1940’lı yıllarda uçaklarda, çok daha yüksek güçler üreten
türbinli motorların kullanılmaya başlanmasıyla benzinli motorların yerini, önce
askeri alanlarda sonra da sivil havacılıkta jet motorları almaya başladı.
Türbin motorlu uçaklar ilk olarak 1939’da Almanya’da, daha sonra 1941 yılında
İngiltere’de kullanıldı.
Jet motorları, benzin ve dizel motorlarından daha toleranslı
olmasına karşın, uçak ve motor yakıt sistemi yakıtın fiziksel ve kimyasal
özelliklerinden etkilenir. Motor ve uçak dizaynları çok çeşitli olduğundan
türbin motoru yakıt kalitesinde de çeşitliliğe gerek doğmuş, uçuş koşullarında
istenilen özellikleri karşılayabilecek değişik yakıt tipleri geliştirilmiştir
(JP-1, JP-2, JP-3, gibi).
1944’de Amerika’da, sonra 1947’de İngiltere’de çıkarılan
standartlarla gazyağının donma ve alevlenme noktaları gerekli seviyelerde
sınırlandırıldı. Gelişmeler devam ederek 1952’de JP-4, 1953’de JP-5 yakıtları
geliştirildi. Bunu JP-6, JP-7 ve JP-8 yakıtları izledi; herbirinin özellikleri,
ticari ve/veya askeri şartnamelerle sınırlandırıldı.
II. Dünya Savaşından sonra Amerika’da “wide-cut” denilen ve
kaynama aralığı benzinle gazyağı arasında olan bir hidrokarbonlar karışımı da
jet yakıtı olarak kullanılmaya başlandı. Wide-cut daha hafif bir ürün
olduğundan alevlenme riskinin ve yüksek uçuşlardaki buharlaşma kayıplarının
gazyağından daha fazla olması gibi dezavantajları vardı.
1950 Yıllarında ticari jet endüstrisinin devreye girmesiyle
çeşitli jet motorları ve jet yakıtı formülleri geliştirildi. Bugün Dünyanın
hemen her yerinde gazyağı bazlı jet yakıtları (Jet A ve Jet A-1)
kullanılmaktadır. Wide-cut bazlı (jet B) yakıt Kanada ve Alaska gibi soğuk
bölgelerde uygundur.
1. JET YAKITLARI
1.1. BİLEŞİMİ VE ÖZELLİKLERİ
a. Bileşimi
Jet yakıtındaki hidrokarbonların hemen hepsi parafin, naften
veya aromatik yapıdadır. Aynı tipteki jet yakıtlarının değişik bazı
özellikleri, bu üç gruptaki hidrokarbonların farklı oranlarda bulunmasından
ileri gelir; bu farklılıklar yakıtın özelliklerini ve bir türbin motorundaki
performansını etkiler. Jet yakıtlarına bazı katkı maddeleri ilave edilir; metal
deaktivatör, buzlanma önleyici, yağlayıcı, biyosid, termal stabilizörler gibi.
Monosiklik ve disiklik aromatik bileşiklerin miktarı
distilasyon değerleriyle sınırlandırılmıştır. Jet A ve Jet A1’de toplam
aromatik bileşikler %25 (hacimce) ve toplam naftalinler %3.0 maksimum
değerleriyle sınırlandırılmıştır. Heteroatomlu bileşikler de, özellikle
sülfürlü bileşikler şartname değerleriyle kontrol altında tutulur, nitrojenli
bileşikler ise sadece eser miktarda bulunur.
Ticari Jet yakıtlarının çoğunun baz hidrokarbonlar bileşimi
gazyağıyla hemen hemen aynıdır; şartnamelerdeki en önemli farklılık sülfür ve
aromatik bileşiklerin gazyağındakinden daha düşük olmasıdır. Diğer ticari ve
askeri jet yakıtları ‘wide –cut’ tip yakıtlardır; bunlar gazyağının daha düşük
kaynama aralıklı akımlarla karıştırılmasıyla üretilir dolayısıyla uçuculukları
daha yüksektir. Tablo-1‘de bazı jet yakıtlarının API graviteleri, kaynama aralıkları
ve bileşimleri verilmiştir.
Tablo-1: Bazı Jet
Yakıtlarının Özellikleri ve Bileşimleri
Özellik ve Bileşim
|
Ticari Jet A (gazyağı)
|
Askeri Jet yakıtları
|
|
JP-4
(wide cut)
|
JP-5
(gazyağı)
|
||
Gravite, API
|
42.3
|
54.8
|
41.0
|
Kaynama aralığı, °C
|
170-300
|
48-270
|
150-290
|
Doymuş hidrokarbonlar, % hac.
|
80.7
|
88.4
|
81.1
|
Aromatikler, % hac.
|
15.8
|
10.8
|
16.5
|
Olefinler, % hac.
|
1.8
|
0.8
|
1.4
|
Sülfür, % hac.
|
0.035
|
0.018
|
0.020
|
Jet yakıtı karışımındaki maddelerin molekül ağırlıkları ve
karbon sayıları bazı özelliklerle sınırlandırılır; bunlar, distilasyon, donma
noktası, bazen naftalin ve islenme noktası değerleridir. Aşağıda jet Yakıtında
bulunan bazı hidrokarbonlar verilmiştir.
Jet yakıtında bulunan hidrokarbonların yoğunluk ve yanma
ısıları EK-5, kaynama noktaları ve donma noktaları EK-6’da verilmiştir.
