1. AKARYAKITLAR VE ANALİZLERİ 1.1. Genel Bilgiler

Transkript

1 1. AKARYAKITLAR VE ANALİZLERİ 1.1. Genel Bilgiler Yakıt olarak kullanılan sıvı maddelere akaryakıt adı verilir. Akaryakıtlar genel olarak iki grupta toplanırlar. Bunlar; 1. Doğal akaryakıtlar: Ham petrolün destilasyon ürünleridir. 2. Suni akaryakıtlar: Üretim kaynaklanna göre üçe ayrılırlar. a. Taş kömürü, linyit, odun ve benzeri maddelerden elde edilen sıvı yakıtlar, b. Ağır petrol fraksiyonlarının krakingi ile elde edilen sıvı yakıtlar, c. Sentez yolu ile elde edilen sıvı yakıtlar Doğal Akaryakıtlar Çok sayıda hidrokarbonların kompleks bir karışımı olan petrol, ham petrol denilen sıvı birikimler, doğal gaz adı verilen gaz birikimler ve ziftli kum, bitümlü şist gibi katı birikimler olarak tanımlanır. Petrolün elementel bileşimi yaklaşık olarak şöyledir; % C, % H, % 0,1-7,4 O, % 0,1-5,5 S, % 0,1-2,4 N ve % 0,1-5,5 çeşitli mineraller. Petrolde bulunan hidrokarbonlar genellikle düz zincirli (alifatik) ve halkalı (karbosiklik) hidrokarbonlar olup buna göre yeryüzündeki petroller üç gruba ayrılırlar. 1. Parafinik Yapılı Ham Petroller: Çoğunlukla C n H 2n+2 genel formülüne sahip hidrokarbonlardan oluşur. Bu hidrokarbonlar düz zincirli veya dallanmış olabilir. Bu gruba doymamış düz zincirli hidrokarbonlar da girer. Bileşiminde %2 n-hekzan, %1,7-2,5 n- heptan, %0,8-l,5 arasında, 2- ve 3-metil pentanlar. %1,2-1,3 arasında 2,3-dimetil pentan, %1,3 civarında 2-metil hekzan bulunur. 2. Naftenik Yapılı Ham Petroller: C n H 2n genel formülüne sahip doymuş ve doymamış halkalı hidrokarbonlardan oluşur. Bileşimlerinde %0,5-l,3 metilsiklopentan, %0,6-0,8 siklohekzan, %1-2 dimetilsiklopentan, %l,8-2,4 metilsiklohekzan bulunur. 3. Karışık Yapılı Ham Petroller: (parafinik + naftenik) Çeşitli petrollerin yoğunlukları 0,65-1,8 g/cm 3, alevlenme noktalan C ve ortalama ısı değerleri cal/g'dır. Petroldeki bazı maddelerin optikçe aktif olması ve parafinik yapıda azot bulundurması, petrolün hayvansal ve bitkisel kaynaklı olduğunu göstermektedir. Ham petrolün rafinasyonu, ihtiva ettiği maddelere göre yapılır. Ham petroldeki yabancı maddeler uzaklaştırıldıktan sonra kullanılacağı yere göre fraksiyonlandırılır. Petrole uygulanan ayırma metotları şunlardır;

2 Kimyasal metotlar 1- Fiziksel Metotlar: Süzme, kristallendirme, ekstraksiyon gibi işlemler uygulanır. 2- Destilasyon Metotlar: Destilasyon yöntemi ile uçuculuğu az olan bileşenler uçuculuğu fazla olan bileşenlerden ayrılır. Bileşenlerin uçuculukları arasındaki fark az ise ekstraktif veya azeotropik destilasyon uygulanabilir. Bunlar düşük uçuculuktaki madde katılması ile (ekstraktif) veya yüksek uçuculuktaki madde katılması (azeotropik destilasyon) ile yapılır. Normal bir petrolün destilasyon ürünleri şunlardır. a. Gaz Ürünler :Petrol gazları (propan-bütan) 35 C ye kadar. Hafif benzin C Ağır benzin C b. Beyaz Ürünler: Gazyağı C Dizel yakıtı (motorin) C Ağır motorin (madeni yağ) C Nafta, benzin ve gazyağı arasındaki fraksiyonlardır ve % 10 u 175 C ye kadar, %90 ı 250 C altında destillenir. Çözücüler (solventler): Bir nafta çeşididir. Benzin ve gazyağı aralıklarında alınan ve dar bir destilasyon aralığında gelen fraksiyonlardir. Parafin vaksi (mum) c. Katı ve Siyah Ürünler: Hafif-orta-ağır fuel oil Asfalt Petrokok 1.3. Suni Akaryakıtlar Taş Kömürü Katranından Elde Edilen Akaryakıtlar Taş kömürü katranının yoğunluğu 1,1-2,2 g/cm 3, alevlenme noktası C arasındadır. Katranın destilasyonundan; Hafif yağlar 170 C' ye kadar, Orta yağlar 230 C' ye kadar, Ağır yağlar 270 C' ye kadar, Antrasen yağları 320 C' ye kadar gecer, Kalıntıdan zift elde edilir.

