Pilot Tesiste Metil ve Etil Ester Üretimleri

Laboratuar ölçekli transesterifikasyon reaksiyonları ile üretilen yakıtlardan sadece metil ve etil ester yakıtları standart değerleri karşılayabilmiştir. Ayrıca tezin ek kısmında verilen ekonomik analizde de görüleceği gibi, oldukça yüksek maliyetler çıkmaktadır. 2-propil esterin birim maliyeti etil estere göre daha ucuz görünmekle birlikte, sürekli üretim açısından düşünüldüğünde, 48 saat gibi endüstriyel alanda kabul edilemeyecek kadar uzun reaksiyon süreleri gerektirmektedirler. Bu nedenlerden dolayı pilot tesiste yalnızca metil ve etil ester üretimleri gerçekleştirilmiştir. Pilot ölçekli üretimde kullanılan atık kızartma yağı da, laboratuar ölçekli çalışmalardaki gibi, İzmit Ayaz Pastanesi’nden alınmış ayçiçeği yağı kökenli yağdır. Fiziksel-kimyasal özellikleri ile yağ asidi dağılımı, sırasıyla, Tablo 5.3 ve 5.4’de verilmektedir. Yağın SYA içeriği %1’in altında olduğundan (%0,87) ön iyileştirme reaksiyonuna gerek olmadan doğrudan transesterifikasyon reaksiyonuna geçilmiştir. Her iki reaksiyondan önce de atık kızartma yağı, içerisindeki gıda artıklarını ve diğer kirleticileri alabilmek için, filtre edilerek hammadde tankına alınmıştır. Hammadde tankından ana reaktöre transfer edilmiş ve su içeriğini azaltmak için 110 °C’de bir saat süreyle ısıtılmıştır. Hammadde sıcaklığı, reaksiyon sıcaklığına düştüğünde reaksiyona başlanılmıştır.

6.4.1. Metil ester üretimi

Laboratuar ölçekli metanoliz deneyleri sonucu optimum reaksiyon şartları 6:1 metanol:atık kızartma yağı molar oranı, %0,75 KOH, 60 °C ve 60 dakika olarak belirlenmişti. Bu reaksiyon şartları ile %97,8’lik bir ürün eldesine ulaşılmış ve üretilen yakıtın ölçülen tüm özelliklerinin EN 14214’de istenilen değerleri karşıladığı görülmüştü. Pilot tesiste metanoliz reaksiyonu gerçekleştirilirken bu parametreler kullanılmıştır. Pilot tesiste üretilen metil esterin yıkanması sırasında laboratuar ölçekli metil estere göre daha fazla köpükleşme gözlemlenmiştir. Bu durum yıkama işlemini zorlaştırarak ürün eldesini düşürmüştür. Pilot ölçekli metanoliz reaksiyonu sonucu ürün eldesi %94,5 olmuştur. Ürün eldesinde laboratuar ölçekli reaksiyona göre %3,3’lük bir düşüş olduğu görülmektedir. Pilot tesiste üretilen metil ester yakıtından alınan bir örnek Şekil 6.28’de gösterilmiştir. Ölçülen özellikleri ise Tablo 6.37’de verilmektedir.

Şekil 6.28. Pilot tesiste üretilen metil ester yakıt örneği

6.4.2. Etil ester üretimi

Laboratuar ölçekli etanoliz deneyleri sonucu belirlenen optimum reaksiyon şartları 8:1 etanol:atık kızartma yağı molar oranı, %1,40 CH3ONa, 45 °C ve 120 dakikadır. Bu reaksiyon şartlarıyla %99,08’lik bir ürün eldesi sağlanmış ve ölçülen yakıt özelliklerinin standart değerlerde olduğu görülmüştü. Pilot tesiste gerçekleştirilen etanoliz reaksiyonu da bu reaksiyon şartları kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Pilot ölçekli etil ester üretimi metil estere göre daha zor olmuştur. Gliserol alınırken, etil ester ve gliserol fazları arasında üçüncü bir fazın oluştuğu görülmüştür. Üstten

