1. BİLEŞİMİ VE ÖZELLİKLERİ
1.1. Bileşimi
Fuel oiller rafineri distilatlarından ve kalıntı ürünlerden
hazırlanır. Distilat ürünler distilasyonla elde edilen fraksiyonlardır; kalıntı
ürünler hampetrolün değerli ürünleri elde etmek amacıyla çeşitli proseslerden
geçirildikten sonra kalan ve artık rafine edilmeyen kısımlarıdır. ASTM D 396
standardında (Tablo-1) fuel oillerin sınıflandırılmasını, genel kullanım
alanlarını ve koşulları tanımlanmıştır
Kalıntı yakıtların bileşimini tanımlamak zordur; çünkü,
işlenen hampetrolün menşeine ve petrol ürünlerinin üretim proseslerine
bağlıdır. Yine de proses dip ürünlerindeki temel bileşenlere göre kalıntı
yakıtların bileşimi ile ilgili yaklaşık bir bilgi edinilebilir.
Kalıntı bir yakıtın başlıca bileşeni asfaltenler, reçineler
ve sıvı hidrokarbonlardır. Asfaltenler yüksek molekül ağırlıklı ve
karbon/hidrojen oranı çok yüksek olan hidrokarbonlardır, karmaşık yapıları az
miktarlarda diğer elementleri de içerir, yakıtta miseller şeklinde bulunduğu
düşünülmektedir.
ASTM D 396-04: FUEL OİLLER STANDART
ŞARTNAMESİ (Standard Specification for Fuel Oils)
KAPSAM
Bu şartname değişik iklim ve çalışma koşulları için tasarlanmış olan
çeşitli tiplerdeki fuel-oil-yakma ekipmanında kullanılan değişik derecelerde
(grade) fuel oilleri kapsar;dereceler aşağıda tanımlanmıştır:
Grade 1 ve Grade 1 Düşük Sülfürlü Yakıtlar: Orta distilat yakıtlardır; yerleşimler ve
küçük endüstriyel burnerlerde kullanılır; bu gradeler özellikle
buharlaştırıcı tip burnerlerde veya akma noktası düşük yakıtlara gereksinim
olan depolama koşullarında uygundur.
Grade 2 ve Grade 2 Düşük Sülfürlü Yakıtlar: Orta distilat yakıtlardır; yerleşimler ve
küçük endüstriyel burnerlerde kullanılır.
Grade 4 Hafif ve Grade 4 Yakıtlar: Ağır distilat yakıtlardır veya distilat / kalıntı yakıt
karışımlarıdır; bu viskozite aralığındaki yakıtlara göre imal edilmiş ticari
ve endüstriyel burnerlerde kullanılır.
Grade 5 Hafif ve Grade 5 ve Grade 6
Yakıtlar: Kalıntı yakıtlardır,
numaralarına göre viskoziteleri ve kaynama aralıkları yükseklir; taşıma ve
düzenli atomizasyon için genellikle ön-ısıtma gerekir, endüstriyel
burnerlerde kullanılır.
|
ASTM D 2880-03: GAZ TÜRBİN FUEL OİLLER
STANDART ŞARTNAMESİ (Standard Specification for Gas Turbine Fuel Oils)
KAPSAM
Bu şartname, uçaklarda kullanılan gaz türbinleri hariç, diğer tüm gaz
türbinlerde kullanılan yakıtları kapsar; türbin üreticileri, müşteriler ve
fuel oil alıcıları için kılavuz niteliğindedir. Yakıtın üretildiği yerden,
kullanıcıya taransfer edildiği noktaya kadar izlenecek standartları tanımlar.
Distilat gaz türbin fuel oillerin
nakledilmesi ve kullanılması sırasında statik elektrik oluşması ve yayılması
nedeniyle yangın ve patlama riski vardır. Bu konuda daha fazla bilgi için
ASTM D 4865 Kılavuza bakın.
|
ASTM D 6823-02: KULLANILMIŞ YAĞLARLA
TİCARİ KAZAN YAKITLARI STANDART ŞARTNAMESİ (Standard Specification for
Commercial Boiler Fuels With Used Lubricating Oils)
KAPSAM
1. Bu şartname en az %25 kullanılmış yağlama yağları içeren dört
değişik grade fuel oilü kapsar. Bu dört farklı yakıt çeşitli tiplerdeki
endüstriyel ekipmanlar ve ticari kazanlarda değişik iklim ve çalışma
koşullarına göre standardize edilmiştir. Bu şartname kapsamındaki yakıtlar
yerleşim mekanlarında (residental) kullanılan ısıtıcı kazanlar için uygun değildir.
Grade RFC4, RFC5L, RFC5H ve RFC, sırasıyla artan viskozitelerde,
kullanılmış yağlama yağlarıyla orta distilat veya kalıntı fuel oil, veya her
ikisini de içeren harmanlardır. Bunlar, bu tip yakıtlara uygun olarak
üretilmiş endüstriyel burnerler ve ticari kazanlarda kullanılabilirler. Bu
şartname, D 6448 şartnamesinin karşılayamadığı koşullarda çalışan ekipmanlar
için yeterli performansı sağlar.