3 Hafif yağların önemli bölümünü benzen oluşturur. Ayrıca ksilen ve toluen de hafif yağlardan elde edilir Ağır Petrol Franksiyonlarının Krakingi ile Elde Edilen Akaryakıtlar Ağır petrol fraksiyonlarındaki büyük moleküllü hidrokarbonların, katalizorlü ve katalizörsüz olarak daha düşük karbonlu moleküllere parçalanması işlemine "kraking" denilir. Kraking dört yolla yapılır: 1. Katalitik kraking 2. Termal kraking 3. Hidro kraking 4. Geciktirilmiş koklaştırma Krakingden çıkan ve doymamış hidrokarbonlar ihtiva eden ürünlerden alkilasyon, polimerizasyon ve izomerizasyon işlemleri ile istenilen ürünler elde edilir. Alkilasyon: H 3 C CH 3 C H CH 3 + CH 2 CHCH 2CH 3 H 2 SO 4 H 3 C CH 3 İzobütan 2-bütilen İzooktan C CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH Sentez Yolu ile Elde Edilen Sıvı Yakıtlar 1. Taş kömürü tozu ve ağır yağ karışımının katalizör yardımıyla sıcakta ve basınç altında hidrojene edilmesiyle sıvı yakıtlar elde edilir. 2. Etilenden H 2 SO 4 ile etil alkol üretimi yapılır. 3. Su gazından çıkılarak CH 3 OH üretimi gerçekleştirilir Akaryakıtların Özellikleri Özgül Ağırlık: Akaryakıtlarda ve diğer sıvı petrol destilasyonu ürünlerinde, birim hacmin ağırlığı olan özgül ağırlığın tespiti için çeşitli yömtemler vardır. Analizde kullanılan ve gövde kısmı içinde termometre bulunan tiplerine termo-hidrometre adı verilir. Özgül ağırlığı belirlenecek numune, çapı hidrometre çapından en az 2,5 cm daha geniş ve yüksekliğinde hidrometre yüzer vaziyette iken dipten 2,5 cm yukarı olacak şekilde cam bir kabın çine konulur. Yakıtın kendi sıcaklığında ölçülen özgül ağırlık değerleri 15,5 o C (60 o F) standart sıcaklığı çevrilerek yapılır. Akaryakıtlarda ASTM yöntemlerinin kabul ettiği diğer bir özgül ağırlık birimi A.P.I. derecesi olup, d 15,5 o C ( o F) daki yoğunluk olmak üzere; A.P.I = 141,5 / d-131,5 formülüyle bulunabilir.

4 Vizkozite: Vizkozite bir akıcılık ölçüsüdür. Yakıtın vizkozitesi düşük çalışma sıcaklıklarında dahi serbestçe akacak kadar düşük, sızntıya engel olacak ve pompa sistemini yağlayabilecek kadar da yüksek olmalıdır. Aynı zamanda yanma hücresine kolayca atomize edebilecek uygun vizkozitede olmalıdır. Vizkozite akış halinde olan bir sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç olarak da tanımlanabilmekte ve mutlak vizkozite ve bağıl vizkozite olmak üzere iki grupta verilmektedir. Mutlak Vizkozite: 1 cm 2 lik düzlem yüzey elemanını 1 cm uzakta, yine 1 cm 2 lik diğer bir yüze nazaran 1 cm/sn lik bir hızla hareket ettirmek için 1 dyn lik bir kuvvet gerekiyorsa söz konusu sıvının vizkozitesine mutlak vizkozite veya mutlak içsel sürtünme adı verilir. CGS sisteminin vizkozite birimi poise (g/s cm) dir. Vizkozite ölçülmesinde en çok şu birimler kullanılmaktadır. -Engler derecesi ( o E) -Redword saniye (RI) -Saybolt saniye (SSU) Destilasyon: Akaryakıtların özelliğini ve cinsini aydınlatmaya yarayan en önemli yöntemlerden biri destilasyondur. Bu deney ASTM nin kabul ettiği standart bir deney seti ile yapılmaktadır. Deneyde, yakıt ısıtılarak buharlaştırılır. Buhar, bir soğutucudan geçirilerek, yoğunlaşan yakıt bir ölçü kabında toplanır. %10,%20,%30,%40, %50, %60, %70, %80, %90 ve son yakıtın yoğunlaştığı sıcaklıklar kaydedilir. Yakıt yüzdeleri, y eksenine, sıcaklıklarda x eksenine alınarak her yakıt karışımı için buharlaşma eğrisi elde edilir. Düzgün bir yanma için, buharlaşma eğrisinin de düzgün olması gerekmektedir. Alevlenme Noktası: Sıvı bir yakıtın yanabilmesi için, bu yakıtın buharı ile havanın belirli oranlarda karışmış olması gerekir. Bir yakıt ne kadar kolay buhar haline gelebilirse, hava ile yanıcı bir karışım oluşturması da o derece kolay olur. Yakıtın bu kolay yanabilme özelliği, alevlenme noktası ile tespit edilir. Yanıcı bir cismin alevlenme noktası bir cismin hava ile yanıcı karışım meydana getiren bir buhar çıkardığı en düşük sıcaklık derecesidir. Alevlenme noktasının yanma tekniği bakımından çok büyük bir önemi olmadığı kaydedilmektedir. Ancak soğuk havalarda yanabilme özelliği bakımından sınırlamalar getirmektedir. Özel kabına konulan numuneye istenilen bir sıcaklıktan itibaren bir derece aralıklarla alev yaklaştırılmakta, yakıt buharının alevi aldığı sıcaklık, yakıtın alevlenme noktası olarak belirlenmekte ve deney cihazı sesli sinyal vererek bu sıcaklığı dijital olarak belirtmektedir.

