1. BİLEŞİMİ VE ÖZELLİKLERİ
1.1. Bileşimi
Jet yakıtındaki hidrokarbonların hemen hepsi parafin, naften
veya aromatik yapıdadır. Aynı tipteki jet yakıtlarının değişik bazı
özellikleri, bu üç gruptaki hidrokarbonların farklı oranlarda bulunmasından
ileri gelir; bu farklılıklar yakıtın özelliklerini ve bir türbin motorundaki
performansını etkiler. Jet yakıtlarına bazı katkı maddeleri ilave edilir; metal
deaktivatör, buzlanma önleyici, yağlayıcı, biyosid, termal stabilizörler gibi.
Monosiklik ve disiklik aromatik bileşiklerin miktarı
distilasyon değerleriyle sınırlandırılmıştır. Jet A ve Jet A1’de toplam
aromatik bileşikler %25 (hacimce) ve toplam naftalinler %3.0 maksimum
değerleriyle sınırlandırılmıştır. Heteroatomlu bileşikler de, özellikle
sülfürlü bileşikler şartname değerleriyle kontrol altında tutulur, nitrojenli
bileşikler ise sadece eser miktarda bulunur.
Ticari Jet yakıtlarının çoğunun baz hidrokarbonlar bileşimi
gazyağıyla hemen hemen aynıdır; şartnamelerdeki en önemli farklılık sülfür ve
aromatik bileşiklerin gaz yağındakinden daha düşük olmasıdır. Diğer ticari ve
askeri jet yakıtları ‘wide –cut’ tip yakıtlardır; bunlar gazyağının daha düşük
kaynama aralıklı akımlarla (straight-run nafta gibi) karıştırılmasıyla üretilir
dolayısıyla uçuculukları daha yüksektir. Tablo-1‘de bazı jet yakıtlarının
API graviteleri, kaynama aralıkları ve bileşimleri, Tablo-2’de hidrokarbon
tiplerine örnekler verilmiştir.
Jet yakıtı karışımındaki maddelerin molekül ağırlıkları ve
karbon sayıları bazı özelliklerle sınırlandırılır; bunlar, distilasyon, donma
noktası, bazen naftalin ve islenme noktası değerleridir.
Tablo-1: Bazı Jet Yakıtlarının Bileşimleri
Özellik ve Bileşim
|
Ticari Jet A (gazyağı)
|
Askeri Jet yakıtları
|
|
JP-4
(wide cut)
|
IP-5
(gazyağı)
|
||
Gravite, API
|
42.3
|
54.8
|
41.0
|
Kaynama aralığı, °C
|
170-300
|
48-270
|
150-290
|
Doymuş hidrokarbonlar, % hac.
|
80.7
|
88.4
|
81.1
|
Aromatikler, % hac.
|
15.8
|
10.8
|
16.5
|
Olefinler, % hac.
|
1.8
|
0.8
|
1.4
|
Sülfür, % hac.
|
0.035
|
0.018
|
0.020
|
Tablo-2: Jet Yakıtında Bulunan Bazı
Hidrokarbonlar
Hidrokarbonlar
Hidrokarbon Füze Yakıtları
Hidrokarbon füze
yakıtları JP-9 ve JP-10 uçaktan atılan füzeler için özel olarak geliştirilmiş
yakıtlardır, çok pahalıdır ve fiyatın önemli olmadığı özel koşullar için
gereken miktarlarda üretilir. JP-10 ekzo-tetrahidro-di-siklopentadien, JP-9 ise
Tablo-3’teki üç bileşiğin karışımıdır.
İstenilen özellikler
maksimum volumetrik enerji içeriği, temiz yanma ve iyi düşük-sıcaklık
performansıdır; bu gereksinimleri karşılamak için yüksek yoğunluklu saf naften
hidrokarbonlar veya bunların harmanlanmasıyla hazırlanan karışımları
kullanılır.
Tablo-3: Hidrokarbon füze yakıtları
Jet Yakıtının
Kararsızlığı
Termal stabilite jet
yakıtının önemli bir özelliğidir; kararsız bir yakıtta peroksitler,
hidroperoksitler, çözünür gum ve çözünmeyen maddeler veya kritik malzemelerin
üzerlerini kaplayan partiküller oluşur.
Jet yakıtının
kararsızlığı ile ilgili kimyasal reaksiyonlar fazla aydınlatılamamıştır.
Kararsızlığa, yakıtta bulunan çok düşüş konsantrasyonlardaki (ppm
seviyelerinde) bazı nitrojen ve/veya sülfürlü bileşikler, organik asitler ve
reaktif olefinlerin neden olduğu ve reaksiyonların çok-kademeli oksidasyon
reaksiyonları olduğu düşünülmektedir. Oksidasyon reaksiyonlarında ortamda
bulunabilecek bazı çözünmüş metaller, özellikle bakır katalizör etkisi
gösterir.