Hidrokarbon Füze Yakıtları
Hidrokarbon füze yakıtları JP-9 ve JP-10 uçaktan atılan
füzeler için özel olarak geliştirilmiş yakıtlardır, çok pahalıdır ve fiyatın
önemli olmadığı özel koşullar için gereken miktarlarda üretilir. JP-10
ekzo-tetrahidro-di-siklopentadien, JP-9 ise aşağıda formülleri ve adları
verileni üç bileşiğin karışımıdır.
İstenilen özellikler maksimum volumetrik enerji içeriği,
temiz yanma ve iyi düşük-sıcaklık performansıdır; bu gereksinimleri karşılamak
için yüksek yoğunluklu saf naften hidrokarbonlar veya bunların harmanlanmasıyla
hazırlanan karışımları kullanılır.
Jet Yakıtının Kararsızlığı
Termal stabilite jet yakıtının önemli bir özelliğidir;
kararsız bir yakıtta peroksitler, hidroperoksitler, çözünür gum ve çözünmeyen
maddeler veya kritik malzemelerin üzerlerini kaplayan partiküller oluşur.
Jet yakıtının kararsızlığı ile ilgili kimyasal reaksiyonlar
fazla aydınlatılamamıştır. Kararsızlığa, yakıtta bulunan çok düşüş
konsantrasyonlardaki (ppm seviyelerinde) bazı nitrojen ve/veya sülfürlü
bileşikler, organik asitler ve reaktif olefinlerin neden olduğu ve
reaksiyonların çok-kademeli oksidasyon reaksiyonları olduğu düşünülmektedir.
Oksidasyon reaksiyonlarında ortamda bulunabilecek bazı çözünmüş metaller,
özellikle bakır katalizör etkisi gösterir.
b. Özellikleri
Ürün şartnameleri, ürünün tanımı ve kontrolü için üreticiler
ve kullanıcılar arasında kurulmuş olan mekanizmadır. ASTM D 1655 şartnamesi
2000 yılında revize edilmiştir; Tablo-2’de ASTM D 1655, Tablo-3’de farklı
ülkelere ait temel sivil jet yakıtlarının bazı şartname özellikleri, sınır
değerleri ve test metotları kıyaslaması verilmiştir. Şartnameyle kontrol altına
alınmış özellikler birbirinden tamamen bağımsız değildir; örneğin, toplam
aromatikler arttığında, yoğunluk, son kaynama noktası sıcaklık ve donma noktası
da artar, islenme noktası ise düşer.
Tablo-2: Jet Yaktı
Şartnameleri, ASTM D 1655
Özellik
|
Jet A /A-1
|
Jet B
|
Test, ASTM
|
Yoğunluk
, 15ºC, kg/m3
|
775-840
|
751-802
|
|
Alevlenme
noktası, ºC, min.
|
38
|
||
Buhar
basıncı, 38ºC, kPa, maks.
|
21
|
||
Distilasyon,
% hac., 0C, maks.
10 toplanan,
maks.
20 toplanan,
maks.
50 toplanan,
maks.
90 toplanan, maks
SKN, 0C,
maks.
kalıntı, ml.
maks.
kayıp, ml. maks.
|
205
-
kayıt
kayıt
300
1.5
1.5
|
-
145
190
245
-
1.5
1.5
|
D
86
|
Donma
noktası, ºC, maks.
|
–40
(A), –47 (A1)
|
–
50
|
|
Viskozite,
–20ºC, cSt. maks.
|
8.0
|
-
|
D
445
|
Asitlik,
top. mg KOH/g, maks.
|
0.10
|
–
|
D
3242
|
Aromatikler,
% hacim, maks
|
25
|
25
|
D
3227
|
Sülfür,
merkaptan, % ağ. maks
|
0.003
|
0.003
|
D
1266
|
Sülfür,
toplam, % ağ. maks
|
0.30
|
0.30
|
|
Net
yanma ısısı, MJ/kg, min
|
42.8
|
42.8
|
D
1740
|
Luminometre
no., min.
|
45
|
45
|
D
1322
|
İslenme
noktası, mm, min.
|
25
|
25
|
D
1322
|
Naftalenler,
% hac., maks
|
3.0
|
3.0
|
D
1840
|
Mevcut
gum, mg/100 mL, maks.
|
7
|
7
|
D
381
|
Su
reaksiyonu, maks
Filtre p düş. mm
Hg, maks.
Tüp kalıntısı,
maks.
|
1b
25
3
|
1b
25
3
|
D
1094
|
Korozyon,
2 sa., 100ºC, maks.
|
No.
1
|
No.
1
|
D
130
|
Tablo-3: Bazı Sivil Jet Yakıtı Şartnameleri
Yakıt
|
Jet A
|
Jet A-1
|
TS-1
|
Jet B
|
Şartname
|
ASTM D 1655
|
DEF 91-91
|
GOST 10227*
|
CGSB-3.22
|
Yoğunluk , 15ºC, kg/m3
|
775–840
|
775–840
|
775
(20ºC,min.)
|
750-801
|
Alevlenme
noktası, ºC, min.
|
38
|
38.0
|
28
|
–
|
Buhar
basıncı, kPa, maks.
|
–
|
–
|
–
|
21
|
Distilasyon,
ºC:
|
||||
İKN, , 0C,
|
–
|
kayıt
|
150
|
kayıt
|
10 toplanan,
maks.
|
205
|
205
|
165
|
kayıt
|
50 toplanan
|
kayıt
|
kayıt
|
195
maks.
|
110-190
|
90 toplanan, maks
|
kayıt
|
kayıt
|
230
|
245
|
SKN, 0C,
maks.
|
300
|
300
|
250
|
kayıt
|
Donma
noktası, 0C, maks.
|
–
40
|
–
47.0
|
–
|
–
51
|
Buzlanma
noktası, 0C, maks.
|
–
|
–
|
–
50
|
–
|
Viskozite,
kinematik, cSt.
