|
|
|
|
Prof Dr. Timur KOÇ Gözüyle
|
|
|
|
|
Tüm Yazıları
 ShareThis
|
BİYODİZEL ÜRETİMİ TEMEL İLKELERİ
07.03.2006 |
|
|
| Okunma Sayısı : |
2585 |
|
|
| Oy Sayısı : |
12 |
|
|
| Değerlendirme : |
4,5 |
|
|
| Popülarite : |
4,86 |
|
|
| Verdiğiniz Puan : |
|
|
|
|
|
|
1. BİYODİZEL ÜRETİMİNİN TEMEL İLKELERİ
Biyodizel, Avrupa’da başarı kazandıktan sonra ABD’de de dizel motorlar için önemi artan alternatif bir enerji kaynağı olmuştur. En önemli avantajı her zaman elde edilebilir ve yenilenebilir olmasıdır. Ayrıca zehirli değildir ve biyolojik değerleri düşürülebilir bir maddedir. Her türlü dizel motorda dışarıdan hiçbir modifikasyon yapmadan kullanılabilir. Bu yayının amacı bu yeni yakıtın nasıl üretilebileceğini açıklamaktır.
Birçok literatür araştırmasında hayvansal ya da bitkisel yağdan aşağıdaki gibi biyodizel üretim eşitliği görülebilir.
100 ton yağ +10 ton methanol = 100 ton biyodizel + 10 ton gliserol
Bu eşitlik tranesterifikasyon reaksiyonun basitçe ifade edilmiş halidir.
Trigliserit metanol yağ esterlerinin karışımı gliserol
Şekil 1: Transesterifikasyon Reaksiyonu
R1, R2, R3 karbon ve hidrojen atomlarının uzun zincirleridir. Bunlara –alkil grupları denir. Bazen yağ asidi olarakda adlandırılırlar. Soya ve hayvansal yağlarda ortak olan 5 tip zincir (Alkil grubu ) vardır.
Bunlar:
Palmitik: R= -(CH2)14-CH3 16 karbon, (16:0)
Stearik: R= -(CH2)16-CH3 18 karbon, 0 çift bağ (18:0)
Oleik: R= - (CH2)7 CH=CH(CH2)7CH3 18 karbon, 1 çift bağ (18:1)
Linoleik: R= - (CH2)7 CH=CH-CH2-CH=CH(CH2)4CH3
18 karbon, 2 çift bağ (18:2)
Linolenik: R = - (CH2)7 CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH3
18 karbon, 3 çiftbağ (18:3)
(Data derived from Organic Chemistry, W.W. Linstromberg, D.C. Heath and Co., Lexington, MA, 1970)
Yağ asitleri Parantez içinde iki sayı ile ifade edilmektedir. Ilk sayı karbon atomlarının sayısını, ikinci sayı çift bağ sayısını belirlemektedir. Karbon atomlarının sayısının, yağ asidinin bir ucunda bir oksijen atomuna çift bağla bağlı karbonu(karboksilik karbon) içerdiğini unutmamalıyız. Bu uç metil ester oluştururken metanolün bağlandığı uçtur. Tablo 1 bütün hayvansal ve bitkisel yağlardaki yağ asidi zinciri yüzdesini göstermektedir.
Saf triolein içeren bir soya yağı farzedelim. Triolein, üç yağ asidi de oleic asit olan bir trigliserittir. Bu varsayım gerçek hidrojen ve karbon sayısına yakın ve yaklaşık olarak soya yağının kütlesel değerini veren bir yaklaşımdır. Eğer methanol triolein ile reksiyona girerse; girdiler ve çıktılar Şekil 2’de gösterilmiştir. Reaksiyondaki bütün bileşiklerin kütleleri verilmiştir. Bu miktarlar, 1 molekül trioleinin, 3 molekül metanol ile reksiyona girerek 3 molekül metil oleat(biyodizel ) ve 1 molekül gliserin oluşması gerçeğine dayanmaktadır. Bu molekülleri yüksek miktarlara çevirmek istediğimizde başkatsayılaryla çarpılacaktır. Trioleinin kütlesi, içerdiği karbon, hidrojen atom sayılarıyla çarpılarak bulunur.
Şekil 2: Trioleinin Transesterifikasyonu
57x12.0111= 684.63
104x1.00797= 104.83
6x16.000= 96.00
Toplam = 885.46 gram/ mol
Buna göre trioleinin mol kütlesi 885.46 gramdır. 3 mol metanol 96.12 gram, 3 mol metil oleat 889.50 gram, 1 mol gliserol 92.10 gramdır.
Ancak uygulamada, bu reaksiyonu bu şekilde yürütmüyoruz. Bu reaksiyonun tamamının tamamlanması için % 60 ile % 100 fazla metanol kullanıyoruz. Genelde reaksiyonlar, girenler tarafında fazla oranda girdi kullanarak ya da ürünlerden bir ürün uzaklaştırılarak % 100 oluşuma yaklaştırılır. Triolein reaksiyonunun % 100 fazla metanol ile reaksiyonu Şekil 3’te sunulmuştur.