1.2 Özellikleri
Ürün şartnameleri,
ürünün tanımı ve kontrolü için üreticiler ve kullanıcılar arasında kurulmuş
olan mekanizmadır (Bak. Bölüm Şartnameler ve Test Metotları). Tablo-4’ de
verilen ASTM D 1655 jet yakıtı şartnamesi 30’dan fazla diğer ASTM test metoduna
gönderme yapar.
Sivil Jet Yakıtları:
Amerika’da ASTM D 1655 (Jet A and Jet A-1 ve Jet B); İngiltere’de DERD 2494
(Jet A-1); Kanada’da CGSB (Jet B), Rusya’da GOST (TS-1, T-1, T-2, RT)
şartnameleri. Dünyadaki bazı şirketler bölgesel farklılıklara göre bu şartnamelerle
belirtilen yakıtlardan seçtiklerini kullanmaktadırlar. International Air
Transport Association (IATA) dört tip yakıt içeren bir şartname çıkarmıştır;
bunlardan üçü gazyağı bazlı (Jet A, Jet A-1 ve TS-1) ve biri de wide-cut bazlı
(Jet B).Jet yakıtlarıdır.
Tablo-4: Jet Yaktı Şartnameleri, ASTM D 1655
Özellik
|
Jet A /A-1
|
Jet B
|
Test, ASTM
|
Yoğunluk , 15ºC, kg/m3
|
775 - 840
|
751 - 802
|
|
Alevlenme noktası, ºC, min.
|
38
|
||
Buhar basıncı, 38ºC, kPa, maks.
|
21
|
||
Distilasyon, % hac., 0C, maks.
|
D 86
|
||
10 toplanan,
maks.
|
205
|
-
|
|
20 toplanan,
maks.
|
-
|
145
|
|
50 toplanan,
maks.
|
kayıt
|
190
|
|
90 toplanan,
maks
|
kayıt
|
245
|
|
SKN, 0C, maks.
|
300
|
-
|
|
kalıntı, ml. maks.
|
1.5
|
1.5
|
|
kayıp, ml. maks.
|
1.5
|
1.5
|
|
Donma noktası, ºC, maks.
|
–40 (A), –47 (A1)
|
– 50
|
|
Viskozite, –20ºC, cSt. maks.
|
8.0
|
-
|
D 445
|
Asitlik, top. mg KOH/g, maks.
|
0.10
|
–
|
D 3242
|
Aromatikler, % hacim, maks
|
25
|
25
|
D 3227
|
Sülfür, merkaptan, % ağ. maks
|
0.003
|
0.003
|
D 1266
|
Sülfür, toplam, % ağ. maks
|
0.30
|
0.30
|
|
Net yanma ısısı, MJ/kg, min
|
42.8
|
42.8
|
D 1740
|
Luminometre no., min.
|
45
|
45
|
D 1322
|
İslenme noktası, mm, min.
|
25
|
25
|
D 1322
|
Naftalenler, % hac., maks.
|
3.0
|
3.0
|
D 1840
|
Mevcut gum, mg/100 mL, maks.
|
7
|
7
|
D 381
|
Su reaksiyonu, maks
|
1b
|
1b
|
D 1094
|
Filtre p düş. mm Hg, maks.
|
25
|
25
|
|
Tüp kalıntısı, maks.
|
3
|
3
|
|
Korozyon, 2 sa., 100ºC, maks.
|
No. 1
|
No. 1
|
D 130
|
Askeri Jet
yakıtları: Her devletin askeri amaçlı Jet yakıtı şartnamesi vardır. Çeşitli
jet yakıtı şartnameleri (JP-1*, JP-2*, JP-3*, JP-4, JP-5, JP-6*, JPTS, JP-7,
JP-8 ) çıkarılmış, bunlardan bazıları (*) gelişen teknolojilere paralel olarak
iptal edilmişlerdir. Halen en fazla kullanılmakta olan askeri jet yakıtları
JP-5 ve JP-8 olup, her ikisi de gazyağı bazlıdır, başlıca farklılıkları
alevlenme noktalarıdır; sırasıyla minimum 60 ve 38 0C’dir.
ASTM D 1655 şartnamesi
2000 yılında revize edilmiştir; Tablo-4’de ASTM D 1655, Tablo-5’de
farklı ülkelere ait temel sivil jet yakıtlarının bazı şartname özellikleri,
sınır değerleri ve test metotları kıyaslaması verilmiştir.
Şartnameyle kontrol
altına alınmış özellikler birbirinden tamamen bağımsız değildir; örneğin,
toplam aromatikler arttığında, yoğunluk, son kaynama noktası sıcaklık ve donma
noktası da artar, islenme noktası ise düşer.
