Elektrik ark ocaklı demir çelik tesisleri için met kılavuzu

7GELİŞEN TEKNİKLER

Bu belge dahilinde ‘gelişmekte olan teknik’ terimi, henüz herhangi bir sanayi sektöründe ticari olarak uygulanmamış yenilikçi bir teknik olarak anlaşılmaktadır. Bu bölüm yakın gelecekte ortaya çıkabilecek ve demir ve çelik üretim sektörüne uyarlanabilecek teknikleri içerir. Örneğin bu bölüm şunları gerçekleştirir:

• 
  Kirlilik önleme ve kontrol alanında özgün, geliştirilmekte olduğu duyurulmuş olan ve gelecekte ekonomik ve çevresel faydaları olabilecek teknikleri saptar.
  
• 
  İlgili sektörde kullanımları daha yakın geçmişte ilgi çekmeye başlamış olan ve çevresel sorunları ele alan teknikleri ilgi alanına dahil eder.
  
• 
  Diğer sektörlerde yerleşik durumda olan fakat bu sektörde gelişmekte olan teknik olarak kabul edilebilecek teknikleri ilgi alanına dahil etmez.
  

Gelişen tekniklerin tanımlandığı yapı, 4. bölümde 4.1 sayılı başlıktakiyle aynıdır.

Bu belirli sektörle ilgili olarak Avrupa Birliği (50 yıldan uzun bir süredir) çelik sektörü için güçlü bir Ar&Ge programını uygulamıştır ve uygulama devam edecektir. Bu bölümdeki bazı projelerin finansmanı bu programlar tarafından gerçekleştirilmiştir. Örnek projelerden birisi ULCOS (Ultra Düşük Karbondioksit Oranli Çelik Üretimi) projesidir. Avrupa genelinde 15 ülkeden 48 şirket ve kurumdan oluşan bir konsorsiyum bu projeyi yürütmektedir. Projenin amacı CO2 emisyonlarını en az %50 oranında azaltmaktır.

7.1Gelişen genel teknikler

CO₂ tutma ve depolama

Tanım

CO₂ emisyonlarını azaltmak için bir seçenek de KTD- Karbon Tutma ve Depolamadır (CCS- Carbon Capture and Storage). Bu teknoloji, iklim değişikliğini onlarca yıl hafifletebilecek bir geçiş teknolojisi olarak değerlendirilmektedir. Elektrik santrallerinde ve demir ve çelik üretimi gib CO₂’yi yoğun olarak kullanan sanayi tesislerinde kullanım amacıyla geliştirilmektedir.

KTD, üç ardıl adımdan oluşan bir proses zinciridir:

1. 
   tutma: Baca gazından ya da sanayi gaz akımından CO₂’nin ayrımı.
   
2. 
   taşıma: Ayrılan CO₂’nin sıvı ya da süperkritik evreye sıkıştırılması ve depolama sahasına nakli.
   
3. 
   depolama: jeolojik formasyonlarda depolama
   

Adım a) “tutma”: Birçok proje halen araştırma ve geliştirme aşamasındadır. Onyıllar boyunca diğer prosesler uygulanmıştır; fakat bu tekniğin uygulanabilirliğine kanıt oluşturacak büyük bir ölçekte uygulama yapan bir tesis bulunmamaktadır. Bugüne dek kimyasal ve fiziksel absorpsiyon prosesleri daha çok doğal gaz üretiminde CO₂’nin giderilmesi amacıyla uygulanmıştır. Bundan farklı olarak baca gazlarında oksidasyon prosesleri sonucu türemiş olan başka türler mevcuttur (NO_X, SO_X, O₂, vb) ve bunlar, oksidatif bozulma sonucu yüksek solvent tüketimi gibi, teknolojik sorunlara yol açmaktadır. Özellikle yakalama proseslerinin, bu proseslerin yüksek enerji taleplerinin azaltılması bakımından daha fazla geliştirilmesine gerek bulunmaktadır.

Adım b) “taşıma”: , CO₂’nin taşınması sıkıştırılmış (sıvı ya da süperkritik) fazda, örneğin boru hattı ile ya da gemiler vasıtasıyla münferit uygulamalar yoluyla, yapılır. Kamyon ile taşıma, hem yüksek enerji talebi nedeniyle hem de güvenlik nedeniyle uygulanmayacaktır.