|
||||
–20ºC, maks.
|
8
|
8
|
-
|
-
|
20ºC, min.
|
-
|
-
|
1.25
|
-
|
–40ºC, maks
|
-
|
-
|
8
|
|
Aromatikler,
%hac., maks.
|
25
|
25.0
|
22
(% ağ.)
|
25.0
|
*
Bu şartname testleri diğerlerinden farklı olduğundan değerler kıyaslamaya
alınamaz
**Kontrol
edilmez
ASTM:Amerika
(American Society for Testing and Materials)
CGSB:
Kanada (Canadian General Standards Board)
DEF:
Alman
GOST:
Rusya
|
||||
Sivil Jet Yakıtları: Amerika’da ASTM D 1655 (Jet A
and Jet A-1 ve Jet B); İngiltere’de DERD 2494 (Jet A-1); Kanada’da CGSB (Jet
B), Rusya’da GOST (TS-1, T-1, T-2, RT) şartnameleri. Dünyadaki bazı şirketler
bölgesel farklılıklara göre bu şartnamelerle belirtilen yakıtlardan
seçtiklerini kullanmaktadırlar. International Air Transport Association (IATA)
dört tip yakıt içeren bir şartname çıkarmıştır; bunlardan üçü gazyağı bazlı
(Jet A, Jet A-1 ve TS-1) ve biri de wide-cut bazlı (Jet B).Jet yakıtlarıdır.
Askeri Jet yakıtları: Her devletin askeri amaçlı Jet
yakıtı şartnamesi vardır. Çeşitli jet yakıtı şartnameleri (JP-1*, JP-2*, JP-3*,
JP-4, JP-5, JP-6*, JPTS, JP-7, JP-8 ) çıkarılmış, bunlardan bazıları (*)
gelişen teknolojilere paralel olarak iptal edilmişlerdir. Halen en fazla
kullanılmakta olan askeri jet yakıtları JP-5 ve JP-8 olup, her ikisi de gazyağı
bazlıdır, başlıca farklılıkları alevlenme noktalarıdır; sırasıyla minimum 60 ve
38 0C’dir.
Yoğunluk ve Enerji
Bir uçak türbin motoru, yakıtın kimyasal enerjisini mekanik
ve ısı enerjilerinin bir kombinasyonuna dönüştürerek güç yaratır. Uçakların
çoğunda büyük mekan olduğundan ısıtma önemlidir; bu nedenle de yakıtın enerji
içeriği önemlidir.
Herbir hidrokarbonun enerjisi farklı olduğundan jet yakıtı
harmanındaki bileşenlerin türleri ve miktarları önemlidir. Yakıtın yoğunluğu,
bileşiminin bir fonksiyonu olduğundan enerji değerinin bir göstergesidir.
Genellikle yoğunluğu düşük olan yakıtların gravimetrik enerji içeriği, yüksek
olanların ise volumetrik enerji içeriği fazladır. Bu etki farklı jet yakıtları
ve uçak benzini kıyaslandığında açıkça görülür (Tablo-4).
Uçak yakıtlarında yüksek volumetrik enerjili, yani yüksek
yoğunluklu yakıtlar tercih edilir; çünkü belirli bir hacimdeki volumetrik
enerji daha fazla olduğundan bir depo yakıtla alınacak uçuş yolu daha uzun
olur.
Tablo-4: Jet
yakıtları ve uçak benzininde
yoğunluk-enerji
değerleri
Tipik yoğunluk
|
Tipik enerji içeriği
|
|||||
Gravimetrik
|
Volumetrik
|
|||||
Yakıt
|
g/ml
|
lb/gal
|
Btu/lb
|
MJ/l
|
Btu/gal
|
|
Jet,
wide-cut tipi
Jet,
gazyağı tipi
|
0
0.810
|
6.36
6.76
|
45,54
43,28
|
18.610
|
33.18
35.06
|
119,000
125,800
|
Uçak
benzini
|
0.715
|
5.97
|
43,71
|
18,800
|
31.00
|
112,500
|
Uçuculuk; Buhar Basıncı, Distilasyon
Uçuculuk bir yakıtın buharlaşma eğilimidir; iki fiziksel
özellikler, buhar basıncı ve distilasyon profiliyle tanımlanır. Çok uçucu bir
yakıtın buhar basıncı daha yüksektir ve distilasyon ilk noktası daha düşüktür.
Yakıtlar için uçuculuk önemlidir; çünkü yakıtın yanabilmesi
için önce buharlaşması gerekir. Ancak gereğinden fazla uçuculuk yakıtta
buharlaşma kayıplarına ve yakıt sisteminde buhar tıkanmasına neden olur.
Gazyağı-tip ve wide-cut tip jet yakıtları arasındaki temel farklılıklardan biri
uçuculuktur. Buhar basıncı değerleri (RVP) kıyaslandığında daha az uçucu olan
gazyağı-tip jet yakıtının 1 kPa (0.14 psi), wide-cut tipin ise 21 kPa (3 psi)
dolayında olduğu görülür.
Gazyağı-tip jet yakıtının karbon sayısı dağılımı 8-16,
wide-cut tip jet yakıtının 5-15 karbon arasındadır (Şekil-1).
Şekil-1: Gazyağı ve wide-cut tipi jet yakıtlarının distilasyon
eğrileri.
Yağlayıcılık
Jet yakıtının, yakıt sitemindeki bazı hareketli parçaları ve
akış kontrol birimlerini yağlayıcı özellileri olmalıdır. Şartnamelerde
viskozite için alt sınır verilmediğinde distilasyon değerleri bu sınırı koyar;
distilasyon gereklerini karşılayan bir gerekli hidrodinamik yağlamayı
yapabilecek özelliklerdedir.
