Sıvılaştırma Nedir?
SMD MiSiM
SIVILAŞTIRMA a. Sıvılaştırmak eylemi.
—Karb. kim. Doğal kömürü hidrojenin etkisiyle sıvı hidrokarbonlu ürünlere (sentetik petrol, motor yakıtı, yağlayıcılar) dönüştürme. (Bk. ansikl. böl.)
—Sabunc. Sabun üretiminin son aşamalarından biri; bu aşamada hem sabunun arılaştırılması, hem de daha sonra uygulanacak mekanik işlemeye elverişli koşulların oluşturulması sağlanır.
—Soğut, san. Gazları kritik sıcaklıklarının altında bir sıcaklığa kadar soğutarak sıvı hale getirme yöntemi. (Bk. ansikl. böl. Soğut. san. ve Petr. san.)
—ANSİKL. Karb. kim. Kömürün sıvılaştırtması. Kömürden sıvı hidrokarbonlar elde etme düşüncesi, 1913'e değin uzanır (Bergius, Almanya). Bu düşünce ilk kez İkinci Dünya savaşı sırasında Almanya'da, son yıllarda ise Güney Afrika Cumhuriyeti’nde (Sasol fabrikaları) uygulama alanına konmuştur. Bununla birlikte sıvılaştırma yöntemlerinden hiçbiri günümüzde sanayide sürekli olarak uygulanabilen bir tekniğe dönüşememiştir, çünkü hem üretim olarak verim çok düşüktür ( 1 t sıvı ürün elde edebilmek için 41 kömür gerekir), hem de kullanılan teknikler pek güvenilir değildir. Bilinen yöntemlerin tümü, dolaylı ve doğrudan hidrojenleme yöntemleri olarak iki gruba ayrılır:
—dolaylı hidrojenleme yöntemleri. Hammadde olarak gazlaştırmanın ilk üç aşaması sonunda oluşan sentetik doğal gazı işleyen bu yöntemler, bireşim yoluyla sıvı ya da gaz halinde hidrokarbon üretmekte kullanılır Dünyada yalnız Güney Afrika Cumhuriyeti’nde (Sasol) uygulanan Fischer -Tropsch yöntemi, bunlardan biridir;
—doğrudan hidrojenleme yöntemleri. Hidrojenin genellikle bir katalizör eşliğinde gaz (kömür bir hidrojen akımı içine toz halinde püskürtülür) ya da sıvı fazda (kömür bir çözücü içine asıltı halinde püskürtülür) kömürle doğrudan tepkimeye sokulmasına dayanır. ABD'de sürdürülen araştırmaların tümü bu yöntemlerin, çoğunlukla da sıvı fazda (H—COAL, SRC.EDS) uygulananların üzerinde yoğunlaşmıştır; gaz fazda uygulanan yöntemlerden özellikle Rockwell’in hızlı hidrojenleme yöntemi önemlidir.
—Soğut, san. Bir gazın sıvılaştırılabileceği T sıcaklığı gazın bulunduğu P basıncına bağlıdır. Hal değişimi için gazdan, gazın T sıcaklığındaki ve P basıncındaki buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda ısı çekmek gerekir. Sıvılaştırmanın gerçekleştirilebileceği T ve P değerleri çiftleri kümesi gazın yoğuşma ya da sıvının buharlaşma eğrisini meydana getirir. Bu eğrinin üst sınırını kritik nokta (bu noktanın üzerindeki sıcaklık ve basınç değerlerinde saf madde yalnızca gaz halinde bulunabilir), alt sınırını ise üçlü nokta (bu noktanın altındaki sıcaklık ve basınç değerlerinde saf madde gaz ya da katı halde bulunabilir, fakat sıvı halde bulunamaz) oluşturur.
Tc kritik sıcaklığı T0 çevre sıcaklığından daha büyük olan her gaz T0 sıcaklığında gerçekleştirilen İzoterm bir sıkıştırma ile sı- vılaştırılabilir; bunun için T0 sıcaklığındaki buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda ısı çekmek yeterlidir. Buna karşılık, Tc kritik sıcaklığı T0 çevre sıcaklığından küçük olan gazları sıvılaştırabilmek için önce Tc sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutmak gerekir.