5 Yakıtın Yapısal Bileşimi: Genel olarak parafin ve naften tipi yakıtlarda karbon miktarı %89 civarındadır. Yakıtın önemli özelliklerinden biri de içindeki asfalt miktarıdır. Asfaltlar, oksijenli ve kükürtlü büyük moleküllerdir. Sert asfalt normal sıcaklıkta yakıt içersinde çözünmez. Böyle bir içeriğe sahip yakıt motorlarında kullanıldığı zaman piston, silindir, subap yüzeylerine oturarak aşınmaya yol açar. Sert asfaltlar yakıt içersinde %0,5-0,7 yi geçmemelidir. Yakıt içersinde suyun bulunması da istenmez. Su bir yandan yakıt donanımında korozyana yol açarken, diğer taraftan yakıtn ısı değerini düşürür. Yakıtın Isı Değeri: Yakıtın ısı değeri genellikle birim kütlenin enerjisi ile verilir. Gaz yakıtlarda ise ısı değeri, uygulamada birim hacminin enerjisi olarak verilir. Yanma sonu sıcaklıklarında su her zaman buhar olarak bulunduğundan, ısı değeri, alt ısı değeri olarak alınmalıdır Benzinin Özellikleri Benzin, motor yakıtı olarak kullanılan ve genel formülü C 5 H 12 -C n H 24 olan hidrokarbonlardan oluşan bir karışımdır. a. Buhar Basıncı: Benzinin uçuculuğunun bir ölçüsüdür. Buhar basıncı yüksek benzinlerde buharlaşmadan dolayı büyük kayıplar olduğundan iklim şartlarına göre ülkeler buhar basıncını sınırlandırırlar. b. Vuruntu: Motorda, benzin ve hava karışımı bir kıvılcım ile ateşlendiğinde kıvılcıma yakın kısım ateş alır. Alev 25 m/s hızla diğer bölgelere yayılırken, yanmayan gazların sıcaklık ve basıncı da çok yükselir ve kendiliklerinden tutuşarak yanma anormal bir hal alır. Bu şekilde oluşan dalga darbeleri silindir yüzeyi, piston ve silindir kafasına çarparak vuruntu denilen ve istenmeyen bir olay meydana getirir. Vuruntu, basınç ve sıcaklığın kritik bir sınırı aşamasından doğar. Yanma başlangıcında CO ve CO 2 'den başka oluşan çok kararsız peroksit ve aldehitler belirli sıcaklık ve basınçta patlayarak vuruntu oluşturur. Vuruntu yakıtın taşıdığı maddelere bağlı olarak değişir. n-heptan vuruntuyu artırırken izooktan azaltır. Benzinin oktan sayısını artırmak için 4 LT benzine 3 ml tetraetilkurşun (artık kurşunlu benzin lullanılmamaktadır) veya etilenbromür katılır. c. Oktan Sayısı: İzooktan + n-heptan karışımındaki izooktan yüzdesine oktan sayısı denir. Bir yakıtın oktan sayısı, aynı vuruntuyu veren izooktan/n-heptan karışımının % oktan miktarıdır Gazyağının (Kerosen) Özellikleri

6 Gazyağı, genellikle C arasında kaynayan C 12 H 26 -C 16 H 34 genel formüllü hidrokarbonları ihtiva eder. Eskiden sadece aydınlatmada kullanılırken bugün ısıtma, soğutma, traktor ve jet yakıtı olarak kullanılmaktadır Motorinin Özellikleri Motorin ham petrolün destilasyonunda C aralığında destillenen C 15 H 32 - C 18 H 38 genel formüllü hidrokarbonlardan oluşur. Dizel yakıtı olarak kullanılır. Motorinin en önemli iki özelliği akışkanlığı ve yanıcılığıdır. Bunlar uygun olmazsa dizel vuruntusu denilen olay meydana gelir. Setan Sayısı: Yakıtın yanma kalitesini ifade eder ve oktan sayısı gibi ölçülebilen bir birimdir. Setan sayısı yüksek yakıtlarda dizel vuruntusu azalır. Kendiliğinden tutuşma özelliği çok iyi olan setanın (n-hekzadekan) setan sayısı 100, kendiliğinden tutuşma özelliği çok kötü olan α-metil naftalinin setan sayısı sıfır kabul edilmiştir. Bir yakıtın setan sayısı, aynı vuruntuyu veren setan/α-metil naftalin karışımının % setan miktarıdır Fuel Oilin Özellikleri Ham petrolün destilasyonundan elde edilen artıklarla destilasyon ürünlerinin çeşitli oranlardaki karışımına ağır yakıt veya fuel oil denir. Fuel oilin ortalama özellikleri aşağıda verilmiştir: Bileşimi: % C; % H: % 0,5-5 S; % 0,0-0,25 tortu; % 0,0-1 H 2 0 Alevlenme noktası: C Isı değeri; cal/g Fuel oiller bazı özellikleri dikkate alınarak TS 2177'ye.göre Tablo 1.1' de verildiği şekilde sınıflandırılmışlardır. Tablo 1.1. Fuel Oillerin Sınıflandırılması (TS 2177) Özellikler Fuel Oil No:4 Kalorifer Yakıtı Fuel Oil No:5 Ağır Fuel Oil Alevlenme nokt.(min.) 55 o C 55 o C 55 o C 65 o C Akma noktası (maks) +2 o C %su (hacimce)(maks) 0,5 1,00 1,00 2,00 Vizkozite Maks. 35 Kinematik (38 o C cst) Maks. 162 Maks. 35 Maks. 65 Kinematik (50 o C cst) Maks. 81 Maks Akaryakıt Analizleri

