Maden (taş) kömürü nasıl damıtılır? Maden kömürünün damıtılması işlemi adım adım açıklanması ve resimli anlatımı.
Maden (Taş) Kömürünün Damıtılması
Maden kömürü, 280 milyon yıl önce bataklıklarda gelişmiş olan eğreltiotu çeşidinden dev bitkilerden meydana gelen ormanlardan oluşmuştur. Bu ormanlar suyun getirdiği toprak ve çamurların altında kalarak, yüksek basınç etkisiyle kömürleşmişlerdir. Kömürün, içinde bulunan karbon miktarına göre değişik çeşitleri vardır. Bunlar «turp» tan linyite (esmer kömür) ve antrasit denilen hemen hemen saf karbon olan sert kömüre doğru sıralanırlar. Kömür, birçok kimyasal maddenin kompleks karışımıdır, içinde yüksek oranda karbon ve az miktarda hidrojen, oksijen, çoğu zaman biraz azot ve kükürt bulunur. Değişik ve çeşitli maddeler elde etmek için kömür birkaç yolla işlenir.
Bir parça kömür yandığı zaman duman çıkar. Bu duman, içinde çok fazla yabancı madde bulunan koklaşma gazıdır (temizlenerek evlerde havagazı olarak kullanılır) ve ateşin alevi bu gazın tutuşmasıyla oluşur. Bir madde yanarken havaya ihtiyacı vardır. Havagazının üretiminde kömür, havagazının tutuşmaması için, havasız bir yerde (örneğin kapalı kaplarda) ısıtılır. Koklaşma gazı içindeki yabancı maddelerden arındıktan sonra gazometrelerde toplanır ve daha sonra evlere, fabrikalara gönderilir. Maden kömürü ısıtıldıktan sonra geriye kok kalır. Çıkan maddeler arasında başlıca amonyak, hafif gazlar ve katran vardır, bunlardan ilâçlar, boyalar, patlayıcı maddeler, parfümler, antiseptikler, plastikler ve yapay tekstiller yapılır.
Kokhanelerde taş kömürü ısıtılır. Geriye kalan kok soğutulduktan sonra makinelere gönderilir. Su buharı kızgın kok üzerine gönderilerek su gazı elde edilir, bu da havagazına karıştırılır. Ham havagazı kokhaneden borularla yoğunlaştırıcılara gönderilir. Burada katran ve içinde biraz amunyum bileşikleri bulunan amonyaklı gaz suyu yoğunlaştırılır.
«Süpürücü» ya da «yıkayıcı» da amonyak ve amonyum bileşiklerinin geri kalanı temizlenir. Yıkıyıcılarda dönen kanatlar su ile gazı devamlı olarak karıştırır. Bu amonyak ve amonyum tuzlarını temizlemede etkin olur. Bu kalıntılar amonyum sülfat gübresi elde edilmesinde kullanılır.
Kömürden havagazı elde edilirken uygulanan işleme damıtma denir. Madenkömürünün damıtılmasından söz açmak garip olabilir; ama nasıl bir karışımdaki iki sıvı, karışımı önce ısıtılarak sonra da buharları yoğunlaştırılarak bir birimden ayrılıyorsa madenkömüründeki maddeler de ısıtmak yoluyla ayrışır. Yalnız havagazı gaz olarak kalır, öbür maddeler sıvı halinde yoğunlaştırılarak ya da başka yollarla ayrılırlar. Ham petrolden elde edilen karbon bileşiklerinin çoğu zincirli karbon bileşikleridir. Havagazı üretiminde yan ürün olarak çıkan katrandan elde edilen bileşiklerse çoğu zaman halkalı bileşiklerdir. Zincirli bileşiklerde moleküldeki karbon atomu komşusu olan karbon atomuna bağlanarak bir zincir meydana getirmiştir. Bu zincirdeki karbon atomlarına hidrojen atomları da bağlanmıştır. Halkalı karbon bileşiklerinde karbon atomları birbirine, kapalı bir halka şeklinde bağlıdırlar ve her karbon halkasında altı atom vardır. En basit halkalı bileşik benzendir. Benzen molekülü her birine birer hidrojen atomu bağlanmış 6 karbon atomlu bir halkadan meydana gelmiştir. Böylece bir benzen molekülü benzen halkası denilen 6 karbon ve 6 hidrojen atomundan yapılmıştır. Her karbon atomu, en dış bölgesinde, öbür atomlarla birleşmede «bağ» rolü oynayan dört elektrona sahiptir (Ametal atomları birleşip molekülleri meydana getirirken -en dış bölgelerindeki elektronları ortaklaşa kullanırlar).
Bir karbon halkası (karbon atomlarından meydana gelen bir halka) çizerek her bir karbona bir hidrojen eklerseniz, her karbonun yalnız üç bağının (dış elektron) kullanıldığını göreceksiniz. 4’üncü dış elektron komşu atomlar arasında ortaklaşa kullanılmaktadır. Bu demek oluyor ki, her karbon atomu yanındaki karbon atomuyla iki, öbür yanındaki atomla da bir elektron paylaşmaktadır. Geri kalan elektronlarsa hidrojenle paylaşılarak dört elektronun da kullanılması sağlanır.