Tablo-5: Bazı Sivil Jet
Yakıtı Şartnameleri
Yakıt
|
Jet A
|
Jet A-1
|
TS-1
|
Jet B
|
Şartname
|
ASTM D 1655
|
DEF 91-91
|
GOST 10227*
|
CGSB-3.22
|
Yoğunluk , 15ºC, kg/m3
|
775–840
|
775–840
|
775 (20ºC,min.)
|
750-801
|
Alevlenme noktası, ºC, min.
|
38
|
38.0
|
28
|
–
|
Buhar basıncı, kPa, maks.
|
–
|
–
|
–
|
21
|
Distilasyon, ºC:
|
||||
İKN, ,
0C,
|
–
|
kayıt
|
150
|
kayıt
|
10 toplanan,
maks.
|
205
|
205
|
165
|
kayıt
|
50 toplanan
|
kayıt
|
kayıt
|
195 maks.
|
110-190
|
90 toplanan,
maks
|
kayıt
|
kayıt
|
230
|
245
|
SKN, 0C, maks.
|
300
|
300
|
250
|
kayıt
|
Donma noktası, 0C, maks.
|
– 40
|
– 47.0
|
–
|
– 51
|
Buzlanma noktası, 0C, maks.
|
–
|
–
|
– 50
|
–
|
Viskozite, kinematik, cSt.
|
||||
–20ºC, maks.
|
8
|
8
|
-
|
-
|
20ºC, min.
|
-
|
-
|
1.25
|
-
|
–40ºC, maks
|
-
|
-
|
8
|
|
Aromatikler, %hac., maks.
|
25
|
25.0
|
22 (% ağ.)
|
25.0
|
* Bu şartname
testleri diğerlerinden farklı olduğundan değerler kıyaslamaya alınamaz,
**Kontrol edilmez
Yoğunluk ve Enerji
Bir uçak türbin motoru, yakıtın kimyasal
enerjisini mekanik ve ısı enerjilerinin bir kombinasyonuna dönüştürerek güç
yaratır. Uçakların çoğunda büyük mekan olduğundan ısıtma önemlidir; bu nedenle
de yakıtın enerji içeriği önemlidir.
Herbir hidrokarbonun enerjisi farklı
olduğundan jet yakıtı harmanındaki bileşenlerin türleri ve miktarları
önemlidir. Yakıtın yoğunluğu, bileşiminin bir fonksiyonu olduğundan enerji
değerinin bir göstergesidir.
Genellikle yoğunluğu düşük olan yakıtların
gravimetrik enerji içeriği, yüksek olanların ise volumetrik enerji içeriği
fazladır. Bu etki farklı jet yakıtları ve uçak benzini kıyaslandığında açıkça
görülür (Tablo-6).
Tablo-6: Jet Yakıtları Ve Uçak Benzininde
Yoğunluk-Enerji Değerleri
Yoğunluk-Enerji Değerleri
Tipik yoğunluk
|
Tipik enerji içeriği
|
|||||
Gravimetrik
|
Volumetrik
|
|||||
Yakıt
|
g/ml
|
lb/U.S. gal
|
Btu/lb
|
MJ/l
|
Btu/gal
|
|
Jet yakıtı
Wide-cut tipi
Gazyağı tipi
|
0
0.810
|
6.36
6.76
|
45,54
43,28
|
18.610
|
33.18
35.06
|
119,000
125,800
|
Uçak benzini
|
0.715
|
5.97
|
43,71
|
18,800
|
31.00
|
112,500
|
Uçak yakıtlarında yüksek volumetrik enerjili,
yani yüksek yoğunluklu yakıtlar tercih edilir; çünkü belirli bir hacimdeki
volumetrik enerji daha fazla olduğundan bir depo yakıtla alınacak uçuş yolu
daha uzun olur.
Uçuculuk; Buhar Basıncı, Distilasyon
Uçuculuk bir yakıtın buharlaşma eğilimidir;
iki fiziksel özellikler, buhar basıncı ve distilasyon profiliyle tanımlanır.
Çok uçucu bir yakıtın buhar basıncı daha yüksektir ve distilasyon ilk noktası
daha düşüktür.
Yakıtlar için uçuculuk önemlidir; çünkü
yakıtın yanabilmesi için önce buharlaşması gerekir. Ancak gereğinden fazla
uçuculuk yakıtta buharlaşma kayıplarına ve yakıt sisteminde buhar tıkanmasına
neden olur. Gazyağı-tip ve wide-cut tip jet yakıtları arasındaki temel
farklılıklardan biri uçuculuktur. Buhar basıncı değerleri (RVP) kıyaslandığında
daha az uçucu olan gazyağı-tip jet yakıtının 1 kPa (0.14 psi), wide-cut tipin
ise 21 kPa (3 psi) dolayında olduğu görülür.
