Endüstriyel-Atık Yağların Minimizasyonu

Transkript

1 Endüstriyel-Atık Yağların Minimizasyonu Volkan PELİTLİ H. Merve BAŞAR Özgür DOĞAN Marmara Araştırma Merkezi Çevre ve Temiz Üretim Enstitüsü

2 SUNUM PLANI Sunum-Planı 1 YAĞLAMA YAĞLARI 2 3 BAZ YAĞLAR VE KATKI PAKETLERİ YAĞLARIN ESKİME SÜRECİ 4 İdari Yapı ve Çalışan Profili 5 Stratejik İş Birimleri 6 Devam Etmekte Olan Projeler 7 ENDÜSTRİYEL UYGULAMALAR Tamamlanan Projeler ÜLKEMİZDEki MEVCUT DURUM ENDÜSTRİYEL YAĞLAR OFF-LINE FİLTRASYON SİSTEMLERİ 2

3 Amaç İllegal Bertaraf -Uygunsuz Yakma (kalorifik değer kcal/kg) AYKY (2008) Kapsamında - Lisanslı geri kazanım ya da bertaraf tesislerinde bertaraf Minimizasyon Verimin arttırılması

4 Yağlama Yağları Amaç? Yağlamanın temel amacı makine parçalarında birbiriyle temas eden yüzeyler arasındaki sürtünmenin azaltılmasıdır ( Demir, bakır veya alüminyum gibi metallerin korozyonunu önler. Ana soğutma sistemine destek sağlar. Kurumu yağ içinde taşıyarak filtreleri tıkayabilecek büyük parçaların oluşumunu engeller. Yağın gerekli motor parçalarına ulaşması için kanalları temizler. Segman, piston ve silindir duvarları arasında sızdırmazlığı sağlar.

5 Yağlama Yağları Yağlar, baz yağlar ile performans katkı paketlerinden oluşmaktadır. In-line Blander ya da Kesikli karıştırma Tüm endüstriyel ülkelerde yağların kullanım alanları benzer olup, yarısı endüstride ve yarısı da otomotiv sektöründe kullanılmaktadır. Katı Sıvı yılında dünya genelinde 23.8 milyon ton olan yağ tüketimi, günümüzde 40 milyon ton dur (%+3).

6 Baz Yağlar ve Katkı Paketleri Rafine petrol bazlı mineral veya sentetik materyaller baz yağ olarak kullanılmaktadır. Sentetik Yağlar saat 130 C saat 140 C Fiziksel ve/veya kimyasal laboratuvar işlemleriyle; homojen moleküler boyut ( Mineral Yağlar saat 115 C Katkı maddeleri yağlara performanslarını artırmak amacıyla ppm seviyelerinde ilave edilen ve yakıtta çözünebilen kimyasal maddelerdir. Petrol ürünlerinde kullanılan katkı maddeleri genellikle petrol bazlı hammaddelerden elde edilirler. Yağın kimyasal yapısını değiştirirler. Yağı geliştirir ve korurlar.

7 Mineral Bazlı - Distilasyon Yerküre içerisinde organik materyalin başkalaşımı ile oluşmuş ve gözenekli kayaçlar içerisinde depolanmış sıvı haldeki hidrokarbonlara ham petrol adı verilir. Petrolün başındaki "ham" terimi bir hammadde olduğunu ve henüz işlenmediğini gösterir (TPAO - Türkiye, Çap: 8 11 m, Uzunluk: 122 m 20 o C Metan, etan, propan, bütan o C 5K-10K o C 8K-12K 440 o C o C o C 14K-20K Petrol Kükürt, azot, oksijen, vanadyum ve nikel gibi ağır metaller ile su ve tuz içermektedir. > 20K 160 lt ham petrol > 2 lt baz yağ Petrolün özelliklerini değiştiren rafinasyon (fiziksel) prosesi moleküllerin parçalanmasını engellemek için vakum altında uygulanır. Kaynama noktası < 350 C ise normal basınç şartları kullanılabilir.