Straight-run (SR) jet yakıtlarına eser miktarlarda (~10 ppm)
oksijen, nitrojen ve sülfür bileşikleri ilave edilerek sınır-yağlayıcı özellik
kazandırılır. Yakıtın sınır-yağlayıcı özelliği özel bir test motorunda
saptanır. Fiziksel veya kimyasal veriler yeterli değildir; aynı miktarlarda
sülfür ve aromatik bileşikler içeren yakıtların yağlayıcı özellikleri farklı
olabilir.
Akışkanlık
Jet yakıtı uçağın kanatlarındaki yakıt tankından yakıt
sistemi yoluyla motora kolaylıkla akabilmelidir. Yükseklik arttıkça ısı
düştüğünden uçağın tanklarındaki yakıt soğur; veya yerdeki tanklardaki yakıt
kış mevsimlerinde çok soğur. Tüm koşullar altında jet yakıtının akışkanlığını
koruması, çok viskozlaşmaması, donmaması gerekir.
Wide-cut tip jet yakıtların viskoziteleri ve donma noktaları
gazyağı-tip jet yakıtlarından daha düşük olduğundan soğuk iklim şartlarına daha
uygundur.
Donma Noktası
Jet yakıtının donma noktası, vaks kristalleri oluşuncaya
kadar soğutulan test örneği ısıtıldığında içerdiği son vaks kristallerinin de
eridiği sıcaklık olarak tanımlanır. Buna göre donma noktası yakıtın katılaşma
noktasından daha yüksek bir sıcaklıktır.
Yakıt sisteminin en önemli özelliği tanklardaki yakıtı
motora pompalama performansıdır; pompalayabilme yakıtın akışkanlığına ve
sistemin dizaynına bağlıdır. Simülasyon testlerinde düşük-sıcaklıkta
pompalanabilme kriteri olarak yakıtın donma noktası baz alınır; jet yakıtları
donma noktasından 4ºC-15ºC daha düşük sıcaklıklarda pompalanabilir.
Viskozite
Jet yakıtının fiziksel özelliklerinden viskozite ve donma
noktası, akışkanlığının kantitatif ölçüsüdür.
Jet yakıtı, türbin motorunun yanma bölümüne nozullardan enjekte
edilir; sistem, yakıt damlacıklarını incecik spreyler halinde püskürterek
havayla karışırken hemen buharlaşmasını sağlar. Buradaki damlacıkların
büyüklüğü ve spreyin şekillenmesi yakıtın viskozitesine göre değişir.
Viskozite gereken değerden yüksekse motor kalkışta zorlanır,
yakıt sistemi hatlarında basınç düşmesi fazla olur ve sabit yakıt akış hızını
sürdürebilmek için yakıt pompasının daha fazla güçle çalışması gerekir. Bu
nedenlerle şartnamelerde viskozite maksimum değerlerle sınırlandırılır.
Wide-cut jet yakıtı viskozitesi ve donma noktası gazyağı-tip
jet yakıtından daha düşük olduğundan soğuk iklimlere daha uygundur.
Yanma Özellikleri
Pistonlu motorlar ve jet motorları arasındaki temel
farklılık pistonlu motorlarda yanmanın kesikli, jet motorlarında ise sürekli
olmasıdır. Bu nedenle herbirinin gereksindiği yakıtın yanma kalitesi farklıdır.
Pistonlu motorlarda iyi performans alınmasında yanmanın zamanlaması çok
önemlidir; oysa yanma sürekli olduğunda zamanlama önemli değildir.
Jet motorlarında yakıt yanmaya başladığında hemen küçük
karbon tanecikleri oluşur; bunlar alevlerin arasından geçerken tekrar yanmaya
devam eder ve uygun koşullar sağlandığında tamamen yanarlar. Yanma odacığı
yüksek sıcaklık ve basınçtadır; bu koşullar altında meydana gelen karbon
zerrecikleri, yakıtın kalitesine bağlı olarak tam yanmayı tamamlayamadan akkor
hale geçebilirler. Böyle bir durumda
yanma gazlarının ısısını absorblayacak şekilde dizayn edilmiş olan yanma
odacığı duvarları fazladan bu akkor haldeki infrared ışınları da absorblayarak
kapasitelerinin üstünde ısınırlar ve dolayısıyla hasarlanırlar.
Karbon taneciklerinin yaratacağı diğer tehlikeler türbin
kanatları ve statora çarparak erozyona neden olmaları, yanma odacığına hava
besleyen delikleri tıkamaları ve yanma ürünlerinin akış paternlerini
değiştirmeleridir; motor emisyonlarında is miktarı fazla olur.
Fazla miktarlarda aromatik bileşikler, özellikle de
naftalinler içeren yakıtların bu tür karbon kalıntısı yüksektir; bu nedenle jet
yakıtları şartnameleri toplam aromatikler ve toplam naftalinleri sınırlar.
Kirlilikler
a. Gum: Termal stabilite jet yakıtının çok önemli bir
özelliğidir; peroksitler ve hidroperoksitler oluşumu, çözünür gumlar ve
özellikle çözünmeyen maddeler jet yakıtının kritik özellikleridir.
b. Su: Jet yakıtlarında su üç şekilde bulunabilir;
yakıtta çözünmüş halde, ayrı bir faz halinde (serbest su) ve yakıt-su
emülsiyonu şeklinde. Yakıtta çözünmüş olarak bulunan su herhangi bir sorun
yaratmaz, ancak serbest ve emülsiyon haldeki su potansiyel tehlikedir ve çok
önemli zararlara yola açar.
