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.
Bütan –2 0C, propan –45 0C dolayında
kaynar. LP gazın enerji değeri 49.8 MJ/kg, alevi 2000 0C
dolayındadır. 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
Özellikleri
2. DÜNYA LPG TALEBİ
LPG talebi, örneğin Mısır ve Suudi Arabistan gibi kentleşmiş
ülkelerde çok yüksektir; Çin ve Hindistan gibi ülkelerde henüz sınırlı olan LPG
kullanımı kentleşmenin ilerlemesiyle hızla artmaktadır. Gelişmekte olan
ülkelerde talep artışındaki en önemli faktör konut (residental) amaçlı
kullanımın yaygınlaşmasıdır; örneğin bu tür Asya ülkelerinde 1980’den
başlayarak LPG tüketiminde büyük artışlar olmuştur. Yine de Endonezya gibi bazı
ülkelerde gazyağı ve geleneksel bazı yakıtlar kullanımı konutlarda LPG’ye
geçişi yavaşlatmaktadır.
LPG talebini etkileyen ikinci bir etken de yemek pişirme ve
ısıtma amaçlı diğer evsel yakıtlara (elektrik dışında) göre daha pahalı
olmasıdır; ancak LPG’nin kendine özgü avantajları (taşıma, kullanım kolaylığı,
temizlik, v.s., gibi) genellikle bu dezavantajlı durumu giderir.
Dünya LPG talebi 2000 yılında 200 milyon tondan biraz az
olmuş, bu değer 2003’de 207, 2005’te 237 milyon tona yükselmiştir.
2005’den sonra gelişmekte olan ülkelerde talep artış hızının
daha yüksek olacağı tahmin edilmektedir. Latin Amerika’da yıllık ortalama %6
olan talep artış hızının %3’ün altına düşeceği, Avrupa’da ise petrokimyasal
maddelere olan aşırı talep nedeniyle %3.5’ğun üstüne çıkacağı tahmin
edilmektedir.
Dünya LPG arzının yılda %3 kadar artacağı, evsel amaçlı
yakıt olarak kullanımın 1990-2010 arasındaki 20 yıllık zaman diliminde iki
katına çıkacağı öngörülmektedir.
Talep artışının temel nedenleri aşağıdaki genel gruplamayla
ifade edilebilir.
- Ekonomik
büyüme,
- Altyapının
geliştirilmesiyle diğer yakıtlardan LPG’ye geçiş,
- Çevre
ve sağlık koşullarına uyma girişimleri, büyük ve küçük ölçekli dağıtımın
devlet politikası olarak benimsenmesi.
İstatistiklere göre dünya toplam LPG tüketiminin otogaz
olarak kullanılan miktarı 1990-2003 yılları arasındaki periyotta %6.6’dan
%7.7’ya yükselmiştir. 1999 Yılında 11.5 milyon ton olan otogaz tüketimi,
2000’de 14.4, 2001’de 15.4, 2002’de 16, 2003’de 16.5 milyon tona çıkmıştır.
Aynı yıllarda dünyadaki oto gazlı araç sayısında da önemli artış olmuştur;
1999’da 6.017, 2000’de 7.367, 2001’de 8.284, 2002’de 9.009 ve 2003’de 9.420
milyon araç otogaz yakıt kullanmaya başlamıştır. 2010 yılına kadar global LPG
üretimi ve sektörler bazındaki tüketimler projeksiyonu Şekil-1 ve
Şekil-2‘de görülmektedir.
Şekil-1: Global LPG üretiminde artış
3. 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.
3.1. 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 ~%60’ını 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-3‘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-3: Doğal gazdan LPG kazanım ünitesi
3.2. 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.
3.2.1. 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.
3.2.2. 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-4).
Şekil-4: Rafineri atık gazlarından LPG üretimi
3.2.3. 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.
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.
Şekil-5: Nafta hidrokraking ile LPG üretimi proses akım şeması
c. FCC Ünitelerinden
FCC ünitelerinden alınan LPG verimi uygun bir katalizör ve
yardımcı katalizör seçilerek ve proses optimizasyonuyla sağlanır. Bu amaçla
kullanılan çeşitli katalizörler vardır.
3.3. 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.
4.1.6: Basit bir LPG işlemleme prosesi akım şeması
4. 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.
EKLER
1. TAŞIMA VE DEPOLAMA
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.
2. LPG DAĞITIM ZİNCİRİ
Doğal gaz işleme fabrikalarından ve rafinerilerden elde
edilen LPG boru hattı, gemi tankerleri ve mavnalar, demiryolu ve karayolu tankerleri
gibi özel araçlarla kullanıcıya ulaştırılır.