Prof. Dr. Bülent KESKİNLER Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü

BİYODİZEL
BİYOETANOL
BİYOGAZ
Prof. Dr. Bülent KESKİNLER
BİYODİZEL
Biyodizel Üretim Prosesleri
Kesikli
(500-10000 ton/yıl)
Yarı kesikli
Sürekli
(>30000 ton/yıl)
1.
Homojen Kataliz
a) Asit katalizör: H2SO4 ,alifatik ve aromatik sülfonik asitler, Lewis asitleri
*Ön esterifikasyon; A:Y=11:1 (mol olarak), T=65-70 0C, t = 3 saat
*Transesterifikasyon; A:Y=30:1 (mol olarak), T=65 0C, t = 50 saat
b) Bazik katalizör: NaOH, KOH, NaOCH3
2. Heterojen Kataliz: Alkali metal oksitler, alkali metal karbonatlar, toprak alkali karbonat
ve oksitler, kuvvetli anyon değiştirici reçineler, silikatlar.
3. Süper Kritik Metanol: 350-400
0C,
P > 400 atm. Reaksiyon süresi: 4 dak.
Alkol:Yağ=42:1 (mol olarak), Katalizörsüz sistem. Süper kritik şartlar altında metanol
CH3O- ve H+’ya dissosiye olur.
4. Biyolojik Prosesler
a) Lipaz enzimi
b) Mikroorganizma: Rhizopus türleri A:Y=4:1, T=30 0C
5. Yüksek basınç ve sıcaklık prosesleri: P = 100 bar, T= 250 0C, Alkali kataliz, A:Y=20:1,
%20 FFA, ön arıtım gerektirmez.
Bazik Homojen Kataliz Prosesleri
1. Reaksiyon
2. Gliserol ayrılması
3. Biyodizelin saflaştırılması
4. Sabun kontrolü
Reaksiyon Hızında Tek Fazın Önemi
Co-solvent ilavesi
Ultrasonik karıştırma
Kademeli Alkol İlavesi
• Az alkol kullanımı.
• Yüksek ester verimi
• Doğal rafinasyon
Alkol
Pigmentler
Sabun
Katalizör
mono ve
digliseridler
GLİSERİN
Fosfolipidler
Hızlı
Karıştırma
2. Alkol ilavesi
100
80-85
A
Ester Verimi (%)
K
Çift Faz (ME+G)
Tek Faz
Çift Faz (Y+A)
G
10-15
3
1. Alkol
ilavesi
10
Zaman (dakika)
Gliserinin Ayrılma Hızı
• Sıcaklık
• Alkol miktarı
• Katalizör türü ve miktarı
• Safsızlıklar (Sabun, fosfolipid vb.)
• Reaksiyon karıştırma hızı ve süresi
• Çökelme anındaki karıştırma hızı
Biyodizelin Saflaştırılması
„
„
„
„
Su ile yıkama ve kurutma
Katı adsorbent ile filtrasyon
İyon değiştirici reçineler
Nötralizasyon ve proses seçimi ile saflaştırma
Lurgi Prosesi
Transesterification
… High Lights of the LURGI - Process
Reactor 1
Reactor 2
Oil
Biodiesel
Glycerin
CROSS-FLOW
(Patented)
Methanol
Methanol
Recovery
Catalyst
Catalyst
Glycerin
Water
Closed WASHWATER loop
Wash
Column
Glycerin
Water
Evaporation
Crude Glycerin
LPSI Copyright 2003
Biodiesel Capabilities
Santrifüj gerektirmez,
Sıcaklık 60 C
Katalizör sodyum-metilat,
Sürekli proses
Rafine yağ kullanılır.
Su ile yıkama
page 18
CD Prosesi
NaOH , Rafine yağ,sıcaklık 60-75 Çöktürme ve santrifüj,su ile yıkama,sürekli proses
BIOX Prosesi
H2SO4 NaOH,Y.Yağ asidi,esterifikasyon 60 C transesterifikasyon 25 oC, 30 kat
alkol fazlası ve THF ,santrifüj yok,sürekli proses
Esterfip Prosesi
Sıcaklık 230 C,santrifüj gerekmez,aşırı alkol,katı katalizör,saflaştırma gerekli,daha temiz gliserol
BİYOETANOL
Biyoetanol Nedir ?
„
Biyoetanol buğday sapı, sebze atıkları, mısır, patates, şeker kamışı
gibi biyokütleden üretilen bir üründür. Etanol renksiz, berrak, yanıcı
bir sıvı olup, biyolojik olarak bozunur ve çevre açısından bir tehdit
oluşturmaz. Etanol yüksek oktanlı bir yakıttır ve petrolde bir oktan
artırıcı olarak kullanılmaktadır. Etanol ile benzini karıştırarak
emisyonu azaltmak ve tam bir yanma sağlamak mümkündür.
