Briquetting and Decreasing of SO2 Emission of Dadağı Coal Sample

Briquetting and Decreasing of SO2 Emission of Dadağı Coal Sample
Dadağı Kömür Numunesinin Briketleme ve SO2 Emisyonunu Düşürme Çalışmaları
C. Hiçyılmaz
METU, Dept. of Mining Eng., 06531, Ankara, Türkiye
N.E. Altun
METU, Dept. of Mining Eng., 06531, Ankara, Türkiye
A.S. Balcı
METU, Dept. of Petroleum and Natural Gas Eng., 06531, Ankara, Türkiye
Keywords: Coal, Briquette, Lime, Sulfur, Mechanical
Anahtar Kelimeler: Kömür, Briket, Kireç, Kükürt,
Strength, Combustion Features
Mekanik Dayanım, Yanma Özellikleri
ABSTRACT: Dadağı screen undersize (0-18 mm)
coal sample was tried to be evaluated by screening
through 6.35 mm to obtain a dustless 6.35-18 mm
fraction and 0-6.35 mm fraction which is not needed
to be crushed for briquetting. In the briquetting of
the sample (0-6.35 mm) which has an average
calorific value with high ash and sulphur contents,
two important points were considered; a-Mechanical
resistance properties of briquettes, b-Decreasing of
SO2 emission by sulphur capture during
combustion. The briquettes obtained with the
combination of 10 % molasses, 15 % lime and 10 %
water gave the best results from the view of both
mechanical resistance properties and combustible
sulphur amount with SO2 emission. However, lime
addition affected the combustion properties of
briquettes negatively due to attained extraordinary
ash values.
ÖZET: Dadağı elekaltı (0-18 mm) kömür
numunesi 6.35’mm den elenerek, tozundan
arındırılmış 6.35-18 mm fraksiyonu ve briketlemek
için kırılmasına gerek olmayan 0-6.35 mm fraksiyonu
elde edilerek değerlendirilmeye çalışılmıştır. Orta
kalori değerine sahip, yüksek kül ve kükürt içerikli
bu
numunenin
(0-6.35
mm)
briketleme
çalışmalarında iki önemli nokta gözönüne alınmıştır;
a-Briketlerin
mekanik
dayanımı,
b-Kömür
numunesindeki kükürtün yanma sırasında tutularak
SO2 emisyonunun azaltılması. Mekanik dayanımları
ve yanar kükürt içeriği ile SO2 emisyonu gözönüne
alındığında %10 melas, % 15 kireç ve % 10 su
kombinasyonu ile yapılan briketler en iyi sonucu
vermişlerdir. Ancak kireç ilavesi, ulaşılan sıradışı kül
değeri nedeniyle briketlerin yanma kalitesini olumsuz
etkilemiştir.
1. GİRİŞ
1. INTRODUCTION
The energy consumption is increasing day to day
with the industrialization. Alternative energy sources
such as petroleum, natural gas, water, wind, solar
and nuclear energies are insufficient to meet the
demand and coal still preserves its importance. For
instance, only
3 % of energy consumption of
Turkey is obtained from our own petroleum and
natural gas resources. On the other hand, Turkey
has widespread lignite reserves in many regions.
However, these reserves are limited and when the
environmental pollution is considered, these
deposits require cleaning prior to usage or should be
facilitated without contaminating the environment.
Owing to this situation, grinding of lignite down to
very fine sizes is necessary in most of the cases
depending on the petrographic composition of the
lignite. Pulverization of lignite into fines (significant
amount of fine formation is also caused due to some
other factors) may cause losses during transportation
and accelerate undesired spontaneous combustion
of lignite at the stockpiles. Fine size lignite also
results in deficiencies during combustion and
Endüstrileşmeyle birlikte enerji ihtiyacı her geçen
gün artmaktadır. Petrol, doğal gaz, su, rüzgar, güneş
ve nükleer gibi çeşitli enerji kaynaklarının kullanımı
bu enerji talebini karşılamakta yetersiz kalmakta ve
kömür hala en önemli enerji kaynağı olarak
karşımıza çıkmaktadır. Örneğin ülkemizdeki enerji
gereksiniminin sadece % 3’ü kendi petrol ve doğal
gaz kaynaklarımızdan karşılanmaktadır. Halbuki
Türkiye linyit rezervleri bakımından zengin bir
görüntü sergilemekte ve bir çok bölgede linyit
rezervleriyle karşılaşılmaktadır. Bununla birlikte linyit
kaynakları sınırsız değildir ve çevre kirliliği göz
önüne alındığında bunların mümkün olduğunca
temizlenerek kullanılması yada çevreye zarar
vermeyecek şekilde kullanılması gerekmektedir. Bu
da kömürün petrografik yapısına bağlı olarak, ince
boyutlara kadar öğütülmesini gerektirebilmektedir.
Linyitlerin ince boyutlara kadar öğütülmesi -ki başka
sebeplerden dolayı da ufalanma olmaktadır- taşıma
sırasında yada rüzgarlı ortamlarda kayıplara ve stok
sahasında kendinden yanmaya sebep olmakla
kalmayıp aynı zamanda yanma sırasında ızgara altına
yada baca yolu ile atmosfere kaçmasına sebep
9
The Journal of ORE DRESSING ® 2004
environmental pollution by falling through the
furnace grate without completely reacting and
escaping through the chimneys.
