LPG
endüstrisi diğer endüstri dallarıyla kıyaslandığında daha genç bir endüstridir;
1904 yılında doğal gazdan sıvı benzin fraksiyonlarının ayrılmasıyla başladığı
söylenebilir. Önceleri olduğu gibi şişelenerek aydınlatma amacıyla kullanılan,
propanla beraber diğer doğal gaz sıvı hidrokarbonlarını da içeren karışım
İlerleyen yıllarda benzin bileşenlerinden arındırılıp basınç altında
sıvılaştırılarak bugün LPG olarak tanıdığımız ürüne dönüştürüldü. 1910 yılında
şişelenmiş gaz, portatif sobalarda ve asetilene alternatif olarak kaynak
işlerinde kullanılmaya başlandı. 1920’li yıllarda rafinasyon teknolojileri
uygulanarak çok saf ve fazla miktarlarda propan elde edildi, basınçlı özel
silindirler ve regülatörler geliştirildi; böylece LP gazın ticari amaçlı ve
sitelerde kullanımı başladı.
II. Dünya
savaşı sırasında LPG’den; inşaatların ısıtılmasında, motor yakıtı ve soğutucu
olarak yararlanıldı. 1950’lerde propanın bazı plastik maddelerin hammaddesi
olduğu keşfedildi ve rafineriler bu yönde üretime yöneldi. 1970-1980
yıllarındaki kriz sırasında motorlu araçlarda benzin yerine ve yerleşim
yerlerindeki fuel oil yerine alternatif yakıt olarak propan kullanılmaya
başlandı. Doğal gaz boru hatlarının ulaşmadığı yerlerde elektrik üretimi
propanla sağlandı.
Kolay elde
edilen, kolay taşınan LP gazdan yaralanılması için yıllarca süren binlerce
araştırma yapıldı. Modern yakıtlara geçiş belirli aşamalardan sonra gerçekleşti.
İnsanlık evlerde ve çiftliklerde yakıt olarak önce odun, odun kömürü, gazyağı
ve kömür kullanıldı. Bunları takiben modern yakıtlar olan LPG, doğal gaz ve
elektriğe geçildi. LPG , toplam enerji endüstrisindeki (kömür hariç) yeri
yönünden değerlendirildiğinde zengin veya fakir, toplumun her kesimine
hitabeden bir üründür. Bugün gerek konutlarda ve gerekse taşıtlarda kullanılan
yakıtlar sıralamasında benzin ve dizel yakıtlarından sonra üçüncü sırada yer
almaktadır. Gelişen sosyal yapı ve artan enerji talebi, çevre koşulları da
dikkate alındığında fosil yakıtlarından yeni bir yakıt grubuna, “yenilenir
enerji” teknolojilerine yönelmeyi gerektirmektedir; ancak bu teknolojiler hala
çok pahalıdır. Çevreyi ve suyu
kirletmeyen, ozon tabakasını önemli derecede etkilemeyen ve “sera etkisine”
yardımcı olan “çevre dostu” LPG 1990’dan sonra enerji gereksinimi olan pek çok
alanda kullanılan bir yakıt oldu.
1.
BİLEŞİMİ VE ÖZELLİKLERİ
LPG, doğal
gaz proseslerinden ve petrol rafinerilerinden çıkan bir yan üründür; genellikle
%90 propan, %2.5 bütan ve daha ağır hidrokarbonlar ile az miktarlarda etan ve
propilen içeren hidrokarbonlar karışımıdır; ancak propan ve bütan oranları
kullanım alanlarına ve bölgelere göre farklı olabilir.
LPG kolay
depolanır ve kolay taşınır, normal basınç ve sıcaklıkta gaz, orta derecelerdeki
basınçlar altında sıvı haldedir. LPG kolay alevlenebilir renksiz ve kokusuzdur;
ancak herhangi bir sızıntı olması halinde tanınması için satışa sunulmadan önce
rahatsız edici bir koku maddesi (merkaptanlar) ilave edilir. Havadan daha
ağırdır, suyla kıyaslandığında ağırlığı suyun yarısı kadardır. Zehirli
değildir, fakat teneffüs edildiğinde oksijen yokluğu nedeniyle boğulmaya sebep
olur. Basınç kaldırıldığında gaz haline geçer; 1 litre sıvı LPG genleştiğinde
yaklaşık olarak 250 litre gaza dönüşür.