Distilat burner fuel oillerin nakledilmesi
ve kullanılması sırasında statik elektrik oluşması ve yayılması nedeniyle
yangın ve patlama riski vardır. Bu konuda daha fazla bilgi için ASTM D 4865
Kılavuza bakın.
|
ASTM D 6985-04a: ASKERİ MARİN (DENİZ
ARAÇLARI) ORTA DİSTİLAT FUEL OİL STANDART ŞARTNAMESİ (Standard Specification
for Middle Distillate Fuel Oil-Military Marine Applications)
KAPSAM
1. Bu şartname askeri marine uygulamalarda ve acil jeneratör
uygulamalarda (askeri veya sivil) kullanılan, kalıntı yakıt kirlilikleri
içermeyen %100 orta distilat fuel oil’ü kapsar. (Uçak gaz türbin motorlar,
sıkıştırma yanmalı / dizel motorları ve diğer otomotiv uygulamalarda
kullanılan yakıtları kapsamaz.)
2. Bu şartname, müşteri ve satıcı arasında farklı herhangi bir
anlaşma veya sözleşme olmadıkça, orta distilat yakıtın teslim tarihi ve
teslim yerinde karşılaması gereken özelliklerini tanımlar.
3. Tüm orta distilat yakıtların
nakledilmesi ve kullanılması sırasında statik elektrik oluşması ve yayılması
nedeniyle yangın ve patlama riski vardır. Bu konuda daha fazla bilgi için
ASTM D 4865 Kılavuza bakın.
|
Tablo-1: ASTM D 396-04 Standardına Göre
Fuel Oillerin Sınıflandırılması
Fuel Oillerin Sınıflandırılması
FUEL OİL, ASTM D 396-04
|
||
No.1
|
HAFİF FUEL OİLLER
Orta distilat
yakıtlar, kolay
buharlaşır,
|
Yerleşimler (konut, otel, v.s.,..) ve
küçük endüstriyel bekler (burner) için uygundurlar. No.1 ve No.1 Düşük
Sülfürlü, özellikle gazlaştırıcı tip bekler ve düşük akma noktalı yakıt
depolama koşullarına uygundur.
|
No.1, Düşük
Sülfürlü
|
||
No.2
|
||
No.2, Düşük Sülfürlü
|
||
No.4 Hafif
|
ORTA FUEL
OİLLER
Ağır distilat
yakıtlar veya distilat/kalıntı yakıt harmanlarıdır
|
Ticari/endüstriyel beklerde (burner)
kullanılırlar; viskozite aralıklarına uygun olarak seçilir, taşıma ve kullanımda ön
ısıtma gerekmez
|
No.4
|
||
No. 5, Hafif
|
AĞIR FUEL
OİLLER
Artan
viskozite ve kaynama aralıklarında kalıntı yakıtlar
|
Endüstriyel bekler için uygundur; taşıma ve kullanımda yeterli ve düzgün atomizasyon için, No. 5 için soğuk
iklim ve ekipmana göre, özellikle No.6 için ön ısıtma gerekir.
|
No. 5, Ağır
|
||
No. 6
|
||
- Dispers faz; asfaltenler ve yüksek molekül ağılıklı reçinelerle
oluşan karmaşık yapılı kompleksler,
- Miseller, sıvı
hidrokarbonlar,
- Sürekli faz veya miseller
arası faz; düşük molekül ağırlıklı maltenler (reçineler), olarak üç
elemandan meydana geldiği söylenebilir.
Bu
durumda miselin merkezinden sürekli faza doğru gidildiğinde, Şekil-1‘deki
şemada gösterildiği gibi, genel bir karbon/hidrojen oranı ve molekül ağırlığı
azalması vardır. Hipotetik (nazari) bölgeler ayrı ayrı belirtilmiş olmasına
rağmen gerçekte bunlar birbiri içine girmiştir, dolayısıyla misel ve
misel-arası fazla arasında boşluk yoktur. Şekil-449‘daki koşullarda
sistem denge halindedir ve miseller sistem içinde kolloidal olarak
dağılmışlardır. Yakıta parafinik bir seyreltici ilave edildiğinde maltenin C/H
oranı düşer, bu durumda asfalten üzerinde tutulmuş olan reçine moleküllerinden
bir kısmı sürekli faza geçer; dolayısıyla asfaltenlerin reçinelerle sarılmış
halde izolasyonu bozulur ve çamurumsu (sludge) ayrılma ve çökelme olur.
Distilat yakıtlar kendilerine özgü standart
bir kodlama (veya numaralandırma) sistemiyle adlandırılır (ASTM D 396’da olduğu
gibi); ancak, özellikle ara yakıtlar (AY veya IF) ile kalıntı yakıtlar bazı
standartlarda ve ekipman üretici firmalarca viskoziteleri belirtilerek
tanımlanır.
Şekil-1: Kalıntı
yakıtın yapısı
Viskozite önemli bir özellik olmasına karşın
yakıtın diğer özellikleri hakkında bilgi vermez, bu nedenle yakıt talebinde
diğer bazı kriterlerin de dikkate alınması gerekir. Yakıtın kullanılacağı
ekipman için uygunluk parametrelerinin saptanması önemlidir. Fuel Oiller genel
olarak hafif fuel oil, orta fuel oil ve ağır fuel oil olarak tanınırlar.