One of the most effective methods to prevent losses
that were discussed above, is briquetting. In
addition, briquetting can increase the calorific value
of coal in case of organic binder usage (1). If lime is
used as the binding agent, it is known that it reacts
with sulfur in coal and decreases the SO2 emission
(2). The first patent related with the briquetting
process was taken by William Easby in USA. In
1872, clay has been used as a binder (3). Briquetting
and researches about briquetting was increased
continuously after then and each country performed
briquetting researches in conjunction with its own
goals. In Türkiye, Saraçoğlu and Gencer (1996)
investigated briquetting of Soma and Tunçbilek
coals by using different binders. Yıldırım and
Özbayoğlu (1997, 1998) applied briquetting with
Elbistan and Tunçbilek coals using ammonium
nitrohumate as binder. Beker et al. (1998) studied
different parameters that were effective on the
briquetting of Afşin-Elbistan and Siberian coals.
Özbayoğlu et al. (2003) briquetted MerzifonYeniçeltek washery fines and developed a flowsheet
for the briquetting of fines in industrial scale. Altun
(2002) investigated the factors affecting the
briquetting of Dodurga-Alpagut lignite and its
combustion characteristics. These are some of the
researchers who dealt with briquetting in Turkey,
recently.
Briquetting was applied in Europe around 150 years
ago for utilization of lignite fines in industry. The
first briquetting plant was installed in France in the
18th century and other plants were installed then in
England and Germany (11). In our country the first
briquetting plant was installed in 1936 in Zonguldak.
Another considerable plant was installed in 1982 at
Vize-Kırklareli. This was followed by Ankara,
Erzurum, İstanbul and other cities of Türkiye (12).
It is known that petrographic and physical
properties, surface chemistry, moisture and size
distribution of coal are important in briquetting (11).
Hock (1951) investigated the effect of adhesion and
cohesion forces on the strength of briquettes. Also,
some briquetting studies have been performed
without binder usage (14; 15). It was reported that
coals having high plasticity and low elasticity can be
briquetted without a binder, while briquetting of
hard coals like anthracite is more difficult (16; 17;
14). The best theories that discuss the mechanism of
briquetting are bitumen, molecular energy and
capillary (13; 7; 18).
The aim of this research was to evaluate the screen
olmaktadır. Bu da verimin düşmesine, çevrenin
kirlenmesine yol açmaktadır.
Briketleme, toz linyitlerin kullanılmasında meydana
gelebilecek, yukarıda belirtilen dezavantajları
engellemede en etkili yöntemlerden biridir. Buna ek
olarak organik bir bağlayıcının kullanılması
durumunda kalori değerinin de artması söz
konusudur (1). Kireç kullanılması durumunda ise
yanma sırasında kömür içindeki kükürt ile reaksiyona
girerek SO2 emisyonunu azalttığı bilinmektedir (2).
Briketlemeyle ilgili ilk patent, 1848 de William Easby
tarafından ABD de alınmıştır. 1872’de de ilk kez kil,
bağlayıcı olarak yine ABD’de (Philadelphia)
kullanılmıştır (3). Bu tarihlerden sonra briket üretimi
ve bu konudaki araştırmalar sürekli artmış ve her
ülke kendi özelindeki kömürler için araştırmalara
devam etmiş ve etmektedir. Ülkemizde, Saraçoğlu ve
Gencer (1990) Soma ve Tunçbilek kömürlerinin
briketlenmesini çeşitli bağlayıcılar kullanarak
araştırmışlardır. Yıldırım ve Özbayoğlu (1997 ve
1998) amonyum nitrohumat kullanarak Elbistan ve
Tunçbilek
kömürlerinin
briketlenmesini
araştırmışlardır. Beker ve arkadaşları da (1998)
Afşin-Elbistan
ve
Sibirya
kömürlerinin
briketlenmesine etki eden çeşitli parametreleri
incelemişlerdir. Buzkan ve arkadaşları (1998)
Ermenek kömürlerinin pilot çapta briketlenmelerini
ele almışlardır. Özbayoğlu ve arkadaşları (2003)
Merzifon–Yeniçeltek yıkanmış ince linyitlerini melas
ve kireç kombinasyonuyla briketlemişler ve bu
konuda endüstriyel bir akım şeması geliştirmişlerdir.
Altun
(2002)
Dodurga-Alpagut
linyitinin
briketlenmesine etki eden faktörleri ve briketlerin
yanma
karakterizasyonunu
incelemiştir.
Bu
çalışmalar ülkemizde son yıllarda yapılan briketleme
araştırmalarının bazılarıdır.
Briketleme ilk kez bundan yaklaşık 150 yıl kadar
önce Avrupada, yine aynı amaçla, toz linyitlerin
endüstriye kazandırılması için
uygulanmaya
başlamıştır. İlk briketleme tesisi 18. yy. da Fransada
(St. Etienne) çalışmaya başlamış, bunu İngiltere
(New Castle) ve Almanya (Wiesche)’deki tesisler
izlemiştir (11). Ülkemizde de ilk briketleme tesisi
1939 yılında Zonguldakta kurulmuştur. Diğer önemli
briketleme tesisi 1982 yılında Vize-Kırklareli de
kurulmuştur. Bunu Ankara, Erzurum, İstanbul ve
diğer şehirlerimiz takip etmiştir (12).