Gazyağı-tip jet yakıtının karbon sayısı
dağılımı 8-16, wide-cut tip jet yakıtının 5-15 karbon arasındadır
(Şekil-1).
Şekil-1: Gazyağı ve wide-cut tipi jet yakıtlarının
distilasyon eğrileri.
distilasyon eğrileri.
Yağlayıcılık
Jet yakıtının, yakıt sitemindeki bazı
hareketli parçaları ve akış kontrol birimlerini yağlayıcı özellileri olmalıdır.
Şartnamelerde viskozite için alt sınır verilmediğinde distilasyon değerleri bu
sınırı koyar; distilasyon gereklerini karşılayan bir gerekli hidrodinamik
yağlamayı yapabilecek özelliklerdedir.
Straight-run (SR) jet yakıtlarına eser
miktarlarda (~10 ppm) oksijen, nitrojen ve sülfür bileşikleri ilave edilerek
sınır-yağlayıcı özellik kazandırılır. Yakıtın sınır-yağlayıcı özelliği özel bir
test motorunda saptanır. Fiziksel veya kimyasal veriler yeterli değildir; aynı
miktarlarda sülfür ve aromatik bileşikler içeren yakıtların yağlayıcı
özellikleri farklı olabilir.
Yağlayıcılık
Yağlayıcılık,
birbirine karşı hareket halindeki katı yüzeyler arasındaki sürtünmeyi azaltma
özelliğidir.
Hidrodinamik
yağlama: Hareketli yüzeylerin birbirleriyle teması, aralarındaki sıvı
yağlayıcı bir tabaka tarafından engellenir. Yüksek viskoziteli sıvıların bu
tür yağlayıcılık özellikleri düşük viskoziteli sıvılardan daha üstündür.
Sınır
yağlama: Yüzeyler arasındaki boşluk çok az olduğunda yağlayıcı sıvı tabaka
dışarı atılır ve hidrodinamik yağlama olmaz, bu halde sınır yağlama önem
kazanır. Sınır yağlayıcılar metal yüzeyler üzerinde yapışarak aşınma-önleyici
koruyucu bir tabaka oluşturan bileşiklerdir.
|
Akışkanlık
Jet yakıtı uçağın kanatlarındaki yakıt
tankından yakıt sistemi yoluyla motora kolaylıkla akabilmelidir. Yükseklik
arttıkça ısı düştüğünden uçağın tanklarındaki yakıt soğur; veya yerdeki tanklardaki
yakıt kış mevsimlerinde çok soğur. Tüm koşullar altında jet yakıtının
akışkanlığını koruması, çok viskozlaşmaması, donmaması gerekir.
Wide-cut tip jet yakıtların viskoziteleri ve
donma noktaları gazyağı-tip jet yakıtlarından daha düşük olduğundan soğuk iklim
şartlarına daha uygundur.
Donma Noktası
Jet yakıtının donma
noktası, vaks kristalleri oluşuncaya kadar soğutulan test örneği ısıtıldığında
içerdiği son vaks kristallerinin de eridiği sıcaklık olarak tanımlanır. Buna
göre donma noktası yakıtın katılaşma noktasından daha yüksek bir sıcaklıktır.
Yakıt sisteminin en
önemli özelliği tanklardaki yakıtı motora pompalama performansıdır;
pompalayabilme yakıtın akışkanlığına ve sistemin dizaynına bağlıdır. Simülasyon
testlerinde düşük-sıcaklıkta pompalanabilme kriteri olarak yakıtın donma
noktası baz alınır; jet yakıtları donma noktasından 4ºC-15ºC daha düşük
sıcaklıklarda pompalanabilir.
Viskozite
Jet yakıtının fiziksel
özelliklerinden viskozite ve donma noktası, akışkanlığının kantitatif
ölçüsüdür.
Jet yakıtı, türbin
motorunun yanma bölümüne nozullardan enjekte edilir; sistem, yakıt
damlacıklarını incecik spreyler halinde püskürterek havayla karışırken hemen
buharlaşmasını sağlar. Buradaki damlacıkların büyüklüğü ve spreyin şekillenmesi
yakıtın viskozitesine göre değişir.
Viskozite gereken
değerden yüksekse motor kalkışta zorlanır, yakıt sistemi hatlarında basınç
düşmesi fazla olur ve sabit yakıt akış hızını sürdürebilmek için yakıt
pompasının daha fazla güçle çalışması gerekir. Bu nedenlerle şartnamelerde
viskozite maksimum değerlerle sınırlandırılır.
Wide-cut jet yakıtı
viskozitesi ve donma noktası gazyağı-tip jet yakıtından daha düşük olduğundan
soğuk iklimlere daha uygundur.