Hafif fuel oil (veya gaz oil) fuel oil No.1
ve No.2 distilat yakıtlardır; bileşimleri ve özellikleri dizel yakıtları No. 1
ve No.2’ye benzer. Bazı küçük motorlarda veya çevre korumanın önemli olduğu
alanlarda çalışan dizel motorlarında kullanılır, açık renkli ve berrak
görünümdedirler; kullanım alanları çeşitlidir; evlerde ve iş yerlerinde ısıtma
yağı olarak ve tankerler, gemiler ve bazı araçlarda yakıt olarak, az da olsa
bazı bölgelerde elektrik üretiminde kullanılırlar. Ancak bu ürünler kirlilik
yaratır ve doğal gazdan daha pahalıdır. Bu yakıtlar gaz oil, bunker gaz oil,
marine gaz oil gibi adlarla da satılır.
Orta
fuel oiller, fuel oil No.4 hafif kalıntıdır; genellikle viskozitelerine
göre sınıflandırılırlar, kodları üretici firmaya göre değişir; örneğin, hafif
marine fuel, orta marine fuel, ince oil gibi.
Tablo-2: Bazı Şirketlerin Orta Fuel Oiller İçin
Kullandıkları Adlar
Kullandıkları Adlar
Mobil
|
Chevron
|
Esso
|
Shell
|
Texaco
|
Motorship
fuel oil
|
*Ara bunker
oil
|
Bunker fuel
oil
|
*Marine fuel
oil
|
*Ara yakıt
|
Hafif marine
fuel oil
|
*Ara bunker
oil
|
*Ara yakıt
|
*Marine fuel
oil
|
*Ara yakıt
|
Marine dizel
oil
|
Marine dizel
oil
|
Marine dizel
oil
|
Marine dizel
oil
|
Marine dizel
oil
|
Distile
marine dizel oil
|
Hafif dizel
|
Hafif dizel
oil
|
Marine dizel
fuel, veya gaz oil
|
Marine
distilat
|
Marine gaz
oil
|
Gaz oil
|
Marine gaz oi
|
Gaz oil
|
Gaz oil
|
Ara yakıtlar (*AY) 50 0C’deki maksimum kinematik
viskozite (cSt) değeriyle belirtilir. Örneğin, AY 180, 50 0C’deki
maksimum kinematik viskozitesi 180 cSt. olan bir ara yakıtı tanımlar. Yüksek
viskoziteli ürünleri atomize edebilen ekipmanlı burnerlerde kullanılır.
Tablo-2'de bazı şirketlerin eşdeğer fuel oiller için kullandıkları adlar
verilmiştir.
Ağır fuel oiller kalıntı yakıtlardır (Şekil-2),
viskoziteleri ve kaynama noktaları oldukça yüksektir. Kullanıma alınırken
düzgün atomizasyon sağlaması için genellikle ön ısıtma gerekir. Kalıntı
yakıtlar ucuzdur ve büyük endüstriyel dizel motorları için uygun yakıtlardır.
Kalıntı ürün olduklarından fazla miktarlarda hava kirliliği
yaratan maddeler içerir; özellikle sülfürlü bileşikler yandıklarında sülfür
dioksit meydana getirirler.
Şekil-2: Kalıntı fuel oil harmanlama şeması
Fuel oil No.5 viskozitesi No.4’den daha fazla, fakat
No.6’dan daha düşük olan ‘orta viskoziteli’ bir kalıntı yakıttır; özellikle
soğuk havalarda kullanılırken ön ısıtması olan sistemlere gerek vardır. Fuel
oil No.6 ‘bunker C yakıtı, ağır fuel oil, bunker fuel oil ve marine fuel oil
gibi’ adlarla da tanınır; yüksek viskozitelidir, ticari ve endüstriyel kazan
yakıtı olarak kullanılır. Depolama tanklarındayken pompalanabilmesi için ön
ısıtma gerekir; ayrıca burnere verilmeden önce homojen olarak atomize
edilebilmesi için ikinci bir ön ısıtma gerekir.
Bunker C yakıtı C9-C36 arasında hidrokarbonlardan oluşur; kaynama
aralığı 340-1060 0F arasındadır; içerdiği hidrokarbonları yaklaşık
miktarları aşağıda verilmiştir.
Hidrokarbon tipi
|
Parafin
|
Naften
|
Olefin
|
Aromatik
|
Kalıntı
|
% hacim
|
14
|
7
|
-
|
34
|
45
|
1.2. Özellikleri
1.2.1. Kalite Özellikleri
Fuel oiller değişik standartlarda farklı şekillerde
sınıflandırılır; bu standartlardan arasında en yaygın olanları ASTM, ISO ve BSI
dır (Tablo-3).
Tablo-3: ASTM D 396, Fuel Oillerin Özellikleri
Özellik
|
No. 1
|
No. 2
|
No. 4
|
No. 5 Hafif
|
No. 5 Ağır
|
No. 6
|
Spesifik gravite, 60/60°F
|
0.8499
|
0.8762
|
...
|
...
|
...
|
...
|
API gravite, maks.
|
35 min.
|
30 min.
