ATIK YAĞLARDAN BİYODİZEL ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU Müslim YILDIZ Yüksek Lisans ...

75 Pages·2008·9.24 MB·Turkish

ATIK YAĞLARDAN BİYODİZEL ÜRETİMİ
VE KARAKTERİZASYONU

Müslim YILDIZ
Yüksek Lisans Tezi
Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı
Danışman: Yrd. Doç. Dr. Temine ŞABUDAK
2008
T.C.

NAMIK KEMAL ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

ATIK YAĞLARDAN BİYODİZEL ÜRETİMİ VE
KARAKTERİZASYONU

Müslim YILDIZ

ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Danışman: Yrd. Doç. Dr. Temine ŞABUDAK

TEKİRDAĞ – 2008

Her Hakkı Saklıdır
Yrd. Doç. Dr. Temine ŞABUDAK danışmanlığında, Müslim YILDIZ tarafından hazırlanan bu çalışma
17/09/2008 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı’nda Yüksek Lisans tezi olarak
oyçokluğu ile kabul edilmiştir.

Juri Başkanı : Yrd. Doç. Dr. Temine Şabudak İmza :

Üye : Prof. Dr. Ömer Zaim İmza :

Üye : Yrd. Doç. Dr. Füsun Uysal İmza :

Yukarıdaki sonucu onaylarım

Prof. Dr. Orhan DAĞLIOĞLU
Enstitü Müdürü
ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

ATIK YAĞLARDAN BİYODİZEL ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Müslim YILDIZ

Namık Kemal Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman : Yrd. Doç. Dr. Temine Şabudak

Dizel yakıtları birçok alanda kullanılmakta ve ülke ekonomisinde önemli bir yer teşkil
etmektedir. Petrolün her geçen gün azalması, petrol krizleri ve çevre bilincinin artması ile
yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmıştır. Biyodizel dizel motorları için, bitkisel ve
hayvansal yağlar gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilebilen alternatif bir yakıttır. Avrupa
Birliğinin 2003/30/EC direktifi ile 2005 sonunda piyasaya arz edilen fosil yakıtlarına %2
oranında biyoyakıt eklenmesi zorunluluğu getirilmiştir. Biyodizel toksin olmayan, doğada
kolay bozulabilir, çevreci bir yakıttır ve geleneksel dizel motorlarında bazı modifikasyonlarla
veya modifikasyona gerek kalmadan kullanılabilmektedir.
Bu çalışmada, Alternatif Enerji Ve Biyodizel Üreticileri Birliği (ALBİYOBİR)
tarafından İstanbul’un çeşitli semtlerindeki McDonalds şubelerinden toplanan atık kızartmalık
yağlardan biyodizel üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen biyodizelin TS EN 14214
standardına uygun olup olmadığı 7 farklı analiz yapılarak belirlenmiştir.
Atık yağlardan biyodizel üretimi 3 farklı yöntemle yapılmıştır. Bu yöntemler tek
kademeli bazik reaksiyon, çift kademeli bazik reaksiyon ve çift kademeli asit – baz
reaksiyonlarıdır. Her bir yöntem ko-solvent (Tetra hidro furan) kullanılarak tekrarlanmıştır.
Yapılan çalışma neticesinde, atık yağın FFA (serbest yağ asidi) değerine göre hangi yöntemin
daha uygun olduğu ve ko-solvent kullanımının reaksiyon üzerindeki etkisi belirlenmiştir.
Atık yağlardan üretilen biyodizelin saflaştırma işleminde de, 3 farklı yöntem
kullanılmıştır. Bu yöntemler sulu yıkama, magnezol ile yıkama ve iyon değiştirici reçine
kullanımıdır. Yapılan çalışma neticesinde magnezol ile yıkama ve iyon değiştirici reçine
kullanımının sulu yıkamaya göre daha uygun olduğu anlaşılmıştır.