Gazın kritik sıcaklığı küçükse bu ön soğutmanın birkaç aşamada gerçekleştirilmesi gerekebilir. Bu tür gazlar önce Tc kritik sıcaklığı T0’dan daha büyük olan bir akışkanın yardımıyla T0 sıcaklığında sıkıştırılır ve sıvılaştırılır. Bu sıvı, katılaşmasını önlemek için üçlü nokta basıncının üzerinde kalan bir basınç değerine kadar genişletildiğinde, yoğuşma eğrisi boyunca T0 sıcaklığından T, sıcaklığına kadar soğur Sıvı eriştiği bu son basınçta buharlaştırılırsa T, sıcaklığında ısı çekerek çevresini soğutur. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi bu ilkeye göre çalışır Nitekim kritik sıcaklığı T0’dan küçük fakat T,'den büyük olan bir gaz, T, sıcaklığında sıkıştırılarak sıvılaştırılabilir ve genişletildikten sonra da daha düşük bir T2 sıcaklığında buharlaştırılabilir. Böylece, aşamalı olarak bütün gazlar kritik sıcaklıklarından daha düşük bir sıcaklığa kpdar soğutulabilir. Bu yönteme kaskat sıvılaştırma yöntemi adı verilir.
Yüksek bir enerji verimi elde etmeye olanak verse de erişilecek sıcaklığın düşük olması durumunda çok karmaşık bir devrenin yanı sıra çok sayıda kompresör ve ısı değiştiricisi kullanmayı gerektirdiğinden kaskat sıvılaştırma yöntemi nispeten az kullanılır. Bununla birlikte bu yöntem birbirini izleyen üç aşamadan oluşan ve etkin akışkan olarak örneğin, sırasıyla propan, etilen ve metan kullanılan kimi doğal gaz sıvılaştırma birimlerinde uygulanır. Basitliği, dolayısıyla da güvenilirliği ve maliyetinin düşüklüğü nedeniyle günümüzde tümleşik kaskat çevrimlerini kullanma yoluna gidilmektedir Böyle bir çevrimde etkin akışkan olarak metan (Tc=190 K), etan (Tc=305 K), propan (Tc=370 K), bütan (Tc 425 K) ve pentandan (Tc=470 K) oluşan bir hidrokarbon karışımı kullanılır. Bu akışkan bir tek kompresör yardımıyla çevre sıcaklığında sıkıştırılırsa, akışkanın ancak çok küçük bir bölümü sıvılaşın Fakat sıvılaşan kısım ayrılır ve genişletilerek buharlaştırılırsa geriye kalan ga2 fazından ısı çekilebilir ve böylece soğutulan gazın bir bölümü bir sonraki aşamada sıvılaştırabilir Böylece, aşamalı olarak başlangıçtaki karışımın en zor yoğuşturulabilen kısmını sıvılaştırmak için gerekli sıcaklığa erişilebilir. Bu aşamalar sırasında buharlaşan kısımlar yeniden dolaştırılmak üzere kompresöre gönderilir.