Briketlemede kömürün petrografik ve fiziksel
özelliklerinin, yüzey kimyasının, nem’in ve tane
boyunun önemli olduğu bilinmektedir (11). Hock
(1951) adhezyon ve kohezyon kuvvetlerinin briket
dayanımına etkisini incelemiştir. Bu bilgiler ışığında
bağlayıcısız diğer bir değişle katkısız briketlemenin
yapıldığı çalışmalar da vardır (14; 15). Genellikle
yüksek plastik ve düşük elastik özellik gösteren
10
Volume 7 - Issue 14
undersize (0-18 mm) of Dadağı coals by briquetting
0-6.35 mm fractions to decrease SO2 emission
during combustion for higher marketing potential.
This was accomplished with the hope that dust and
ash of 6.35-18 mm fractions would be decreased
while calorific value would be increased.
kömürlerin bağlayıcısız briketlenebileceği, aksine
Antrasit gibi sert kömürlerin ise briketlenmesinin
daha zor olduğu çeşitli araştırmacılar tarafından
bildirilmiştir (16; 17; 14). Bitum, moleküler enerji ve
kapiler teorileri bağlayıcısız briketlemeye açıklık
getiren en iyi teorilerdir (13; 7; 18).
2. MATERIALS AND METHODS
Bu çalışmanın amacı, Dadağı elekaltı (0-18 mm)
kömür numunesinin değerlendirilmesi ve pazarda
kendine yer bulmasına yönelik olarak 0-6.35mm
fraksiyonundaki ince kömür tozlarının briketlenerek
yanma sırasında SO2
emisyonu düşürme
olanaklarının araştırılmasıdır. Böylece 6.35-18 mm
fraksiyonunun toz’u ve kül’ü azalmış, kalori değeri
artmış olacaktır.
0-18 mm Dadağı lignite was firstly screened to
diverge it into a fine 0-6.35 mm fraction, as well as a
relatively coarser fraction of 6.35-18 mm, which
constitute 40 % and 60 % by weight of the feed,
respectively. The characterization of the stated
fractions was done through proximate, calorific
value and sulfur analysis. Proximate, calorific value
and sulfur analysis were carried out according to
ASTM D5142-02a, TSE 2678 and ASTM D3177-89
and D2492-02 standards, respectively. Table 1
shows the proximate analysis results, while the
calorific value and sulfur content of the samples
were provided in Table 2.
Briquetting studies were carried out by using around
90 g samples. Lignite fines mixed with molasses,
lime and water were briquetted under a load of 40
kg/cm2 by use of a Soil Test made hydraulic press,
to obtain briquettes with 4 cm diameter and 5.5 cm
length. Mechanical strength of the briquettes were
tested according to the standards provided in Table
3 after drying at 40±5 ºC for 2 days.
After the briquettes that satisfy the related standards
were obtained, effect of lime addition amount on
SO2 emission of the briquettes was investigated.
Combustible sulfur and sulfur in ash amount were
determined and reaction temperature level and SO2
emission corresponding to the instant of maximum
combustion as well as the remaining residue after
the reaction were found out. For the combustion
experiments, a special combustion chamber
developed in METU, Petroleum and Natural Gas
Eng. Department was used. Infrared Industries 7712
type continuous gas analyzer was facilitated to
control the combustion experiments where the
extent of SO2 emission at the level of maximum
combustion was measured through a Gow Mac
series 550 Thermal Conductivity Detector type gas
chromatography instrument, throughout the
research.
2. MALZEME VE YÖNTEM
Dadağı kömür ocağından
getirilen 0-18 mm
boyutundaki elekaltı olarak tabir edilen kömür
numunesi elenerek 0-6.35 mm ve 6.35-18 mm
fraksiyonları elde edilmiş (ağırlıkça, sırasıyla % 40 ve
% 60) ve karakterizasyonları, kısa analiz (piroksimet),
kalori ve kükürt tayinleri ile yapılmıştır. Kısa analizler
ASTM D5142-02a, kalori tayini TSE 2678, ve kükürt
tayini de ASTM D3177-89 ve D2492-02 standardına
göre yapılmıştır. Çizelge 1 kısa analiz sonuçlarını,
Çizelge 2 de kalori ve kükürt miktarını
göstermektedir.
Briketleme çalışmaları yaklaşık 90 gr ağırlığındaki
temsili numuneler ile sürdürülmüştür. Melas, kireç
ve su ile karıştırılan kömür tozları briket kalıbı içinde
40 kg/cm2 basınçta ‘Soil Test’ hidrolik pres ile
sıkıştırılarak 4 cm çapında ve 5.5 cm boyunda
briketlere dönüştürülmüştür. 40+5 ºC da 2 gün
kurutulan briketlerin mekanik dayanımları Çizelge 3
de verilen standartlara göre ölçülmüştür.
İlgili standartları sağlayan briketlerin elde
edilmesinden sonra kireçin SO2 emisyonuna
etkisinin incelendiği çalışmalara başlanmıştır. Yanar
kükürt ve külde kükürt miktarlarının değişimleri
incelenmiş ve maksimum yanma anındaki ısı, SO2
emisyonu ve kalan kül miktarları bulunmuştur.