Adım c) “depolama”: süperkritik evredeki CO₂ karada ya da denizde bulunan jeolojik formasyonlarda; örneğin, petrol ve gaz havzalarında, tüketilmiş kömür ocaklarında ya da tuzlu akiferlerde depolanır. OSPAR Sözleşmesi’ne göre deniz sularında ya da deniz tabanında depolanması yasaktır. 2009/31/EC sayılı Direktif aynı zamanda halen üretimde olan gaz ya da petrol havzalarında depolanabilmesine de izin vermektedir (Geliştirilmiş Hidrokarbon Geri Kazanımı), fakat bu durumda enjekte edilen CO₂’nin önemli bir oranı devam eden hidrokarbon üretimi sırasında jeolojik alandan dışarı taşınmaktadır.

Elde edilen çevresel faydalar

Ayrılmış CO₂’nin karada ya da denizde bulunan jeolojik formasyonlarda depolanması durumunda CO₂ emisyonları büyük ölçüde azaltılmış olmaktadır.

Çapraz medya etkileri

CO₂’nin tutulması ve depolanması önemli enerji talepleri getirmektedir (özellikle depolama ve sıkıştırma işlemleri için) ve bu da genel olarak CO₂ ve hava kirleticilerinin (örneğin NO_X) emisyonlarını artırmaktadır. Engellenen ya da net olarak tutulan CO2 miktarı, bu tekniği uygulayan ve uygulamayan emisyonlar arasındaki farkı temsil etmektedir.

CO₂ depolaması onlarca yıldan beri uygulanmaktadır; daha yaygın olarak Birleşik Devletler’de geliştirilmiş petrol çıkarma faaliyetleri dahilinde, ve hem karada hem de off-shore depolama olarak Norveç’in Sleipner gaz havzasında, kullanılmaktadır. Bu projelerde CO₂ ve doğal gaz ile petrolden türemiş diğer türler gaz ya da petrol havzasına tekrar enjekte edilirler ve bu nedenle örtü kayaç ile kimyasal bir tepkimenin oluşması beklenmez.

Diğer proseslerden türetilmiş CO₂ daha geniş bir yelpazede, daha önce örtü kayaç ile temasda bulunmamış türler içerebilir. CO₂ akımında bulunan bu kirleticilerin örtü kayaç ile olası bir etkileşimleri ilave araştırılmaların konusu olarak gündeme gelmelidir.

Tuzlu akiferlerde CO2 depolanması yeni ve henüz bilinmeyen bir uygulamadır, ve yeraltı sularının kalitesi vb. üzerindeki uzun vadeli etkisi araştırılmalıdır.

CO₂ saflığı bakımından ve CO₂ akımında bulunan diğer türlerin kabul olunabilir miktarları için kalite gereksinimleri belirlenmiştir; örneğin, DYNAMIS projesi tarafından [181, Vangkilde- Pedersen ve diğerleri 2007], fakat pratikte uygulanabilirlikleri henüz kanıtlanmamıştır.

Depolama havzalarının bütünlüğünün teftiştini ve havzadan CO₂ sızmasını takip edecek sistemlerin hassaslık ve saptama sınırları bakımından güncellenmesi gerekmektedir.

CO₂ taşıma insan sağlığı ve doğanın güvenliği bakımından önemli bir konudur.

Operasyonel veriler

Uluslararasi Enerji Kurumuna (IEA) ve yüksek fırın deneylerinden alınan verilere göre CO2 tutma ve depolama işlemi, yüksek fırındaki çekirdek prosese uygulanması durumunda, toplam emisyonlarda %75’e varan azalma sağlayabilmektedir.

Arta kalan ve kok ocakları, sinter tesisleri, bazik oksijen fırınları ve haddeleme tesisleri gibi ana prosesler dışında kalan proseslerden salınan CO₂ emisyonunun tutulması ancak çok daha yüksek maliyetler sonucu başarılabilir.

Uygulanabilirlik

Deneysel yüksek fırın ile yapılan ilk denemelere göre, yüksek fırından kaynaklanan CO₂, yüksek fırını oksijen kullanmak üzere yeniden tasarlayarak ve fiziksel absorberler aracılıpıyla CO₂ uzaklaştırılarak giderilebilir. Bu teknolojiyi kanıtlamak ve bu prosesin büyük ölçekte, işletimdeki yüksek fırınlarda uygulanabilmesi için ilave deneylerin yapılması gereklidir.