Propan ve
bütan petrol ve gaz endüstrisinde üretilen hidrokarbonlardır. Ticari propan
hemen hemen tamamen propandan (C3H8) ibarettir. Ticari
bütan C4H10 kapalı formülüyle gösterilen normal ve
izobütan karışımıdır. İçerdiği hidrokarbonların (propan ve bütan) oktan
sayıları yüksektir (propanın research oktan sayısı ~100). LP gaz, sülfür,
vanadyum ve sodyum gibi metallerle diğer sıvı yakıtlarda bulunan bazı
kirlilikleri içermediğinden temiz bir yakıttır. Tablo-1 ‘de propan, bütan ve bu
iki gazın %50 oranlardaki karışımının tipik özellikleri verilmiştir.
Tablo-1: Ticari LP Gazın Tipik
Özellikleri
Özellikler
|
Ticari Propan
|
Ticari Bütan
|
50/50 Ticari Propan + Ticari bütan
|
propan
|
n-bütan + izobütan
|
||
Relatif
yoğunluk (sıvı), 15 0C
|
0.50-0.51
|
0.57-0.58
|
0.508- 0.573
|
Relatif
yoğunluk (gaz), 15 0C, 1013.25 mbar
|
1.40-1.55
|
1.90-2.10
|
1.73
|
Gaz
hacmi (1 kg), 15 0C,
1013.25
mbar, lt
|
537-543
|
406-431
|
|
Kaynama
noktası,
1 atm,
~ 0C.
|
-45
|
-2
|
|
Buhar
basıncı, kPa (geyc)
-10 0C
0 0C
10 0C
20 0C
30 0C
|
256
388
552
757
1004
|
4
40
95
172
266
|
185
292
424
593
796
|
Buharlaşma
ısısı,
Btu/lb,
60ƒ 0F
|
154
|
160
|
|
Spesifik
ısı (sıvının), kJ/kg 0C
|
2.512
|
2.386
|
|
Sülfür,
% ağ.
|
eser-0.02
|
eser-0.02
|
eser-0.02
|
Havada
alevlenme, 15oC, 101.325 kPa, % hac. gaz:
alt-üst
sınır
|
2.2-10.0
|
1.8-9.0
|
2.1-9.2
|
Kalori
değerleri, brüt (gross):
MJ/m3, kuru
MJ/kg
Kalori
değerleri, Net:
MJ/m3, kuru
MJ/kg
|
93.1
50,0
86.1
46.3
|
121.8
49,3
112.9
45.8
|
49.8
|
1 m3
gaz için gerekli hava, m3
|
24
|
30
|
2.
ELDE EDİLMESİ
LPG, doğal
gaz proseslerinden ve petrol rafinerilerinden çıkan bir yan üründür; genellikle
propan, bütan ile az miktarlarda daha ağır hidrokarbonlar, etan ve propilen
içerir; propan ve bütan oranları kullanım yerine göre değişir. LPG kolay depolanır
ve kolay taşınır, normal basınç ve sıcaklıkta gaz, orta derecelerdeki basınçlar
altında sıvı haldedir. LPG, iki geniş endüstriden elde edilir; doğal gaz proseslerinden
ve hampetrolün rafinasyonu sırasında.
Bu iki
endüstriden de LP gaz üretimi, petrol veya gaz rezervuarlarında varolan LPG’nin
ayrılmasıdır, yani LPG dışındaki yakıtları üretmek için dizayn edilmiş olan gaz
işletmeleri ve rafinerilerde ister istemez elde edilen ilk ürünler LP
gazlardır. Doğal gaz ve hampetrol üretimlerine bağımlı olmasına rağmen LP gazın
kendi pazar avantajları vardır, diğer yakıtların hemen hemen bütün işlevlerini
karşılayabilen bir yakıttır. LPG talebinin, dolayısıyla fiyatların artması,
ayrıca otomobillerde LPG kullanımının yaygınlaşması daha fazla LPG üretimine
yönelmeye yol açmıştır.