Yanma Özellikleri
Pistonlu motorlar ve
jet motorları arasındaki temel farklılık pistonlu motorlarda yanmanın kesikli,
jet motorlarında ise sürekli olmasıdır. Bu nedenle herbirinin gereksindiği
yakıtın yanma kalitesi farklıdır. Pistonlu motorlarda iyi performans
alınmasında yanmanın zamanlaması çok önemlidir; oysa yanma sürekli olduğunda
zamanlama önemli değildir.
Jet motorlarında yakıt
yanmaya başladığında hemen küçük karbon tanecikleri oluşur; bunlar alevlerin
arasından geçerken tekrar yanmaya devam eder ve uygun koşullar sağlandığında
tamamen yanarlar. Yanma odacığı yüksek sıcaklık ve basınçtadır; bu koşullar
altında meydana gelen karbon zerrecikleri, yakıtın kalitesine bağlı olarak tam
yanmayı tamamlayamadan akkor hale
geçebilirler. Böyle bir durumda yanma gazlarının ısısını absorblayacak
şekilde dizayn edilmiş olan yanma odacığı duvarları fazladan bu akkor haldeki
infrared ışınları da absorblayarak kapasitelerinin üstünde ısınırlar ve
dolayısıyla hasarlanırlar.
Karbon taneciklerinin
yaratacağı diğer tehlikeler türbin kanatları ve statora çarparak erozyona neden
olmaları, yanma odacığına hava besleyen delikleri tıkamaları ve yanma
ürünlerinin akış paternlerini değiştirmeleridir; motor emisyonlarında is
miktarı fazla olur.
Fazla miktarlarda
aromatik bileşikler, özellikle de naftalinler içeren yakıtların bu tür karbon kalıntısı
yüksektir; bu nedenle jet yakıtları şartnameleri toplam aromatikler ve toplam
naftalinleri sınırlar.
Kirlilikler
a. Gum: Termal
stabilite jet yakıtının çok önemli bir özelliğidir; peroksitler ve hidroperoksitler
oluşumu, çözünür gumlar ve özellikle çözünmeyen maddeler jet yakıtının kritik
özellikleridir.
b. Su: Jet
yakıtlarında su üç şekilde bulunabilir; yakıtta çözünmüş halde, ayrı bir faz
halinde (serbest su) ve yakıt-su emülsiyonu şeklinde. Yakıtta çözünmüş olarak
bulunan su herhangi bir sorun yaratmaz, ancak serbest ve emülsiyon haldeki su
potansiyel tehlikedir ve çok önemli zararlara yola çar.
Jet yakıtının su çözme
kapasitesi çok düşüktür; çözünebilen suyun miktarı yakıtın aromatik bileşenler
içeriğinin ve sıcaklığının artmasıyla artar. Örneğin gazyağı-tip bir jet yakıtı
ortamda bulunabilecek sudan 21 0C’de 40-80 ppm kadar suyu çözerek
suyla doygun duruma gelir; sıcaklığın artmasıyla bu değerler yükselirken,
sıcaklığın düşmesi çözünmüş suyun bir kısmının serbest su halinde yakıttan ayrılmasına
neden olur.
Jet yakıtı tamamen
kuruysa, ortamda serbest su yoksa bile havadan su çeker; örneğin relatif nemi
%50 olan havayla temas eden yakıt 20-40 ppm kadar su çekebilir.
Serbest haldeki su
yakıt fazının altında ayrı bir faz olarak ayrılır. Su fazının ayrıma hızı ve
yakıt-su ara yüzeyinin keskinliği yakıttan suyun ayrılabilmesinin bir
göstergesidir ve şartnamelerle belirlenmiştir. Ayrılan serbest su tanktan veya
gerekli noktalardan çekilerek yakıt serbest sudan arındırılır. Yakıtta kalması
halinde uçağın yüksek sıcaklıklarda karşılaşacağı düşük sıcaklıklarda donarak
filtreleri tıkar, yakıt akışını bozar, korozyona neden olur ve sisteme önemli
zararlar verir.
Emülsiyon, birbirinde
çözünmeyen iki sıvının birbiri içinde çok küçük (çapları <100 mikrometre)
damlacılar halinde dağılmasıyla oluşan homojen olmayan bir emülsiyonunda
sürekli faz yakıttır. Suyun yoğunluğu yakıtın yoğunluğundan daha fazla olduğu
halde su emülsiyondan ayrılıp faz oluşturamaz; nedeni su damlacıklarının
yüzeyinde toplanan sörfaktan maddelerin su-hidrokarbon karışımını kararlı hale
getirmesidir. Su polar bir bileşiktir, yakıt ise non-polardır. Yakıt içindeki
bazı hidrokarbon molekülleri hem polar ve hem de non-polar gruplar içerir;
bunlar polar uçlarıyla suyla, non-polar uçlarıyla da yakıt molekülleriyle
etkileşir. Bu tür ikili özellikteki moleküllere sörfaktan denilir. Emülsiyonun
kırılması ve suyun ayrılması için yakıta çok az miktarlarda demülsifiyer katkı
maddeleri ilave edilmesi gerekir. (Bak. Katkı maddeleri-Sörfaktan)
Kararlılık
Kararlı bir yakıt
özellikleri zamanla (depolama stabilitesi) ve sıcaklıkla (termal stabilite)
değişmeyen yakıttır.