Briketlerin yakılması için ODTÜ Petrol ve Doğal
Gaz Mühendisliği’nde imal edilen yanma hücresi,
yanmanın kontrolü için Infrared Industries 7712 tipi
Sürekli Gaz Analiz cihazı ve kükürt dioksit (SO2)
emisyonu ölçümü için de Gow Mac Series 550
Thermal Conductivity Detector tipi Gaz
Kromotografisi kullanılmıştır.
11
The Journal of ORE DRESSING ® 2004
Table 1 Proximate Analysis of 0-6.35 and 6.35-18 mm fractions of Dadağı Lignite
Çizelge 1. Dadağı Linyiti 0-6.35 ve 6.35-18 mm fraksiyonlarına ait Kısa Analiz Sonuçları
Type of Analysis
(%)
Moisture
Volatile Matter
Fixed Carbon
Ash
0-6.35 mm
Original Sample
Dry Basis
3.77
22.98
23.88
20.25
21.04
53.00
55.08
6.35-18 mm
Original Sample
Dry Basis
2.73
24.76
25.45
24.12
24.80
48.39
49.75
Table 2. The Calorific Value and Sulfur Contents of 0-6.35 and 6.35-18 mm fractions of Dadağı Lignite
Çizelge 2. Dadağı Linyiti 0-6.35 ve 6.35-18 mm fraksiyonlarına ait Kalori Değerleri ve Kükürt Miktarları
Type of
Analysis
Lower Calorific Value
(Kcal/kg)
Upper Calorific Value
(Kcal/kg)
Combustible Sulfur (%)
Sulfur in Ash (%)
Pyritic Sulfur (%)
Organic Sulfur (%)
Total Sulfur (%)
Original Sample
3067
0-6.35 mm
Dry Basis
3191
3162
3.43
0.94
4.04
0.33
4.37
Original Sample
3447
6.35-18 mm
Dry Basis
3532
3286
3555
3654
3.56
0.98
4.20
0.34
4.54
4.37
0.47
4.29
0.55
4.83
4.49
0.48
4.41
0.56
4.97
Table 3. The Mechanical Strength Values that should be Satisfied by the Coal Briquettes
Çizelge 3. Kömür Briketlerinin Sahip Olması Gereken Mekanik Dayanım Değerleri
Mechanical Property
Drop (Impact) Resistance
Index
Compressive Strength (kg/briquette)
Water Resistance (kg/briquette)
Related Standard
Type 1
Type 2
Richards
50
50
TS 12055
TS 12055
80
56
60
42
2.1. Measurements of Mechanical Strength
2.1. Mekanik Dayanımların Ölçülmesi
2.1.1. Drop Test
2.1.1. Düşme Dayanımı
Briquettes were left to fall freely from a height of 1
m onto a rigid flat surface until they break into
pieces. The number of drop at which breaking
occurs and the number of pieces into which the
briquette breaks were used to calculate the drop
(impact) resistance index (IRI), using the following
formula (19):
Briketler 1 m’lik yükseklikten sert ve düz bir zemine
parçalanma olana kadar düşürülmüş ve düşme
sonucu meydana gelen parça sayısı ve parçalanmanın
meydana geldiği düşme sayısı kullanılarak Düşme
dayanım indeksi (IRI) Eşitlik (1)’e göre
hesaplanmıştır (Richards, 1990):
100 x Number of Drops
IRI =
Number of Pieces
IRI =
(1)
(1)
2.1.2. Kırılma Dayanımı
2.1.2. Compressive Strength Test
Compressive strength of the briquettes was
determined using a Denison T 56 Model laboratory
press. Loading was applied along an edge on the
cylindrical surface of the briquettes and measured at
the instant the first crack had occurred. The tensile
strength of the briquettes may also be calculated by
using the following formula in the Brazilian method
(20):
2P
σt =
πDL
100 x Dusme Sayisi
Parca Sayisi
(2)
Briketlerin kırılma dayanımları Denison Marka T 56
model presle ölçülmüştür. Bunun için briketin
silindirik yüzeyinden bir hat boyunca yükleme
yapılmış veilk çatlağın oluştuğu andaki yük
okunmuştur. Bu ayni zamanda ‘Brazilian’
metodunda Eşitlik (2) kullanılarak numunenin
çekme (tensile) dayanımını vermektedir (Ataman,
1982):
σt =
2P
πDL
Bu eşitlikte;
(2)
12
Volume 7 - Issue 14
Where;
σt
= Tensile Strength (kg/cm2)
P
= Crushing Load (kg)
D
= Briquette Diameter (cm)
L
= Briquette Length (cm)
Crushing Loads (P) of the briquettes were taken into
consideration throughout the research, since the
dimensions of the briquettes were kept same.
P
D
L
σt
2.1.3 Water Resistance
The compressive strength of the wetted briquettes
was measured following the procedure above after
they were left in water filled beakers for 1 hour.
3. RESULTS AND DISCUSSION
Dadağı lignite is characterized with its moderate
calorific value, low moisture, high ash and sulfur
contents (Table 1 & 2). Sulfur present in Dadağı
lignite is mostly in pyritic and combustible forms.
Low organic sulfur content showed that Dadağı
lignite may be available to washing applications, but
only after a certain extent of investments for the
necessary plant. In this respect, combustible sulfur
was attempted to be decreased through briquetting
with lime addition, since the enterprise exploiting
the deposit was of small scale.
