin üzerinde siva olarak kullanilabildigi gibi alçi levha imalatinda iki karton arasinda ana çekirdek malzeme olarak da kullanilmaktadir. Alçinin üretimi, temel olarak 2 molekül su içeren dogal alçi tasinin (jips- CaSO4.2H20) su miktarinin l/2 molekül su kalacak sekilde isitilmasini kapsar. Dogal alçi tasinin disinda yüksek kükürtlü fueloil veya kömür yakan elektrik enerjisi üretim santrallarindaki yanma sonrasi egzoz gazinin içindeki kükürt bilesenlerinin atmosfere desarj ini engelleyen baca aritma sistemlerinin sonucunda da sentetik j ips- CaSO4.2H20 yan ürün olarak çikabilmektedir. Bu sentetik j ips de aynen dogal alçi tasi gibi alçi veya alçi levha sektöründe siklikla kullanilmaktadir. Jipsin uygun firinlarda isitilma islemi genelde 130-155 0C sicaklik seviyelerinde gerçeklesir ve sonuçta pismis alçi kalsiyum sülfat hemihidrat ya da kisaca hemihidrat (HH) olarak bilinir. Sektörde bu islem alçinin kalsinasyonu olarak da adlandirilir. Endüstride muhtelif kalsinasyon firinlari kullanilmaktadir. En yaygin kullanilan firin, özellikle Kuzey Amerika kitasinda tercih edilen 1.746.294 numarali Birlesik Devletler patent dokümaninda tarif edilen firindir. Söz konusu dokümanda tarif edilen firin esas itibari ile büyük bir silindirik yapi olup özel forma sahip isiya dayanikli çelikten mamul tabanin uygun bir yanma odasi üstünde asili konumlandirilmasi ile gerekli isil enerji tabandan verilmistir. Kettle firinlar esasinda bir pota olarak da adlandirilabilir. US 4.238.238 numarali Birlesik Devletler patent dokümaninda potanin içine yanma gazlarinin direk olarak enjekte edilmesi ilave edilerek verimlilik aitirilmistir. Özellikle isil verimliligin artirilmasina yönelik çalismalar sonucunda Kuzey Amerika kitasinda kullanilan degisik tasarimlara sahip özünde pota olan tüm kettle firinlar neredeyse tamamen içten yanmali potalar dönüstürülerek refrektarsiz firinlara evrilerek isil verimleri aitirilmistir. Endüstride konvansiyonel döner firinlar da siklikla kullanilmaktadir. Çimento sektöründeki tipik döner firinin alçi sektöründe kullanilmasi da çok yaygin olarak görülmektedir. Alçida kullanilan döner firinlar düsük sicaklikta islem yapildigindan ötürü firin içinde refrektar malzeme bulundurmazlar. Ancak isi kaynagi yanma odasi içinde refrektar kullanilir. Ayrica US 3.871.829 numarali Birlesik Devletler patent dokümaninda endirek isitmali bir döner firin tarif edilmistir. Bu dokümandaki döner firin komplesi yanma odasi içine alinmistir. Bir diger firin ise özellikle Birlesik Krallik ülkelerinde kullanilan ve US 4.629.419 numarali Birlesik Devletler patent dokümaninda tanimlanan "conical kettle" dir. Bu firin yapisal olarak ters duran bir koni olup koninin üstü kapalidir. Bu kapak yapinin ortasindan yanma odasindan gelen yüksek sicaklikta yanma gazlari koninin içine uygun bir üfleyici (blower) marifeti ile enjekte edilir. Bu yapida refrektarin bulunmamasi ve yanma gazlarinin direk olarak jipsin içine enjekte edilmesi ile isil verim çok yükseltilmistir. Yine benzer bir yapiya sahip oldugunu söyleyebilecegimiz üst üste otuitulan konik parçalardan olusan yanma odasinin silindirik bir tüpün içine alinmasi ile sekillendirilen, US 5.013.237 numarali Birlesik Devletler patent dokümaninda tanimlanan bir diger firin da refraktarsiz olup içten yanmali akiskan