7 Ksilol Metodu ile Su Tayini 10 ml'den daha fazla su vermeyecek numune kantitatif olarak tartılıp Ksilol cihazının (Şekil 1) destilasyon balonuna konur. Yeteri kadar su ile doygun ksilol veya bitümlü maddeler için (% 20 Benzol + % 80 ksilol) ilave edilir. Su toplama tuzağı ve soğutucu takılır. Saniyede 2-5 damla destilat akacak şekilde, bir ceketli ısıtıcı ile balon ısıtılır. Genellikle destilasyon süresi için bir saat yeterlidir. Destilasyondan sonra oda sıcaklığına kadar soğutulan suyun hacmi okunarak numunedeki % su miktarı hesaplanır. %su= Tuzakta toplanan suyun hacmi x 100 Numune hacmi Şekil 1.1. Ksilol Destilasyon Düzeneği Vizkozite Tayini Vizkozite akışkanın akmaya karşı gösterdiği direnç olup akışkanların en önemli ve belirgin özelliklerindendir. Vizkozite çeşitli şekillerde tanımlanır. Bunlar; a. Mutlak ( Dinamik) Vizkozite: Akan bir sıvının 1 g'lık kütlesi saniyede l cm yol alıyorsa vizkozitesi 1 poise'dir. CGS birim sisteminde birimi 1 g/s cm = 1 poise'dir. 0,01 poise = 1 centipoise olup, suyun 20 C' deki vizkozitesi l centipoisedir. b. Kinetik Vizkozite: Mutlak vizkozitenin yoğunluğa bölünmesiyle bulunur. Birimi cm 2 /s (stockes) dür. 0,01 st = 1 centistockes (cst) dur. c. Bağıl Vizkozite: Bir sıvının 20 C' deki vizkozitesinin suyun 20 C' deki mutlak vizkozitesine oranıdır.

8 d. Spesifik Vizkozite: Bir sıvının vizkozitesinin aynı sıcaklıktaki diğer bir sıvının vizkozitezine oranıdır Engler Vizkozimetresiyle Vizkozite Tayini Şekil 1,2' de gösterilen bu cihaz, 160 mm çapında, 62 mm derinliğinde ve hacmi 240 ml olan metalik bir kap (A) ve bu kabın etrafında bulunan bir su banyosundan (B) ibarettir. Su banyosu, ayaklarından birinde seviye ayarlama vidası bulunan bir saç ayağı üzerine oturtulmuştur. Banyo hava gazı veya elektrikle ısıtılabilir. Metalik kabın tam merkezinde, ekseriye platinden veya buna benzer iyi ve dayanıklı cins bir metalden yapılmış olan 2,9 mm çapında, 20 mm uzunluğunda bir delik (D) bulunur. Kap genellikle bir metalik kapakla kapatılır. Bu kapağın tam ortasında, alttaki ufak deliğe girmek üzere ucu sivriltilmiş olan bir tahta çubuk (C) bulunur. Bir tanesi kaptaki numunenin, diğeri de su banyosunun sıcaklığını hassas olarak (0,2 C) ölçebilecek iki termometre (E, F) vardır. Banyodaki su metalik bir karıştırıcı (K) yardımıyla elle karıştırılır. a Şekil 1.2. Engler Viskometresi (a: dış görünüş, b: arakesit) b Deneye başlamadan önce, cihazın ilk olarak alkol, sonra da eterle iyice temizlenmiş ve kurutulmuş olması gerekir. Numune içindeki eser kadar bile olsa ince madde parçacıklarının bulunmaması gerekir. Bunun için tayinden önce numune süzülmelidir. Bundan sonra metalik kap numuneyle, kap içinde bulunan seviye gösterici iğnenin üst hizasına kadar doldurulur. Vizkozite ölçümünün yapılacağı sıcaklığa getirilir. Platin delik altına 200 ml hacmindeki Engler Balonu (G) yerleştirilir. Termometreler istenilen sıcaklıkta sabit kaldıktan sonra ani bir

9 hareketle tahta çubuk yukarı çekilerek delik açılırken kronometre çalıştırılır. Engler Balonunun dolması için geçen zaman kaydedilir. Bu değer viskozimetrenin su değerine bölünerek numunenin "Engler Derecesi" olarak vizkozitesi bulunur. İstenirse Tablo 1.2' den yararlanılarak diğer birimlere çevrilebilir. Engler vizkozimetresinin değeri bilinmiyorsa, numune ile deneye başlamadan önce tam 20 C deki saf su kullanılarak ve yukarıda anlatıldığı şekilde çalışarak su değerinin tayin edilmesi gerekir. Yapılan üç aynı tayin ile bulunan değerler arasında 0,1 saniyeden daha küçük bir fark varsa bu değerlerin ortalaması su değeri olarak kabul edilebilir. Gerek akaryakıtlarda gerekse makine yağlarında bu cihazla 20, 50 ve 100 C' de vizkozite tayini yapılabilir Petrol Ürünlerinin Destilasyonu Destilasyon, yakıtın uçuculuk ölçüsü olup, uçuculuk azaldıkça yanma daha düzenli olur. Yüksek devirli motorlarda en iyi gücü sağlamak ve dumanı azaltmak için düşük uçuculuk özelliğine sahip yakıtlar kullanılır. Destilasyon, benzin, uçak benzini, nafta, gazyağı, motorin ve fuel oil destilatı gibi petrol ürünlerinin uçuculuklarını tayin etmek için yapılır. Deneyin Yapılışı: Şekil 1.3' de verilen düzenek kurulur. Soğutucunun soğutma banyosu su ve buz ile tamamen doldurulur. Banyo sıcaklığı 0-45 C arasında olmalıdır. Destilatın toplanacağı mezüre 100 ml numune alınıp destilasyon balonuna konur. Termometre balona yerleştirilir. Termometrenin civa haznesi balonun çıkış borusu deliğinin alt kısmında olmalıdır. Mezür kurulanmadan destilatın toplanacağı yere yerleştirilir. Destilasyon süresince hava sıcaklığı 12,8-18,3 C arasında olmalıdır. Eğer değilse mezür bir soğuk su dolu kap içine konur. Mezürün ağzı, ortası delik bir süzgeç kâğıdıyla kapatılır. Sistem hazırlandıktan sonra ilk destilat, 5 dk' dan kısa, 10 dk' dan uzun sürede geçmeyecek şekilde balon ısıtılır. İlk destilat damlasının mezüre düştüğü andaki sıcaklık "ilk kaynama noktası" olarak kaydedilir. Destilasyon hızı 4-5 ml/dk olmalıdır. Her 10 ml destilat toplandığında sıcaklık kaydedilir. Balonda yaklaşık 5 ml kalıntı kalıncaya kadar destilleme işlemine devam edilir. Destilasyon devam ettiği halde sıcaklık bir maksimuma ulaştıktan sonra düşmeye başlar. Okunan en yüksek sıcaklığa "son kaynama noktası" denir. 5 ml'lik kalıntı 5 dk'da destillenir. Destilasyon sonunda balonun dibindeki son damlanın buharlaştığı sıcaklığa "kuru nokta", akaryakıtın bozunduğu sıcaklığa (duman çıkışı ile belli olur) "bozunma noktası" denir. Toplam destilat hacmi "% destilasyon verimi" dir. Balonda kalan artık bir ölçü kabına alınarak hacmi ölçülür ve "% artık" bulunur. % Kayıp = (% destilasyon verimi + % artık)