It was seen that the 6.35-18 mm fraction of Dadağı
lignite, which was obtained by screening the 0-18
mm sample through a 6.35 mm screen, was of
relatively higher quality (Table 1 & 2). However, the
ash and the sulfur contents were still at considerable
levels. The 6.35-18 mm fraction can be marketed
more easily after the screening process in its dustless
form, whereas the 0-6.35 mm fraction is available to
briquetting without the need for further crushing.
3.1. Briquetting Studies
Molasses was used without trying other types of
binders, since the study was an industrial project and
molasses, being the waste of sugar production, is the
most easily available and the cheapest binding agent
widely used and preferred in commercial scale
production. It was also reported that molasses
addition contributed to the calorific value of the coal
briquettes (1). In this respect, molasses addition was
varied from 0 to 15 % by weight, while lime and
water were added with fixed amounts of 10 % The
results related to the mechanical strengths of the
briquettes with different molasses contents are given
in Table 4.
As seen from Table 4, satisfactory drop index could
only be obtained with more than 10 % molasses
addition. On the contrary, the briquettes provided
= Çekme Dayanımı (kg/cm2)
= Uygulanan Yük (kg)
= Briket çapı (cm)
= Briket boyu (cm)’dir.
2.1.3 Suya Dayanım
Briketler 1 saat boyunca suda tamamen batırıldıktan
sonra kırma dayanımları daha önce belirtildiği gibi
ölçülmüştür.
3. BULGULAR VE İRDELENMESİ
Kısa analiz sonuçları ile kalori ve kükürt miktarları
(Çizelge 1 ve 2)’nin incelenmesinden Dadağı
kömürünün orta kalori değerine sahip, düşük nemli
ve yüksek miktarda kül ve kükürt içeren bir kömür
olduğu anlaşılmıştır. Kömür bünyesinde bulunan
kükürt, çok yüksek oranda yanabilir ve piritik
karakterdedir. Organik kükürtün az olması kömürün
cevher
zenginleştirme
yöntemleri
ile
temizlenebileceğini ama bunun da bir maliyet
getireceğini göstermektedir. İşletmenin küçük olması
nedeniyle kireç ilavesiyle yanar kükürt tutulmaya
çalışılmıştır.
Elek altı numunesinin (0-18 mm), 6.35 mm‘den
elenmesiyle nisbeten daha kaliteli bir ürün (6.35-18
mm) elde edilmiştir (Çizelge 1 ve 2). Ancak kül ve
kükürt miktarları yüksektir. Bu ürün tozundan
arındırıldığı için pazarda kendine daha kolay yer
bulacak, 0-6.35 mm fraksiyonu ise kırılmaya gerek
kalmadan briketlenebilecektir.
3.1. Briketleme Çalışmaları
Bu araştırma endüstriye yönelik bir çalışma olduğu
için, diğer bağlayıcı çeşitleri denenmeden doğrudan
melas kullanılmıştır. Şeker pancarının bir artığı olan
melas, kolay temini ve ucuzluğu nedeniyle endüstride
tercih edilen ve organik yapısıyla da briketlere artı bir
kalori değeri sağlayan etkili bir bağlayıcıdır
(Hiçyılmaz ve Altun, 2000). Bu sebeple çalışmalara
melas miktarı % 0 ile % 15 arası değiştirilerek, kireç
ve su miktarı ise sabit
(% 10) tutularak
başlanmıştır. Elde edilen briketlerin mekanik
dayanım değerleri Çizelge 4 de verilmiştir.
Çizelge 4 incelendiğinde istenilen Düşme Dayanım
İndeksinin ancak % 10 ve üzeri melas miktarlarında
sağlanabildiği görülmektedir. Kırılma dayanımında
bir sıkıntı görülmemektedir. Sadece kireç ve su
miktarı bile 80 kg/briket değerini geçebilmektedir.
Bu sonuçlar değerlendirildiğinde melasın yapısı
nedeniyle briketlere bir elastikiyet kazandırdığı
görülmektedir.
Çünkü,
melas
miktarının
arttırılmasıyla briketler düşme gibi ani şoklara daha
fazla direnç gösterebilmektedir. Ancak ekzotermik
13
The Journal of ORE DRESSING ® 2004
sufficient compressive strength values even when
only lime and water were added without using
molasses (80 kg/briquette). In view of these results,
it was seen that, as molasses addition was increased
briquettes could withstand to impact shocks more,
when dropped. This is due to the fact that, molasses
provided elasticity to the produced briquettes related
to its composition. However, since the molasses and
lime undergo an exothermic reaction when found
together (21), the ratio of molasses to lime is very
important from the view of compressive strength.
As it is seen from Table 4, 15 % molasses addition
brought about a reduction in the compressive
strength of the briquettes. This fall also indicates
that 15 % molasses addition was stochiometrically
high and led to the disturbance in the briquette
structure.