2.1. Doğal gaz proseslerinden
Doğal
gazın temel hidrokarbonu metandır (%90 kadar), ayrıca etan, propan ve bütanlar
gibi gazlarla C5 ler ve bazı hafif sıvı hidrokarbonlar vardır. Nakledilmeden
veya kullanılmadan önce doğal gazın içerdiği sıvılaşabilen gazlar (LNG) ayrılır.
Doğal gaz üretimi sırasında elde edilen LP gaz, Dünya LPG üretiminin ~%602ını
oluşturur.
LPG
bileşenleri, doğal gazdan NGL ayrılması proseslerinin propan ve bütan elde
edilecek şekilde yönlendirilmesi ve NLG’nin fraksiyonlanmasıyla elde edilir. Bu
prosesler doğal gaz kısmında anlatıldığından burada tekrarlanmayacaktır.
Bir örnek
olarak Şekil-1‘de doğal gaz akımından C3+ fraksiyonun ayrıldığı bir LPG ayırma
ünitesi verilmiştir. Proseste doğal gazdaki C3+ fraksiyonu bir absorber
kolonunda hafif bir solventle çekilerek solvent rejeneratör kolonuna
gönderilir; burada fraksiyonlu distilasyonla LPG ayrılarak tepeden alınır.
Kalan kısım LPG’ce ‘zayıf’ solventtir; kolon dibinden çekilir, absorberin
tepesinden çıkan gazlarla doygunlaştırıldıktan sonra soğutularak içerdiği sıvılaşabilen
hidrokarbonlar LPG absorber kolonuna döndürülür; gaz halindeki karışım fuel gaz
olarak satışa verilir. Proseste genellikle solvent takviyesine gerek olmaz.
Şekil-1: Doğal gazdan
LPG kazanım ünitesi
2.2. Hampetrolün Rafinasyonu Sırasında
Hampetrolün
rafinasyonuyla benzin, jet yakıtı, dizel oil gibi ürünlerin elde edilmesi
aşamalarında çıkan ilk ürün LP gazlardır. Kabaca, bir varil ham petrolün rafinasyonunda
%3 kadar LPG üretilir; ancak, bu oran %40’a kadar artırılabilir. Ayrıca,
hampetrol kuyusundan doğal gazla beraber çekilemeyen ve hampetrol içinde kalan
bir miktar LPG vardır; Hampetrol boru hatlarına veya tankerlere verilmeden önce
bu asosiye gazlar sıvılaştırılarak LPG halinde ayrılır.
1.
Rafineri Akımlarından
Hampetrol
distilasyon kulesi, hidrotreater, katalitik reformer ve visbreaker üniteleri
tepe akımları olan hafif hidrokarbon gazlar ile katalitik reformer ve nafta
kolonu tepesinden çıkan sıvı hidrokarbonlar gaz fabrikalarında toplanır ve
rafine edilir. Rafinasyonda çıkan etan ve daha hafifler gaz halindedirler ve
yakıt gazı (fuel gaz) sistemine verilir, LPG kaynama aralığında olan propan ve
bütanlar karışımı ile hafif nafta elde edilir; karışımdan merkaptanlar
uzaklaştırılır, propan ve bütan birbirinden ayrılır ve depolarına gönderilir.
Hafif nafta kararlı hale dönüştürülür, merkaptanlardan arındırılır ve benzin
harmanlamaya verilir.
2.
Rafineri Atık Gazlarından
Rafineri
atık gazlarından LPG üretimi, teknoloji olarak doğal gazdan soğutularak
absorbsiyonla NGL üretimine benzer; farkı seçilen absorblayıcı yağ ve soğutma
sıcaklığıdır (Şekil-2).