Anahtar kelimeler: Atık yağ, biyodizel, transesterifikasyon, magnezol, serbest yağ asidi
2008, 64 sayfa

i
ABSTRACT

MSc. Thesis

PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF BIODİESEL FROM WASTE VEGETABLE OILS

Müslim YILDIZ

Namık Kemal University
Graduate School of Natural and Applied Sciences
Main Science Division of Environmental Engineering

Supervisor : Assist. Prof. Dr. Temine ŞABUDAK

Diesel fuels are used in many areas and take an important place in country's economy.
Decreasing of oil day by day, petroleum crisises and increasing environmental consciousness
cause to the interest in renewable energy sources. Biodiesel, which can be produced from
renewable sources such as vegetable oils or animal fats, is an alternative fuel for diesel
engines. European Union's 2003/30/EC directive brings a must that 2% biofuel should be
added to the fosil fuels on the market at the end of 2005. Biodiesel is non-toxic,
biodegradable, environmental friendly fuel and can be used with some or no modifications in
traditional diesel engines.
In this study, waste vegetable oils, collected from different McDonalds branches by
Alternative Energy And Biodiesel Producers Association (ALBİYOBİR) in Istanbul, were
used for production of biodiesel.. Produced biodiesel was analysed in 7 criteria to determine
the suitability for TS EN 14214 standards.
Biodiesel production from WVO was done in 3 different processes. These are one
step basic transesterification, two step basic transesterification and one step acidic
esterification followed by one step basic transesterification. Each process was done with co-
solvent (tetrahydrofuran) and without co-solvent. Consequently the best process for different
FFA value and the effect of co-solvent was determined.
After than, 3 different washing (purification) processes aplied to produced biodiesel.
These are washing with distilled water, dry washing with magnesol and treating with ion-
exchange resin. Purification ability of magnesol and resin seems better than water washing.

Keywords: Waste oil, biodiesel, transesterification, magnesol, free faty acid.
2008. 64 pages

ii
ÖNSÖZ

Bu çalışmamın her aşamasında değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren hocam
Yrd. Doç. Dr. Temine ŞABUDAK’a, teşekkürlerimi sunarım.
Ayrıca çalışmalarım sırasında manevi desteklerini hiç eksik etmeyen eşim Gönül
YILDIZ’a ve ablam Yrd. Doç. Dr. Fikriye POLAT’a teşekkür ederim.
Tez çalışmalarımdaki maddi ve manevi desteklerinden dolayı Biodizel Enerji San. Tic.
A.Ş. Yönetim Kuruluna teşekkür ederim.

iii
ŞEKİL LİSTESİ

Şekil 2.1. Transesterifikasyon Reaksiyonu………………………………………………...…17

Şekil 2.2. Biyodizel Üretim Akış Şeması…………………………………………………….20

Şekil 2.3. Esterifikasyon Reaksiyonu………………………………………………….……..22

Şekil 3.1. Esterifikasyon ve Transesterifikasyon Reaksiyonu Deney Düzeneği.....................34

iv
TABLO LİSTESİ

Tablo 2.1. Dizel ve Biyodizelin Yakıt Özellikleri……………………………………...…….11
Tablo 2.2. B20 ve B100 biyodizelin Petrodizel emisyonları ile karşılaştırılması …………...13
Tablo 3.1. Üretilen biyodizel numunelerinin karakterizasyonu için uygulanacak analizler….38

Tablo 4.1. Reaksiyon türlerinin ürün verimliliği üzerine etkisi……………………………....50

Tablo 4.2. Ko-Solvent kullanımının reaksiyon verimine etkisi……………………………....51

Tablo 4.3. Saflaştırma yöntemleri verimlerinin karşılaştırılması…………………………….52

Tablo 4.4. TS EN 14214 Standardı Sınır Değerleri ve Deney Yöntemleri…………………...54

Tablo 4.5. Tek Kademeli Bazik Reaksiyon Yöntemi İle Üretilen Biyodizelin 3 Farklı
Saflaştırma İşlemi İle Elde Edilen Nihai Ürün Analiz Değerleri ………………………...….55

Tablo 4.6. Çift Kademeli Bazik Reaksiyon Yöntemi İle Üretilen Biyodizelin 3 Farklı
Saflaştırma İşlemi İle Elde Edilen Nihai Ürün Analiz Değerleri …………………………....56