alınan etil ester fazı ile dipten alınan gliserol fazı arasında, daha farklı renkteki bu ara faz Şekil 6.29’da net bir şekilde görülmektedir. Ester fazının yoğunluğu 883,4 kg/m3, ara fazın yoğunluğu ise 941,8 kg/m3 olarak ölçülmüştür. Ara faz, gliserol ayrıştırma işlemini zorlaştırmış ve dikkatli olunmaya çalışılsa da bir miktar etil esterin ara faz ile birlikte akmasına engel olunamamıştır.

Şekil 6.29. Pilot ölçekli etanoliz sırasında oluşan ara faz

Metil esterde olduğu gibi, etil esterin yıkama işlemi sırasında da köpükleşme problemi meydana gelmiş; metil estere göre çok daha yoğun olmuştur. Laboratuar ölçekli deneylerde üretilen etil esterlerde de aynı problem görüldüğünden yıkama işlemi çok dikkatli bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Su, ester fazı üzerine çok yavaş bir şekilde akıtılmış ve karıştırma işlemi hassas bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Tüm bu önlemlere rağmen, Şekil 6.30’da görüldüğü gibi, bu problemin önüne geçilememiş ve bu durum yıkama işlemini çok zorlaştırarak ürün eldesini önemli miktarda düşürmüştür.

Şekil 6.30. Pilot ölçekli etil esterin yıkanması sırasında sabunlaşma

Pilot tesiste etanoliz reaksiyonunda hammaddeden ürüne dönüş oranı yaklaşık %91 olmuştur. Pilot ölçekli etanoliz ile üretilen ve motor testlerinde kullanılan etil ester yakıtından alınan bir örnek Şekil 6.31’de, fiziksel-kimyasal yakıt özellikleri ise Tablo 6.37’de verilmektedir.

Şekil 6.31. Pilot tesiste üretilen etil ester yakıt örneği

Biyodizel üretim reaksiyonu optimizasyon çalışmalarının ilk aşaması olan laboratuar ölçekli deneylerde metanol en iyi sonuçları KOH ile vermiştir. CH3OK ve CH3ONa ile gerçekleştirilen hiçbir çalışmada biyodizel yakıt standardı yakalanamamıştır. Metanoliz için en yüksek ürün eldesi %97,18 ile 6:1 metanol:atık kızartma yağı molar oranı, %0,75 KOH, 60 °C ve 60 dakikalık reaksiyon şartları ile sağlanmıştır. Alkol, katalizör ve reaksiyon süresi artırıldığında ürün eldesi düşmüştür. Etanoliz için uygun katalizörün bulunması çalışmaları sonucu CH3ONa ile standart viskozite değeri sağlanmış ve bunun üzerine etanoliz optimizasyon çalışmalarına geçilmiştir. Yapılan deneyler sonucu; 8:1 etanol:atık kızartma yağı molar oranı, %1,40 CH3ONa, 45 °C ve 120 dakikalık reaksiyon şartlarıyla %99,08’lik yüksek bir ürün eldesi sağlanmış ve ölçülen yakıt özelliklerinin standartlar içinde olduğu görülmüştür. 2- propanol ve 1-bütanol ile baz katalizör kullanımında başarılı olunamamış, yardımcı çözücüler kullanıldığında da sonuç değişmemiştir. Bunun üzerine H2SO4 ile reaksiyonlar gerçekleştirilmiş ve ancak 48 saat sonunda faz ayrımı elde edilebilmiştir. Laboratuar ölçekli olarak optimize edilen reaksiyon şartları ile pilot tesiste metanoliz ve etanoliz reaksiyonları gerçekleştirildiğinde, ürün eldeleri laboratuar ortamında elde edilenlere göre bir miktar düşük olsa da üretilen biyodizel yakıtlarının biyodizel yakıt standardını karşıladığı belirlenmiştir.