10 Deneyin yapıldığı andaki hava basıncı 760 mmhg'dan daha az ise, okunan sıcaklıklara aşağıda verilen Sydney-Young formülü ile hesaplanan düzeltme değeri ilave edilmelidir: T= 0,00012 (760-P)(273+t) T=İlave edilen sıcaklık (K) t= Okunan sıcaklık ( C) P=Deneyin yapıldığı andaki basınç (mmhg) Şekil 1.3. Destilasyon Düzeneği Alevlenme Noktası Tayini Bir akaryakıt buharının alev aldığı en düşük sıcaklığa alevlenme sıcaklığı denir. Özellikle yakıtın depolanması ve kullanılmasında yangın tehlikesine karşı alınacak tedbirler bakımından büyük önem taşır. Alevlenme noktası tayininde şu metotlar kullanılmaktadır: 1- Tag kapalı kap metodu, 2- Pensky-Martens metodu, 3- Abel-Pensky metodu. 4- Cleveland açık kap metodu. Aşağıda laboratuvarda kullanılan Cleveland Açık Kap Metodu açıklanmıştır: Cleveland Açık Kap Metodu ile Alevlenme Noktası Tayini

11 Genel olarak az uçucu örneklerin alevlenme noktası tayininde kullanılan Cleveland açık kap alevlenme noktası tayin cihazı yarı otomatik olarak çalışır. Şekil 1.4' te görüldüğü gibi cihaz numune kabı (A), ısıtıcı (B), gaz bağlantılı bir brülor (C) ve termometreden (D) ibarettir. Cihazla 400 C' ye kadar tayin yapmak mümkündür. Parlama (Alevlenme) noktası tayin edilecek örnek, işaret çizgisine kadar numune kabına doldurulur ve cihaza yerleştirilir. Isıtıcı açılarak 5 C/dk hızla ısıtma yapılır. Parlama noktasından C önce gaz açılarak brülör yakılır. Alevin boyu yaklaşık 4 mm olmalıdır. Bu sırada ısıtma hızı 3-4 C/dk ya düşürülür. "Test" düğmesi yardımıyla otomatik olarak alev, numune üzerinde bir saniye süre ile gezdirilir. İşlem, sıcaklık her 1 C yükseldiğinde tekrarlanır. 104 C den daha yüksek sıcaklıklarda 3 C' de bir tekrarlanmalıdır. Numunenin alev aldığı en düşük sıcaklık alevlenme noktası olarak kaydedilir. Şekil 1.4. Cleveland Açık Kap Alevlenme Noktası Tayin Cihazı Tablo 1.2. Vizkozite Çevirme Cetveli

12

13 1.8. Biyodizel Ayçiçeği, soya, kanola, aspir, fındık, pamuk gibi yağlı tohum bitkileri ile hayvansal ve atık yağlardan elde edilen yağların bir katalizör eşliğinde alkol ile tepkimesi sonucu ortaya çıkan ve yakıt olarak kullanılan bir üründür. Biyodizel petrol içermez; fakat saf olarak veya her oranda petrol kökenli dizelle karıştırılarak yakıt olarak kullanılabilir. Saf biyodizel ve dizel-biyodizel karışımları herhangi bir dizel motorunda, motor üzerinde herhangi bir modifikasyona gerek kalmadan veya küçük değişiklikler yapılarak kullanılabilir. Biyodizel, dizel ile karışım oranları bazında aşağıdaki gibi adlandırılmaktadır. B5 : % 5 Biyodizel + %95 dizel B20 : % 20 Biyodizel + %80 dizel B50 : % 50 Biyodizel + %50 dizel B100:%100Biyodizel Neden Biyodizel? Dışa Bağımlılığı Azaltır: Üretimin tamamen yerli olması sebebiyle mahalli tarım ürünlerinin ülke içinde değerlendirilmesiyle biyodizel üretilerek enerjide dışa bağımlılık ortadan kalkacaktır. Bu enerji aynı zamanda yenilenebilir ve stratejik bir enerji kaynağıdır. Ticari Etkisi: Biyodizelin elde edilmesi esnasında ortaya çıkan gliserin ve potasyum gübresi ticari amaçla kullanılabilir. Biyodizel üretimi petrol rafîne tekniğine benzer bir yöntemle yapıldığında SETAN (dizel yakıt güçlendiricisi), NAFTA (benzin katkısı) gibi yan ürünler elde edilmektedir. SETAN katkılı dizel yakıt yeşil dizel olarak bilinir. Tarımsal sanayinin güçlenmesini sağlar ve böylece kırsal alandan göçü azaltabilir. Alternatif Yakıt: Biyodizel temelde mazota rakip değil, alternatiftir. Ülkemizde mazot tüketimi yıllık ton civarındadır. Bu tüketim miktarının % arası bir miktar biyodizel olarak üretilebilir. Fiyat ve nitelik açısından biyodizel mazot sahteciliği ve kaçakçılığının önüne geçerek devletimizi kayıptan kurtaracaktır Çevre Kirliliği Açısından Faydaları Çevre Dostu Biyodizel: Fosil kökenli yakıtların çevre üzerindeki olumsuz etkilerine karşılık, "Biyodizel çevre ile uyumludur. 21 gün gibi kısa süre içerisinde tabiatta % 99,6' ya varan oranlarda biyolojik olarak parçalanır. Biyodizelin yanması sonucu yeryüzü bitki örtüsü için gerekli tabii karbondioksit açığa çıkar. Yanma sonucu oluşan gazın, çevreye zarar veren gaz emisyon değerleri oldukça azdır