Ekonomik kıstaslar

IPCC 2002 yılı net CO₂ tutma maliyetleri için ton başına 25 – 115 ABD Doları aralığında bir değer belirtmektedir. Bu geniş aralık, bir anlamda kullanılan teknolojilerin farkını belirtmekte, bir anlamda da ilgili teknoloji bakımından eksik olan deneyimi göstermektedir. Bu nedenle bu yayımlanmış değerler sadece kaba bir tahmin olarak dikkate alınmalı ve var olan birçok farklı senaryo arasından sadece birini temsil ettiği hatırlanmalıdır. Ar&Ge çabaları nedeniyle mevcut maliyetler önümüzdeki on yıl içinde %20 ile %30 arasında düşürülebilir. Fakat demir çelik sektörü gibi CO2 tutma konusunda deneyimi olmayan bir sektör için belirsizlikler sürmektedir. 2002 yılı için tutma ile ilgili ilave maliyetler: nakliye maliyeti (250 km taşıma için CO₂ tonu başına 1 – 8 ABD Doları); ve jeolojik depolama maliyetidir (CO₂ tonu başına 0.5 – 29 ABD Doları).

Referans kaynaklar

[179, Metz ve diğerleri 2005] [180, N.N. 2008] [181, Vangkilde-Pedersen ve diğerleri 2007]

Gaz akışlarından kaynaklanan parçacık ve azot oksitlerinin giderilmesi için seramik filtre kullanımı

Tanım

Bu kuru baca gazı temizleme sistemi seramik filtre kullanır. Filtrasyon ve SCR tepkimesini katalitik filtre kullanarak tek bir birimde birleştirmek üzere tasarlanmışdır. Bu filtreler hem gazın yüksek enerji içeriğinin kullanılmasını sağlarlar hem de katalitiğin (Ti, V ve W oksitleri ile) tıkanmasını engellerler. Ayrıca iki birimin tek bir birim içine birleştirilmesi hem proses maliyetini hem de yatırım ve bakım maliyetlerini azaltır.

İnce filtreli bir dış membrana sahip seramik sıcak gaz filtresi ögeleri ve destek yapısına entegre edilmiş bir katalizör kullanılarak hem verimli bir parçacık giderimi hem de verimli NO_X giderimi elde edilebilir. Bu tür filtre ögelerinin kullanımı, tek bir ünite içinde filtre ve SCR reaktörünün birleştirilmesini sağlamaktadır. Ayrıca, entegre katalitik katmanın işlevi, sadece katalitik NO_X giderimine değil, uçucu organik bileşiklerin katalitik oksidasyonunun giderimine de izin verecek şekilde düzenlenebilir.

SO₂ ve HCl kirleticileri sorbent olarak, örneğin, sodyum bikarbonat (NaHCO₃) ya da kalsiyum hidroksit (Ca(OH)₂) kullanılarak giderilir; NOX ise katalitik filtre ögelerinden geçirilerek ve NH₃ ve O₂ kullanılarak katalitik olarak N₂ ve H₂O’ya dönüştürülür.

Elde edilen çevresel faydalar

Ön sonuçlara göre NO içeriği %83 ile %98 aralığında azaltılmıştır (NO girişi 500 – 1720 ppmv değerlerinde ve sıcaklık da 140 – 360 °C değerlerindedir). Sodyum bikarbonat enjekte ederek SO_X %99’a kadar giderilebilir. Filtrasyon verimliliği tipik olarak %99.99’dan daha yüksektir.

Çapraz medya etkileri

N₂O oluşumu saptanmamıştır.

Operasyonel veriler

Bu sistem, ıslak temizleme prosesine göre daha basit bir kurulum gerektirmektedir ve genellikle daha küçük yer kaplamaktadır. Bu sistem yüksek sıcaklıklarda çalışabilir (500 °C değerine kadar).

Uygulanabilirlik

Özellikle küçük ve orta ölçekli tesislerde uygulanabilir.

Ekonomik kıstaslar

Sermaye yatırımı, bakım ve işletme maliyetleri, çok-adımlı konvansiyonel ıslak baca gazı temizleme sistemine göre daha düşüktür. Ayrıca, kuru temizleme sistemi gaz temizleme prosesi sırasındaki atık su üretimini önler.

Örnek tesisler

Bu teknik İspanya’da 3,5 MW_th değerinde, biyokütle kullanan bir elektrik santralinde denenmiştir.

Referans kaynaklar

[377, Heidenreich ve diğerleri 2007] [381, Pall 2006]