Triolein + 2X Metanol
(885.46 g) (6 x 32.04 = 192.24 g)
—> Metil oleat + Gliserol + XS Metanol
(Katalizör) (3 x 296.50 = 889.50 g) (92.10 g) (96.12 g)
Şekil 3. Trioleinin % 100 Fazla Metanol ile Transesterifikasyonu
100 Ibs yağ ile % 100 fazla metanol reaksiyona girdiği zaman:
100 ton yağ + 21.71 ton metanol → 100.45 ton biyodizel + 10.40 ton gliserol + 10.86 ton fazla methanol
Ayrıca yağın kütlece % 1’ i oranında sodium hidroksit ya da benzeri bir katalizör kullanılması gerekmektedir. Bu katalizör reaksiyon sonunda gliserol faz içinde kalmaktadır.
Tablo 2. Biyodizel Girdi ve Çıktılarının Yoğunlukları (kg/litre)
(from the Handbook of Chemistry and Physics, 51st Edition, CRC, 1970-1971.)
Triolein 0.8988
Metanol 0.7914
Metil Oleat 0.8739
Gliserol 1.2613
100 litreyi baz alarak yazarsak Reaksiyon aşağıdaki hali alır:
100 litre yağ + 24.65 litre metanol
-> 103.3 litre metil oleat + 7.42 litre gliserol + 12.33 litre fazla metanol
Üretim Kalitesi
Standartlarda, toplam gliserolün % 0.24’ünün son ürün olan biyodizelde olmasına izin verilmektedir. Bu gerçekte ne demektir? Triolein 885.46 g, içerdiği gliserol 92.10 g’dır. Bu da 92.10/ 885.46 = 0.104 yani % 10.4 gliserole denk gelmektedir. Bu gliserol bağlı gliseol olarak adlandırılır, çünkü kimyasal olarak triolein molekülüne bağlıdır. Bağlı gliserol ayrıca trigliseritin alkyl estere dönüşmesi sirasinda oluşan monogliserit ve digliserite de bağli olabilir. Bu moleküllerin yapilari Şekil 4’te gösterilmektedir.
Diglyceride Monoglyceride
Şekil 4. Digliserit ve Monogliseridin Kimyasal Yapıları
Eğer ham madde olan ürün yağ % 10.4 oraninda gliserol içeriyorsa ve bu gliserolün % 0.24’ü biyodizelin içinde kalabilecekse transesterifikasyon reaksiyonu aşağidaki oranda tamamlanmalidir.
10 4-0 24
—---- —x 100 = % 97.7
10.4
Sonlanma Reaksiyonlari
Ufak oranlarda su ve serbest yağ asidi içeren tüm hayvansal ve bitkisel yağlar için geçerlidir. Serbest yağ asitleri, gliserol içermeyen uzun karbon zincirleri içermektedir. Bunlar karboksilik asit olarak da adlandirilirlar.
O
Şekil 5. Karboksilik Asit (R karbon zinciri)
Serbest yağ asitleri, rafine edilmemiş hayvansal ve bitkisel yağlarda bulunabilir.
Şekil 6. Oleik Asit
Eğer biyodizel üretiminde kullanlan bitkisel ya da hayvansal yağ oleic asit gibi serbest yağ asidi içeriyorsa, biyodizel üretiminde kullanilan alkali katalizör bu serbest yağ asitleriyle sabun oluşturmak üzere reaksiyona girecektir.
Şekil 7 . Sabun Oluşumu
Bu reaksiyon önlenemez bir reaksiyondur. Istenmeyen sabun biyodizelden, biyodizel-gliserol faz ayrişimi esnasinda veya yikama esnasinda uzaklaştirilir.
Ayrica hayvansal ve bitkisel yağ içindeki su da problem oluşturabilir. Yüksek sicakliklarda su var olduğunda trigliseritleri, digliserit ve serbest yağ asitlerine parçalayabilir. Şekil 8 tipik bir hidroliz reaksiyonu göstermektedir.
Alkali katalizör varliğinda serbest yağ asitlerinin sabun oluşturduğunu Şekil 7’de görmüştük. Suyun varliği sabun oluşumunun garantisidir. Çözünmüş yağ asilerinin sabunlari katilaşmaya meyillidir ambient sicakliklarda, böylece sabun jel haline gelerek yari kati bir kütle oluşturup geri kazanilmasi zor bir hal alabilir.