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Alev. noktası, 0C, min.
|
38
|
38
|
55
|
55
|
55
|
60
|
Akma noktası, ºC, maks.
|
-18
|
-6
|
-6
|
...
|
...
|
G
|
Distilasyon, % hac., 0C
10 toplanan, (maks.)
|
(215)
|
...
|
...
|
...
|
...
|
|
90 toplanan, (maks.)
|
(288)
|
282-338
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Viskozite
Saybolt, saniye
SSU, 38 0C
SSF, 50 0C
|
...
...
|
32.6-37.9
...
|
45-125
...
|
>125-300
...
|
>300-900
23-40
|
>900-9000
>45-300
|
Kinematik cSt
38 0C
40 0C
50 0C
|
1.4-2.2
1.3-2.1
...
|
2.0-3.6
1.9-3.4
...
|
5.8-26.6
5.5-24.0
...
|
>26.4-65
>24.0-58
...
|
>65-194
>58-168
42-81
|
...
...
>92-638
|
Korozyon, Cu, 50 0C, maks.
|
No. 3
|
No. 3
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Su ve tortu, %hac. maks.
|
0.05
|
0.05
|
||||
Sülfür, % ağ. maks.
|
0.5
|
0.5
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Karbon kalıntısı, son %10’da, maks.
|
0.15
|
0.35
|
...
|
...
|
...
|
...
|
Kül, %ağ. maks.
|
...
|
...
|
0.10
|
0.10
|
0.10
|
...
|
Yoğunluk
Yoğunluk, birim hacmin kütlesidir, kg/m3 birimiyle
verilir. Relatif yoğunluk, bir maddenin t1 sıcaklığında belirtilen
bir hacminin kütlesinin, t1 sıcaklığında belirtilen bir hacim saf
suyun kütlesine oranıdır; birimi yoktur. 1 m3 saf suyun +4 0C’deki
kütlesi 1000 kg olduğuna göre, bir maddenin t1 0C’deki
yoğunluğu, t1/4 0C’deki relatif yoğunluğa eşittir.
Spesifik gravite, bir maddenin belirli bir hacminin
kütlesinin, aynı sıcaklıkta eşit hacimdeki suyun kütlesine oranıdır;
birimsizdir. Bir yakıtın yoğunluğu depolandığı sıcaklıkta ölçülür ve elde
edilen değer standart tablolardan referans sıcaklığa çevrilir; referans
sıcaklık 15 0C’dir. Yoğunluk, yakıtın enerji içeriği ve yanma performansını
etkiler.
Alevlenme Noktası
Bir yakıtın alevlenme noktası, özel test koşullarında
dışardan uygulanan bir alev temasında yakıtın buharlarının tutuştuğu
sıcaklıktır. Kalıntı yakıtlar tankın tepesinden, alevlenme noktalarının altında
bile alevlenebilen hafif hidrokarbonlar çıkarırlar; dolayısıyla bu noktalar
potansiyel yangın noktalarıdır.
Fuel oil sisteminin tümünde sıcaklıklar daima standartlara
uygun olmalı, lokal sıcaklık yükselmelerine izin verilmemelidir. Doldurulmuş
depolama tanklarının tepe bölgesinde toplanan gaz hidrokarbonlar çıkış
borusuyla güvenli bir şekilde dışarı atılmalıdır. Boş veya yarı boş tanklar
doldurulurken ısıtıcı boruların enerjisi kesilmeli ve boruların soğuması
beklenmelidir. Örnek alma da dahil tüm operasyonlar sırasında statik elektrik
tehlikesi göz önünde bulundurulmalıdır.
Akma Noktası
Akma noktası ve bulanıklık noktası yakıtın (veya yağın)
içerdiği waks yapılı hidrokarbonlarla ilgili bir özelliktir. Bulanıklık noktası
berrak bir fuel oil örneğinin soğutulmasıyla waks kristallerinin göründüğü
(hafif sis) en düşük sıcaklıktır. Akma noktası ise soğutulan ve waks oluşması
başlayan fuel oilün hala akabildiği, yani akmasını engelleyecek derecede waks
oluşmadığı en düşük sıcaklıktır.
Yakıtın sıcaklığı akma noktasının altındaki derecelere
düştüğünde waks ayrılması başlar ve bunlar da fi litreleri tıkar. Oluşan waks
tank tabanında ve ısıtıcılar üzerinde de toplanır. Waksların izolasyon özelliği
nedeniyle ısıtıcı sarımlarına enerji verildiğinde bile erimeleri zordur; aşırı
hallerde tankların mekanik yollardan temizlenmesi gerekir. Waks ayrılması
sorunuyla karşılaşmamak için yakıt akma noktasının 5-7 0C üstündeki
sıcaklıklarda depolanmalıdır. Yakıtın gerçek akma noktası çeşitli faktörlere
bağlıdır; bunlar arasında başlıcaları, hampetrolün kaynağı ve hampetrolün
rafinasyonu prosesleridir.
Distilasyon
Distilasyon Tablo-3’da görüldüğü gibi No.1 ve No.2
distilat yakıtlara uygulanan bir kontrol testidir. No.1 kolay buharlaşır, bu
özelliği distilasyon %10 noktasının en fazla 215 0C olması ile
sınırlandırılmıştır.