8 Distilat Özellikleri Hidrokarbon Sınıfları Yağ molekülü Hidrokarbon yapıları Baz yağ üretimi için tipik hammadde kompozisyonu Tip Metot Miktar N- Alkan % 0,05-0,15 Ca % 4-25 Cp % IR Cn % Geri kalan kısım PAH % HPLC > 2 Kükürt % X-Ray 1-2 Azot ppm Oksijen, asit sayısı 0,05-2

9 Mineral Baz Yağlar Distilasyon işleminden sonra rafinasyon iki adımdan oluşmaktadır: Katalitik mum giderme Hidromerizasyon 3000 psi Solvent ekstraksiyonu Hidrojenleme 400 o C Mum giderme MEK(metil-etill-keton) Solvent uygulamasından sonra karışım C soğutulur. N-alkan kristalleri oluşumundan sonra filtrasyon işlemi uygulanır.. Hidrojenleme Polar, aromatik ve hetero-aromatik bileşikler katalizör (200 m2/g) yüzeyinde tutulur. Moleküller hidrojen varlığında reaksiyona girer. Kükürt, oksijen ve azot H2S, H2O ve NH3 formunda giderilir. Reaktif aromatikler monoaromatiklere (doygun parafinik) dönüştürülür. Fiziksel Kimyasal Ekstraksiyon Stabil olmayan aromatik ve hetero-aromatik moleküllerin giderimi sağlanır. SO2, fenol, NMP veya furfurol kullanılır. %5-11 oranında giderim sağlanır. Kullanılan baz yağların%95 i petrol kökenlidir.

10 Sentetik Baz Yağlar Bu sıvılar: Yeterli viskoziteye sahip düşük moleküler ağırlıklı bileşenlerin kimyasal olarak birleştirilmesiyle elde edilmektedir. Sentetik Yağlar Doğal hidrokarbon karışımlarından oluşan mineral yağların aksine, sentetik baz sıvılar insan yapımı olup moleküler yapıları kontrol edilebilmektedir. Bir ya da birkaç bileşikten oluşabilmektedirler. Ticari kullanımları II. Dünya savaşından sonra 1960 larda başlamıştır. Yüksek Termal Stabilite Yüksek Viskozite İndeks Yüksek Oksidatif Stabilite Yüksek Parlama Noktası Yüksek Akışkanlık

11 Sentetik Yağ Sınıfları Polialfaolefinler Polibüten Alkali aromatikler Sikloalifatikler Sentetik Hidrokarbonlar Dibazik asit esterler Polyol esterler Polyesterler + Pozitif %3,5-7 yakıt tasarrufu Hava kompresörlerinde %30-50 daha az yağ girdisi Sentetik sirkülasyon yağlarında saat servis ömrü (mineral yağlar saat) Gaz türbinlerinde saat servis ömrü (mineral yağlar saat) Organik Esterler - Negatif Diğerleri Fosfat esterleri Poliglikoller Silikonlar Silikat esterleri Polifenil esterler Halojenli sıvılar Genelde 4-5 kat fakat 100 kata varan fiyat farkları Teminde yaşanan güçlükler

12 Yağların Eskime Süreci Fiziksel İç Kirleticiler: aşınma kalıntıları, pas ve sızdırmazlık materyalleri Dış Kirleticiler: kum, kaynak kırpıntıları, metal talaşları ve aşındırıcı tozlar Eskimiş yağlar orijinal amaçları için kullanılamayacak kadar kirli ve viskoz yağlardır. Bu yağlar sistem ekipmanları için korozif olabileceği gibi, zararlı çamur ve çökeleklerde oluşturabilmektedir. 3 4 Eskime genelde; servis süresi, sistem sıcaklığı ve çevresel koşulların fonksiyonudur. 5 6 Yağ polimerize olarak stabil olmayan çözünmeyen materyaller oluşturur. Kükürt ve klor gibi kirleticilerde katkı paketlerini tüketerek korozyona sebep olur. 2. Oksidasyon 3. Termal Parçalanma Yağlar %10 oranında çözünmüş oksijen içermektedir. Oksidasyon sonucunda stabil olmayan bileşenler oksijenle birleşerek asit, reçine, cila, çamur ve karbonlu çökelekler oluşturmaktadır. 7

13 Yağların Eskime Süreci Metal partiküller Su AB Direktifi; amaçlanan orijinal kullanıma uygunsuz hale gelen Atık Yağların Kontrolü Yönetmeliği; kullanılmış ve kullanıma uygun olmayan

14 Ülkemizde Mevcut Durum 1. Tüpraş İzmir Rafinerisi ülkemizde baz yağ üretimi yapan tek tesistir. 2. Ekim 2011 itibariyle EPDK dan madeni yağ lisansı almış 315 adet firma bulunmaktadır. 3. Madeni yağ üretim tesislerin kapasitesi 2.7 milyon ton dur. 4. Her yıl ortalama olarak 470 bin ton baz yağ ithal edilmektedir. 5. Yıllık yağ iharacatı ise 80 bin ton dur. 6. Ülkemizde yılda ortalama olarak 730 bin ton yağlama yağı kullanılmaktadır. Kişi başına düşen kullanım miktarı 10 kg dır.

