Atık kızartma yağlarının karakterizasyonu ve biyodizel üretiminde değerlendirilmesi
Characterization of waste frying oils and their utilization in biodiesel production
Yazar: HÜSEYİN ŞANLI
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÇANAKCI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Biyodizel üretimi için düşük maliyetli bir hammadde olan atık kızartma yağlarının fiziksel ve kimyasal özellikleri transesterifikasyon reaksiyonundan önce detaylı bir şekilde incelenmelidir. Bu özellikler hem biyodizel üretimin hem de yakıt özelliklerini önemli oranda etkilemektedir. Bu nedenle, bu çalışmada, İzmit Belediye sınırları içerisinde 7 farklı sektörden 70 farklı atık kızartma yağı örneği toplanmış ve bunların viskozite, yoğunluk, asit değeri, iyot değeri, peroksit değeri, sabunlaşma değeri, toplam polar madde (TPM), ısıl içerik ve yağ asidi dağılımları belirlenerek birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, bu özellikler arasındaki korelasyon katsayıları da hesaplanmıştır. TPM içeriği ile viskozite, yoğunluk ve asit değerleri arasında dikkat çekici bir korelasyon belirlenmiştir. 
Laboratuar ölçekli transesterifikasyon reaksiyonlarında metanoliz için en iyi sonuçlar KOH ile elde edilmiş ve %97,18'lik ürün eldesi sağlanırken etanoliz için ise CH3ONa ile %99,08'lik ürün eldesi sağlanmıştır. Optimize edilen reaksiyon şartları ile pilot ölçekli üretim gerçekleştirildiğinde ürün eldesi bir miktar düşmekle birlikte (metanoliz için %94,5 ve etanoliz için %91) üretilen biyodizellerin yakıt özellikleri standart değerleri karşılamıştır.
Motor testlerinde metil ve etil ester yakıtlarının özgül yakıt tüketimlerinin petrol türevi dizel yakıtına (PTDY) göre daha fazla olduğu görülmüştür. Etil esterin özgül yakıt tüketimi metil estere göre daha az gerçekleşmiştir. Test edilen tüm motor devirlerinde ester yakıtlarının efektif verimlerinin PTDY göre bir miktar daha fazla olduğu belirlenmiştir. Ester yakıtlarının yakıt hattı basınçları PTDY oranla daha erken yükselmiş ve böylece bu yakıtlar daha erken püskürtülmeye başlamıştır. Ester yakıtları kullanıldığında, PTDY göre biraz daha yüksek silindir gaz basınçlarına ulaşılmış ve basınç artışı üst ölü noktaya daha yakın gerçekleşmiştir.
Egzoz emisyon sonuçları incelendiğinde, ester yakıtlarının PTDY göre daha az karbon monoksit (CO) ve hidrokarbon (HC) üretirken daha fazla azot oksit (NOx) ürettikleri ve karbon dioksit (CO2) emisyonun ise önemli bir değişiklik göstermediği anlaşılmaktadır. Ester yakıtları kendi içlerinde değerlendirildiklerinde, etil esterin daha düşük egzoz emisyonlarına yol açtığı görülmektedir.

Abstract:
The physical and chemical properties of waste frying oils which are low cost feedstocks for biodiesel production must be controlled in detail prior to transesterification reaction since these properties significantly influence biodiesel production as well as fuel properties. Therefore, in this study, 70 different waste frying oil samples were collected from 7 different sectors in Izmit city boundaries and their viscosity, density, acid value, iodine value, peroxide value, saponification value, total polar material (TPM), heating content and fatty acid compositions were determined and compared to each other. In addition, correlation coefficients between these properties were calculated. The correlations between TPM content and viscosity, density and acid values were remarkable. 
In the laboratory scale transesterification reactions, the best results for methanolysis were obtained with KOH catalyst and the yield was 97.18% while, for ethanolysis, the yield of 99.08% was obtained with CH3ONa catalyst. Although the yield (94.5% for methanolysis and 91% for ethanolysis) decreased when the pilot scale biodiesel productions were carried out with the optimized reaction conditions, the fuel properties of the produced biodiesels met the biodiesel fuel standards.
In the engine tests, it was seen that brake specific fuel consumptions (bsfc) of methyl and ethyl ester fuels were higher than that of petroleum based diesel fuel (PBDF). The bsfc of ethyl ester was a little lower than that of methyl ester fuel. The thermal efficiencies of ester fuels were higher than that of PBDF in all tested engine speeds. The fuel line pressures of ester fuels increased earlier compared to PBDF and so these fuels were injected earlier. The maximum in-cylinder gas pressures of ester fuels were a little bit higher than that of PBDF and pressure increases happened relatively closer to top dead center. 
The exhaust emission results showed that ester fuels emitted lower CO and HC emissions but they caused more NOx emissions compared to PBDF. The changes in CO2 emissions were relatively lower as compared with other emissions. When ester fuels were compared it is seen that ethyl ester fuel caused lower exhaust emissions compared to methyl ester fuel.