Fosil yakıtlar nelerdir, kömür ve çeşitleri nelerdir, petrolün oluşumu, petrolün rafinasyonu ve bileşenleri

Fosil yakıtlar fabrikaların çalıştırılması, elektrik üretilmesi, araçların çalıştırılması, ısınma, mutfak ihtiyaçlarının karşılanması gibi çeşitli alanlarda kullanılabilir.

FOSİL YAKITLAR

Fosil yakıtlar, canlı kalıntılarının (hayvan ve bitki kalıntılarının) milyonlarca yıldır toprak altında ayrışması sonucunda meydana gelen enerji kaynağıdır. Yerkabuğunun katmanları içerisinde havasız ortamlarda kalarak yüksek basınçlarda fosilleşmesiyle oluşan yakıtlardır.

Günümüzde en yoğun olarak kullanılan enerjidir. Fosil yakıtlar fabrikaların çalıştırılması, elektrik üretilmesi, araçların çalıştırılması, ısınma, mutfak ihtiyaçlarının karşılanması gibi çeşitli alanlarda kullanılabilir.

Yeraltından çıkartılan petrol, kömür ve doğal gaz fosil yakıtlara örnek verilir. Fosil yakıtların katılaşmış ve sıkıştırılmış hali kömürdür. Toprak altından kırılarak parçalar şeklinde çıkartılmaktadır. Fosil yakıtların sıvılaşmış hali petroldür. Petrol, yapılan özel sondajlar sonucunda çıkartılır ve işlenecekleri rafinerilere boru hatları yardımıyla iletilir.

Petrolün işlenmesi sonucunda benzin, LPG, dizel, naftalin, boya, teflon, asfalt, plastik gibi çeşitli ürünler elde edilebilir. Fosil yakıtların gaz şeklindeki çeşiti de doğal gazdır. Doğal gaz yer altında birikmiş büyük yataklar şeklinde bulunur.

KÖMÜR

Yeraltı madenciliği veya açık işletme metodları kullanılarak çıkarılan fosil kaynaklı yakıttır. Bitki ve hayvan fosillerinden oluşur. Bitki, havasız ortamda bakteriler tarafından parçalanırsa çürür; oksijen (O) ve hidrojen (H) atomları uzaklaşır.

Böylece maddenin karbon (C) içeriği zamanla artar. Bu dönüşüm ne kadar uzun zaman sürerse kalan kalıntının bileşimi de o oranda saf karbona yakın olur. Yüksek basınç ve sıcaklıkta oksijensiz ortamda kömürleşme başladığında karbon yüzdesi de artmaya başlar.

Jeolojik olarak kömürlerin yaşları 15 milyon yıl ile 450 milyon yıl arasında değişir. Genel olarakta yaşlı kömürler daha kalitelidir.

Kolayca yanabilme özelliği olan kömür, dünyada en çok elektrik üretiminde kullanılmaktadır. Bir çok çeşidi vardır.

Turba

Bitkilerin köklerinden, ayrışmış yaprak ve saplarından oluşan bir kömür türüdür, antrasit ya da grafit oluşumuyla biter. Yani henüz karbonlaşma sürecini tamamlamamış en genç kömür türüdür. Bu kömüre daha çok bataklık bölgelerde rastlanır. İçindeki su ve yabancı madde miktarı oldukça yüksektir. İçerdiği karbonunsa kütlece yüzdesi % 60'ı geçmez.

Antrasit

Kütlece % 95'i karbondan oluşan yüksek kalorili kömür türüdür. Oluşumu yaşça en eski olandır. Doğada bulunma yüzdesinin düşük olması da antrasite ekonomik olmama dezavantajı getirir.

Antrasitin bazı spesifik özellikleri:

• Koku ve duman çıkarmadan yanması
• Tutuşma sıcaklığının yüksek olması; güçlükle tutuşması
• Diğer kömür türlerine göre sert ve yoğun olması
• Parmakta leke bırakmaması
• Kısa ve mavi renkli bir alevle yanması olarak sıralanabilir.