14 Suyu Kirletmez: 1 litre petrol 1 milyon litre içme suyunun kirlenmesine yol açar. Yapılan araştırmalar sonucu biyodizelin sudaki canlılara karşı toksit etkisi olmayan bir yakıt olduğu ortaya çıkmıştır. Biyodizel petrol kaynaklı dizel ile her oranda karıştırılabileceği için bu durumda yanma sonucu ortaya çıkan zararlı gazlar azalmakta ve motordaki yağlanma derecesi artmaktadır. Petrol kökenli dizele göre daha yüksek tutuşma derecesine sahip olan biyodizel bu özelliği nedeniyle taşıma ve depolama sırasında kolaylık sağlamaktadır. Motor randımanlarında ise petrol kökenli dizellerle aralarında bir fark olmamaktadır. Sera Etkisini Artırmaz: Biyodizel, egzozlardan atılan duman ve kurumu %70' ten fazla bir oranda azaltır, araçlarda motor ömrünü uzatır, vuruntuyu önler ve aracın sessiz çalışmasını sağlar. Üretim tesisinin bertaraf özelliği ise, atıkların değerlendirilip çevreyi kirletmeden ekonomik değer kazandırılmasını sağlar Nerelerde Kullanılabilir? Biyodizel, herhangi bir modifikasyona gerek duyulmadan, tüm dizel yakıtlı araçlarda kullanılabilir. Kara ve deniz taşımacılığı araçlarında, yeraltı maden sektöründe, tarım makinelerinde, endüstriyel jeneratör ve ısıtma sistemlerinde kullanılabilir. Su araçlarında kullanımının çok daha fazla çevresel fayda oluşturduğu 180 Beygir gücündeki bir test teknesinde kullanımıyla gösterilmiştir (1994). Biyodizel %100 kullanılabileceği gibi, petrol kökenli dizelle de belirli oranlarda karıştırılarak kullanılabilir Biyodizelin Ana Özellikleri Biyolojik Olarak Bozunabilirliği: Biyodizeli oluşturan C16-C18 metil esterleri doğada kolayca ve hızla parçalanıp bozunur. 10 g/l' ye kadar herhangi bir olumsuz rnikrobiyolojik etki göstermezler. Suya bırakıldığında 28 günde biyodizelin %95'i bozunabilirken petrol dizelinin ise %40'ı bozunabilmektedir. Biyodizelin doğada bozunabilme özelliği dekstroza (şeker) benzemektedir. Toksik Etkisi: Biyodizelin olumsuz bir toksik özelliği bulunmamaktadır. Biyodizel için ağızdan alınmada öldürücü doz 17,4 g. biyodizel/ kg. vücut ağırlığı şeklindedir. Sofra tuzu için bu değer 1,75 g tuz/kg. vücut ağırlığı olup, tuz biyodizelden 10 kat daha yüksek öldürücü etkiye sahiptir. İnsanlar üzerinde yapılan elle temas testleri biyodizelin ciltte %4'lük sabun çözeltisinden daha az toksik etkisi olduğunu göstermiştir. Depolama: Biyodizel temiz, kuru ve karanlık bir ortamda depolanmalı ve aşırı sıcaktan kaçınılmalıdır. Soğukta Akış Özellikleri: Biyodizel ve biyodizel-motorin karışımları motorinden

15 daha yüksek akma ve bulanma noktasına sahiptir. Bu durum yakıtların çok soğuk hava şartlarında kullanımında sorun çıkarır. Akma ve bulanma noktaları uygun katkı maddeleri (antijel maddeler) kullanımı ile düşürülebilmektedir. Biyodizel-motorin karışımları 4 C üzerinde harmanlama ile hazırlanmalıdır. Motor Yakıtı Özellikleri: Biyodizel; motoru güç azaltıcı birikintilerden temizleme ve motorinden çok daha iyi yağlayıcı özelliklere sahiptir Biyodizelin Kimyasal Yapısı Biyodizel, biyolojik yağlardan transesterifikasyon (ester değişimi) yöntemi ile elde edilen yağ metil esteridir. Ortalama kimyasal karışım oranları Bitkisel yağ % 82,3 Metil alkol %17 Sodyum hidroksit % 0,7 Bu karışım yağdaki ph oranına ve metil alkolün saflık derecesine göre değişim gösterebilir. Bitkisel yağlar metil alkolle reaksiyona girdikten sonra yağın moleküler yapısı değişir. Reaksiyon sonucunda yağın içerisindeki gliserin ayrılır, işlem sonunda: Biyodizel %82 Gliserin %16 Atık (sabunlu su) % Biyodizel Üretimi Nasıl Yapılır? 180 ml metanol' ün içerisine 5 g NaOH sodyum hidroksit (kostik) koyularak yarım saat çözününceye kadar kanştırılır. Buna metaoksit denir. Daha sonra l000 ml yağ 55 C kadar ısıtılır. Bu sıcaklıkta yağ ile metaoksit birbirine katılarak 1 saat karıştırılır. Daha sonra 8 saat dinlendirilir. Alt kısımda %10 gliserin dibe çöker. Bu gliserin fiziksel olarak ayrıştırılır. Daha sonra kalan %90 lık kısım saf su ile yıkanır. Bu işleme suyun ph'sı 7 olana kadar devam edilir. Su ile biyodizel 10 saat dinlendirilince birbirinden ayrılır. Kalan biyodizel kurutma işlemine tabi tutulur. Gerekli testler yapılarak kullanıma hazır hale getirilir. Elde edilen gliserin ise mineral asit verilerek saflaştırılır. Bu işlemler pek çok metot kullanılarak yapılmaktadır. Separatörler verimlilik ve hız kazandırır. Kalite de artar. Biyodizel işi; tarımından hasadına, işlemesinden son ürüne kadar sürekli kontrol gerektiren testler yapılması gereken teknik ve önemli bir iştir.