Jet yakıtının su çözme kapasitesi çok düşüktür; çözünebilen
suyun miktarı yakıtın aromatik bileşenler içeriğinin ve sıcaklığının artmasıyla
artar. Örneğin gazyağı-tip bir jet yakıtı ortamda bulunabilecek sudan 21 0C’de
40-80 ppm kadar suyu çözerek suyla doygun duruma gelir; sıcaklığın artmasıyla
bu değerler yükselirken, sıcaklığın düşmesi çözünmüş suyun bir kısmının serbest
su halinde yakıttan ayrılmasına neden olur.
Jet yakıtı tamamen kuruysa, ortamda serbest su yoksa bile
havadan su çeker; örneğin relatif nemi %50 olan havayla temas eden yakıt 20-40
ppm kadar su çekebilir.
Serbest haldeki su yakıt fazının altında ayrı bir faz olarak
ayrılır. Su fazının ayrıma hızı ve yakıt-su ara yüzeyinin keskinliği yakıttan
suyun ayrılabilmesinin bir göstergesidir ve şartnamelerle belirlenmiştir.
Ayrılan serbest su tanktan veya gerekli noktalardan çekilerek yakıt serbest
sudan arındırılır. Yakıtta kalması halinde uçağın yüksek sıcaklıklarda
karşılaşacağı düşük sıcaklıklarda donarak filtreleri tıkar, yakıt akışını
bozar, korozyona neden olur ve sisteme önemli zararlar verir.
Emülsiyon, birbirinde çözünmeyen iki sıvının birbiri içinde
çok küçük (çapları <100 mikrometre) damlacılar halinde dağılmasıyla oluşan
homojen olmayan bir emülsiyonunda sürekli faz yakıttır. Suyun yoğunluğu yakıtın
yoğunluğundan daha fazla olduğu halde su emülsiyondan ayrılıp faz oluşturamaz;
nedeni su damlacıklarının yüzeyinde toplanan sörfaktan maddelerin
su-hidrokarbon karışımını kararlı hale getirmesidir. Su polar bir bileşiktir,
yakıt ise non-polardır. Yakıt içindeki bazı hidrokarbon molekülleri hem polar ve
hem de non-polar gruplar içerir; bunlar polar uçlarıyla suyla, non-polar
uçlarıyla da yakıt molekülleriyle etkileşir. Bu tür ikili özellikteki
moleküllere sörfaktan denilir. Emülsiyonun kırılması ve suyun ayrılması için
yakıta çok az miktarlarda demülsifiyer katkı maddeleri ilave edilmesi gerekir.
(Bak. Katkı maddeleri-Sörfaktan)
Kararlılık
Kararlı bir yakıt özellikleri zamanla (depolama stabilitesi)
ve sıcaklıkla (termal stabilite) değişmeyen yakıttır.
Jet yakıtının kararsızlığı, yakıt harmanındaki çok-kademeli
kimyasal reaksiyonlardır; bunların bazıları oksidasyon reaksiyonlarıdır. İlk
reaksiyon ürünleri hidroperoksitler ve peroksitlerdir; bu bileşikler yakıtta
çözünmezler, yakıt sistemindeki bazı elastomerik malzemeyi etkileyerek bozar ve
ömürlerini kısaltırlar. Diğer reaksiyonlarla çözünür gum ve çözünmeyen
tanecikler meydana gelir; bunlar yakıt filtrelerinin tıkar, yakıt sisteminde
birikintiler oluşturur ve akıt akış rejimini bozar.
Depolama Kararlılığı
Jet yakıtının depolanması süresinde genellikle önemli
kararsızlık sorunlularıyla karşılaşılmaz; Çünkü depolanan yakıtı birkaç ay gibi
kısa süre içinde tüketilir. Silahlı kuvvetler acil durumlar için daha uzun
süreli depolama yaptıklarından askeri jet yakıtları için şartnamelerde depolama
kararlılığı istenir.
Depolama stabilitesi yakıtın bileşimine bağlı bir
özelliktir; kararsızlık reaksiyonları hızlıdır ve çevre sıcaklığının artmasıyla
daha da hızlanır. Depolama süresi de dikkate alınarak ilave edilen
antioksidanlarla yakıtın kararlılığı artırılır.
Termal Stabilite
Jet uçaklarında yakıt, aynı zamanda uçak ve motorda bir ısı
değiştirici ortamı görevi yapar; motor yağı, hidrolik yağ ve uçağın
havalandırma sisteminden çıkan ısıyı uzaklaştırır. Bu nedenle termal stabilite
jet yakıtının en önemli özelliklerinden biridir. Isı transferi yapan yakıt
ısınır; yakıtın ısınması ise gum ve katı taneciklerin oluşumuna, dolayısıyla
çeşitli malzemeler üzerinde birikinti toplanmasına yol açan reaksiyonları
hızlandırarak bu maddelerin miktarlarını problemler yaratır, bakım sürelerini
kısaltır. Yakıtın depolama stabilitesini artıran antioksidanlar termal stabilite
sorununu çözemez.
Yakıtın yüksek termal stabilite özelliklerinde olmamasından
kaynaklanan olumsuzluklar yüzlerce veya binlerce saat uçuştan sonra ortaya
çıkar. Zamanın çok uzun ve bu zaman içinde tüketilen yakıt miktarının çok fazla
olması nedeniyle bu koşulları kapsayabilecek eşdeğer bir termal stabilite testi
yoktur; ancak daha ağır şartlar altında yapılan özel motor testleriyle termal
stabilite hakkında bir fikir edinilebilmektedir. (ASTM D 3241)
Korozyon
Jet uçaklarında yakıt tanklarda dağıtım aşamalarında ve
kullanım sırasında çeşitli metal malzemeyle temas eder. Yakıt tankları
genellikle aluminyumdan yapılır, fakat yakıt sisteminde çelik ve diğer metallerden
yapılmış malzemeler de vardır; ayrıca çeşitli sızdırmazlık veya kaplama
malzemeleri ve elastomerik parçalar da bulunur. Bu tür tüm metalik ve organik
menşeli malzemeye önceden jet yakıtıyla uyumluluk testleri yapıldıktan sonra
kullanılabilir onayı verilir.