Jet yakıtının
kararsızlığı, yakıt harmanındaki çok-kademeli kimyasal reaksiyonlardır;
bunların bazıları oksidasyon reaksiyonlarıdır. İlk reaksiyon ürünleri hidroperoksitler
ve peroksitlerdir; bu bileşikler yakıtta çözünmezler, yakıt sistemindeki bazı
elastomerik malzemeyi etkileyerek bozar ve ömürlerini kısaltırlar. Diğer reaksiyonlarla
çözünür gum ve çözünmeyen tanecikler meydana gelir; bunlar yakıt filtrelerinin
tıkar, yakıt sisteminde birikintiler oluşturur ve akıt akış rejimini bozar.
Depolama Kararlılığı
Jet yakıtının
depolanması süresinde genellikle önemli kararsızlık sorunlularıyla
karşılaşılmaz; Çünkü depolanan yakıtı birkaç ay gibi kısa süre içinde
tüketilir. Silahlı kuvvetler acil durumlar için daha uzun süreli depolama
yaptıklarından askeri jet yakıtları için şartnamelerde depolama kararlılığı
istenir.
Depolama stabilitesi
yakıtın bileşimine bağlı bir özelliktir; kararsızlık reaksiyonları hızlıdır ve
çevre sıcaklığının artmasıyla daha da hızlanır. Depolama süresi de dikkate
alınarak ilave edilen antioksidanlarla yakıtın kararlılığı artırılır.
Termal Stabilite
Jet uçaklarında yakıt,
aynı zamanda uçak ve motorda bir ısı değiştirici ortamı görevi yapar; motor
yağı, hidrolik yağ ve uçağın havalandırma sisteminden çıkan ısıyı uzaklaştırır.
Bu nedenle termal stabilite jet yakıtının en önemli özelliklerinden biridir.
Isı transferi yapan yakıt ısınır; yakıtın ısınması ise gum ve katı taneciklerin
oluşumuna, dolayısıyla çeşitli malzemeler üzerinde birikinti toplanmasına yol
açan reaksiyonları hızlandırarak bu maddelerin miktarlarını problemler yaratır,
bakım sürelerini kısaltır. Yakıtın depolama stabilitesini artıran
antioksidanlar termal stabilite sorununu çözemez.
Yakıtın yüksek termal
stabilite özelliklerinde olmamasından kaynaklanan olumsuzluklar yüzlerce veya
binlerce saat uçuştan sonra ortaya çıkar. Zamanın çok uzun ve bu zaman içinde
tüketilen yakıt miktarının çok fazla olması nedeniyle bu koşulları
kapsayabilecek eşdeğer bir termal stabilite testi yoktur; ancak daha ağır
şartlar altında yapılan özel motor testleriyle termal stabilite hakkında bir
fikir edinilebilmektedir. (ASTM D 3241)
Korozyon
Jet uçaklarında yakıt
tanklarda dağıtım aşamalarında ve kullanım sırasında çeşitli metal malzemeyle
temas eder. Yakıt tankları genellikle aluminyumdan yapılır, fakat yakıt
sisteminde çelik ve diğer metallerden yapılmış malzemeler de vardır; ayrıca
çeşitli sızdırmazlık veya kaplama malzemeleri ve elastomerik parçalar da
bulunur. Bu tür tüm metalik ve organik menşeli malzemeye önceden jet yakıtıyla
uyumluluk testleri yapıldıktan sonra kullanılabilir onayı verilir.
Jet yakalarında
korozyona neden olan bileşikler organik asitler ve merkaptanlardır; şartnameler
bu bileşiklerin miktarlarını maksimum değerlerle sınırlar. Bunlardan başka
mikrobiyal çoğalma sırasında oluşan asidik yan-ürünler ve eser miktarlarda
sodyum, potasyum ve diğer alkali metaller de )motorun türbin kısmında) korozyon
yapıcı maddelerdir.
Temizlik
Yakıtın katı tanecikler
(pas, kirlilikler, v.s.,) ve serbest su içermemelidir. Katı tanecikler
filtreleri tıkar, pompanın aşınmasına neden olur. Su yanmayan bir bileşik
olduğundan motorda yakıtın yanma düzenini bozar, yükseklerdeki düşük hava
sıcaklıklarında donarak filtreleri tıkar, yakıt akışını bozar. Suyun diğer bir
olumsuzluğu bazı metalleri korozyona uğratması ve mikroorganizmaların
çoğalmasına yardımcı olmasıdır.