Water resistance of the briquettes was observed to
be sufficient in regard to Type 2 standard with 10 %
molasses addition, but, due to the stochiometrical
reasons as mentioned above, in case of insufficient
lime addition with respect to molasses amount,
water resistance of the briquettes happened to
decrease. In fact, since the coal briquettes are mostly
marketed in nylon or water-proof bags, water
resistance of the briquettes is the least important
index in evaluating the mechanical qualification of
the coal briquettes today. This point has also been
mentioned in the TS 12055 standard for the coal
briquettes marketed in closed nylon packs.
bir reaksiyna giren kireç ve melas’ın da birbirlerine
göre belirli oranlarda olması briketlerin dayanımları
açısından önemlidir (Musson, 1985). Çizelge 4’de
görüldüğü gibi kireç miktarı sabitken melas
miktarının % 15‘lere kadar çıkması düşme ve kırılma
dayanımını azaltmıştır. Bu da arttırılan melas
miktarına göre kullanılan kireç miktarının yeterli
olmadığını göstermektedir.
Suya Dayanım miktarı % 10 melas miktarına kadar
Tip 2 standardını karşılamakta (42 kg/briket) ancak
yukarıda da belirtildiği gibi kireç miktarının
stokiyometrik olarak yetersiz kaldığı durumda suya
dayanım azalmıştır. Aslında mekanik dayanım testleri
arasında suya dayanım en az önemli olandır. Çünkü,
günümüzde üretilen kömür briketleri genellikle poşet
veya naylon çuval ambalajlar içinde piyasaya
sunulmakta ve suya maruz kalmadan tüketilmektedir.
Zaten TS 12055 standardında da, suya dayanım
özelliğinin ambalajlı satılan briketlerde aranmadığı
belirtilmektedir.
Table 4. The Mechanical Strength Values of the Briquettes
Çizelge 4. Briketlerin Mekanik Dayanım Değerleri
Molasses Amount
(%)
0
5
10
15
Drop Resistance Index
(IRI)
33.33
42.86
75.00
60.00
Compressive Strength
(kg/briquette)
81.50
95.50
112.50
103.50
Water Resistance
(kg/briquette)
42.79
42.98
45.00
33.12
3.2. Studies for Decreasing SO2 Emission
3.2. SO2 Emisyonu Düşürme Çalışmaları
In this phase of the study, lime addition amount was
varied from 5 to 20 % while the water and molasses
addition ratios were kept fixed at 10 % by weight,
which proved to provide the most favorable
mechanical strength conditions for the briquettes.
The variations in the total, combustible sulfur
contents and the sulfur in ash are shown in Table 5.
% 10 melas ile yapılan briketler en iyi sonucu verdiği
için kireç ilavesi ile SO2 emisyonunu düşürme
çalışmalarına bu miktar baz alınarak devam
edilmiştir. Su (% 10) ve melas’ın sabit tutulduğu
deneylerde kireç % 5 ila % 20 arasında değiştirilerek
ilave edilmiştir. Sonuçlar Çizelge 5’de görülmektedir.
As the lime content of the briquettes was increased
from 0 to 20 %, the combustible sulfur content was
successively decreased from 3.43 % to 1.74 %. From
a contrary view, the ratio of sulfur remaining in ash
after combustion was increased from 0.94 % to 1.76
%, as the lime addition was shifted from 0 to 20 %
by weight. This was caused by the reaction of sulfur
in coal with lime (CaO) to form CaSO4 instead of
Kireç’in olmadığı ortamda % 3.43 olan yanar
kükürt, kireç miktarının % 20‘ye çıkarılmasıyla %
1.74’e kadar düşmüştür. Bunun tersi olarak kireçsiz
ortamda külde kalan kükürt % 0.94 reduction,. On
the other hand, the
iken % 20 kireç
olduğunda % 1.76’ya çıkmıştır. Çünkü, yanma
sırasında kömürdeki kükürt SO2 gazına dönüşmek
yerine CaO ile reaksiyona girerek kalsiyum sülfat
(CaSO4) şeklinde külde kalmıştır. Yanar ve külde
14
Volume 7 - Issue 14
being emitted as volatile species in the form of SO2.
It was also observed that the total sulfur content
tended to decrease. This was, eventually a relative
decrease, owing to the increase in the lime/coal ratio
within the briquette blend.
kükürt toplandığında toplam kükürt’ün kireç
miktarıyla birlikte azaldığı gözlenmiştir. Söz konusu
azalma,
karışımdaki
kireç/kömür
oranının
artmasından dolayı kükürt içeriğinin göreceli olarak
azalmasından dolayıdır.
Table 5 also shows the decreasing trend in the
temperature level and the SO2 emission at the point
of maximum combustion (reaction), with increase in
lime content of the briquettes. Although the
detected SO2 emission at the point of maximum
combustion is an instantaneous value, it indicates
that as the lime content of the briquettes was raised
from 0 to 20 %, SO2 emission decreased from 23.88
% down to 4.02 %, corresponding to a 6 folds
reduction,. On the other hand, the combustion
behavior of the briquettes was adversely affected by
the increases in lime addition and the temperature
level attained at the point of maximum combustion
revealed a decreasing trend. Also, the amount of ash
raised up to 64 % (Table 5). As a result, the SO2
emission of Dadağı lignite, which is the major
obstacle against its utilization, was extensively
reduced with lime. The mechanical strength of
briquettes with varying lime contents can be seen in
Table 6.