Havagazı yağlı kömürden aşağıdaki şekilde elde edilir: Kömür önce parçalanır. Sonra da karni denen demir fırınlarda yüksek derecede ısıtılır. Karnilerin içi ateş tuğlası ya da silikat taşlarıyla örülmüştür. Sıcak ve saf olmayan gazlar soğutuculara gönderilir. Burada gaz suyu ile küçük katran damlacıkları yoğunlaşır. Her soğutucu, içinde çelik borular bulunan, birer çelik odadır. Gazlar bu çelik borulardan geçirilir ve üzerilerinden soğuk su akıtılır. Gazlar soğutulunca sıvı katran ile içinde amonyak ve amonyum tuzları bulunan bir sıvı yoğunlaşır. Bu sıvılar bir yeraltı deposuna gönderilir. Buraya kadar olan basamaklarda hemen hemen katranın hepsi ayrılmıştır. Ama gazın içinde hâlâ bazı yabancı maddeler bulunur. Havagazı amonyak yıkayıcılarına gönderilerek, amonyak ya olduğu gibi, ya da amonyum tuzları şeklinde giderilir. Amonyak yıkayıcısında su kanatlar üzerine yağmur şeklinde akıtılır. Eksen etrafında dönen kanatlar gazla suyun iyice karışmasını sağlar. Suda eriyen amonyak ve amonyağın gazın içinde bulunan asitlerle birleşmesinden oluşan amonyum tuzlarını alan yıkama suyu yoğunlaştırma havuzlarına gönderilir. Amonyak yıkayıcısından gelen gaz temizleyicilerden geçirilir, Temizleyiciler raflı odalardır. Delikli raflar üzerinde demir oksit bulunur, gaz raflardan dikeylemesine geçer. Demir oksit gazın içinde bulunan kükürtlü hidrojenle birleşir, demir sülfüre dönüşür. Böylece havagazında bulunan kükürt giderilmiş olur.
Amonyak ve amonyum artıklarından kurtarılmış gaz kuru temizleyicilerden geçirilir. Bunlar raflı büyük odalardır. Raflarına demir oksit konmuştur. Kükürtlü hidrojen demir oksitle birleşerek demir sülfür yapar, böylece havagazından temizlenmiş olur. Kalan naftalin ve benzen özel aygıtlarla gazdan çıkarılır. Naftalin birçok böcek öldürücülerin temel maddesidir. Bu kimyasal maddeler tarımda ve başka yerlerde zararlı böceklerle savaşmakta kullanılır. Benzen saflaştırılır ve bazı benzin türlerine karıştırılır. Bunun dışında patlayıcı maddeler yapımında kullanılır. Kurutma kâğıtlarında derişik kalsiyum klorür eriyiği bulunur, bu gazın nemini alır. Böyle yapılmazsa ana borularda su yoğunlaşarak boruları kayabilir ve tehlikeli olabilir. Temizlenmiş gaz büyük gazometrelerde toplanır. Buradan borularla abonelere pompalanır. Gazda büyük oranda hidrojen (% 50) ve metan (%30’dan fazla) bulunur. Geri kalanı başlıca karbonmonoksit, karbondioksit, azot ve etilendir.
Benzen ve naftalin kalıntıları, bu kere yağla yapılan başka bir yıkamayla giderilir. Bundan sonra, gaz derişik kalsiyum klorür içinden geçirilir. Burada su buharı tutularak gazın nemi giderilir, borularda su yoğunlaşmasının önüne geçilir. Temizlenmiş, kurutulmuş gaz gaz..metrelere gönderilerek depo edilir.
100 kg. kömürden ortalama olarak 3.000 m3 gaz, 4-5 kg. katran, büyük kısmı benzen olan 1 kg. hafif yağ elde edilir. Madenkömürü katranı benzen, toluen, fenol, naftalin, antrasen ve krozeller kaynağıdır. Bu maddeler birbirinden ayrımsal damıtma yoluyla ayrılır. Katran damıtma aygıtına konarak ısıtılır. Sıcaklık yavaş yavaş yükseltilir ve çıkan buharlar soğutularak yoğunlaştırılır. Birbirinden farklı maddelerin buharlaşma sıcaklıkları da birbirinden farklıdır. Sıcaklık yükseltilerek ayrı kısımlar elde edilebilir. Her kısımda (bir karışım olan) katrandaki maddelerin birkaç tanesi bulunur. Önce hafif, sonra orta ve daha sonra ağır ve yeşil yağlar yoğunlaşır.
Madenkömürü katranından elde edilen bütün maddeler karbon bileşikleridir. Bunlar ilgi çekici maddelerdir. Çünkü çoğunun moleküllerindeki karbon atomları birbiriyle halka yaparak birleşmiştir. Bunlar petrolden elde edilen ve karbon atomları bir zincir şeklinde birleşmiş etan, propan, etilen gibi maddelere benzemez. Benzen molekülü benzen halkası adı verilen ve altı karbon atomundan yapılmış bir halkayla her karbona birer tane bağlanmış hidrojen atomlarından yapılmıştır. Öbür halkalı bileşikler de benzenden türetilebilir. Bunlarda benzen halkasında bulunan bir ya dc daha fazla hidrojen yerine başka atom ya da atom grupları geçmiştir. Fenol molekülü, diyagramda görüldüğü gibi benzen molekülüne benzer. Fenolün başka bir adı da karbonik asittir. Adi sıcaklıkta renksiz ve katıdır. Çok zehirlidir, antiseptik olarak, aspirin, çeşitli boyalar, plastikler yapılmasında kullanılır. Toluen molekülü de benzen molekülüne benzer (diyagrama bakınız). Renksiz bir sudur. Patlayıcı maddeler (T. N. T. gibi) ve sakkarin yapımında kullanılır. İki ya da daha çok benzen halkası birbiriyle birleşerek, benzen, toluen, fenolden daha büyük moleküllü maddeler yapılabilir. Örnek olarak naftalin molekülü iki benzen halkasından yapılmıştır. Antrasen molekülündeyse üç benzen halkası bulunur. Naftalin böcek öldürücü olarak kullanılır, Örneğin böcek öldürücü naftalin yuvarlakları yapılır.