Şekil 8. Trigliseritin Serbest Yağ Asidine Hidrol . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Tüm yazıları |
|
ShareThis
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Türk Liderler:
Abbas Güçlü, Adil Karaağaç, Ali Ağaoğlu, <Ali Kibar, Adnan Nas, Adnan Polat, Adnan Şenses, Ahmet Başar, Ahmet Esen, Alber Bilen ,Ahmet Cemal Kura, Ali Abalıoğlu, Ali Naci Karacan, Ali Sabancı, Ali Koç, Ali Saydam, Ali Talip Özdemir, Ali Üstay, Arman Manukyan, Arzuhan Yalçındağ, Asaf Güneri, Atila Şenol, Attila Özdemiroğlu, Avni Çelik, Ayduk Koray, Aydın Ayaydın, Aydın Boysan, Ayhan Bermek, AyşeKulin, Ayten Gökçer, Başaran Ulusoy, BedrettinDalan, Bedri Baykam, Berhan Şimşek, BetülMardin, Bülend Özaydınlı, Bülent Akarcalı, Bülent Eczacıbaşı, Bülent Şenver, CağvitÇağlar, Can Ataklı, Can Dikmen, Can Has, Can Kıraç, Canan Edipoğlu, Celalettin Vardarsuyu, Cengiz Kaptanoğlu, Cevdetİnci, Çoşkun Ural, Cüneyt Asan, Cünety Ülsever, Çağlayan Arkan, Çetin Gezgincan, DenizAdanalı, Deniz Kurtsan, Didem Demirkent, Dilek Sabancı, Dr. Oktay Duran, Ege Cansel, Em. Org. Çevik Bir, Emre Berkin, Engin Akçakoca, Enver Ören, Erdal Aksoy, Erdoğan Demirören, ErhanKurdoğlu, Erkan Mumcu, Erkut Yücaoğlu, Ergun Özakat, Ergun Özen, Erol Üçer, Ersin Arıoğlu, Ersin Faralyalı, Ersin Özince, Ethem Sancak, Fatih Altaylı, Fatih Terim, Ferit Şahenk, Ferruh Tanay,Feyhan Kalpaklıoğlu, Feyyaz Berker, Fuat Miras, Fuat Süren, Füsun Önal, Göksel Kortay, Güler Sabancı, Güngör Kaymak, Hakan Ateş, Halit Soydan, Halit Kıvanç, Haluk Okutur, Haluk Şahin, Hamdi Akın, Hasan Güleşçi, HayrettinKaraca, Hazım Kantarcı, Hilmi Özkök, Hüsamettin Kavi, Hüseyin Kıvrıkoğlu, Hüsnü Özyeğin, Işın Çelebi, İbrahim Arıkan, İbrahim Betil, İbrahim Bodur, İbrahim Cevahir, İbrahim Kefeli, İdris Yamantürk, İhsan Kalkavan, İshak Alaton, İsmet Acar, İzzet Garih, İzzet Günay, İzzet Özilhan, JakKamhi, Kazım Taşkent, Kemal Köprülü, Kemal Şahin, Leyla Alaton Günyeli, LeylaUmar, Lucien Arkas, Mahfi Eğilmez, MehmetAli Birand, Mehmet Ali Yalçındağ, Mehmet Başer, Mehmet Günyeli, Mehmet Huntürk, Mehmet Keçeciler, Mehmet Kutman, Mehmet Şuhubi, Melih Aşık, Meltem Kurtsan, Mesut Erez, Metin Kalkavan, Metin Kaşo, Muharrem Kayhan, Muhtar Kent, Murat Akdoğan, Murat Dedeman, MuratVargı, Mustafa Koç, Mustafa Özyürek, Mustafa Sarıgül, Mustafa Süzer, Mümtaz Soysal, Nafi Güral, Nail Keçili, Nasuh Mahruki, Nebil Özgentürk, Neşe Erberk, Nevval Sevindi, Nezih Demirkent, Nihat Boytüzün, Nihat Gökyiğit, Nihat Sırdar, Niyazi Önen, Nur Ger, Nurettin Çarmıklı, Nuri Çolakoğlu, Nüzhet Kandemir, Oğuz Gürsel, Oktay Duran, Oktay Ekşi, Oktay Varlıer, Osman Birsel, Osman Şevket Çarmıklı, Ozan Diren, Özen Göksel, ÖzdemirErdoğan, Özhan Erem, Pervin Kaşo, R.BülentTarhan, Raffi Portakal, Rahmi Koç, Rauf Denktaş, Refik Baydur, Rıfat Hisarcıklıoğlu, SakıpSabancı, Samsa Karamehmet, Savaş Ünal, SedatAloğlu, Sefa Sirmen, Selçuk Alagöz, SelçukYaşar, Selim Seval, Semih Saygıner, SerdarBilgili, Sevan Bıçakçı, Sevgi Gönül, Sezen Cumhur Önal, SinanAygün, Suna Kıraç, Süha Derbent, Süleyman Demirel, ŞadanKalkavan, Şadi Gücüm, Şahin Tulga, Şakir Eczacıbaşı, Şarık Tara, Şerif Kaynar, ŞevketSabancı, Tan Sağtürk, Taner Ayhan, Tanıl Küçük, Tanju Argun, Tansu Yeğen, TavacıRecep Usta, Tayfun Okter, Tevfik Altınok, Tezcan Yaramancı, Tinaz Titiz, Tuna Beklevic, Tuncay Özilhan, Türkan Saylan, Uğur Dündar, Uluç Gürkan, Umur Talu, Ümit Tokçan, Üzeyir Garih, Vehbi Koç, Vitali Hakko, Vural Öger, Yaşar Aşçıoğlu, Yaşar Nuri Öztürk, Yılmaz Ulusoy, Yusuf Köse, Zafer Çağlayan, Zeynel AbidinErdem
|
|
|