Kritik sıcaklığı daha da düşük olan oksijen (Tc=155 K), azot (Tc=126 K), hidrojen (Tc=33 K) Ve helyum (Tc=5,2 K) gibi gazları sıvılaştırmak için gerekli ön soğutma aynı ilkelerden hareket edilerek gerçekleştirilin Bu amaçla daha kolay sıvılaştırabilen (yani kritik noktası daha yüksek olan) akışkanların kullanıldığı bir ya da birkaç ön soğutma çevriminden yararlanılabileceği gibi sıvılaştrılacak gazın kendisi de kullanılabilir. Gazın kendisinin kullanılması durumunda sıcaklık, tümleşik kaskat çevrimde olduğu gibi, sıcaklık söz konusu gazın kritik sıcaklığının altına düşürülmedikçe kısmi sıvılaşmanın gerçekleştirilemeyeceği açıktır. Fakat burada ya bir pistonlu genişletme makinesiyle ya da çoğunlukla bir türbinle çevreye iş yaparak genişletilen gazın oluşturduğu soğutucu etkiden yararlanılır. Çevre sıcaklığında bir ön sıkıştırmaya uğratılan gazın küçük bir bölümü, ayrılarak bir türbinde genişletildikten ve böylece sıcaklığı düşürüldükten sonra gazın geride kalan bölümünün, yani ana gaz akımının birinci aşamada soğutulmasında kullanılır. Bundan sonra ana akımdan ayrılan ikinci bir kol genişletilerek ana akımın daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutulmasında kullanılır ve bu işlem gazın sıcaklığı kritik sıcaklığının altına düşünceye kadar sürdürülür. Sıvılaşma sonuncu genişleme sırasında oluşur. Teknolojik, nedenlerle, bu sonuncu işlemin dışarıya iş vermeksizin basit bir daralmayla (Joule-Thomson genişlemesi ya da serbest genişleme) gerçekleştirilmesi yeğlenir.
Bu noktada gazların sıvılaştırtması için kapalı bir devrede Stirling çevrimine göre çalışan derinsoğutucuların yararını belirtmek gerekir. Bu makineler tek bir aşamada 80 K’i bulabilen bir T sıcaklığında sürekli olarak soğutma yapabilirler. Gaz halinde kalan etkin akışkan (hidrojen ya da helyum) T0 çevre sıcaklığında bulunan bir sıkıştırma odası ile T sıcaklığında bulunan bir genleşme odası arasında gider ve gelir. Bu iki oda, içinde katı bir dolgu maddesi bulunan ve art arda sıralanan dilimleri birbirinden ısıl bakımdan yalıtılmış olan bir rejeneratörle birleştirilmiştir. Genişledikten sonra T sıcaklığında bulunan akışkan, rejeneratörün, sıcaklıkları kademeli olarak T0 değerine kadar sürekli olarak ilerleyen dilimlerini soğutur. T0 sıcaklığında yeniden sıkıştırılan gaz rejeneratörün içinden ters yönde akıtılır ve daha önce soğutmuş olduğu rejeneratör dilimlerine ısı verek genişleme odasında, başlangıçtaki T sıcaklığına erişir. Burada çevreye iş vererek genişleyen gaz, çevreden ısı çekerek istenilen soğutmayı gerçekleştirir. İki aşamalı bir derinsoğutucuyla helyum sıvılaştırabilir. Dağtıcı supabı bulunmayan böyle bir makine çok az yer kaplar.
—Petr. san. Metanın sanayisel ölçekte sıvılaştırtmasına ilk kez, 1964’te Büyük Sahrada bulunan Hassi R'Mel yataklarından 600 mm çapında bir boruhattıyla beslenen Arziv tesislerinin hizmete girmesiyle başlandı. Birbirini izleyen üç soğutma aşamasından yararlanılan bu tesislerde soğutma gittikçe daha uçucu olan bir hidrokarbon yardımıyla gerçekleştiriliyordu. -37 °C sıcaklıkta kaynamakta olan propan gazı ile soğutmanın birinci aşamasında buharlaştırıcıdan çıkan propan gazı bir türbokompresörde yeniden sıkıştırıldıktan sonra sıvılaştırtır ve kapalı çevrimde yeniden kullanılır. Soğutulan doğal gazdan önce su, daha'sonra da ağır hidrokarbonlar sıvı halde ayrılır, ilke olarak birinci aşamaya benzeyen ikinci aşamada soğutucu akışkan olarak etilen kullanılır ve gaz -100 °C'a kadar soğutulur. Üçüncü ve sonuncu aşamada soğutucu akışkan olarak metanın kendisi kullanılarak metanın sıvılaşma sıcaklığı olan -161 °C'ın elde edilmesi sağlanır. Sıvılaştırman gaz yalıtılmış tanklarda depo edilerek daha sonra metan gemilerine yüklenir.