yatakli hem yüksek verimli hem de nitelikli ürün üreten bir firin olarak tercih edilmektedir. Ayrica sektörde bir yatak içinde dönen bilyali veya diskli degirmenler veya çekiçli degirmenler içinde ayni zamanda hem ögütme hem de pisirme islemini ayni anda yapan nispeten daha düsük isil verimli üniteler de kullanilmaktadir. Bu tip ögütme fonksiyonlu pisiricilere isil enerji yapiya akuple edilen yanma odasi üzerinden verilmektedir. Sektörde kullanilan tüm firinlarda karbon esasli yakitlar direk veya endirek olarak yanma odalarinda yakilmakta ve uygun filtreleme islemi sonrasinda atmosfere salinmaktadir. Karbon esasli yakitlar kullanilarak elde edilen isil enerji ile gerçeklestirilen kalsinasyon isleminde maalesef bir kg hemihidrat (HH) elde etmek için yaklasik 0,14 kg C02,lik emisyon kaçinilmazdir. Türkiye, de 2021 yilinda ihracat ile birlikte yaklasik 200 milyon m2 alçi levha ve milyon ton alçi esasli siva benzeri torbali ürün üretilmistir. Sadece alçi levha emisyonu ile üretilmistir. Ayni yil içinde üretilen yaklasik 5 milyon tonluk alçi esasli harçlarda kullanilan hemihidrat (HH) miktari ise yaklasik 4 milyon ton olup atmosfere salinan COz miktari ise yaklasik 560.000 ton mertebelerinde olmustur. Keza ayni yil içinde dünya alçi levha üretiminin 22 milyar m2 ve alçi esasli harçlarin ise 135 milyon ton oldugu tahmin edilmekte ve dolayisi ile yaklasik 40 milyon ton C02 emisyonu gerçeklesmistir. Bu nedenle günümüzde alçi kalsinasyonundan kaynaklanan C02 saliminin tamaminin engellenmesini saglayan çözümlere ihtiyaç duyulmaktadir. Diger taraftan sektörde kullanilan firinlari iki gruba ayirmak mümkündür. Nispeten daha yüksek enerji kullanarak kalsinasyon yapan hem ögütme hem pisirmeyi birlikte yapanlar ile konvansiyonel döner firinlar, bir kg HH elde etmek için yaklasik 950 - 1.250 kJ isil enerji tüketirler. dokümanlarinda tanimlandigi gibi akiskan yatakli veya refraktersiz firinlardir. Bu firinlar genelde bir kg HH elde etmek için yaklasik 770 - 880 kJ isil enerji tüketimi ile nispeten daha verimli çalisan firinlardir. Dogal gaz veya yüksek kalorili sivi yakit yakan nispeten daha verimli akiskan yatakli firinlarda yanma gazlari genelde 800 -950 0C sicakliginda firina girmektedir. Diger tip nispeten verimi düsük olan döner firin veya hem ögütme hem pisirmeyi birlikte yapan üniteler de ise yanma gazlari 600 - 800 0C sicakliginda kabul edilmektedir. Bulusumuz ile, dogal veya sentetik alçi tasinin içindeki iki molekül suyun yarim molekül suya indirilmesini saglayan her iki tip veya tüm alçi kalsinasyon (pisirme) firinlarinda karbon esasli yakit kullanan yanma odalarinin sökülüp yerine yeterince elektrikli rezistans elemanlarin baglanmasi ile firinlar kolayca elektrikli firinlara çevrilebilinecek ve C02 emisyonunun tamaminin engellenebilmesi saglanabilecektir. Ancak havanin enerji tasima kapasitesi (5 l kJ/kgK) düsük oldugu, için firinlara tasarim degerlerinin çok üstündeki miktarda yüksek sicaklikta hava verilmesi gerekeceginden mevcut firinlarin hiçbir tanesi elektrik ile isitilmis hava sistemine çevrilemeyecektir. Dogalgaz veya sivi karbon esasli yakitlarin yakilmasi esnasinda kullanilan yakma havasinin verdigi esdeger enerjiyi firin tasarim sicakliginda firina vermek için kütlesel olarak yaklasik 4 - 5 misli hava kullanmak gerekmektedir. Bu