Antrasit, kimyasal reaksiyonlarda indirgeyici ve lokomotiflerde yakıt olarak kullanılır. Elektrik enerjisi üretimi ve endüstriyel alanda da kullanımı yaygındır.

Linyit

Daha oluşumu tamamlanmamış kömür türüdür. Yaklaşık 60 milyon yıl önce oluşmaya başlamıştır. Linyitin içinde su ile birlikte bir çok yabancı madde bulunur. Kütlece yaklaşık % (65–70) kadar karbon içerir. CO₂ ve CH₄ gazlarının salınımıyla taş kömürüne dönüşebilir. Kahverengi kömürde denilen linyitin tamamına yakını termik santrallerde yakıt olarak kullanılır. Linyitin ısıl değeri düşük ve barındırdığı nem ve kül miktarı oldukça fazladır. Türkiye'de en çok bulunan kömürdür.

Taş Kömürü

Kütlece % (80-90) civarında karbon içerir. Yüksek kalorili bir kömür türüdür. Taş kömürü kömürleşme derecesi açısından antrasit ile linyit arasında yer alır. Maden kömürü olarakta bilinen taş kömürü karbon ve uçucu maddeler açısından oldukça zengindir. Isı, ışık ve güç kaynağı olarak kullanılan taş kömürünün ayrıca sanayide de bir çok kullanım alanı vardır. Kauçuk, madeni yağ, akaryakıt yağı, yapay reçine, naylon gibi maddelerin üretilmesinde hammadde olarak kullanılır. Taş kömürü, ülkemizde özellikle Zonguldak yöresinde çıkarılmaktadır.

Kok, gerçek anlamda kömür değildir. Doğada serbest halde bulunmaz. Fabrikalarda taş kömürünün ısıtılması sonucu içindeki gazların ayrıştırılmasıyla elde edilir. Evlerde ve yüksek fırınlarda başta demirin eldesinde ısıtma amacıyla kullanılır.

Mangal kömürü, odunun yakılmasıyla elde edilir. Ana kaynağı meşe odunudur. Kokusuz ve alevsiz yanan mangal kömürü birçok yerde yakıt olarak kullanılır. Mangal kömürü son derece gözenekli ve geniş yüzeylidir.

PETROL

Petrol sözcüğü Latince petra (taş) ve oleum (yağ) sözcüklerinden türetilmiştir. Çok koyu yeşil (siyaha yakın yeşil) renginde bir sıvıdır. Petrolün yoğunluğu 0,8–0,95 g/cm3 arasında değişir. Petrolü doğal mineral yağ olarakta kabul edebiliriz.

Kraking, yüksek sıcaklık ve basınçta büyük moleküllü (yüksek karbon sayılı) hidrokarbonların küçük moleküllü hidrokarbonlara parçalanması işlemidir.

Petrol Oluşumu

Petrol, yüz milyonlarca yıl önce denizde yaşayan ya da suların denizlere sürüklediği bitki kalıntılarının yer altında ve oksijensiz ortamda, uygun sıcaklık, basınç ve mikroorganizmaların etkisiyle başkalaşmasıyla oluşur. Yani bakterilerce bozunur, üzerleri çamur ve kumla kaplanır. Kum ve çamur zamanla kum taşına (tortul katmanlarına) dönüşür. Sıcaklık ve kumtaşı kayalarının uyguladığı basınç, organik maddeleri petrol ve doğal gaza çevirir. Bu birikimin oluşması 250-500 milyon yıl sürer.

Tarihte petrolü ilk kullananların Sümerler, Asurlular ve Babilliler olduğu bilinmektedir.

Petrolde hidrokarbon bileşiklerinin sonsuz sayıda karışımının yanı sıra çok daha düşük oranlarda ancak petrolün kimyasal yapısını etkileyecek düzeylerde azot, kükürt ve oksijen elementleride bulunur. Ham petrol çıkarıldığı coğrafyaya göre değişen bileşimlere sahiptir.

