Atık Bitkisel Yağın Küçük Ölçekli Olarak Metil Esterine Dönüştürülmesi

Bu çalışmada, kullanılacak atık bitkisel yağ (palmiye yağı), Kocaeli Uzay Gıda (Frito-Lay) Cips Fabrikası’ndan temin edilmiştir. Atık bitkisel yağ fabrikadan alındıktan sonra filtre edilerek içerisinde bulunan yabancı içerikli maddeler çıkartılmıştır. Yağ üreticisi Türk Henkel Kimya Sanayi A.Ş. firması ile irtibata geçilerek rafine palmiye yağına ait özellikler elde edilmiştir. Yağ cips yapımında kullanıldıktan sonraki özellikleri ise Kocaeli Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Yakıt Laboratuarında tespit edilmiştir. Rafine ve atık palmiye yağının özellikleri Tablo 3.2’de verilmektedir.

25

Tablo 3.2: Rafine ve atık palmiye yağına ait özellikler

Ham palmiye yağına ait özellikler Atık palmiye yağına ait özellikler

Serbest yağ asidi %0,03 Asit değeri 0,578 mg KOH/g

Peroksit değeri 0,0 meq O/Kg Viskozitesi 40,348 mm2_/sn

Kararlılık, 120o_{C 11,8 saat Toplam gliserol %10,4719 kütlesel}

Nem ve uçuculuk %0,01 Molekül ağırlığı 847,28 g/gmol [59]

İyot sayısı 55,7 g l2/100g yağ Yoğunluk 40oC, 904 m3/kg

Sabun içeriği 0,0 ppm Renk Açık sarı

[69] _{Molekül ağırlığı literatürden alınmıştır.}

Tablo incelendiğinde rafine palmiye yağının iyot sayısının çok düşük olması yağın en dikkat çekici özelliği olarak gözükmektedir. Genel olarak bitkisel yağların iyot sayısı ile metil esterlerinin iyot sayısı birbirine çok yakındır. Türkiye’de üretilen pamuk, soya, ayçiçeği, mısır vb. gibi yağların iyot sayısı çok yüksektir. Bu yağlardan üretilen metil ester ile Avrupa EN 14214 standardını yakalamak çok zordur. Palmiye yağından üretilen metil ester ile diğer yağlardan üretilen metil esterlerin karıştırılması sonucunda Avrupa EN 14214 standarttı yakalanabilecektir. Atık palmiye yağının viskozitesi çok yüksek çıkmıştır. Bitkisel yağların viskozitesi esterlerine göre daha yüksektir. Ester dönüşümü yapmanın temel nedenlerinden biri yağın viskozitesini, petrol kökenli dizel yakıtının viskozitesine benzetmektir. Atık palmiye yağının yoğunluğu normal oda şartlarındaki fiziksel özelliğinden dolayı belirlenememiştir. ASTM D 1298 metoduna göre atık palmiye yağının yoğunluğu ölçebilmek için 20oC’de sıvı olması gerekmektedir. Fakat 20oC’de yağ yarı katı halde olduğundan 40oC sıcaklıkta yoğunluk değeri ölçülmüştür. Diğer bir önemli özellik rafine palmiye yağının asit bileşimidir. Tablo 3.3’de rafine palmiye yağına ait asit bileşimi verilmektedir.

Tablo 3.3 incelendiğinde rafine palmiye yağının toplam 11 yağ asidinden oluştuğu görülmektedir. Yağ asitlerinin analizinde %5 hata payı yağ üreticisi firma tarafından dikkate alınmıştır. Palmiye yağına egemen yağ asitleri palmitik asit (kütlesel %36– 41) ve oleik asit (kütlesel %40–45)’dir. Genelde bitkisel yağlar yüksek oranda doymamıştır. Fakat palmiye yağında doymuşluk oranı %41,3–48,8 arasında iken doymamışlık oranı %51,2–58,7 arasındadır. Bu durum, palmiye yağının doymamışlık ve doymuşluk seviyesinin birbirine çok yakın olduğunu göstermektedir.

26

Palmiye yağının bu özelliği, metil esterinin soğuk akış özelliklerine negatif bir etki göstermesine, setan sayısının ise yüksek çıkmasına neden olmuştur. Transesterifikasyon reaksiyonuna geçiş için atık palmiye yağına ait değerler tespit edildikten sonra küçük ölçekli testlere başlanmıştır.

Tablo 3.3: Rafine palmiye yağının yağ asidi bileşimi

Yağ asidinin

genel ismi Karbon Sayısı Yağ asidinin genel kimyasal yapısı Molekül ağırlığı* Bileşik oranları (± %5)

Laurik asit C12:00 CH3(CH2)10COOH 200,32 < 0,6

Miristik asit C14:00 CH3(CH2)12COOH 228,37 0,7–1,4

Palmitik asit C16:00 CH3(CH2)14COOH 256,42 36–41

Palmitoleik asit C16:01 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH 254,41 0,1–0,4

Stearik asit C18:00 CH3(CH2)16COOH 284,48 3,5–5

Oleik asit C18:01 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 282,46 40–45

Linoleik asit C18:02 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH 280,45 10–15

Linolenik asit C18:03 CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH 278,43 < 0,6

Araşidik asit C20:00 CH3(CH2)18COOH 312,53 0,1–0,5

Gadoleik asit C20:01 CH3(CH2)7C=C(CH2)9COOH 310,50 0,1–0,5

Behenik asit C22:00 CH3(CH2)20COOH 340,58 < 0,4

*Asitlerin moleküler ağırlıkları SIGMA-ALDRICH firmasının katalogundan alınmıştır.