Viskozite
Pratik uygulamalarda yakıtın viskozitesi en önemli
özelliğidir. Bazı kalıntı yakıtların sınıflandırılmaları viskozitelerine göre
yapılır. Örneğin, deniz araçlarında kullanılan kalıntı yakıtlar IF*** (IF,
intermediate fuel, ara yakıt, AY) kodlarıyla satılır; buradaki ***, yakıtın
senti Stok (cST) birimiyle 50 0C’daki kinematik viskozite değerini
gösterir.
Viskozite değerinin bilinmesi yakıtın depolama, pompalama ve
injeksiyon sıcaklıklarını belirlemek bakımından gereklidir. Ayrıca yakıtın bir
yerden diğer bir yere transfer edilmesinde gerekli gereken ısı da viskozite
değeriyle ilişkilidir. Yakıtın transferi için gereken en düşük viskozite,
transfer pompasının alabileceği maksimum viskoziteyle sınırlanır. Yakıtın
transferi sırasındaki viskozitesi, pompa dizayn değerine göre daha düşük
olduğunda yakıt transferi pompanın basma hızından daha hızlı olur.
Bir yakıtın viskozitesi onun akmaya veya kaymaya karşı
gösterdiği direnç olduğundan, aynı zamanda yakıtın adhesiv/kohesiv veya
sürtünme özelliklerinin de bir ölçüsüdür; bu durum yakıttaki iç moleküler
sürtünmelerle ilişkilidir.
Yakıtların viskoziteleri birbiriyle bağlantılı iki metotla
verilebilir; dinamik (mutlak) viskozite ve kinematik viskozite.
Dinamik viskozite, İki yatay düzlem arasındaki bir birimlik
mesafenin sabit kalması koşuluyla, düzlemlerden birinin birim hızla hareket
ettirilmesi için gereken, birim alana uygulanan tanjantsal kuvvettir. Dinamik
viskozite Poise (P), ve 100’de biri olan sentipoise (cP) birimleriyle verilir.
Kinematik viskozite dinamik viskozitenin yoğunluğa oranıdır.
Stokes (S) ve 100’de biri olan sentistokes (cS) birimleriyle verilir. Her iki
viskozite değeri de testin yapıldığı referans sıcaklıklar belirtilmediğinde bir
anlam taşımaz.
Her yakıtın kendine özgü sıcaklık/viskozite eğrisi vardır,
ancak değerlerde farklılıklar olsa da genel olarak eğrinin eğimi
Şekil-3’de görüldüğü gibidir; sıcaklıktaki
az bir değişiklik, viskozitede büyük değişiklik yaratır.
Şekil-3: Sıcaklık ve viskozite
Korozyon
Bakır şerit korozyon testi No.1 ve No.2 distilat yakıtlara
uygulanır; ASTM D 396 standardında bu özellik maksimum 3 değeriyle
sınırlandırılmıştır. Orta ve ağır fuel oillerde korozyon testi kontrol testleri
arasında yer almaz.
Su ve Tortu
Distilat yakıtlarda su ve tortu çok azdır ve şartnamelerde
de sınır değerleri en fazla %0.05 (hac.) gibi düşük bir değerle sınırlandırılmıştır.
Ağır fuel oillerde su ve tortu süspansiyon halindedir, değerleri de distilat
yakıtlardan oldukça yüksektir; özellikle yüksek viskoziteli ürünlerde su %0.3,
tortu %0.04 değerlerini aşar. Şartnamelerde bu yakıtlar için sınır değerleri
verilmez.
Yakıta suyun karışması çeşitli nedenlerden kaynaklanır;
örneğin, tankın terlemesi gibi. Tankın ısıtılmasında buhar kullanılıyorsa
ısıtma sarımlarından olabilecek sızıntılar yakıta su karışmasına yolaçar.
Yakıttaki suyun karakteri, yani temiz su, acı veya tuzlu su
olup olmadığı elementel analizle sodyum tayini yapılarak saptanır. Dünya
bazında deniz suyundaki tuz miktarı değişken olmasına rağmen, 100mg/kg gibi bir
sonuç yakıta %1 kadar deniz suyu karıştığı şeklinde yorumlanır. Yakıttaki suyu
ayrılabilen kısmı çökeltme tanklarının altından boşaltılır, kalan kısım
santrifüjle uzaklaştırılır. Şekil-4‘deki histogram Dünya marine oil
pazarındaki kalıntı yakıtlardaki su miktarını göstermektedir; ürünlerin büyük
bir çoğunluğunun su içeriği <%0.2 dir.
Şekil-4: Kalıntı yakıtta
su dağılımı |
Şekil-5:
Kalıntı yakıtta
sülfür dağılımı |
Sülfür
Hampetrolde doğal olarak bulunan sülfürlü bazı hidrokarbonlar
hampetrolden distilasyonla hafif fraksiyonların ayrılmasıyla ağır
fraksiyonlarda ve kalıntıda toplanır. Bu nedenle fuel oildeki sülfür miktarının
temel kaynağı işlenen hampetrolün menşei, az derecede etkili olan yan
kaynaklarda rafinasyon prosesleridir. Dünya bazında kalıntı yakıtlardaki sülfür
(Şekil-5), hacimce %2-4 arasında değişir. Yakıtın sülfür içeriği spesifik
enerjisini etkiler, dizel motorunda korozif aşınmaya neden olur.