Mikrobiyal Çoğalma
Jet yakıtı
üretildiğinde sterildir, fakat havada bulunan mikroorganizmalar tarafından kısa
sürede kirlenebilir. Yakıtlardaki mikroorganizmalar bakteriler ve fungilerdir
(yeasts ve molds). Bunlar çoğalarak katı kütlelere dönüşürler ve yakıt
filtrelerini tıkarlar, ayrıca oluşan asidik yan-ürünler metal korozyonunu
hızlandırır.
Mikroorganizmaların
çoğu su ve gerekli besinlerin (yakıt ve fosfor) bulunduğu ortamlarda
çoğalırlar. Jet yakıtlarında su ve fosfor miktarı kontrol altında tutularak
mikrop üremesi ve çoğalması önlenir. Gerekli hallerde yakıta çok düşük seviyelerde
biyosid katkı maddeleri ilave edilir.
Güvenlik
Jet yakıtları kolay
tutuşan karışımlar olduğundan gerekli güvenlik koşulları altında aşınmalı,
sıvının dökülmesine ve buharlarının havaya yayılmasına engel olunmalıdır.
Havaya yayılan yakıt buharları yakıtın türüne göre belirli alt ve üst sınırlar
içinde tehlike yaratır; gazyağı tipi jet yakıtları için bu sınırlar %0.6 - 4.7,
wide-cut tipi jet yakıtları için %1.3-8.0 dır.
1.3. Katkı Maddeleri
Jet yakıtı katkı
maddeleri çok çeşitlidir; metal deaktivatörler, buzlanma önleyiciler
(anti-icing), oksidasyon inhibitörleri (antioksidanlar), elektrik iletkenlik
katkıları, korozyon inhibitörleri, dispersanlar, yağlayıcılar, biyosidler, ısıl
kararlılık (termal stabilite) katkı maddeleri, sızıntı saptayıcılardır (leak
detection). (Bak. Bölüm. Katkı Maddeleri.)
2. DÜNYA JET YAKITI
TALEBİ
Dünya jet yakıtı
tüketimleri 1989 yılından itibaren toplanabilmiştir. 1998’deki tüketim 1990
yılına göre % 13 dolayında artış göstermiştir; USA % %38 artışla en yüksek
Pazar durumundadır.
Tablo-7: Dünya Jet Yakıtı Tüketimi
Tüketim, milyon galon/gün
|
|||||
Bölgeler
|
1990
|
1992
|
1994
|
1996
|
1998
|
Güney Amerika
|
69.2
|
66.3
|
69.4
|
72.2
|
74.8
|
Merkez ve Kuzey Amerika
|
6.3
|
6.0
|
7.0
|
7.4
|
7.7
|
Batı Avrupa
|
26.7
|
28.1
|
30.7
|
34.0
|
37.7
|
Doğu Avrupa ve CIS
|
24.1
|
18.4
|
12.4
|
11.4
|
11.8
|
Orta Doğu
|
6.6
|
6.2
|
7.9
|
7.8
|
6.3
|
Afrika
|
4.8
|
5.1
|
5.2
|
4.9
|
5.0
|
Uzak Doğu ve Okyanusya
|
20.2
|
25.5
|
30.7
|
36.1
|
35.2
|
Toplam
|
157.6
|
155.6
|
163.4
|
173.7
|
178.4
|
3. ÜRETİM
Jet yakıtlarının
hammaddesi tümüyle hampetroldür. 1970-1980 yılları arasında shale oilden de jet
yakıtı üretilmiş ancak ekonomik olmaması nedeniyle vazgeçilmiştir. Son yıllarda
Fischer-Tropsch sıvılaştırma prosesiyle sentetik jet yakıtı harmanlama
fraksiyonları elde edilmektedir; bu proseslerin gelecekteki artan jet yakıtı
talebine yardımcı bir kaynak olacağı düşünülmektedir.
Jet yakıtı üretiminde
uygulanan temel rafineri prosesleri hampetrolden belirli fraksiyonların
ayrıldığı distilasyon, istenmeyen bileşikler ve safsızlıkların uzaklaştırıldığı
sweetening, hidrotreating ve klay işlemleme prosesleri ile hammaddenin moleküler
yapısının değiştirildiği hidrokraking prosesleridir. Bu proseslerle ilgili
genel açıklamalar Rafineri Prosesleri bölümünde verilmiştir. Burada jet
yakıtlarına özgü proseslerle ilgili kısa bilgiler verildi.