Küçük ölçekli test ünitesinde kullanılacak olan atık palmiye yağının içeriğindeki su miktarını ölçmek için 0,001 hassasiyetinde Ohasus marka terazi ile ölçüm yapılarak 300 gr numune alınmıştır. Numune yağ suyun kaynama derecesi olan 100oC’de 4 saat ısıtmaya tabi tutulmuştur. Her 30 dakikada numune dijital terazide tekrar ölçülerek buharlaşan su miktarı ölçülmüştür. 30 dakikalık ölçümler sonucunda herhangi bir kayıp tespit edilmemiştir. Atık palmiye yağının ölçümünde serbest yağ asidi %1’in altında çıkmıştır. Numune yağın asit değeri AOCS official Method CD 3A–63 test metodu kullanılarak ölçülmüştür. Ekler kısmında bu metoda ait bilgiler verilmektedir. Ölçüm sırasında 0,01 normalitede potasyum hidroksit (KOH) çözeltisi kullanılarak titrasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Ölçümler sonrasında atık palmiye yağının serbest asit değeri 0,578 mg KOH/g olarak bulunmuştur. Böylece tek adımlı, alkali katalizörlü reaksiyon gerçekleştirilebileceğine karar verilmiştir.

27

Büyük ölçekli transesterifikasyon reaksiyonuna geçmeden önce laboratuar şartlarında küçük ölçekli bir tesis kurularak ana reaksiyon için temel girdiler tespit edilmeye çalışılmıştır. 600 gr numune yağa göre 6:1 molar oranında reaksiyon denklemi oluşturulmuştur. EN 14214 standardına göre alkol tipi olarak metanol seçilmiştir. Standarda uygun yakıt üretimini gerçekleştirebilmek için J.T. Baker firmasının %99,8 saflıktaki metanolu ticari bir firmadan satın alınmıştır. Atık palmiye yağı serbest yağ asidinin %1’in altında çıkması sonucu alkali katalizör olarak potasyum hidroksit seçilmiştir. Merck marka KOH katalizör ticari bir firmadan satın alınmıştır. Yağın %1 oranında KOH ile metil alkol çözelti haline gelinceye kadar IKA marka RCT model ısıtıcılı manyetik karıştırıcıda oda sıcaklığında karıştırılmıştır. Yağ 1000cc’lik üç yollu balona 600 gr yağ konularak 60oC’ye gelene kadar ısıtılmıştır. Daha sonra alkol katalizör çözeltisi yavaş yavaş reaksiyonu ilave edilmiştir. Transesterifikasyon reaksiyon süresi olarak 4 saat seçilmiştir. Reaksiyon sıcaklığı olarak metil alkolün kaynama derecesi olan 65oC’nin biraz daha altında (60oC) seçilmiştir. Tablo 3.4’de reaksiyon girdileri, Tablo 3.5’de reaksiyon çıktıları verilmektedir. Reaksiyon sonunda metil ester ile gliserolin ayrışması için reaksiyon ayırma ünitesinde 10 saat bekletilmiştir. Ayrıştırılan ham ester, 1:3 oranında 60oC’deki distile su ile dört kez yıkanmıştır. Yıkama esnasında ester ile su hafifçe çalkanarak, suyun tüm karışımla ile temas etmesi sağlanmıştır. Böylece, esterin içerisinde bulunan katalizör parçaları, alkol ve gliserol çıkarılarak ester saf hale getirilmiştir.

Tablo 3.4: Küçük ölçekli transesterifikasyon reaksiyon girdileri

Reaksiyon Girdileri

Kullanılan atık bitkisel yağın kökeni Palmiye Yağı

Yağın asit değeri 0,578 mg KOH/g

Seçilen molar oranı 6:1

Yağın moleküler ağırlığı 847,28 g/gmol[69]

Numune yağ miktarı 600 gr

Yağın mol sayısı 0,708 mol

Alkolün mol sayısı (CH3-OH) 4,248 mol

Alkolün moleküler ağırlığı 32,04 g/gmol

Alkol miktarı 136,28 gr

Katalizör miktarı (KOH) (yağın %1) 6 gr

Reaksiyona giren toplam miktar 742,28 gr

Reaksiyon süresi 4 saat

28

Tablo 3.5: Küçük ölçekli transesterifikasyon reaksiyon çıktıları

Reaksiyon Ürünleri

Reaksiyon sonu ester miktarı 602,9 gr

Reaksiyon sonu gliserol miktarı 129,032 gr

Reaksiyondan çıkan toplam miktar 731,932 gr

Buharlaşan alkol miktarı 10,348 gr

Yıkama Sonrası Kalan Ester Miktarı

Yıkama kullanılan su Saf Su

Yıkama sıcaklığı 60o_C 1. Yıkama 594,1 gr 2. Yıkama 584,7 gr 3. Yıkama 579,5 gr 4. Yıkama 575,4 gr Dönüşüm Oranı %95,9

Elde Edilen Esterin Özellikleri

Esterin toplam gliserol oranı 0,037 Esterin serbest gliserol oranı 0,016

Esterin viskozitesi 4,76 mm2_/sn

Esterin yoğunluğu 873 kg/m3