miktarda bir hava sirkülasyonuna göre tasarlanmayan firinlarda elektrikli isitmaya dönüsüm mümkün olmamaktadir. Tablo 1. de her iki tip grup firinlardan birer örnek listelenmistir. Döner Firin Akiskan Yatakli Firin Kapasite, ton HH/saat g g Dogal Gaz tüketimi, Nm3/saat M m Yakma havasi, Nm3/ saat M w Enerji verimi, kJ/kg.HH & @ Firin isi yükü, kW M M Firin egzos gaz sicakligi, OC i g Tablo 1. Örnek alçi pisirme firinlari çalisma degerleri Tablo 1, de yer alan döner firin direk olarak elektrikli rezistans ile isitilan hava ile çalisacak sekilde kurgulansa ve de mevcut gaz giris sicakligi 700 0C sicaklikta dir. Keza Tablo 1, de yer alan akiskan yatakli firin direk olarak elektrikli rezistans ile isitilan hava ile çalisacak sekilde kurgulansa ve de mevcut gaz giris sicakligi Nm3/saat) dir. Her iki tip firin için artan hava sirkülasyonu hem firin kesitleri hem de firin toz filtre kapasiteleri için çok yüksektir ve çalistirilamazlar. Sonuç olarak mevcut firinlar elektrikli isitmaya çevrilebilir olsa da ancak kapasiteleri nominal kapasitelerinin yaklasik Mi üne düsürülmesi halinde çalisabileceklerdir. Bu nedenle günümüzde, hem C02 saliminin tamaminin engellendigi hem de sadece elektrik enerjisi ile isitilan kizgin hava ile çalisacak alçi pisirme firini çözümlerine ihtiyaç duyulmaktadir. Bulusun Kisa Açiklamasi Bu bulusun amaci, alçi üretimi sürecinde kalsinasyon islemi için gerekli olan isil enerjinin tamaminin elektrik enerjisi kullanilarak elde edilmesini saglayan, böylelikle alçinin kalsinasyonu esnasinda sifir C02 emisyonu ile üretim yapilmasini saglayan bir alçi pisirme firini gerçeklestirmektir. Bu bulusun amaci, tamami ile elektrik enerjisi ile isitilan firinlara çevirebilen ve pisirme için gerekli olan isitma havasinin tasidigi enerjiyi yükseltmek için yüksek enerji tasima özelligi olan sudan yararlanan bir alçi pisirme firini gerçeklestirmektir. Bulusun diger bir amaci elektrikli rezistanslarin bulundugu hacme suyun enjekte edilmesi ile pisirme islemi için kullanilacak toplam hava miktarinin düsürüldügü bir alçi pisirme firini gerçeklestirmektir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen "Sifir Karbon Emisyonlu Bir Alçi Pisirme Firini" ekli sekillerde gösterilmis olup bu sekiller; Sekil 1. Bulus konusu bir elektrikli alçi pisirme firin ünitesinin sematik görünümüdür. Sekil 2. Mevcut kati, sivi ya da gaz yakit ile çalisan bir alçi pisirme firinin bulus konusu elektrikli alçi pisirme firinina dönüstürülmüs halinin sematik görünümüdür. Sekillerde yer alan parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiliklari asagida verilmistir. 1. Firin Firin gövdesi Rezistans elemani Hava körügü Püskürtme elemani Yanma odasi Alçi üretimi sürecinde kalsinasyon islemi için gerekli olan isil enerjinin tamaminin elektrik enerjisi kullanilarak elde edilmesini, böylelikle alçinin kalsinasyonu esnasinda sifir C02 emisyonu ile üretim yapilmasini ve isitma havasinin tasidigi enerjinin yükseltilmesi ile nominal kapasitelerde üretim yapilmasini saglayan bulus konusu bir alçi pisirme firini (l), -pisirme isleminin gerçeklestirildigi en az bir firin gövdesi (2), -içerisinde isitma islemi için kullanilacak, elektrikle çalisan en az bir rezistans elemaninin (4) yer aldigi en az bir isitma kolonu (3), -isitma kolonu (3) içerisine