Karbon Kalıntısı
Karbon kalıntısı yakıtın yanma ve depozit oluşturma
eğilimini gösteren bir kalite kontrol yöntemidir. Testte, inert bir ortamda
yüksek sıcaklıklarda yakılan bir yakıtın bıraktığı karbon depozit miktarı
saptanır. Uygulana iki yöntem şartnamelerde verilen RCR (Ramsbottom Carbon
Residue) ve CCR (Conradson Carbon Residue) testleridir.
Bir yakıtın karbon kalıntısı, elde edildiği rafineri proseslerine bağlıdır. Straight-run
yakıtlar için tipik karbon kalıntısı değerleri, ağırlıkça %10-12 arasındadır.
İkincil dönüşüm proseslerinden üretilen yakıtlarda uygulanan proseslerin
şiddetlerine bağlı olarak değişik değerlerdedir; Dünya bazında ortalama %15-16
arasında olmasına karşın bazı bölgelerde %20’ye kadar yükselir.
Kül
Kül değeri yakıttaki inorganik maddelerin ölçüsüdür ve üç
temel faktöre bağlıdır;
·
Hampetrolde doğal olarak bulunan inorganik
maddeler,
·
Uygulanan rafineri prosesleri,
·
Sonraki işlemler sırasında kum, kir ve pas
tanecikleriyle temas.
Distilat yakıtlarda kül miktarı ihmal edilebilecek
düzeylerdedir. Kalıntı yakıtlar, rafineri prosesleri kalıntılarından elde
edildiklerinden, fazla miktarlarda kül yapıcı maddeler içerirler. Bunlar
arasında vanadyum ile silikon, aluminyum, nikel, sodyum ve demir gibi diğer
maddeler başlıcalarıdır. Şekil-6‘da kalıntı yakıtın Dünya bazındaki tipik
kül değerlerinin histogramı verilmiştir; tipik değerler ağırlıkça %0.03-0.07
arasındadır.
Vanadyum ve Sodyum
Vanadyum tüm hampetrollerde çözünmüş halde bulunan bir
metaldir. Kalıntı yakıtlardaki miktarı hampetrolün çıkarıldığı bölgeye göre
değişir; en yüksek vanadyum içeren hampetroller Venezüella ve Meksika
hampetrolleridir. Kalıntı yakıt içindeki gerçek vanadyum miktarında rafineri
proseslerinden dolayı olan konsantrasyon artması da önemlidir. Kalıntı
yakıtların bazılarında vanadyum miktarı >400mg/kg olmasına karşın, çoğunda
<150 mg/kg seviyesindedir. Vanadyumun hampetrolden veya kalıntı yakıttan
uzaklaştırılması için ekonomik bir proses yoktur.
Yakıt üretildiğinde sodyum miktarı azdır (<50mg/kg),
ancak yakıta deniz suyu karışması halinde her %1 deniz suyu için sodyum 100mg/kg
kada artar. Fazla sodyum suyla yıkama işlemiyle uzaklaştırılabilir; yakıttan
ayrılmazsa kullanım sırasında aşırı yanma kalıntısı bırakır. Fazla
miktarlardaki vanadyum ve sodyum valfler ve diğer parçalar üzerinde yüksek
sıcaklıklarda depozit birikmesine neden olurlar (Şekil-7).
Şekil-6: Kalıntı yakıtta
kül dağılımı |
Şekil-7:
Kalıntı yakıtta
vanadyum dağılımı |
Aluminyum ve Silis
Yakıtlarda aluminyum bulunması, proseslerde kullanılan ve
kalıntılara taşınmış olan katalizörden dolayıdır. Bunlar katalitik kraking
ünitelerinde kullanılan katalizörlerin ince toz tanecikleri halindeki atık
aluminosilikat kompleksleridir. Kraking prosesinde kullanılan katalizöre bağlı
olarak tanecikleri büyüklükleri ve sertlikleri değişir. Yakıtta fazla
miktarlarda bulunması, taneciklerin aşındırma özelliğinden dolayı, özellikle
yakıt pompaları, injektörler, piston sekmanları ve yakıt hatlarında aşınmalara
sebep olarak motora zarar verir. Kullanılan yakıttaki bu taneciklerin maksimum
sınırının 30 mg/kg aluminyum olacak şekilde uygun işlemlerle azaltılması
gerekir (Şekil-8).
Şekil-8: Kalıntı yakıtta
aluminyum ve silisyum dağılımları
Şekil-9: Kalıntı yakıtta tortu
değerlendirme testi
1.2.2. Performans Özellikleri
Tortu, Kararlılık ve Uyumluluk
Tortu: Tortu (sediment) yakıtta çözünmeyen pas
tanecikleri, kum ve çeşitli kirliliklerdir. Berrak fuel oillerde ekstraksiyon
yöntemiyle yakıtın tortu değeri bulunur, ancak bu metot kalıntı yakıtlara
uygulanamaz.