Jet yakalarında korozyona neden olan bileşikler organik
asitler ve merkaptanlardır; şartnameler bu bileşiklerin miktarlarını maksimum
değerlerle sınırlar. Bunlardan başka mikrobiyal çoğalma sırasında oluşan asidik
yan-ürünler ve eser miktarlarda sodyum, potasyum ve diğer alkali metaller de
)motorun türbin kısmında) korozyon yapıcı maddelerdir.
Temizlik
Yakıtın katı tanecikler (pas, kirlilikler, v.s.,) ve serbest
su içermemelidir. Katı tanecikler filtreleri tıkar, pompanın aşınmasına neden olur.
Su yanmayan bir bileşik olduğundan motorda yakıtın yanma düzenini bozar,
yükseklerdeki düşük hava sıcaklıklarında donarak filtreleri tıkar, yakıt
akışını bozar. Suyun diğer bir olumsuzluğu bazı metalleri korozyona uğratması
ve mikroorganizmaların çoğalmasına yardımcı olmasıdır.
Mikrobiyal Çoğalma
Jet yakıtı üretildiğinde sterildir, fakat havada bulunan
mikroorganizmalar tarafından kısa sürede kirlenebilir. Yakıtlardaki
mikroorganizmalar bakteriler ve fungilerdir (yeasts ve molds). Bunlar çoğalarak
katı kütlelere dönüşürler ve yakıt filtrelerini tıkarlar, ayrıca oluşan asidik
yan-ürünler metal korozyonunu hızlandırır.
Mikroorganizmaların çoğu su ve gerekli besinlerin (yakıt ve
fosfor) bulunduğu ortamlarda çoğalırlar. Jet yakıtlarında su ve fosfor miktarı
kontrol altında tutularak mikrop üremesi ve çoğalması önlenir. Gerekli hallerde
yakıta çok düşük seviyelerde biyosid katkı maddeleri ilave edilir.
Güvenlik
Jet yakıtları kolay tutuşan karışımlar olduğundan gerekli
güvenlik koşulları altında taşınmalı, sıvının dökülmesine ve buharlarının
havaya yayılmasına engel olunmalıdır. Havaya yayılan yakıt buharları yakıtın
türüne göre belirli alt ve üst sınırlar içinde tehlike yaratır; gazyağı tipi
jet yakıtları için bu sınırlar %0.6 - 4.7, wide-cut tipi jet yakıtları için
%1.3-8.0 dır.
c. Katkı
Maddeleri
Jet yakıtı katkı maddeleri çok çeşitlidir; metal
deaktivatörler, buzlanma önleyiciler (anti-icing), oksidasyon inhibitörleri
(antioksidanlar), elektrik iletkenlik katkıları, korozyon inhibitörleri,
dispersanlar, yağlayıcılar, biyosidler, ısıl kararlılık (termal stabilite)
katkı maddeleri, sızıntı saptayıcılardır (leak detection).
1.2.ÜRETİM
Jet yakıtlarının hammaddesi tümüyle hampetroldür. 1970-1980
yılları arasında shale oilden de jet yakıtı üretilmiş ancak ekonomik olmaması
nedeniyle vazgeçilmiştir. Son yıllarda Fischer-Tropsch sıvılaştırma prosesiyle
sentetik jet yakıtı harmanlama fraksiyonları elde edilmektedir; bu proseslerin
gelecekteki artan jet yakıtı talebine yardımcı bir kaynak olacağı düşünülmektedir.
Jet yakıtı üretiminde uygulanan temel rafineri prosesleri
hampetrolden belirli fraksiyonların ayrıldığı distilasyon, istenmeyen
bileşikler ve safsızlıkların uzaklaştırıldığı sweetening, hidrotreating ve klay
işlemleme prosesleri ile hammaddenin moleküler yapısının değiştirildiği
hidrokraking prosesleridir. Bu proseslerle ilgili genel açıklamalar Rafineri
Prosesleri bölümünde verilmiştir. Burada jet yakıtlarına özgü proseslerle
ilgili kısa bilgiler verildi.
a. Rafinasyon
Distilasyon
Distilasyon, bilindiği gibi, bir karışımdaki bileşiklerin
kaynama noktalarına göre buharlaşıp tekrar yoğunlaşarak ayrılması esasına
dayanan bir ayırma yöntemidir. Hampetrol hafif gazlardan, çok ağır hidrokarbon
bileşiklere kadar binlerce bileşenin bir arada bulunduğu bir karışımdır. Bu
karışımdan kaynama aralığı jet yakıtı (veya gazyağı) özelliğinde olan fraksiyon
çekilir; buna “straight run (SR) jet yakıtı” denir.
Hampetrol atmosferik distilasyon kulesine beslenir, tepe ve
ara kademelerden straight-run (SR) hafif ürünler, benzin, gazyağı, dizel
ayrılır ve kolon dibi vakum distilasyonu kolonuna beslenir. Vakum
distilasyonuyla çekilen ağır gaz oil FCC veya hidrokraker ünitelerinin
hammaddesidir. Atmosferik distilasyon kolonunun aşağı kısımlarından çekilen ve
jet yakıtından daha ağır olan atmosferik gaz gaz oil ile vakum distilasyon
kolonundan çekilen vakum gaz oil, jet yakıtı üretilmek üzere daha sonraki
hidrokraker prosesinde hammadde olarak kullanılır.