16 Biyodizel Gliserin Şekil l.5. Biyodizel Üretimi Akım Şeması Motorin ile Biyodizel Arasındaki Fark 1) Fosil yakıt olan motorine oranla doğada daha kolay yok olur ve çevreye daha az zarar verir. 2) Suya karıştığında 28 gün içinde yüzde 95'i yok olabilir. Motorinde ise bu oran yüzde 40'a kadar çıkabilir. 3) Setan sayısının fazla olması, biyodizelde yüzde 35'e varan oranda yakıt tasarrufu sağlanmasına da neden olur. 4) Duman ve kurum oranı yüzde 70 azalır. Biyodizelin yağlayıcı özelliği, araç bakım masraflarında azalmaya yol açar. Dezavantaj: Karşılaşılan en önemli dezavantaj ise maliyet fıyatı konusunda olmaktadır. Şu anda 60 dolar olan petrole karşı biyodizelin fiyatı dolar civarında olmasıdır. Yoğunluğunun fazla olması da soğuk iklimli yerlerde saf kullanımı bir sorun oluşturmaktadır. Ana Üretim Birimleri: Bir biyodizel üretim tesisinin ana üretim birimleri; reaktörler, destilasyon kolonları, ekstraksiyon kolonları, ısı değiştiriciler, pompalar ve separatörleridir Bitkisel Yağların Yakıt Özelliklerini İyileştirme Yöntemleri Biodizel üretiminde kullanılan yağların kullanım aşamasına gelebilmesi için

17 vizkozitelerinin azaltılmasında ısıl ve kimyasal olmak üzere iki yöntem uygulanmaktadır. İyileştirme yöntemleri aşağıdaki şemada gösterilmiştir. Vizkozitenin Azaltılması Isıl Yöntem Kimyasal Yöntem İnceltme Mikroemisyon Proliz Transesterifikasyon (Seyreltme) (Oluşturma) (Ayrıştırma) (Yeniden Esterleştirme) Şekil 1.6. Bitkisel Yağların Yakıt Özelliklerinin İyileştirilmesi Bu yöntemlerden uygulamada en çok kullanılanı kimyasal yöntemdir. Kimyasal yöntemler içerisinde de en fazla kullanılanı seyreltme (inceltme) ve transesterifikasyon yöntemidir Seyreltme (İnceltme) Yöntemi Bu yöntem bitkisel yağların belirli oranlarda dizel yakıtına karıştırılması olarak tanımlanır. Uygulamada yaygın kullanılan B20 yakıtı, Dizel içerisine %20 oranında bitkisel yağ katılarak elde edilir. Bu şekilde elde edilen yakıtın dizel yakıtına göre maliyetinin daha düşük olduğu ve performans değerlerinin de dizel yakıtına yakın olduğu belirlenmiştir Transesterifikasyon Yöntemi Bitkisel yağların, dizel yakıtı alternatifi olarak uygunlaştırılmasında izlenen en önemli yöntem kimyasal yöntemdir. Bu yönteme alkoliz reaksiyonu adı da verilmektedir. Transesterifikasyon, bitkisel yağın küçük molekül ağırlıklı alkolle bir katalizatör eşliğinde gliserin ve yağ asidi esteri oluşturmak üzere reaksiyona girmesidir. Bu reaksiyon sonucu biyodizel elde edilmektedir. Bitkisel yağlarda transesterifikasyonun uygulanması Şekil 1.7. ile gösterilmektedir. H 2 C O CO R 1 R 1 O COOCH 3 H 2 C OH HC O CO R 2 + 3CH 3 OH katalizor R 2 O COOCH 3 + HC OH H 2 C O CO R 3 metanol R 3 O COOCH 3 H 2 C OH trigliserit yag asiti metil esterleri (biyodizel) gliserin Şekil 1.7. Bitkisel Yağın Transesterifikasyonu Kullanılmış Bitkisel ve Hayvansal Yağlardan Biyodizel Üretimi

