Kimyasal Yastıklama (CHEMICAL BLANKETING)
- Giriş
Kimyasal madde üretim ve depolama tesislerinde, solvent depolama tanklarından polimerizasyon reaktörlerine ve yağ tanklarına kadar geniş bir alanda kullanılan kimyasal yastıklama (chemical blanketing, inerting), hem güvenlik hem de depolanan/üretilen ürünün kalitesinin korunmasında önemli bir rol oynar. Yastıklama (blanketing) işlemi, tankın veya reaktörün üst bölgesinde (headspace) oksijen içeren atmosferik hava yerine inert bir gazın (genellikle azotun) bulunmasını sağlayan bir kontrol yöntemidir. Amaç, depolama veya üretim esnasında oksijenle reaksiyona girebilecek maddelerin oksidasyonunu ve bozulmasını engellemek, patlayıcı karışımların parlama / yanma limitlerinin altına düşmesini sağlamak, atmosfer kaynaklı nem girişini önlemek ve depolanan veya üretilen ürünün stabilitesini korumaktır.
Petrokimya, rafineri, boya, yağ endüstrisi, gıda aromaları ve solvent işleme sektörleri, bu yöntemi güvenlik ve kalite kontrolünün en öenmli parçası olarak kullanır.
Kimyasal yastıklama uygulamalarında kullanılan azotun saflığı, basıncı, debisi ve sürekliliği proses verimliliğini doğrudan etkiler. Bu noktada, PSA (Pressure Swing Adsorption) teknolojisi, tesis içinde yüksek saflıkta azotu istenilen debide ve düşük işletme maliyetiyle üretme kabiliyeti sayesinde, günümüzde en yaygın kullanılan çözümlerden biridir.
2. Kimyasal Yastıklamanın Bilimsel Temelleri
2.1. Oksijen ve organik bileşiklerin reaksiyon eğilimi
Birçok solvent, hidrokarbon, yağ ve organik bileşik, atmosferde bulunan oksijenle reaksiyona girerek oksidasyon, ısıl bozunma ve yanma gibi istenmeyen, ürün için zararlı olan süreçleri başlatabilir. Oksijen molekülü, zayıf bağları nedeniyle yüksek reaktiviteye sahip olduğundan, organik yapı ile temas ettiğinde reaksiyon hareketi hızlanır.
Kimyasal maddelerin güvenle depolanması ve üretilmesinde en önemli durumlardan biri de ‘’kritik eşik’’ kavramıdır. Kritik eşik “MOC – Minimum Oxygen Concentration” değeridir. Her kimyasalın oksijenle alev alabileceği kritik oksijen oranı farklıdır. Örneklemek gerecek olursa;
· Etanol: ~10% O₂
· Monometilbenzen: ~8% O₂
· Hekzan: ~11% O₂
· Aseton: ~10% O₂
Yukarıda ki örnekte belirtildiği gibi kimyasal maddelerin MOC sınırların altında oksijen seviyesi korunursa parlama ve reaksiyon oluşmaz. Kimyasal yastıklama prosesinin temel hedefi, tank veya reaktör içindeki oksijen seviyesini MOC değerinin çok altına düşürmektir.
2.2. Azotun kimyasal inertliği
Azot (N₂), atmosferde yaklaşık %78 lik oranı ile en bol bulunan gaz olmasının yanı sıra, düşük reaktiviteye sahip bir gazdır. Kimyasal reaksiyonlarda inert bir yapı oluşturur, oksijenin yerini alır ve yanıcı ortamın bertaraf edilmesini sağlar.
Bu inertlik sayesinde azot, kimyasal yastıklamanın birincil gaz olarak tercih edilmektedir.
3. Kimyasal Yastıklama Çeşitleri
Kimyasal inertleme uygulamaları temelde üç ana kategoriye ayrılır:
3.1. Sürekli Akışla Azot Yastıklama
Tank içerisine (headspace’e) sürekli olarak azot gazı beslenir. Bu tarz uygulamalarda; Oksijen seviyesi çok stabil tutulur, solvent kaynaması / buharlaşması minimuma indirilir. Bu yöntemde tank basıncı daha da kontrol altındadır.
3.2. Basınç Kontrollü Yastıklama
Basınç transmitterı düzenli olarak tank içerisinde (yastıklanan alanda) basınç ölçümü yapar, basınç belirli bir seviyenin altına düştüğünde azot valfini açarak iç basıncı istenen seviyelere çıkarmaya çalışır.
3.3. Süpürme yolu ile İnertleme ( Sweep Inerting )
Tank ilk devreye alınırken oksijen tamamen dışarı süpürülür. Depolanacak kimyasal için uygun bir ortam tesis edilir.