Petrolün Rafinasyonu

Tipik bir petrol bir karbonlu C1 moleküllerden (CH4), kırk karbonlu C40 moleküllere (C40H82) kadar değişen yüzlerce farklı hidrokarbondan oluşur.

Petrolü ayrımsal damıtma ile ayrıma işleminde damıtma birimlerinde (rafinerilerde) çoğunlukla günde 100 bin-200 bin varil petrol işlenebilir.

Petrolün rafinasyonu işleminde petrole ayrımsal damıtma yöntemi uygulanarak çeşitli ürünler elde edilir. Ayrımsal damıtma işleminde ilk önce kaynama sıcaklığı en düşük olan petrol gazları (C1 – C4 aralığı; metan, etan, propan ve bütan) alınır. Bu gazlardan propan ve bütan basınç altında ayrılarak çelik tüplere doldurulur ve piyasada çeşitli adlar altında mutfak gazı olarak kullanılır.

Aşağıdaki tabloda petrolün rafinasyonu sonucunda oluşan ürünlerin bileşimi ve kullanım alanları verilmiştir.

Petrolün damıtılmasında geriye kalan artık bölüm vakumda (düşük basınç) damıtılarak sıvı parafin, makine yağları ve katı parafinlere ayrılır. Damıtma sonunda kalan artık bitümlü (yumuşak) madde asfalt, zift, katran ve koktur. Petrol ürünleri, deterjanlar, lastik, plastikler, sentetik iplik vb. birçok endüstriyel maddelerin üretiminde hammadde olarak kullanılır.

Petrolün Bileşenleri

Petrol, fiziksel ve kimyasal özellikleri çok değişik olmakla birlikte hemen hemen bütün sıvı petrollerin kütlece % 82-87 arasında karbon, yüzde 12-15 arasında hidrojen ve %5'i geçmeyecek bir oranda diğer bileşenlerden içerir.

Ham petrolü oluşturan bileşikler başlıca üç ana grupta toplanabilir.

• Alkanlar (Parafinler)
• Naftenler
• Aromatik Bileşikler

Petrol, hidrojen ve karbondan oluşan bir doğal bileşim olup yerkabuğunda veya yüzeyde bulunabilir. Genellikle sıvı olup, peltemsi ve katı halde olanları da mevcuttur. Ana bileşeni karbon ve hidrojen de olsa yapısında az miktarda kükürt, azot, oksijen elementleri de içerir. Ağırlıkça % bolluk olarak, karbon ve hidrojenden sonra kükürt (S) % 0,05-5 oranında bulunur. Hemen hemen her petrolün yapısında sodyum klorür (NaCl) de bulunur.

Alman bilgini Oswald Victor Engler petrol üzerine yapmış olduğu büyük araştırmalar sonunda balık yağını yüksek basınç ve sıcaklıkta damıtmasıyla petrole benzeyen bir ürün elde etmiştir.

Petrol, deniz suyunda bulunan birçok metal elementini de bulundurmaktadır. Bunun nedeni büyük bir olasılıkla petrolü oluşturan organik kaynakların (hayvanlar ve bitkiler) deniz suyu ile ilişkisidir. Petrolde en bol bulunan metal elementler vanadyum ve nikel olup, eser miktarda anorganik tuzlar, H2S ve su bulunur.

Değişik oranlarda bileşenlerden elde edilen petrolün kimyasal bileşimlerinin yanı sıra birçok fiziksel özellikleri de farkılılık gösterir. Bu fiziksel farklılıklar renk, yoğunluk, viskozite ve kaynama noktasında olduğu gibi kendini gösterir. Ham petrol bir karışım olduğundan belirli bir erime ve kaynama noktası yoktur.

Nafta, tarihsel olarak Bakü ve İran'da yeryüzüne kadar ulaşan bir tür hafif petrol sızıntısını adlandırmak için kullanılmıştır.
Nafta, ham petrolün atmosferik koşullarda damıtılması sırasında elde edilen, kaynama noktası (30–170°C) aralığında değişen, renksiz, uçucu ve yanıcı sıvı hidrokarbon karışımlarına verilen genel bir isimdir.