3.1. Rafinasyon
Distilasyon
Distilasyon, bilindiği
gibi, bir karışımdaki bileşiklerin kaynama noktalarına göre buharlaşıp tekrar
yoğunlaşarak ayrılması esasına dayanan bir ayırma yöntemidir. Hampetrol hafif
gazlardan, çok ağır hidrokarbon bileşiklere kadar binlerce bileşenin bir arada
bulunduğu bir karışımdır. Bu karışımdan kaynama aralığı jet yakıtı (veya
gazyağı) özelliğinde olan fraksiyon çekilir; buna “straight run (SR) jet
yakıtı” denir.
Hampetrol atmosferik
distilasyon kulesine beslenir, tepe ve ara kademelerden straight-run (SR) hafif
ürünler, benzin, gazyağı, dizel ayrılır ve kolon dibi vakum distilasyonu
kolonuna beslenir. Vakum distilasyonuyla çekilen ağır gaz oil FCC veya
hidrokraker ünitelerinin hammaddesidir. Atmosferik distilasyon kolonunun aşağı
kısımlarından çekilen ve jet yakıtından daha ağır olan atmosferik gaz gaz oil
ile vakum distilasyon kolonundan çekilen vakum gaz oil, jet yakıtı üretilmek
üzere daha sonraki hidrokraker prosesinde hammadde olarak kullanılır.
Vakum kalıntısından
yararlanmak amacıyla kalıntı akım, bir parçalayıcıya veya solvent ekstraksiyon ünitesine veya
koklaştırıcı gibi bir dönüştürme ünitesine verilerek bir miktar daha yakıt elde
edilir.
Sweetening
Prosesleri
Sweetening
prosesleriyle jet yakıtındaki bazı korozif ve fena kokulu sülfürlü bileşikler
(merkaptanlar), kimyasal yöntemlerle zararsız disülfürlere dönüştürerek
uzaklaştırılır. Bu amaçla kullanılan birkaç sweetenig prosesi vardır. Geçmiş
yıllarda uygulanan bir proses merkaptanların sodyum plumpit ve bakır klorür
katalizörlüğünde disülfürlere dönüştürülmesidir.
Son yıllarda daha çok
merkaptan oksidasyon reaksiyonu yöntemi uygulanmaktadır; bu proseste kobalt bazlı
katalizörler kullanılır. Reaksiyonda oluşan disülfür bileşikleri ekstraksiyonla
alınarak yakıtın toplam sülfür miktarı düşürülür.
Hidrotreating
Hidrotreating,
olefinler ve aromatik hidrokarbonlar ile sülfürlü ve nitrojenli bileşiklerin
uygun bir katalizörlü ortamda hidrojenle reaksiyona sokularak uzaklaştırılmasıdır.
Reaksiyon işlenen hampetrole bağlı olarak jet yakıtında safsızlıkların tür ve
derecelerine göre orta veya şiddetli koşullarda uygulanır. Doymamış hidrokarbonlar
hidrojenle doymuş bileşiklere dönüştürülür. Sülfürlü bileşikler parçalanarak
hidrojen sülfür halinde ortamdan uzaklaştırılır.
Klay (kil) İşlemleme
Jet yakıtlarında
bulunan bazı polar bileşiklerin ayrılması için yakıt bir klay yatağından
geçirilir. Bazı polar bileşikler, özellikle sörfaktan özelliğindeki olanlar
klay yüzeyinde tutularak temizlenirler. Sweetening prosesinde oluşan
sörfaktanlar klay işlemlemeyle uzaklaştırılır.
Bu proses rafineriler
dışında, örneğin ara yakıt depolama terminallerinde veya hava alanı depolama
birimlerinde de küçük çaplarda uygulanabilir.
Hidrokraking
Hammadde ağır vakum gaz
oil, yüksek basınç atında hidrojen ve katalizörle reaksiyona sokularak
parçalanır; karbon-karbon bağları kırılır, buralara hidrojen girer ve küçük
moleküllü hidrokarbonlar meydana gelir. Reaksiyon koşullarında diğer bazı
reaksiyonlar da oluşur; bazı aromatik halkalar hidrojenle doyar, sülfürlü ve
nitrojenli bileşikler parçalanır. Hidrokraking prosesinden önemli miktarlarda
gazyağı ve dizel yakıtı fraksiyonları alınır.
Harmanlama
Bir rafineride üretilen
jet yakıtı tümüyle “straight run” fraksiyon olabileceği gibi, straight run,
Hidroprosessing ve/veya hidrokraking işleminden geçirilmiş ürünlerin uygun
oranlardaki karışımı olabilir. Karışıma az miktarda ağır benzin bileşenleri de
ilave edilebilir. Düşük sülfürlü ham petrolden çekilen straight run gazyağı, merkaptanların
ayrılması, klay veya hidrotreating gibi bazı işlemlerden geçirildikten sonra
jet yakıtı olarak satılabilir.
Şekil-2: Modern bir rafineride
jet yakıtı üretimi akım diyagram
GERİ (hampetrolden petrokimyasallara)