Çizelge 5 den, maksimum yanma (oksijen tüketimi
ve yanma hızı en yüksek)’nın olduğu ısının ve o
ısıdaki SO2 emisyonunun kireç ilavesiyle birlikte
düştüğü görülebilmektedir. Çizelgeda görülen SO2
değeri anlık bir emisyon değeri olmakla birlikte
kireçsiz kömür numunesi ile karşılaştırıldığında SO2
emisyonunun % 23.88 den % 4.02 ye kadar düştüğü,
bir başka deyişle 6 kat azaldığı ğörülmektedir. Bu
düşüşe karşılık kireç ilavesi kömürün yanma
kalitesini olumsuz şekilde etkilemiş ve maksimum
yanma anındaki ısı düşmüş, kül de % 64’lere kadar
yükselmiştir. Sonuç olarak kireç ilavesi ile Dadağı
kömür numunesinin (0-6.35 mm) SO2 emisyon
sorunu büyük ölçüde çözülmüştür. Bu briketlerin
mekanik dayanımları ise Çizelge 6 da görülmektedir.
As seen from the results in Table 6, lime addition
affected the compressive strength of the coal
briquettes negatively. Despite the positive influence
of lime addition on the Drop Resistance of the
briquettes, the tendency of the Drop Index values
again proved the importance of lime/molasses ratio.
In regard to the results observed in Table 4 & 6,
lime/molasses ratio should be around 1 for
optimum strength conditions with the briquettes.
Although compressive strength and drop resistance
values decreased with the raise in lime/molasses
ratio, related standards were still satisfied even at the
highest lime addition ratio of 20 %. However, high
amount of lime addition will not only increase the
overall production costs, but also have negative
influences on the combustion quality of the coal
briquettes, leading to more than 50 % ash amount.
Çizelge 6’daki sonuçlardan görüldüğü gibi kireçin,
briketlerin kırılma dayanımlarına olumsuz etkisi
olmuştur. Düşme Dayanımına olumlu etkisi olmakla
birlikte burada da kireç/melas oranının etkili olduğu
ortaya çıkmıştır. Çizelge 4 ile kıyalandığında
kireç/melas oranının yaklaşık 1 civarında olması
gerektiği görülebilmektedir. Kireç/melas oranının
artmasıyla birlikte kırılma ve düşme dayanımları
azalmakla birlikte deneylerde kullanılan en yüksek
kireç oranında bile (% 20) elde edilen değerler ilgili
standardı sağlamaktadır. Ancak kül miktarının % 50
lerden fazla olması kömürün yanma özelliğini
olumsuz etkileyeceği gibi (maksimum yanma düşük
sıcaklıkta olacak) briket maliyetini de arttıracaktır.
Table 5. Effect of Lime Amount on the Sulfur Amounts and Combustion Features of the Briquettes
Çizelge 5. Kireç Miktarının Briketlerin Kükürt İçerikleri ve Yanma Özelliklerine Olan Etkileri
Lime Amount (%)
Combustible Sulfur (%)
Sulfur in Ash (%)
Total Sulfur (%)
Temperature at the Max. Point of Reaction
(oC)
SO2 Emission at the Max. Point of Reaction
(% Volume)
Ash Amount (%)
0
3.43
0.94
4.37
5
2.87
1.20
4.07
10
2.29
1.67
3.96
15
1.97
1.83
3.80
20
1.74
1.76
3.50
680
632
638
446
426
23.88
9.16
7.27
6.45
4.02
52.56
55.02
57.56
61.12
64.33
15
The Journal of ORE DRESSING ® 2004
Table 6.Effect of Lime Amount on the Mechanical Strength of the Briquettes
Çizelge 6. Kireç Miktarının Briketin Mekanik Özelliklerine Etkisi
Lime Amount
Compressive Strength
Drop Resistance Index
(%)
(kg/briquette)
(IRI)
5
124.5
49.70
10
114.0
75.21
15
110.0
69.00
20
102.0
64.00
4. CONCLUSIONS
4. SONUÇLAR
The 0-18 mm Dadağı coal sample has moderate
calorific value and high ash and sulfur contents. For
the evaluation of the mentioned fraction, firstly fines
were removed out of this fraction using a 6.35 mm
screen so as to obtain a more marketable 6.35-18
mm fraction, which was found to acquire a higher
calorific value as well as lower ash content.
Dadağı elekaltı numunesi orta kalori değerine sahip,
yüksek kül ve kükürt içerikli bir kömür numunesidir.
Dadağı elekaltı (0-18 mm) kömür numunesinin
değerlendirilmesine yönelik olarak numunenin 6.35
mm’den elenmesi sonucu tozundan arındırılmış,
kalori ve kül içeriği nisbeten iyileştirilmiş ve pazarda
daha fazla talep edilen 6.35-18 mm fraksiyonu elde
edilmiştir.
For the marketing of 0-6.35 mm fraction,
briquetting with molasses together with lime
addition was applied so as to reduce combustible
sulfur content and SO2 emission values as well as to
increase the resistance of the briquettes against
water. In these studies, 10 % molasses was found as
the optimum binder addition ratio. From the view of
mechanical strength considerations, the optimum
lime amount that should be added to briquettes with
10 % molasses, should also be 10 %. On the other
hand, it was found that lime should be added at
higher amounts to decrease the combustible sulfur
content and SO2 emission of the coal briquettes,
where the combustion features of the briquettes
were adversely affected.