Şekil-2: Rafineri
atık gazlarından LPG üretimi
3. LPG
Rafinerileri
Az sayıda
olmasına rağmen LPG elde edilen üçüncü kaynak LPG rafinerileridir. LPG
rafinasyonunda, LP gazın yakıt ve petrokimya hammaddesi pazar talebine bağlı
olarak propan ve bütanların üretimi optimize edilir. Bu rafinerilerde hammadde,
genellikle hafif hampetroller veya kondensatlardır. Ağır hampetroller, atık
enerji fazla olacağından uygun hammaddeler değildir.
LPG
rafinerilerindeki özel proses üniteleri,
·
Hidrokraking
üniteleri; LPG üretimi için optimize edilir,
·
Katalitik
reformerler; normal koşullarında, fakat aşırı klorlanmış katalizörler üzerinden
yapılarak hidrokraking artırılır,
·
FCC
üniteleri; özel (örneğin ZSM-5 gibi) kraking katkı maddesiyle maksimum LPG
üretimine göre düzenlenir.
a.
Nafta Hidrokraking Ünitelerinden
Nafta
hidrokraking prosesiyle ekonomik olarak otogaz kalitede LPG elde edilir.
Proseste hammadde olarak straight run nafta veya bu fraksiyonla krak nafta karışımı,
katalizör olarak da yüksek aktiviteli bifonksiyonel bir katalizör (örneğin,
Zeolit tip) kullanılır. Hidrokraking reaksiyonları sabit yataklı bir reaktörde
gerçekleştirilir. Reaksiyon ürünleri LPG (>%80 ağ.) ve yüksek oktanlı
kalıntı naftadır. Atık gaz miktarı azdır.
Şekil-3: Nafta
hidrokraking ile LPG üretimi proses akım şeması
b.
Katalitik Reforming Ünitelerinden
Katalitik
reformer ünitelerinden çıkan ve yararlanılamayan atık gazlar, üniteye bağlanan
bir geri kazanım sistemiyle saflaştırılarak LP gazlara dönüştürülür; sistem C3+
lar veya C5+ lar elde edilebilecek şekilde dizayn edilebilir. Sonuçta reformat
verimi 0.15 kat, LPG verimi yaklaşık on kat artar.
c. FCC
(Fluid Katalitik Kraking) Ünitelerinden
FCC
ünitelerinden alınan LPG verimi uygun bir katalizör ve yardımcı katalizör
seçilerek ve proses optimizasyonuyla sağlanır. Bu amaçla kullanılan çeşitli
katalizörler vardır.
2.3. LPG İşlemleme (Sweetening)
İşlemleme
proseslerinin amacı son üründe sülfür miktarının azaltılarak LPG veya C3/C4.şartnamesine
uygun ürün elde etmek ve ayrıca alkilasyon veya oligomerizasyon proseslerine
verilen C3/C4 akımındaki sülfür seviyesini düşürmektir. Bütanlarda
(C4) çeşitli safsızlıklar vardır; bunlar metil merkaptan (~1000 ppm,
mol.), etil, etil merkaptan (~5000 ppm, mol.), hidrojen sülfür (eser), COS
(eser) dür. Propanda COS birkaç yüz ppm’e kadar çıkar.
Ekstraksiyon,
oksidasyon ve kostik rejenerasyon reaksiyonlarıyla merkaptanlar R-SS-R
bileşiklerine dönüştürülür.
Ekstraksiyon:
RSH + NaOH ® RSNa +
H2O
Oksidasyon
ve kostik rejenerasyon, (katalizörlü ortamda):
2 RSNa + ½ O2 + H2O ® 2 NaOH + R-SS-R
Toplam
reaksiyon:
2 RSH + ½ O2 ® R-SS-R + H2O
Şekil-4: Basit bir LPG işlemleme prosesi akım şeması
3.
KULLANIM ALANLARI
LP Gaz
Modern Bir Enerjidir
LPG kolay
depolanır ve kolay taşınır, raf ömrü sonsuzdur. Çakmaklardan başlayarak her her
büyüklükteki kaplarda depolanır ve taşınır. Gelişmiş ve gelişmekte olan
ülkelerde LPG modern bir yakıt olarak her alanda olduğu gibi yerleşim yerlerinde
de çok yaygın olarak kullanılır; bunlar arasında ısıtma, mutfak fırın ve ocakları,
aydınlatma sistemleri, soğutucular, elektrik üretimi, merkezi ısıtma ve soğutma
sistemleri önemli LPG kullanım alanlarıdır.