Sponsorlu Bağlantılar
—Sabunc. Sabun üretiminin son aşamalarından biri; bu aşamada hem sabunun arılaştırılması, hem de daha sonra uygulanacak mekanik işlemeye elverişli koşulların oluşturulması sağlanır.
—Soğut, san. Gazları kritik sıcaklıklarının altında bir sıcaklığa kadar soğutarak sıvı hale getirme yöntemi. (Bk. ansikl. böl. Soğut. san. ve Petr. san.)
—ANSİKL. Karb. kim. Kömürün sıvılaştırtması. Kömürden sıvı hidrokarbonlar elde etme düşüncesi, 1913'e değin uzanır (Bergius, Almanya). Bu düşünce ilk kez İkinci Dünya savaşı sırasında Almanya'da, son yıllarda ise Güney Afrika Cumhuriyeti’nde (Sasol fabrikaları) uygulama alanına konmuştur. Bununla birlikte sıvılaştırma yöntemlerinden hiçbiri günümüzde sanayide sürekli olarak uygulanabilen bir tekniğe dönüşememiştir, çünkü hem üretim olarak verim çok düşüktür ( 1 t sıvı ürün elde edebilmek için 41 kömür gerekir), hem de kullanılan teknikler pek güvenilir değildir. Bilinen yöntemlerin tümü, dolaylı ve doğrudan hidrojenleme yöntemleri olarak iki gruba ayrılır:
—dolaylı hidrojenleme yöntemleri. Hammadde olarak gazlaştırmanın ilk üç aşaması sonunda oluşan sentetik doğal gazı işleyen bu yöntemler, bireşim yoluyla sıvı ya da gaz halinde hidrokarbon üretmekte kullanılır Dünyada yalnız Güney Afrika Cumhuriyeti’nde (Sasol) uygulanan Fischer -Tropsch yöntemi, bunlardan biridir;
—doğrudan hidrojenleme yöntemleri. Hidrojenin genellikle bir katalizör eşliğinde gaz (kömür bir hidrojen akımı içine toz halinde püskürtülür) ya da sıvı fazda (kömür bir çözücü içine asıltı halinde püskürtülür) kömürle doğrudan tepkimeye sokulmasına dayanır. ABD'de sürdürülen araştırmaların tümü bu yöntemlerin, çoğunlukla da sıvı fazda (H—COAL, SRC.EDS) uygulananların üzerinde yoğunlaşmıştır; gaz fazda uygulanan yöntemlerden özellikle Rockwell’in hızlı hidrojenleme yöntemi önemlidir.
—Soğut, san. Bir gazın sıvılaştırılabileceği T sıcaklığı gazın bulunduğu P basıncına bağlıdır. Hal değişimi için gazdan, gazın T sıcaklığındaki ve P basıncındaki buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda ısı çekmek gerekir. Sıvılaştırmanın gerçekleştirilebileceği T ve P değerleri çiftleri kümesi gazın yoğuşma ya da sıvının buharlaşma eğrisini meydana getirir. Bu eğrinin üst sınırını kritik nokta (bu noktanın üzerindeki sıcaklık ve basınç değerlerinde saf madde yalnızca gaz halinde bulunabilir), alt sınırını ise üçlü nokta (bu noktanın altındaki sıcaklık ve basınç değerlerinde saf madde gaz ya da katı halde bulunabilir, fakat sıvı halde bulunamaz) oluşturur.
Tc kritik sıcaklığı T0 çevre sıcaklığından daha büyük olan her gaz T0 sıcaklığında gerçekleştirilen İzoterm bir sıkıştırma ile sı- vılaştırılabilir; bunun için T0 sıcaklığındaki buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda ısı çekmek yeterlidir. Buna karşılık, Tc kritik sıcaklığı T0 çevre sıcaklığından küçük olan gazları sıvılaştırabilmek için önce Tc sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutmak gerekir.