4. Kimyasal Yastıklamada Gereken Azot Saflığı
Depolanacak kimyasalın yapısına göre kullanılacak olan azot saflığı değişmektedir. Bu saflık değerleri %97 saflıkla %99,999 saflıklar arasında değişmektedir. Bu nedenle PSA sistemlerinin değişken saflık aralıklarında çalışma becerisi ve değişken kapasite sağlayabilmesi proses performansı açısından oldukça değerlidir.
5. PSA ile Azot Üretimi – Çalışma Prensibi
5.1. PSA Teknolojisinin Temel Yapısı
PSA sistemleri, karbon moleküler eleği (CMS) kullanarak basınç altında oksijen moleküllerini adsorbe eder, azotu ise geçirir. Sistem iki kolondan oluşur:
1. Adsorpsiyon kolonu
2. Rejenerasyon kolonu
5.2. PSA Döngüsü
1. Adsorpsiyon:
7–10 bar basınçta hava CMS’e verilir. CMS oksijeni tutar, azot ürün olarak çıkar.
2. Eşitleme:
Kolonlar arasında basınç transferi yapılarak enerji verimliliği artırılır.
3. Purge (Temizleme):
Ürün azotunun küçük bir kısmı düşük basınçtaki kolona gönderilerek CMS’teki oksijen uzaklaştırılır.
4. Rejenerasyon:
Kolon atmosfer basıncına düşer, oksijen tamamen serbest kalır.
Bu döngü saniyeler içerisinde tekrarlanır.
6. PSA’nın Kimyasal Yastıklamada Sağladığı Avantajlar
6.1. Yerinde Azot Üretimi (On-Site Nitrogen Generation)
Tüplü (manifoldlu) sistemlerde:
· Lojistik maliyet
· Kesinti riski
· Tüplerin stok yönetimi
gibi birçok sorun vardır.
PSA sistemleri ise kesintisiz, sürekli ve kontrol edilebilir azot akışı sağlamaktadır.
6.2. Yüksek Saflıkta Stabil Azot Akışı
Kimyasal yastıklamada oksijen seviyesinin sabit tutulması için:
· Debi dalgalanması olmamalı
· Tanka aktarılan azot içerisinde bulunan O₂miktarı değişmemeli
· Ani yük / debi değişimlerinde saflık bozulmamalı
PSA sistemleri, uygun CMS seçimi, optimize edilmiş diyazn ve PLC kontrol ünitesi vasıtasıyla son derece tutarlı bir saflıkta azot üretir.
7. Yastıklama İçin PSA Tasarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler
7.1. Saflık Gereksiniminin Doğru Belirlenmesi
Her proses veya kimyasal %99,999 saflık (class 5) kullanılmasını gerektirmez. Çoğu proses ve kimyasal için %99 veya %99,9 saflık yeterli olmaktadır. Bu noktada gereğinden daha saf azot kullanımı maliyeti ciddi oranda arttırmaktadır
7.2. Kimyasal Depolama Tankına Azot Dozajlama Ayarlarının Optimize Edilmesi
Tank içerisine aktarılan azot miktarı kimyasalın yastklandığı ortamdaki saflık oranını doğrudan etkilemektedir. Fakat fazla azot aktarımı da maliyetin artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle azot aktarım miktarı ve saflık mertebesi titzlikle hesaplanmalı ve uygulamaya o şekilde geçilmelidir.
Kimyasal yastıklama prosesleri, kimyasal depolama yapılan modern endüstriyel tesislerde hem güvenlik hem de kalite açısından vazgeçilmezdir. Oksijenle reaksiyona girme potansiyeli olan her kimyasal, üretim ve depolama sürecinde güvenlik ve maddi nedenler ile inert bir atmosfer gerektirir. Azot, kimyasal inertliği, kolay kullanılabilirliği ve güvenli yapısı sayesinde bu prosesin kalbinde yer alır.
Forever Gas Industry PSA teknolojisi, kimyasal yastıklama için gereken değişken saflıkta azotu yerinde, kesintisiz ve düşük maliyetle sağlar. Yüksek kaliteli CMS kullanımı ile birlikte hava katsayılarının düşmesi, elektrik tüktimini ve işletme maliyetlerini önemli ölçüde azaltır. PSA sistemlerinin esnek çalışma prensipleri, proses gereksinimlerine göre optimize edilebilir olması ve enerji verimliliği sayesinde günümüzde kimyasal inertleme uygulamalarında en çok tercih edilen yöntem haline gelmiştir.
Kimyasal yastıklama sistemlerinde azot gazının kapasitesinin, saflığının ve basıncının doğru tasarlanması, O₂ analizörünün hassasiyeti hem ürün kalitesini artırır hem de tesis güvenliğini en üst düzeye çıkarır.