18 Kullanılmış yağlar ayrı kaplarda toplanır. Temiz bir ortamda yeterli seviyeye gelinceye kadar bekletilir. Yağ içindeki her türlü yanmış gıda maddeleri filtre edilir. Kullanılmış yağ içinde olması muhtemel su ısıtılarak (100 C sıcaklık yeterli) giderilir. Ticari metil alkol veya etil alkol satın alınır. Metil alkol ile etil alkol prosesleri çok farklıdır. Metil alkol sağlık açısından çok zararlı madde olduğundan dikkatli kullanılmalıdır. Ticari sodyum hidroksit satın alınır. Sodyum hidroksit çok bazik ve nem tutma özelliğine sahip olduğundan nemsiz ortamda depolanmalıdır. Dikkatli kullanılmazsa kalıcı hasarlara neden olabilir. 20 C sıcaklıkta bitkisel veya hayvansal atık yağ derişik ve pıhtı halinde ise bu durumda reaktanlar ilave edilmeden önce kullanılmış yağın ısıtılması (48-54 C) gereklidir. Küçük kapasiteli uygulamalar için 40 ila 120 litrelik çelik kaplar yeterlidir. Kaplar sıcaklığa ve korozyona dayanıklı olmalıdır. Konsantre ve pıhtı halindeki yağları ısıtmak için ideal sıcaklık C' dir. Daha büyük hacimler için bir su ısıtıcı eleman, karıştırmalı çelik biyodizel tankı dışına monte edilir. Plastik kaplarda bu işlem yapılacaksa sıcaklık 60 C yi geçmemelidir. Aksi durumda plastik deforme olabilir. Bitkisel veya hayvansal atık yağa ilave edilecek metil alkol miktarı, Vx0,2 (LT) formülünden hesaplanır. Burada V bitkisel veya hayvansal yağ miktarıdır. Vx0,2 (LT) değerini M olarak belirtelim. Bitkisel veya hayvansal yağa ilave edilecek sodyum hidroksit miktarı ise Vx3,5 gram formülünden hesaplanır. Eğer kullanılmış yağ tekrar kullanılacaksa Vx5,5 alınır. Vx3,5'i L diye belirtelim. L gram sodyum hidroksit, M litre metil alkole ilave edilir. Sodyum hidroksit metil alkolde çözününceye kadar karıştırılır. Sodyum metoksit çözeltisi elde edilir. Sodyum metoksit çözeltisi, çok toksik ve boyalara karşı çok koroziftir. Sodyum hidroksit, çinko, alüminyum veya teneke kaplarla reaksiyona girer. Dolayısıyla bu tür kaplar kesinlikle kullanılmamalıdır. Mümkünse çelik kaplar kullanılmalıdır. Sodyum metoksit, sıvı haldeki bitkisel veya hayvansal yağa bekletilmeden ilave edilir. Bir saat düzenli olarak karıştırılır. Karışımın fazlarına ayrışması ve soğuması için 8 saat bekletilir. Üst fazda oluşan biyodizel yukarıdan alınır. Alt fazda oluşan gliserin ise alttan alınır. Gliserin yıkanır. Klasik sistemlerde gliserin en az bir hafta güneş ışığı altında bekletilerek metil alkolün buharlaşması sağlanır. Gliserine ilave edilecek koku verici madde ile istenilen koku elde edilebilir Türkiye'nin Bitkisel Yağ Potansiyeli

19 Bitkisel yağlar ülkemizde halen yemeklik yağ olarak tüketildiğinden ekim ve üretim miktarları bu alana cevap verebilecek düzeydedir. Bitkisel yağların motor yakıtı olarak kullanılabilir duruma gelmesiyle, bu alandaki üretimin artırılma olanağı vardır. Ülkemizde yağlı bitkilerin tarımı ayçiçeği üzerine yoğunlaşmıştır. Buna alternatif olarak kanola bitkisi de yüksek verim, yağ kalitesi, yüksek yağ oranı, tarım kolaylığı ve küspesi açısından önemlidir Biyodizel Üretim Yöntemleri Manuel basit sistem Bach sistem (beklemeli) Kontini sistem (sürekli) Süper kritikıl yöntem (yüksek basınçlı) Yüksek frekanslı sistem (çok yeni) Bu sistemler sırasında maliyet giderek artmaktadır. Ülkemizdeki sistemlerin tamamına yakını manuel basit sistemdir. Bu sistemler mutlaka krom nikel 316-L olmalıdır. Ana depo hariç olabilir. Bach sistemler ise otomasyonlu ve seperatör kullanılan orta boy işletmelerdir. Seperatör ana maliyet olup, en az 2 adet gereklidir. EN standardında mamul üretebilir. Sürekli sistemlerde ise yüksek kolonlar olup mal akışı sürekli otomasyonlu, 4 seperatörlü sistemlerdir. Tamamen 316-L çelikten yapılırlar. Ayrılan gliserin tıbbi gliserin olarak kullanılır. Sistemden su dahil hiçbir atık çıkmaz. Yüksek Frekans sistemler için yeni paten alınmış olup çok yenidir. Tablo 1.3. Dizel Yakıtı ve Biyodizelin Özellikleri

20 Yakıtın Özellikleri Birim Sınır Değeri Min. Maks. Biyodizel Dizel Kapalı formül - - C 19 H 35,2 O 2 C 12,226 H 23,29 S 0,0575 Molekül ağırlığı g/mol Alt ısıl değeri Kütlesel Hacimsel Özgül ağırlığı 15 o C Kinematik vizkozite 40 o C Tutuşma noktası MJ/kg MJ/L ,1 32,6 42,7 35,5 Kg/L 0,875-0,900 0,87-0,88 0,82-0,86 mm 2 /s 2-4,5 4,3 2,5-3,5 o C >100 >55 Kükürt içeriği % kütlesel..-0,05 <0,01 <0,05 Tutuşma katsayısı Setan Sayısı > Kül % kütlesel..-0,01 <0,01 <0,01 Su miktarı mg/kg <300 <200 Sonuç olarak, araştırmacılar biyodizel kullanımı konusunda elde ettikleri ortak sonuçları aşağıdaki gibi sıralamışlardır. - Maksimum %5'lik bir verim kaybının, ancak aşırı yük gibi özel durumlarda belirlenebildiğini, - Yakıt filtrelerinde veya yakıt pompalarında herhangi bir probleme rastlanmadığını, ayrıca motor üzerinde teknik bir değişim olmadan biyodizelin kullanılabileceğini, - Biyodizelin kış aylarında da kullanılabileceğini, kış aylarında motorun ilk çalışmasının sorun çıkamadığını, Kanola ve kanola metil esteri kullanımı sonucu atmosferdeki CO 2 oranının azaltılmasının mümkün olacağını, - Biyodizel'in emisyonlarının zararsız olduğunu ve toprakta hızlı bir şekilde indirgendiğini, ayrıca dolum sırasında depodan zehirli gaz açığa çıkmadığını,