Vakum kalıntısından yararlanmak amacıyla kalıntı akım, bir
parçalayıcıya veya solvent ekstraksiyon
ünitesine veya koklaştırıcı gibi bir dönüştürme ünitesine verilerek bir miktar
daha yakıt elde edilir.
Şekil-2: Modern bir rafineride jet yakıtı üretimi akım diyagram
Sweetening Prosesleri
Sweetening prosesleriyle jet yakıtındaki bazı korozif ve
fena kokulu sülfürlü bileşikler (merkaptanlar), kimyasal yöntemlerle zararsız
disülfürlere dönüştürerek uzaklaştırılır. Bu amaçla kullanılan birkaç sweetenig
prosesi vardır. Geçmiş yıllarda uygulanan bir proses merkaptanların sodyum
plumpit ve bakır klorür katalizörlüğünde disülfürlere dönüştürülmesidir.
Son yıllarda daha çok merkaptan oksidasyon reaksiyonu
yöntemi uygulanmaktadır; bu proseste kobalt bazlı katalizörler kullanılır.
Reaksiyonda oluşan disülfür bileşikleri ekstraksiyonla alınarak yakıtın toplam
sülfür miktarı düşürülür.
Hidrotreating
Hidrotreating, olefinler ve aromatik hidrokarbonlar ile
sülfürlü ve nitrojenli bileşik lerin uygun bir katalizörlü ortamda hidrojenle
reaksiyona sokularak uzaklaştırılmasıdır. Reaksiyon işlenen hampetrole bağlı
olarak jet yakıtında safsızlıkların tür ve derecelerine göre orta veya şiddetli
koşullarda uygulanır. Doymamış hidrokarbonlar hidrojenle doymuş bileşiklere
dönüştürülür. Sülfürlü bileşikler parçalanarak hidrojen sülfür halinde ortamdan
uzaklaştırılır.
Klay (kil) İşlemleme
Jet yakıtlarında bulunan bazı polar bileşiklerin ayrılması
için yakıt bir klay yatağından geçirilir. Bazı polar bileşikler, özellikle
sörfaktan özelliğindeki olanlar klay yüzeyinde tutularak temizlenirler.
Sweetening prosesinde oluşan sörfaktanlar klay işlemlemeyle uzaklaştırılır.
Bu proses rafineriler dışında, örneğin ara yakıt depolama
terminallerinde veya hava alanı depolama birimlerinde de küçük çaplarda
uygulanabilir.
Hidrokraking
Hammadde ağır vakum gaz oil, yüksek basınç atında hidrojen
ve katalizörle reaksiyona sokularak parçalanır; karbon-karbon bağları kırılır,
buralara hidrojen girer ve küçük moleküllü hidrokarbonlar meydana gelir.
Reaksiyon koşullarında diğer bazı reaksiyonlar da oluşur; bazı aromatik
halkalar hidrojenle doyar, sülfürlü ve nitrojenli bileşikler parçalanır.
Hidrokraking prosesinden önemli miktarlarda gazyağı ve dizel yakıtı
fraksiyonları alınır.
Harmanlama
Bir rafineride üretilen jet yakıtı tümüyle “straight run”
fraksiyon olabileceği gibi, straight run, Hidroprosessing ve/veya hidrokraking
işleminden geçirilmiş ürünlerin uygun oranlardaki karışımı olabilir. Karışıma
az miktarda ağır benzin bileşenleri de ilave edilebilir. Düşük sülfürlü ham
petrolden çekilen straight run gazyağı, merkaptanların ayrılması, klay veya
hidrotreating gibi bazı işlemlerden geçirildikten sonra jet yakıtı olarak
satılabilir.
Jet Yakıtı Dağıtım Zinciri
2. GAZYAĞI
Gazyağı ilk olarak 1846 yılında Kanada’da Abraham Gesner
tarafından kömürden elde edildi ve Gaslight şirketi 1850’de üretime başlayarak
gazyağını dünyaya pazarlamaya başladı. 1856 yılında Polonyalı kimyagerler
yeraltından sızan petrolden basit rafinasyon yöntemleriyle gazyağı elde etmeye
başladılar.
Petrol endüstrisinin başlangıcından (1859) 1900 yılına kadar
rafinerilerin ürettiği temel ürün gaz lambaları ve ısıtma amaçlı tüketim
nedeniyle gazyağı oldu. 1900’ün başlarından itibaren evlerde ve iş yerlerinde
elektrik kullanımının yaygınlaşmasıyla gazyağına talep azalmaya başladı.
Başlangıçta gaz lambalarında ve gazocağında yakıt olarak
kullanılan gazyağı 19. Yüzyılda ve 20 yüzyılın başlarında gazyağıyla çalışan
mutfak tipi çeşitli ocakların yapılmasıyla çiftliklerin ve balıkçıların
vazgeçilmez yakıtı oldu. Zamanımızda da taşınabilir ve sabit gaz sobalarında
kullanılmaya devam edilmektedir. Ancak en önemli kullanın alanı jet yakıtları
üretimidir; No.1 Dizel yakıtı ve ısıtma yağı olan No.1 fuel oil olarak da
kullanılabilir.
Bunların dışındaki çeşitli kullanım alanları arasında az da
olsa solvent, pestisidler üretimi, kalıp yağı (seramik endüstrisinde), asfalt
kaplama, yağ-bazlı boyalar, tinerler ve vernikler sayılabilir. Ayrıca eğlence
endüstrisinde açık mekanlarda sıklıkla kullanılan bir yakıttır; ancak yanma
sonunda fena kokulu gaz ürünler oluştuğundan kapalı mekan gösterileri için
uygun değildir.