isitilacak olan havayi vererek firin gövdesinde (2) pisirme islemi için kullanilacak isitma havasinin olusturulmasini saglayan en az bir hava körügü (5) ve -isitma kolonu (3) içerisinde hava körügü (5) ile verilen havanin rezistans elemanlari (4) ile isitilmasinin ardindan olusturulan isitma havasinin tasidigi enerjinin yükseltilmesi için isitma kolonuna (3) bir pompa (7) yardimi ile su püsküitülmesini saglayan en az bir püskürtme elemani (6) içermektedir. (Sekil 1) Bulus konusu alçi pisirme firininda (l) firin gövdesi (2) isitma kolonunda (3) olusturulan isitma havasinin kullanilarak kalsinasyon isleminin gerçeklestirildigi bir pisirme haznesidir. Firin gövdesine (2) isitma havasinin olusturuldugu isitma kolonu (3) baglanmaktadir. Bulusun tercih edilen diger uygulamasinda firin gövdesi (2) ile isitma kolonu (3) arasinda, gaz, sivi ya da kati yakitli düzeneklerin yer almadigi en az bir yanma odasi (8) yer almaktadir. (Sekil 2) Mevcut kati, sivi ve gaz yakit ile çalisan bir alçi pisirme firininda mevcut olan yanma odasi (8) içerisinde yer alan yanma düzeneklerinin sökülmesinin ardindan elektrikli rezistans elemanlar (4) ile isitilan havanin kullanilmasi ile pisirme islemine devam edebilmektedir. Bu sayede yanma odasi (8) isitma kolonunda (3) olusturulan isitma havasinin geçisine yataklik ederek firin gövdesine (2) ulasmasini saglamaktadir. Bulus konusu alçi pisirme firininda (l) isitma kolunu (3) içerisinde birden fazla sayida rezistans elemanin (4) yer aldigi bir düsey borudur. Isitma kolonu (3) farkli geometrilerde olabilmekle birlikte içerisinde istenilen sayida rezistans elemani (4) barindirabilecek boyuttadir. Bu nedenle isitma kolonunun (3) kare gibi farkli sekillerde olmasi ya da yatay olarak konumlandirilmasi rezistans elemanlar (4) ile olusturulan isin enerjinin hava körügünden (5) beslenen havaya aktarilmasina engel olmayacaktir. Bulus konusu alçi pisirme firininda (l) rezistans eleman (4) isitma kolonu (3) içerisinde isitilmak istenen hava miktarina bagli olarak bulunmaktadir. Isitma kolonu (3) içerisinde birden fazla sayida rezistans eleman (4) bulunmakta olup hava körügünden (5) beslenen hava elektrikle ile çalisan rezistans elemanlar (4) yardimi ile isitilmaktadir. rezistanstir. Tercih edilen bir diger uygulamada ise rezistans eleman (4) serpantinli, spiral veya mikali isitici rezistans olabilmektedir. Rezistans elemani (4) teli, metalik alasimlar (Nikel-krom, demir-krom, alüminyum, tungsten, molibden ve tantalyum) veya seramik kompozisyonlar veya seramik metaller (molibden disilisid, lantanyum kromit) veya karbon/grafit elemanlarindan herhangi biri olabilmektedir. Rezistans elemani (4) için gerekli olan elektrik enerjisi günes paneli veya sebeke elektrigi üzerinden ya da her iki kaynaktan birlikte karsilanabilir. Rezistans eleman (4) dogrudan günes paneli ile üretilen dogru akim enerjiden de beslenebilmekte ve/veya sebekeden herhangi bir voltaj seviyesindeki alternatif akim beslemenin uygun bir redresör ile dogru akima çevrilmesi ile de beslenebilir. Bulusun tercih edilen uygulamasinda hava körügü (5) isitma kolonuna (3) rezistans elemanlar (4) ile isitilacak havayi iletmektedir. Bu sayede hava rezistans elemanlar (4) ile isitilarak isitma havasinin olusturulmasi saglanmaktadir. Bulus konusu alçi pisirme firininda (l) püskürtme elemani (6) isitma kolonu (3) içerisinde yer almakta olup isitma kolonunda (3) olusturulan isitma havasinin isi tasima kapasitesini artirmak için isitilmakta olan havaya su püskürtmektedir. Püskürtme elemani (6) tercih edilen uygulamada yüksek sicakliga dayanikli ve suyu pülverize edebilen bir nozüldür. Püskürtme elemanlari (6) pompa (7) yardimi ile suyu pülverize ederek isitma kolonuna (3) püskürtmekte ve isitma havasi ile karismasini saglamaktadir. Bulus konusu alçi pisirme firini (l) mevcut kati, sivi ya da gaz yakitla çalisan döner ya da akiskan yatakli bir firin (Sekil 2) olabilecegi gibi yanma odasi (8) yer almadan bastan kurulan/insa edilen alçi pisirme isleminin gerçeklestirildigi bir elektrikli alçi pisirme firini (Sekil 1) olabilmektedir. Sekil 2,de yer alan mevcut kati, sivi ya da gaz yakitla çalisan döner ya da akiskan yatakli bir firin, elektrikle çalisan bir alçi pisirme firinina (l) dönüstürülmek istendiginde yanma odasinda (8) yer alan düzenekler sökülmekte ardindan isitma kolonu (3), rezistans eleman (4), hava körügü (5), püsküitme elemani (6) ve pompa (7) mevcut kati, sivi ya da gaZ yakitla çalisan mevcut firina entegre edilmektedir. Bu sayede piyasada yer alan ve kati, sivi ya da gaZ yakitla çalisan ve karbon emisyonu yapan firinlarin sifir karbon emisyonu saglayan elektrikli çalisma prensibine geçisi saglanmaktadir. Diger taraftan Sekil l,de yer aldigi gibi elektrikle çalisan alçi pisirme firini (l) yanma odasinin (8) yer almadigi hali ile bastan yeni bir firin olarak olusturulabilmektedir. Bu sayede elektrikle çalismaya çevrilmis mevcut kati, sivi ya da gaZ yakitli alçi pisirme firinlari (1) ve bastan olusturulan elektrikle çalisan alçi pisirme firinlari (l) firin gövdesi (2) içerisinde alçi üretimi sürecinde kalsinasyon islemi için gerekli olan isil enerjinin tamaminin elektrik enerjisi kullanilarak elde edilmesinin saglandigi, bu sayede alçinin kalsinasyonu esnasinda sifir C02 emisyonu ile üretim yapilmasini saglayan endüstriyel ölçekli bir firindir. Bulus konusu alçi pisirme firininda (l) havanin isi tasima kapasitesini artirmak için isitma kolonunda (3) hava körügü (5) ile isitilan hava üzerine, su pülverize edilerek püskürtme elamanlari (6) ve pompa (7) yardimi ile püsküitülmektedir. Pülverize su ile karisan, yogunlugu ve enerjisi artan isitma havasi direk isitma kolonundan (3) ya da düzenekleri sökülmüs yanma odasi (8) üzerinden firin gövdesine (2) verilmekte ve firin gövdesi (2) içerisinde istenilen kalsinasyon islemi ortaminin yaratilmasi saglanmaktadir. Örnek olarak Sekil 1, de yer alan ve mevcutta var olan bir akiskan yatakli firinin elektrikli firina çevrilmesi için 6.400 Nm3/saat lik (:8.100 kg/saat) hava içine yaklasik 6.900 kg su enjekte edilerek, nemli kizgin bir buhar-hava karisimini yaklasik 900 C sicaklikta firin gövdesine (2) besleyerek 22 ton.HH/saat kapasitesinde çalismak mümkündür. Alçi pisirme firinina (l) beslenecek kiZgin buhar-hava karisim sicakligi sisteme verilecek su miktarini degistirecektir. istenmektedir. Bulus konusu sifir karbon emisyonlu bir alçi firininin (1) çok çesitli uygulamalarinin gelistirilmesi mümkün olup, bulus burada açiklanan örneklerle sinirlandirilamaz, esas olarak istemlerde belirtildigi gibidir. TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR TR