0-6.35 mm’lik kısmın pazarda kendine yer
bulabilmesine yönelik olarak yapılan briketleme
çalışmalarında bağlayıcı olarak melas’ın yanında kireç
te katılarak briketlerin hem suya dayanımı artırılmış
hemde yanar kükürt içeriği ve SO2 emisyonu
düşürülmüştür. Bu amaçla yapılan briketleme
çalışmalarında optimum melas miktarı % 10 olarak
bulunmuştur. Briketlerin mekanik dayanımları
gözönüne alındığında bu melas miktarına karşılık
optimum kireç miktarı da % 10 olarak bulunmuş
ancak yanar kükürtün
ve SO2 emisyonunun
azaltılması bakımından kireç miktarının daha yüksek
(% 15) olması gerektiği, ama bunun da kömür
numunesinin yanma kalitesini olumsuz etkilediği
görülmüştür.
16
REFERENCES
1. Hiçyılmaz, C. and Altun, N.E.: Focusing on the
Combustion Properties of Binder Added Coal,
Mineral Processing on the Verge of 21st Century,
pp 441-445, 2000.
2. Garea,A.; Fernandes, I.; Urguri, J.R.; Ortrz, M.I.;
Femander, J.; Renedo, M.J.
and Irabien, J.A.:
Fly-ash / calcium hyroxide mixtures for SO2
removal: Structural properties and maximum
yield, Chemical Engineering Journal, Vol. 66 (3)
171-179 p., 1997.
3. Stillman, A.L.: Briquetting, The Chemical
Publishing Company, Easton PA, 1923.
4. Saraçoğlu, M. And Gencer, Z.: Briquetting of
Soma and Tunçbilek Lignites with Various kinds
of stalks and investigation of the combustion
properties of such Briquettes, III. Int. Mineral
Processing Symposium, 313 p., İstanbul, Türkiye,
1990.
5. Yıldırım, M. and Özbayoğlu, G.: Production of
Ammonium Nitrohumate from Elbistan and Its
use as a Coal Binder, Fuel, Vol. 76 (5) 385-389 p.,
1997.
6. Yıldırım, M. and Özbayoğlu, G.: Bağlayıcı olarak
Amonyum Nitrohümat içeren
Linyit
Briketlerine Isıl İşlemin Etkisi, Türkiye 11.
Kömür Kongresi Bildiriler Kitabı, 209-214 p.,
Bartın-Amasra, Türkiye, 1998.
7. Beker, Ü.G.; Kural, O. and Dağalp, M.: Kömürün
Briketlenmesi, Kömür, 453-475 p., İTÜ Maden
Fakültesi, İstanbul, 1988.
8. Buzkan, İ., Arslansan,E. and Günay, Y.: Ermenek
Kömürlerinden Türkiyede Yeni bir Teknik ile
Pilot Çapta Briket Üretimi, Türkiye 11. Kömür
Kongresi Bildiriler Kitabı, 199-208 p., BartınAmasra, 1998
9. Özbayoğlu, G.; Atalay, Ü. And Hiçyılmaz,C.:
Briquetting of Washed Coal Fines of MerzifonYeni Çeltek Coal Enterprise, 18th International
Mining Congress and Exhibition of Turkey
Proceedings, 507-511 p. Antalya, Türkiye, 2003.
10.
Altun,N.E.: Combustion Characteristics of
Coal Briquettes, M.Sc. Thesis, Institute of Natural
and Applied Sciences, Middle East Technical,
Ankara, 2002.
Volume 7 - Issue 13
11. Jones, D.C.R.: Briquetting, Chemistry of Coal
Utilization, 675-753 p., John Wiley & Sons,
New York, 1963.
12. Kural,O.: Kömürlerin Briketlenmesi, Kömür,
446-511 p. İTÜ Maden Fakültesi,
İstanbul,
1991.
13. Hock,H.:
Braunkhole,
Energie,Vol.3 48-58 p., 1951.
Warme
U.
14. Buzkan, İ. and Şahin, A.N.: Zonguldak
Kömürlerinin Katkısız Briketlenmesi, Türkiye
11. Kömür Kongresi Bildiriler Kitabı, 185-198
p. Bartın-Amasra, Türkiye, 1998.
15. [15] Gencer,Z.:
Bağlayıcısız
Briketleme
Teknolojisinde
Kömürün
Petrografik
Yapısının ve Bazı Fiziksel Özelliklerin Etkisi,
MTA Maden Analizleri ve Teknolojisi Servisi
Raporu, Ankara, 1986.
16. Jappelt,K.A.: Linyitlerin Sıcak Usulle ve Bir
Bağlayıcı
Kullanmadan
Briketlenmesi,
TÜBİTAK Proje No: MAG 207, Ankara,
1973.
17. Schinzel,W.: Briquetting, Chemistry of Coal
Utilization, 609-664 p., John Wiley & Sons,
New York, 1961.
18. Kural,O.: Briquetting of Coal, Coal, 291-308
p., İTÜ Mining Faculty, İstanbul, 1994.
19. Richards, S.R.: Physical Testing of Fuel
Briquettes, Fuel Processing Technology, Vol.
25 89-100 p., 1990.
20. [20] Ataman,T.: Kaya Mekaniğine Giriş,
METU Faculty of Engineering Publication,
No.69, 18-20 p., Ankara, 1982.
21. Musson,G.H.: Fluorspar, SME Mineral
Processing Handbook, Vol. 2, Sec. 23, 23.123.8 p., New York, 1985.