Biyoetanol Üretiminde Kullanılan Hammaddeler,
İşlemler ve Yan Ürünler
Kaynak: Bahadır Bulut, YTÜ
Biyoetanolün Avantajları
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Yerli, yenilenebilir bir yakıt kaynağıdır.
Temiz bir yakıt kaynağıdır.
Petrol için dışa bağımlılığı azaltır.
Düşük maliyet ile yakıt oktan sayısını artırır.
Genelde bütün araçlarda kullanılabilir.
Üretimi ve muhafaza edilmesi kolaydır.
Biyoyakıtlar fosil yakıtlardan % 40-80 daha az sera gazı yayar.
Asit yağmurunu azaltır.
Daha az su kirliliği oluşturur.
Daha az atık oluşturur.
Biyoetanol Üretim Yöntemleri
„
Asit hidroliz : Bu yöntem seyreltik asit hidrolizi ile şeker üretimini takip
eden selülozun konsantre asit dekristalizasyonuna dayanmaktadır. Daha
sonra fermantasyon işlemi ile şeker etanole dönüştürülür
„
Enzimatik hidroliz : Biyokütlenin enzimatik hidrolizi için yapılan önemli bir
proses modifikasyonu bir çok şeker substratın birlikte fermente olmasını
sağlayan eş zamanlı sakkarifikasyon ve fermantasyon işleminin
geliştirilmesidir. Bu işlemde selülaz ve fermente edici organizmalar
birleştirilmektedir. Şekerler meydana geldikçe fermente edici organizmalar
şekerleri etanola dönüştürür.
„
Gazlaştırma ve fermentasyon : Biyokütle yüksek sıcaklıkta gazlaştırma
ile CO, CO2 ve H2 gibi sentez gazlarına dönüştürülebilir. Anaerobik bakteri
sentez gazlarını etanola dönüştürmek için kullanılır.
BİYOGAZ
Anaerobik Arıtma
Anaerobik arıtma, mikroorganizmaların organik atıkları, serbest
oksijensiz bir ortamda, metan, karbondioksit, hücresel ve diğer
organik maddelere çevirdiği biyolojik bir işlemdir. Anaerobik
Bozundurma sürecinde işlenen organik maddelerin her hangi bir
toksik, tehlikeli, vb. atık ve patojen içermediği durumlarda, elde
edilen toprak iyileştiricisi, fiber ve gübre organik tarım
uygulamalarında kullanılabilir.
Anaerobik
mikroorganizmalar
Organik madde + H2O
CH4 + CO2 + NH3 + H2S + Yeni hücre
Organik maddelerin anaerobik arıtımı sonucu ortaya önemli bir
temiz/alternatif enerji kaynağı olan biyogaz (% 20-30 CO2, % 60-79 CH4,
% 1-2 H2S) çıkar.
Kaynak: Prof. Dr. Göksel N. Demirer, ODTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü
KARMAŞIK ORGANIK BİLEŞİKLER
(Karbohidratlar, Proteinler, Lipidler, vd..)
Anaerobik biyolojik bozunma
üç aşamada gerçekleşen bir
biyokimyasal işlemdir. Bu
aşamalar
(1) Hidroliz: kompleks organik
maddelerin
çözünmüş
organik
bileşiklere
dönüşümü;
(2) Asit oluşumu: çözünmüş
organik
maddelerinden
uçucu
yağ
asitlerinin
(ağırlıklı
olarak
asetik,
propiyonik ve bütrik asitler)
oluşumu; ve
(3) Metan oluşumu: uçucu yağ
asitlerinin
metan
ve
karbondioksite
çevrimi
olarak özetlenebilir.
1
HİDROLİZ
BASİT ORGANİK BİLEŞİKLER
(Şekerler, Aminoasitler, Peptidler, vd.)
1
ASİDOJENESİS
UZUN ZİNCİRLİ YAĞ ASİTLERİ
(Propiyonat, Bütrat, vb.)
2
ASETOJENESİS
3
H 2 , CO
ASETOJENESİS
ASETAT
2
4
5
METANOJENESİS
METANOJENESİS
CH 4 , CO
2
BİYOGAZ
Metanojenik Bakteri
(Kaynak: http://www.biogasworks.com/)
Anaerobik Arıtıma Tabi Tutulabilen Atık Türleri
9 Arıtma Tesisi Çamurları
9 Tarımsal atık ve artıklar
9 Evsel Organik Katı Atıklar
9 Endüstriyel Atıklar
Anaerobik arıtmanın kullanıldığı bazı endüstriler
Alkolsüz İçecekler
Peynir ve süt ürünleri
Et kesimi ve paketleme
Petrokimya
Patates işlenmesi
Şeker
Kağıt
Organik kimyasallar
Tekstil
Bira ve Şarap
Zeytinyağı
Et Paketleme
Nişasta
Ağaç İşleme
Şeker
Süt Ürünleri
Mezbaha
Bira Mayası
Donmuş yiyecek
Dondurma
Hayvan yemi
Protein
TEŞEKKÜRLER