Kararlılık: Kararlılık (stabilite) aynı koşullar
altında kalıntı yakıtın özelliklerini koruyabilmesi, yani içerdiği
hidrokarbonların parçalanmaya karşı direnci olarak tanımlanır. Tersine, kararsızlık
(instabilite), zaman ve sıcaklığa bağlı olarak yakıtta asfaltenler veya
karbonca zengin maddelerin oluşarak depozit miktarının artmasıdır
(Şekil-9).
Tortular ve tortu tayin testleri çeşitlidir. Kalıntı
yakıtlarda üç tip tortu tanımlanır; toplam mevcut tortu (TES), toplam tortu
potansiyeli TSP (Total Sediment Potential) ve hızlandırılmış toplam tortu TSA
(Total Sediment Accelerated).
Testleri üçünde de örnek çift katlı filtre kağıdından
süzülür, ancak herbir örneğin teste hazırlanması farklıdır. TSE testinde örnek
herhangi bir ön işlem yapılmaksızın doğrudan süzülür ve toplanan tortu miktarı
kirliliği gösterir. TSA testi için örneğe %10 kadar setan ilave edilir, karışım
100 0C’de 1 saat ısıtılır ve sonra süzülür. TSP testi yakıtın termal
yaşlanmasını gösteren bir testtir, örnek süzme işleminden önce 100 0C’de
24 saat bekletilir, sonra süzülür.
Uyumluluk: Üretilen herbir yakıt kendi bünyesinde
kararlıdır; ancak iki kararlı yakıtın harmanlanmasıyla elde edilen karışım, bu
yakıtlar birbirleriyle uyumlu değilse kararlı olmaz (Şekil-10). Uyumsuzluk,
bir kalıntı yakıtın seyreltildiğinde veya diğer bir fuel oil ile
harmanlandığında depozit (çamur) oluşturma eğilimidir. Uyumlu bir yakıt harmanı
homojendir, normal depolama koşullarında önemli miktarlarda depozit oluşmasına
karşı direnç gösterir.
Uyumsuz yakıtlarda bunker ve servis tanklarında çamur
birikmesi, boru hatlarının ve filtrelerin tıkanması gibi sorunlarla
karşılaşılır.
Şekil-10: Kalıntı yakıt ve distilat yakıt arasındaki uyumsuzluk
nedeniyle, potansiyel çamur oluşma eğilimi
1.2.3. Spesifik Enerji
Bir yakıtın enerji içeriği yanma ısısı, spesifik enerji veya kalorifik değerle ifade edilir. Yakıtın yoğunluğu, sülfür miktarı, su ve kül değerinin yükselmesi enerji değerini düşürür. Spesifik enerji (veya kalorifik değer) MJ/kg birimiyle verilir
Yakıtın spesifik enerjisi bileşimine bağlıdır. Yakıtın temel
bileşenleri karbon ve hidrojendir; bunların her ikisi de yandıklarında enerji
açığa çıkar. Sülfür de yandığında enerji verir, ancak miktarı karbon ve
hidrojene göre çok düşüktür. Yakıtın yoğunluğu, karbon/hidrojen oranının
artmasıyla artar.
Fuel oillerin spesifik enerjileri (veya kalorifik değerleri)
kömür veya kokun yaklaşık 1.5 katı kadardır. Test yöntemiyle bulunan değer
yanma sonucu oluşan tüm ısıyı ölçer, dolayısıyla brüt değerdir, net kalorifik
değer hesapla bulunur. Net kalorifik değer, brüt kalorifik değerden, yanma
sırasında oluşan su buharının iç buharlaşma ısısı kadar daha düşüktür. İki
değer arasındaki fark
·
distilat yakıtlarda 2.790 MJ/kg (1200 Btu/lb),
·
hafif fuel oiller için 2.560 MJ/kg (1100 Btu/lb)
·
ağır fuel oiller için 2.325 MJ/kg (1000 Btu/lb)
dir.
Yakıtın kalorifik değeri, relatif yoğunluğun artmasıyla
ağırlık bazında azalırken, hacim bazında artar. Spesifik enerji yakıtın üretimi
sırasında ölçülemez, kabul edilebilir doğrulukla deneysel eşitliklerle
hesaplanır. Bunlardan biri dizel motorları için uygulanan net spesifik enerji
(Qn, alt kalorifik değer), diğeri kazanlara uygulanan brüt spesifik
enerjidir (Qb, buna üst kalorifik değeri denir). Brüt spesifik enerjiye
üst kalorifik değer, net spesifik enerjiye de alt kalorifik değer denir.
Şekil-11, yakıtın net spesifik enerjisinin,
Şekil-12, brüt spesifik enerjinin yakıtın yoğunluk ve sülfür miktarıyla
olan ilişkilerini gösteren nomogramlardır. Kalıntı yakıtın (Dünya bazında)
yoğunluğu 975-990 kg/m3 ve sülfür seviyesi ağırlıkça %2-4
aralığındadır. Yakıtın içerdiği kül miktarının spesifik enerjiye etkisi çok
azdır, her %0.05 (ağ.) kül değeri için spesifik enerjiden 0.02 MJ/kg düşürülür.
Yakıtın kül içeriği %0.03-0.07% aralığında değişir.