15 Endüstriyel Veriler kişi Pil, çimento, kimya, gıda, deri, metal, kağıt, elektrik, plastik, tekstil, ahşap, enerji ton/yıl Endüstriden kaynaklanan tehlikeli atık miktarı Tüketim (bin ton) % AÜF Saha Çalışması % AÜF Literatür Miktar (Saha) Miktar (Literatür) Diğer Taşıt Yağları (antifriz, fren mayi, enjektör ayar mayi,...) Hidrolik Sistem % Türbin - Kompresör Kızak Açık ve Kapalı Dişli Metal İşlem Tekstil Yağı Isıl İşlem Isı Transfer * 0 Trafo ve İzolasyon Kalıp Temizleyici veya koruyucu % 88% Tehlikeli Atıklar Atık Endüstriyel Yağlar Diğer Tehlikeli Atıklar

16 Ülkemizde Mevcut Durum Toplanan atık yağ miktarları (ton) Lisanslı Geri Kazanım Firmaları Yıl Lisanslı Tesis Geri kazanılan ürün miktarı (ton) Dişli Yağı (TS 11485), Kalıp Yağı (TS 12153), Tekstilde Harman Yağı (TS 11874), Yağlama Yağları ve Greste (TS 5452) Asfalt Çatı Örtüsünde Kullanılan Astar (TS 103) Makas Yağı (TS 12330)

17 Endüstriyel Yağlar Gaz Endüstriyel Yağlar Sıvı Katkı Paketleri Gresler Katı Gaz Sıvı Gresler Katı 1 Hava, karbon dioksit ve azot 2 Mineral, hayvansal, bitkisel, sentetik yağlar ve su bazlı sıvılar 3 Sabun gresler, pigment, mineral, polimer veya diğer gresler 4 Grafit, bor nitrit, PTFE, talk, kalsiyum florit ve tungsten desülfit Endüstriyel yağlarda diğer tüm yağlarda kullanılan benzer katkı paketleri kullanılmaktadır. Ancak bazı endüstriyel yağlar için özellikle gliserolesterler ve diğer çevre dostu ester tipi su bazlı sıvılar için özel katkı paketleri geliştirilmiştir.

18 Atık Endüstriyel Yağların Karakterizasyonu Hidrolik Yağlar 22 adet Kurşun-23 ppm Çinko-1094 ppm Kalsiyum-2668 ppm Türbin Yağları 16 adet Çinko-738 ppm Kalsiyum-3005 ppm Metal Kesme Yağları 6 adet Kurşun-108 ppm Çinko-208 ppm Kalsiyum-775 ppm Kızak Yağları 11 adet Krom-12 ppm Çinko-650 ppm Kalsiyum-473 ppm Trafo Yağları 17 adet PCB ppm Klorür-321 ppm T. Halojenler-337 ppm Dişli Yağları 13 adet Kurşun-42 ppm Çinko-621 ppm Kalsiyum-2649 ppm Isıl İşlem Yağları 10 adet Çinko-307 ppm Kalsiyum-165 ppm

19 Off-LİNE Filtrasyon Sistemleri Off-line filtrasyon sistemlerinin kullanımı ile: Yağ sistemindeki bileşenlerin optimum korunumu, Sistem temizliği ve Filtrelerdeki basınç yüklerinin azaltılması ve mümkündür. Kullanılacak ekipman türü İstenilen temizlik seviyesi (ISO Kod) Çalışma Prensibi Off-line filtrasyon sistemlerinde yağ, ana yağ tankı tabanından pompa yardımı ile alınarak filtreden geçirilmektedir. Bu sayede, yağ içerisindeki partiküller, oksidasyon kalıntıları ve cila tipi materyaller alıkonulmakta, su ve asidik materyaller adsorbe edilmektedir. Temizlenen yağ ise daha sonra tekrar sisteme gönderilmektedir. Çalışma süresi Kullanılan yağ tipi, akım miktarı, basınç, işletme sıcaklığı

20 İDARİ Off-LİNE YAPI Filtrelerin Seçimi Partikül Giderimi (metal, toz vs.) Silt Giderimi Asit, çamur, reçine Oksidasyon ürünleri giderimi Hava Giderimi Su Giderimi Su Absorpsiyonlu Kullanılan polimer teknolojisi sayesinde su absoprsiyon affinitesi Metalik Filtreler Viskoz yağların temizlenmesinde oldukça yararlıdırlar Selülozik Filtreler Petrol bazlı yağlar Basınç kayıpları fazla Filtrasyon verimleri daha düşük Filtre Materyalleri Sentetik Filtreler Sentetik yağlar, su, glikoller, su-yağ emülsiyonları ve petrol bazlı yağlar Camyünlü Filtreler Kimyasal kirleticilere karşı oldukça dirençli, hidrolik yağlar ve yakıtlarda Yağ tipleri ve önerilen filtreler Yağ Tipi Önerilen Filtre Fosfot esterler Camyünlü Diester Sentetik Glikol Camyünlü Petrol bazlı Selülozik Bioparçalanabilir Sentetik sıvılar Su-yağ Karışımları Sentetik Kaba partiküller Metalik Bor Yağları Sentetik