LPG,
yerleşim yerlerinde (evler ve oteller, v.s.,) olduğu gibi, , kontrol edilebilir
ısı alınabilmesi ve yanma sonucu kalıntı bırakmaması avantajlarından dolayı
ticari, zirai ve endüstrinin de hemen her kolunda kullanılabilir bir yakıttır;
bunlardan bazıları işyeri ısıtması, sabit ve portatif sıcak hava üfleyiciler,
radyant ısıtıcılar, soğutucu olarak, giysi temizleyicilerde kurutma sistemleri,
yüzme havuzları, merkezi ısıtma, klima sistemleri, seralar, atık yakma
fırınları, güç üretim sistemleri, metal işleme, seramik ve cam
üreticiler,kağıt, tekstil, montaj sanayii gibi çok çeşitli iş kolları sayılabilir.
LPG
Otomotiv Yakıtı (Oto Gaz)
Otomotivde
kullanılan LP gazın temel bileşenleri propan ve bütandır; çok az miktarlarda
propilen ve bütilen de bulunabilir. LPG diğer yakıtlara kıyasla önemli
avantajlara sahiptir; bunlar:
·
Performans:
LPG yüksek oktanlı bir yakıttır; RON değeri 112 dir, dolayısıyla yüksek
sıkıştırma oranlı ve yüksek verimli motorlar için uygun bir yakıttır.
·
Ekonomi:
LPG ekonomiktir, çünkü fiyatı benzinden daha ucuzdur. LP gazdan elde edilen
enerji benzine kıyasla %25 daha az olmasına karşın belirli bir mesafe için
harcanan para bazında yapılan bir kıyaslamada %35-40 daha ekonomik olduğu
görülür.
·
Adaptasyon:
Genel olarak her araç motoru LPG’ye adapte edilebilir; motor sadece LPG ile
veya hem LPG ve hem de benzinle (veya dizel yakıtıyla) çalışabilir şekilde,
yani çift-yakıtlı olarak ayarlanabilir.
·
Motor
Ömrü: LPG, benzine göre %50 daha az ozon oluşturur; bunun anlamı motor
parçalarındaki (silindirler, pistonlar, v.s.,) tahribatın da yarıya düşmesi,
dolayısıyla motor ömrünün iki katına çıkmasıdır. LPG oktan sayısı yüksek
olduğundan oktan sayısını artırmak için ayrıca bir katkı maddesi içermeyen
temiz bir yakıttır.
·
LPG
Çevre Dostudur: Özellikle otomobillerde kullanılmaları nedeniyle LP gazın
çevreye etkileri üzerinde gerekli çalışmalar yapılmıştır. LPG yandığında oluşan
tanecik yapılı maddeler hemen hemen yok denecek kadar az olduğundan sis oluşumu
da çok azdır. Diğer petrol yakıtlarıyla kıyaslandığında araç emisyonlarındaki
karbon dioksit %15, ozon %50, toksik emisyonlar %80, partiküller %90-100,
nitrojen oksit ve karbon monoksit %40-50, hidrokarbonlar %85-100 daha azdır.
LP Gaz
Kullanımı
LPG kolay
alevlenebilen petrol gazlarıdır; bu nedenle doğru depolama, taşıma ve
kullanılmaması halinde tehlikeli durumlarla karşılaşılabilir.
LPG basınç
altında depolanır; depolandığı kapta gaz ve sıvı olarak iki fazdır; tüpler ve
bağlantılardaki arızalar gaz/sıvı kaçağına, dolayısıyla tehlikeye neden olur;
LPG havadan ağır olduğundan sızıntılar zeminde toplanır. Kontrol edilemeyen
şartlarda aşırı sızıntı potansiyel bir yangın ve patlama kaynağıdır.