Gazın kritik sıcaklığı küçükse bu ön soğutmanın birkaç aşamada gerçekleştirilmesi gerekebilir. Bu tür gazlar önce Tc kritik sıcaklığı T0’dan daha büyük olan bir akışkanın yardımıyla T0 sıcaklığında sıkıştırılır ve sıvılaştırılır. Bu sıvı, katılaşmasını önlemek için üçlü nokta basıncının üzerinde kalan bir basınç değerine kadar genişletildiğinde, yoğuşma eğrisi boyunca T0 sıcaklığından T, sıcaklığına kadar soğur Sıvı eriştiği bu son basınçta buharlaştırılırsa T, sıcaklığında ısı çekerek çevresini soğutur. Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi bu ilkeye göre çalışır Nitekim kritik sıcaklığı T0’dan küçük fakat T,'den büyük olan bir gaz, T, sıcaklığında sıkıştırılarak sıvılaştırılabilir ve genişletildikten sonra da daha düşük bir T2 sıcaklığında buharlaştırılabilir. Böylece, aşamalı olarak bütün gazlar kritik sıcaklıklarından daha düşük bir sıcaklığa kpdar soğutulabilir. Bu yönteme kaskat sıvılaştırma yöntemi adı verilir.
Yüksek bir enerji verimi elde etmeye olanak verse de erişilecek sıcaklığın düşük olması durumunda çok karmaşık bir devrenin yanı sıra çok sayıda kompresör ve ısı değiştiricisi kullanmayı gerektirdiğinden kaskat sıvılaştırma yöntemi nispeten az kullanılır. Bununla birlikte bu yöntem birbirini izleyen üç aşamadan oluşan ve etkin akışkan olarak örneğin, sırasıyla propan, etilen ve metan kullanılan kimi doğal gaz sıvılaştırma birimlerinde uygulanır. Basitliği, dolayısıyla da güvenilirliği ve maliyetinin düşüklüğü nedeniyle günümüzde tümleşik kaskat çevrimlerini kullanma yoluna gidilmektedir Böyle bir çevrimde etkin akışkan olarak metan (Tc=190 K), etan (Tc=305 K), propan (Tc=370 K), bütan (Tc 425 K) ve pentandan (Tc=470 K) oluşan bir hidrokarbon karışımı kullanılır. Bu akışkan bir tek kompresör yardımıyla çevre sıcaklığında sıkıştırılırsa, akışkanın ancak çok küçük bir bölümü sıvılaşın Fakat sıvılaşan kısım ayrılır ve genişletilerek buharlaştırılırsa geriye kalan ga2 fazından ısı çekilebilir ve böylece soğutulan gazın bir bölümü bir sonraki aşamada sıvılaştırabilir Böylece, aşamalı olarak başlangıçtaki karışımın en zor yoğuşturulabilen kısmını sıvılaştırmak için gerekli sıcaklığa erişilebilir. Bu aşamalar sırasında buharlaşan kısımlar yeniden dolaştırılmak üzere kompresöre gönderilir.
Kritik sıcaklığı daha da düşük olan oksijen (Tc=155 K), azot (Tc=126 K), hidrojen (Tc=33 K) Ve helyum (Tc=5,2 K) gibi gazları sıvılaştırmak için gerekli ön soğutma aynı ilkelerden hareket edilerek gerçekleştirilin Bu amaçla daha kolay sıvılaştırabilen (yani kritik noktası daha yüksek olan) akışkanların kullanıldığı bir ya da birkaç ön soğutma çevriminden yararlanılabileceği gibi sıvılaştrılacak gazın kendisi de kullanılabilir. Gazın kendisinin kullanılması durumunda sıcaklık, tümleşik kaskat çevrimde olduğu gibi, sıcaklık söz konusu gazın kritik sıcaklığının altına düşürülmedikçe kısmi sıvılaşmanın gerçekleştirilemeyeceği açıktır. Fakat burada ya bir pistonlu genişletme makinesiyle ya da çoğunlukla bir türbinle çevreye iş yaparak genişletilen gazın oluşturduğu soğutucu etkiden yararlanılır. Çevre sıcaklığında bir ön sıkıştırmaya uğratılan gazın küçük bir bölümü, ayrılarak bir türbinde genişletildikten ve böylece sıcaklığı düşürüldükten sonra gazın geride kalan bölümünün, yani ana gaz akımının birinci aşamada soğutulmasında kullanılır. Bundan sonra ana akımdan ayrılan ikinci bir kol genişletilerek ana akımın daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutulmasında kullanılır ve bu işlem gazın sıcaklığı kritik sıcaklığının altına düşünceye kadar sürdürülür. Sıvılaşma sonuncu genişleme sırasında oluşur. Teknolojik, nedenlerle, bu sonuncu işlemin dışarıya iş vermeksizin basit bir daralmayla (Joule-Thomson genişlemesi ya da serbest genişleme) gerçekleştirilmesi yeğlenir.