Şekil-11: Fuel oillerde net spesifik enerjinin
sülfür miktarıyla değişmesi
sülfür miktarıyla değişmesi
Şekil-12: Fuel olillerde brüt spesifik enerjinin
yoğunluk ve sülfür ilişkisi
yoğunluk ve sülfür ilişkisi
Spesifik enerji, net, MJ/kg
Qn = (46.704
- 8.802 r 210-6 +
3.167 r 10-3)
[1-0.01(x+y+s)] + 0.01 (9.420s - 2.449x)
Spesifik enerji, brüt, MJ/kg
Qb = (52.190
- 8.802 r 2 10-6)
[1 - 0.01 (x+y+s)] + 9.420 (0.01s)
1.2.4. Yanma Kalitesi
Tutuşma
Bir dizel motorunun performansı kullanılan yakıtın (distilat
yakıt veya kalıntı yakıt) tutuşma kalitesine bağlıdır. Kaliteli bir yakıtla
çalışan bir motorda optimum koşul silindirlere verilen yakıtın pistonun en
uygun konumda bulunduğu noktada (ÜÖN, üst ölü nokta) tutuşması, bunu düzgün ve
hızlı bir yanmanın izleyerek yakıtın gaz halindeki yanma ürünlerine
parçalanmasıdır. Bunu sağlamak için yakıt injeksiyonu, piston üst ölü noktaya
ulaşmadan biraz önce yapılır, dolayısıyla yakıt injeksiyondan kısa bir süre
sonra, yani “gecikmeyle” tutuşur. “Gecikme süresi” motor dizaynı, çalışma
koşulları, yakıtın havayla karışma verimi ve yakıtın fiziksel ve kimyasal
özellikleri gibi çeşitli faktörlere bağlıdır.
Bu sürenin optimum değerden uzun olması, daha fazla miktarda
buharlaşmış yakıtın tutuşmasına, aniden basınç yükselmesine dolayısıyla motorun
fena ve vuruntulu çalışmasına neden olur.
Distilat Yakıtlar
Distilat marine yakıtların tutuşma kalitesi setan sayısıyla
tanımlanır. Setan sayısı özel bir test motorunda tayin edilir, uzun, pahalı bir
performans testidir, rutin kalite testi olarak uygulanmaz. Alternatif bir metot
setan indeksidir; yakıtın yoğunluğu ve distilasyonda %50 sinin toplandığı
sıcaklık değerinden hesaplanır.
Kalıntı Yakıtlar
Kalıntı yakıtlar için ne setan sayısı, ne de setan indeksi
değerleri saptanamaz. Çünkü setan sayısı tayini için bu yakıtlara uygun
standart bir test motoru dizayn edilemez; setan indeksin hesaplanması için de
gerekli olan sıcaklık değeri, kalıntı yakıtların atmosferik basınçta, hatta
bazan vakumda bile distillenememeleri, dolayısıyla %50 fraksiyonun toplandığı
sıcaklığın tespit edilememesidir.
Bir kalıntı yakıtın yanması çok-kademeli bir prosestir, ve
bunlardan biri de yakıtın tutuşma kalitesidir. Kalıntı yakıtların tutuşma
özelliğinin saptanmasında iki ampirik eşitlik kullanılabilir; bunların ikisi de
yakıtın yoğunluğu ve viskozitesine dayanır:
·
Hesaplanmış tutuşma indeksi, CII (Calculated
Ignition Index); distile yakıtlar için verilen setan indeksi seviyelerinde
değerlerdir.
·
Hesaplanmış karbon aromatiklik indeksi, CCAI
(Calculated Carbon Aromaticity Index); 800-880 arasında değerlerdir.
Bu iki eşitlikten CCAI değerlerinin kullanımı daha
yaygındır.
Fuel Oilün Değerlendirilmesi
CCAI ve CII değerleri yakıtı kalitesi yönünden
değerlendirmeye olanak verir, ancak tutuşma performansı için mutlak bir ölçü
değildir. Çünkü yakıtın tutuşma performansında etkili faktörlerden sadece biri
yakıtın kalitesidir; motor dizaynı ve çalışma koşulları da önemli
parametrelerdir. Bu nedenle tutuşma kalitesi için genel sınırlama değerleri
verilmez; bir motorda sorun yaratan belirli bir CCAI değerindeki yakıt, aynı
motorun zıt şartlarda çalıştırılmasında yeterli olabilir.
T + 273
CCAI = r – 81 – 141 log [log (Vk + 0.85)] - 483 log
(¾¾¾¾ )
323
CII = (270.795 + 0.1038
T) – 0.254565 r + 23.708 log log (Vk +
0.7)
r = yoğunluk, kg/m3, 15oC
Vk = kinematik
viskozite, cSt, T 0C
Viskozite (50 0C’de) sabitken yoğunluğu artarsa
CII değeri düşer, CCAI değeri ise yükselir. Benzer şekilde, yoğunluğun sabit
kalması ve viskozitenin düşmesi, CII değerinin azalmasına ve CCAI değerinin
artmasına neden olur. Genel olarak sorunsuz çalışmak için CII değerinin 30’un
altına ve CCAI değerinin de 870’in üstüne çıkmaması istenir.
GERİ (hampetrolden petrokimyasallara)