LPG
silindirleri en fazla %80 doldurulmalı, sıcaklık yükselmesine karşı genişleyecek
hacim bırakılmalıdır; aksi halde kap aşırı basınçlanmış hale gelebilir. LPG
silindirleri boşken bile daima dik konumda tutulmalıdır; bu halde basınç
kontrol valfleri çalışır durumdadır. Silindirler güneş ışığından uzakta
tutulmalıdır, sıcak havalarda silindirlerin suyla soğutulması gibi önlemler
alınmalıdır.
LPG basit
hidrokarbonlar içerdiğinden temiz yanan bir gazdır, çevre temizliği yönünden
pek çok yakıtla rekabet edebilir düzeydedir. Yanma ürünleri arasında, tanecik
yapılı maddeler yok denecek kadar azdır, atmosferde sise (ozon) neden olan
karbon monoksit, hidrokarbonlar ve nitrojen oksitler çok azdır. Düşük basınç
altındaki kapalı kaplarda taşındığından buharlaşarak çevreye yayılmazlar.
LPG, diğer
bazı enerji kaynaklarıyla (güneş ve rüzgar enerjileri gibi) çalışan güç
sistemlerinde yardımcı bir enerji kaynağıdır. Bu kaynaklarda olabilecek
kesintiler süresince, otomatik olarak devreye alınan LPG ile güç sistemlerinin
çalışması kesintisiz olarak sürdürülebilir.
LP gaz
yeni teknolojilerde bir yedek yakıttır. Yeni geliştirilmekte olan yakıt pilleri
teknolojisiyle yakıtlardan, yanmayla değil, elektrokimyasal bir prosesle güç ve
ısı elde edilir. Pil, hidrojen ve oksijenin kimyasal enerjisini elektrik
enerjisine dönüştürür. Prosesin yan ürünleri su buharı ve ısıdır (Bak. YAKIT
PİLLERİ)
Diğer bir
heyecan verici teknoloji “Mikro Türbin”dir; elektrik gücü, bir LP gaz sisteminin
jeneratörü hareket ettirmesiyle üretilir, çıkan ısıdan ısıtmada veya soğutmada
yararlanılır. Mikro-türbinin iç yanmalı motorlara kıyasla avantajı bakımının
az, kullanım süresinin uzun ve emisyonunun çok düşük seviyelerde olmasıdır.
4.
TAŞIMA, DEPOLAMA VE DAĞITIM
Petrol
bazlı yakıtlara olan ve giderek artan talepler beraberinde bazı yönetmeliklerin
uygulamaya alınmasını zorunlu kılmaktadır; bunlar genel olarak sağlık, güvenlik
ve çevre koruma amaçlı yönetmeliklerdir.
Tüm
yakıtlar; LPG, doğal gaz, motor benzinleri, uçak benzinleri, gazyağı, jet yakıtları,
dizel yakıtları ve fuel oiller yanıcı, parlayıcı ve patlayıcı karışımlardır,
dolayısıyla bu tür maddelerin taşıma ve depolama koşulları yönetmeliklerle
güvence altına alınır. Genel kurallar:
- Taşıma ve depolamada ‘yanıcı
ürün’ yönetmelikleri dikkate alınmalı, kıvılcım ve çıplak alevle temas
etmemelidir. Bulunduğu alandaki elektrik sistemi yönetmeliklere uygun
olmalıdır.
- Kaplar veya tanklardan
transfer edilirken topraklama yapılmalı, statik elektrik oluşması asgariye
indirilmelidir. Uygun havalandırma açıklığı bulunan kapalı ve etiketli
tanklarda depolanmalıdır.
- Boşalmış depo tanklarında
yanıcı ve patlayıcı buharlar bulunabilir; boş tanklarda temizlenmeden
herhangi bir basınçlandırma yapılmamalı, kesme, kaynak, v.s. gibi alevle
çalışmalardan kaçınılmalıdır.
- Depolama yapılan alan uygun
olmalı, çok iyi havalandırılmalıdır
EK-1.
LPG Dağıtım Zinciri
Doğal gaz
işleme fabrikalarından ve rafinerilerden elde edilen LPG boru hattı, gemi
tankerleri ve mavnalar, demiryolu ve karayolu tankerleri gibi özel araçlarla
kullanıcıya ulaştırılır.