Bu noktada gazların sıvılaştırtması için kapalı bir devrede Stirling çevrimine göre çalışan derinsoğutucuların yararını belirtmek gerekir. Bu makineler tek bir aşamada 80 K’i bulabilen bir T sıcaklığında sürekli olarak soğutma yapabilirler. Gaz halinde kalan etkin akışkan (hidrojen ya da helyum) T0 çevre sıcaklığında bulunan bir sıkıştırma odası ile T sıcaklığında bulunan bir genleşme odası arasında gider ve gelir. Bu iki oda, içinde katı bir dolgu maddesi bulunan ve art arda sıralanan dilimleri birbirinden ısıl bakımdan yalıtılmış olan bir rejeneratörle birleştirilmiştir. Genişledikten sonra T sıcaklığında bulunan akışkan, rejeneratörün, sıcaklıkları kademeli olarak T0 değerine kadar sürekli olarak ilerleyen dilimlerini soğutur. T0 sıcaklığında yeniden sıkıştırılan gaz rejeneratörün içinden ters yönde akıtılır ve daha önce soğutmuş olduğu rejeneratör dilimlerine ısı verek genişleme odasında, başlangıçtaki T sıcaklığına erişir. Burada çevreye iş vererek genişleyen gaz, çevreden ısı çekerek istenilen soğutmayı gerçekleştirir. İki aşamalı bir derinsoğutucuyla helyum sıvılaştırabilir. Dağtıcı supabı bulunmayan böyle bir makine çok az yer kaplar.
—Petr. san. Metanın sanayisel ölçekte sıvılaştırtmasına ilk kez, 1964’te Büyük Sahrada bulunan Hassi R'Mel yataklarından 600 mm çapında bir boruhattıyla beslenen Arziv tesislerinin hizmete girmesiyle başlandı. Birbirini izleyen üç soğutma aşamasından yararlanılan bu tesislerde soğutma gittikçe daha uçucu olan bir hidrokarbon yardımıyla gerçekleştiriliyordu. -37 °C sıcaklıkta kaynamakta olan propan gazı ile soğutmanın birinci aşamasında buharlaştırıcıdan çıkan propan gazı bir türbokompresörde yeniden sıkıştırıldıktan sonra sıvılaştırtır ve kapalı çevrimde yeniden kullanılır. Soğutulan doğal gazdan önce su, daha'sonra da ağır hidrokarbonlar sıvı halde ayrılır, ilke olarak birinci aşamaya benzeyen ikinci aşamada soğutucu akışkan olarak etilen kullanılır ve gaz -100 °C'a kadar soğutulur. Üçüncü ve sonuncu aşamada soğutucu akışkan olarak metanın kendisi kullanılarak metanın sıvılaşma sıcaklığı olan -161 °C'ın elde edilmesi sağlanır. Sıvılaştırman gaz yalıtılmış tanklarda depo edilerek daha sonra metan gemilerine yüklenir.
Kaynak: Büyük Larousse
X-Sözlük Konusu: ne demek anlamı tanımı.