Tablo 4.7. Çift Kademeli Asit Baz Reaksiyon Yöntemi İle Üretilen Biyodizelin 3 Farklı
Saflaştırma İşlemi İle Elde Edilen Nihai Ürün Analiz Değerleri ………………………...….57

v
SİMGELER DİZİNİ
Mg / L : Miligram / mililitre
% w / w : Ağırlıkça yüzde
rpm : Dakikadaki devir sayısı
FFA : Serbest yağ asidi
CO : Karbonmonoksit
PM : Partikül madde
HF : Hidrojen florür
SO : Kükürt oksit
x
NO : Azot oksit
x
HCI : Hidrojen klorür
HC : Hidrokarbon
PAH : Poli aromatik hidrokarbon
NPAH : Nitratlı PAH’lar
EPA : Environmental Protection Agency (Çevre Koruma Ajansı)
EPDK : Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu
TS EN 14214 : Oto Biyodizel standardı
PİGM : Petrol İşleri Genel Müdürlüğü
OPEC : Petrol üreten ülkeler birliği
ALBİYOBİR : Alternatif Enerji Ve Biyodizel Üreticileri Birliği
THF : Tetra hidro furan
µmol / L : Mikromol/litre
cpu : Kinematik viskozite birimi (sentipoiz)
YAME : Yağ asidi metil esteri
ppm : milyonda bir kısım

vi
İÇİNDEKİLER

ÖZET………………………………………………………………………………………………………………..i
ABSTRACT……………………………………………………………………………………………………..…ii
ÖNSÖZ…... ………………...…………………………………………………………………………………….iİi
ŞEKİL LİSTESİ…………………………………………………………………………………………..……….iv
TABLO LİSTESİ…………………………………………………………………………………………….…….v
SİMGELER DİZİNİ……………………………………………………………………………………………….vi
1. GİRİŞ…………………………………………………………………………………..……………………..…1
2. KURAMSAL TEMELLER…………………………………………………………..………………………….3
2.1 Biyodizelin Önemi…………………………………………………………...……………………….3
2.1.1 Biyodizelin Tarihçesi…………………………….……………….…………………….…3
2.1.2 Biyodizelin Tanımı……………………………….……………………………………….5
2.1.3 Biyodizelin Avantajları……………………………………..……………………………..6
2.1.4 Dünyada Biyodizel Gelişmeleri…………………………….…………………………..…8
2.1.5 Türkiyede Biyodizel Gelişmeleri………………………………….………………………8
2.1.6 Biyodizelin Yakıt Olarak Teknik Özellikleri………………………..…………………...10
2.1.7 Biyodizelin Çevresel Etkileri Yönüyle Değerlendirilmesi………..…………………....12
2.1.8 Biyodizel İçin Çevre ve Emniyet Bilgileri……………………………………………….12
2.1.9 Biyodizel Emisyon Değerleri………………………………...…………….……….……13
2.2 Atık Bitkisel Yağlar………………………………………………………………………………....14
2.2.1 Gıdada Kızartma İşlemi……………………………………………………….…..……..14
2.2.2 Kızartma Yağının Kullanım Süresi…………………………………………..…………..14
2.2.3 Atık Yağların Çevreye Zararları………………………………………….…….….…….15
2.2.4 Atık Yağların Geri Kazanımı ……………………………................................…………15
2.3 Biyodizel Üretimi…………………………………………………………………………………....16
2.3.1 Bitkisel Yağlardan Biyodizel Üretimi……………………………………………...…….16
2.3.2 Atık Bitkisel Yağlardan Biyodizel Üretimi………………………………………...……21
2.3.3 Literatürde Yer Alan Çalışmalar…………………………………………….………….. 23
3. MATERYAL VE YÖNTEM………………………………………………………..…………………..……..32
3.1 Materyaller…………………………………………………………………………………………..32
3.1.1 Kullanılan Kimyasallar ……………………….…………………………………………32
3.1.2 Kullanılan Aletler …………………………………………….……………………...…..33
3.1.3 Deney Düzeneği …………………………………………..……………………………..33
3.1.4 Ürün Analizleri…………………………………………………………………………..38
3.2 Yöntem…………………………………………………………………...………………………….39
3.2.1 Tek Kademeli Bazik Reaksiyon………………………………………………………….39
3.2.2 Çift Kademeli Bazik Reaksiyon………………………………………………………….40
3.2.3 Çift Kademeli Asit – Baz Reaksiyonu……………………………………………...……41
vii