21 İDARİ Endüstriyel YAPI Uygulamalar Değirmenler Şanzıman Yağları Uzaktan Okuma Sistemleri - Hidrolik Yağlar Şanzıman yağı proses sırasında filtreden sadece 1 kez geçmektedir. İşletme esnasında hidrolik yağ içerisinde aşırı miktarda çamur ve su oluşmaktadır. Selülozik filtre Yıllık Maliyet = TL Sisteme 3 kw ısıtıcıya sahip, 400 litre/saat kapasiteli 3 µm e kadar partikülleri tutabilecek filtre eklenmiştir. 5 gün içerisinde yağ ve depolama tankı temizlenmiş ve proseste herhangi bir kesinti yaşanmamıştır. Yüksek kontaminasyona sahip yağlar 2 hafta içerisinde filtre (Şekil 3) ile temizlenerek ISO kod 15/13/9 seviyesine getirilmiştir 5 15 µm µm ISO Kod Filtre öncesi **/27/25 Filtre sonrası /23/20 Tank, 5 gün sonra /21/13 Sonra 5 gün sonra - Silika 13 ppm 16 ppm - Demir 8 ppm 8 ppm - Gün Partikül sayısı 2 µm 5 µm 15 µm

22 İDARİ Endüstriyel YAPI Uygulamalar Metal Presler - Yağlama Yağları Dizel Motor Motor Yağı Motora monte edilen filtre ile 3 mikrona kadar partikül, su ve yanma materyallerinin giderimi sağlanmıştır. Yağ, kirleticiler ve partikülleri hızlı biçimde toplamakta ve sık periyotlarla değiştirilmesini gerektirecek miktarda kirlenmektedir. Böylece kontaminasyon 4 kat azaltılırken, enjeksiyon pompası ve yağın kullanım ömrü de arttırılmıştır. Yağın uzun süreli kullanımı pres bileşenlerinde ciddi arızalara sebep olmaktadır. Sisteme monte edilen filtrasyon sistemi ile (Şekil 4) 4 ay sonra yağlama yağı (Şekil 5) ISO kodu 22/20/18 den 17/16/13 e düşürülmüştür. Gün 5 µm 15 µm ISO kodu Çözünmeyen madde mik. gr/lt /17 0, /13 0, /12 0,21

23 İDARİ Endüstriyel YAPI Uygulamalar Fırın Dişlisi Dişli Yağı Trafolar İzolasyon Yağları Monte edilen filtre yardımı ile 2 ay sonra > 5 mikrondan büyük partikül sayısı den a düşürülmüştür Uygulama ile su içeriği 62 günde %3,2 den 1,5 e düşürülmüştür. Gün > 2 µm > 5 µm > > 15 µm ISO sınıfı 24/22/17 18/17/13 15/14/10 14/13/9 13/12/8 Gaz tipi Filtrasyon öncesi Filtrasyon sonrası µl/l (85 gün) µl/l H 2 17,0 1, N CH 4 21,7 0,9 CO 610 2,5 C ,3 C 3 H 4 31,2 0,3 C 2 H 6 25,4 0,1 C 2 H 2 0,1 0,06 C 3 H 8 + C 3 H 6 48,7 0,2

24 İDARİ Endüstriyel YAPI Uygulamalar Metal İşlem Kesme Yağları Buhar Türbini Türbin Yağları Proses sırasında yağa aşırı miktarda partikül ve su karışmaktadır. Sistem için toplama, çöktürme tankı ve filtrasyon ekipmanından oluşan bir proses oluşturulmuştur. Partikül > 2 µm Partikül > 5 µm Partikül > 15 µm Filtrasyon öncesi Filtrasyon sonrası (10 gün) ISO kod 22/21/17 15/13/7 Su, ppm Türbin sisteminde yağ, su ve yağ parçalanma ürünleri ile (cila, oksidasyon, reçine/çamur) kirlenmektedir. Yağ parçalanma ürünleri %90 dan 20 e azaltılmıştır. Firmanın satın aldığı yıllık yağ miktarı litreden litreye azaltılarak TL tasarruf edilmesi sağlanmıştır

25 Teşekkür Ederim TÜBİTAK MAM ÇTÜE PK. 21, GEBZE-KOCAELİ Tel: ; Faks: [email protected] 25