2.1. BİLEŞİMİ, ÖZELLİKLERİ
Gazyağının bileşiminde %70’den fazla dallanmış ve düz
zincirli parafinler ile naftenler bulunur; aromatik hidrokarbonlar, çoğunluğu
alkil benzenler ve alkil naftalinler olmak üzere %25’in altındadır. Olefinlerin
miktarı normal olarak %5’i geçmez. Tipik bir straight run gazyağının bileşimi,
hidrokarbon tipi olarak (%hacimce), 50.5 parafinler, 30.9 naftenler ve 18.6
aromatiklerden oluşur.
Gazyağı hampetrolün atmosferik distilasyonunda elde edilen
ürünlerden C5-C25 karbon sayılı hidrokarbonlar içeren ‘Orta Distilatlar’
sınıfına girer; az farklılıklarla gazyağı, stoddart solvent, bazı jet
yakıtları, dizel yakıtı ve hafif fuel oilleri kapsar. Örneğin, dizel yakıtı
No.1 ve gazyağının özellikleri gazyağının kaynama aralığının daha geniş olması
dışında hemen hemen aynıdır, örneğin, jet yakıtlarından Jet A-1 %1 kadar katkı
maddeleri içeren gazyağıdır.
Gazyağı genellikle C9-C16 karbonlu (orta distilatın
hafifleri) hidrokarbonlar karışımıdır; kaynama aralığı 150-300 0C,
yoğunluğu yaklaşık 0.82 g/cm3dir. Orta distilatın ağırları gaz
oiller, dizel No.2, fuel oil No.2,. 4 ve. 6’dır.(Şekil-3)
Şekil-3: Benzin ve bazı orta distilat yakıtların kaynama aralıkları
Gazyağının ASTM D 3699-04 şartnamesine göre
karşılaması gereken özellikler Tablo-5’de verilmiştir.
2.2. ELDE EDİLMESİ
Gazyağı hampetrolden doğrudan veya çeşitli prosesler
aracılığıyla elde edilir.
·
Hampetrolün atmosferik basınçta distillenmesiyle
·
Rafineri akımlarına diğer bazı prosesler
uygulanmasıyla. bunlar arasında katalitik reforming, alkilasyon, katalitik
kraking ve hidroprosessing, gazyağı üretiminde de uygulanan dört temel prosestir
(Proses akım şeması ‘JET YAKITLARI’ bölümünde verilmiştir.)
Elde edilen gazyağı üründe yanma özelliklerini bozan bazı
safsızlıklar bulunur; özellikle aromatik bileşikler (benzen, v.s. gibi)
ayrılması gereken önemli safsızlıklardır. Ham gazyağı kullanım amacına göre
ürün şartnameleri doğrultusunda içerdiği sülfür, nitrojen, aromatik ve olefinik
bileşiklerin giderilmesi için çeşitli ekstraksiyon işlemlerinden geçirilerek
temizlenir. Ekstraksiyon prosesleri genellikle yüksek kulelerde yapılarak
gazyağı ile solventin temas süresinin uzun olması sağlanır.
Tablo-5:
Gazyağının Özellikler (ASTM D 3699-04)
Özellik
|
Şartname
|
Test, ASTM
|
Yoğunluk , 15ºC, kg/m3, maks.
|
0.82
|
D
1298
|
Alevlenme
noktası, 0C, min.
|
38
|
|
Patlama
sınırı, %
|
0.6-6.5
|
D
3828
|
Distilasyon.
Distilasyon
aralığı, 0C
2000C,
% hac., min.
SKN, 0C,
maks.
|
150-300
15
300
|
D
86
|
Viskozite,
40ºC, cSt.
|
1.0-2.0
|
D
445
|
Aromatikler,
%ağ., maks.
|
25
|
|
Sülfür,
toplam, % ağ. maks
|
0.2
|
|
Net
yanma ısısı, MJ/kg, min
|
45.8
|
D
1740
|
Luminometre
no., min.
|
D
1322
|
|
İslenme
noktası, mm, min.
|
19
|
D
1322
|
Korozyon,
3 sa., 100 ºC, maks.
|
1
|
D
130
|
Gazyağının saflaştırılmasında kullanılan bazı genel
ekstraksiyon teknikleri aşağıda verilmiştir.
Udex Prosesi: Glikol türevlerinin (dietilenglikol,
trietilenglikol) kullanıldığı bir solvent ekstraksiyon prosesidir.
Sülfolan Prosesi: Bu ekstraksiyon prosesinde glikol
türevlerinden daha etkin olan kuvvetli polar sülfolan solvent kullanılır.
Lurgi Arosolvan Prosesi: Kirliliklere karşı yüksek
çözücü özelliği olan N-metil-2-pirolidon (su veya glikol ile beraber)
solventiyle yapılan ekstraksiyon prosesidir.
Dimetilsülfoksid Prosesi: İki ayrı ekstraksiyon
aşamasından oluşan ve aromatik kirliliklere karşı seçiciliği yüksek bir
ekstraksiyon prosesidir.
Union Carbide Prosesi: Bu proseste solvent olarak
tetraetilen glikol kullanılır.
Formex Prosesi: Çok çeşitli hidrokarbon karışımlarına
uygulanabilme esnekliği olan bir prosestir; solvent N-formil morfolin ve az
miktarda su karışımıdır.
Redoks Prosesi (Recycle Extract Dual Extraction): Dizel
yakıtı olarak kullanılacak olan gazyağına uygulanan bir prosestir. Proses
yakıtın aromatikler miktarını çok düşürür; uçak yakıtları ve diğer askeri
amaçlı kullanımlar için uygun bir ürün elde edilir.
