Biodiesel Production from Tall Oil Acids in an Esterification Reaction Used Fusel Oil as Alcohol

Abstract

This study aims to produce biodiesel by using fusel oil as alcohol from tall oil which is a waste in paper factories and again as a waste in sugar factories. There are many studies that report that biodiesel production from Tall oil was carried out earlier. From these studies Keskin and his colleagues used methanol as alcohol while the conditions were repeated for fusel oil. For this purpose, the raw tall oil was distilled and the tall oil acids were obtained. After that, it was planned to convert fatty acids into biodiesel by reacting 20% fusel oil by volume and 5% sulfuric acid by mass. The transesterification method has been preferred for biodiesel production. In this method, the whole mixture was exposed to altitude for 2 hours at a temperature of 72 oC. The results show that biodiesel can be produced from tall oil acids with fusel oil. The resulting biodiesel, thermal value, density, viscosity, amount of sulfur, etc. the parameters are examined and explained in the discussion section.

Keywords

• Biodiesel production,Biodiesel,Fusel oil,Tall oil,Transesterification

Alkol Olarak Fuzel Yağı Kullanılan Bir Esterleşme Reaksiyonunda Tall Yağı Asitlerinden Biyodizel Üretimi

Abstract

Bu çalışma kağıt fabrikalarında atık olarak ortaya çıkan tall yağından, yine şeker fabrikalarında atık statüsünde olan fuzel yağının alkol olarak kullanılması ile biyodizel üretilmesini amaçlamaktadır. Tall yağından daha önce biyodizel üretiminin gerçekleştirildiği bildiren birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmalardan Keskin ve arkadaşlarının yaptığı alkol olarak metanol kullanılan şartlar fuzel yağı için tekrarlanmıştır. Bu amaçla ham tall yağı damıtılarak tall yağı asitleri elde edilmiştir. Sonrasında damıtılmış tall yağı asitleri hacimce %20 oranında fuzel yağı ve kütlece %5 oranında sülfürik asit tepkimeye sokularak yağ asitlerinin biyodizele dönüştürülmesi planlanmıştır. Biyodizel üretimi için transestrifikasyon yöntemi tercih edilmiştir. Bu yöntemde tüm karışım 72 oC sıcaklıkta 2 saat boyunca raksiyona maruz bırakılmıştır. Elde edilen sonuçlar tall yağı asitlerinden fuzel yağı ile biyodizel üretilebildiğini göstermektedir. Elde edilen biyodizelin, ısıl değer, yoğunluk, viskozite, kükürt miktarı vb. parametreleri incelenerek tartışma bölümünde anlatılmıştır.

Keywords

• Fuzel yağı,biyodizel,biyodizel üretimi,Tall yağı,Transestirifikasyon

References

1. Özer S. As lubricating oil ın a two-stroke gasoline engine use of vegetable oil, Uluslarası Doğu Anadolu Fen Mühendislik ve Tasarım Dergisi, 2 67-87, 2020.
2. Özer S. İki zamanlı bir motorda benzin/alkol karışımlarının yakıt olarak kullanılmasının gürültü ve titreşime etkisi, Engineering Sciences, 15 113-123, 2020.
3. Özer S. The effects of alcohol addition to fuel on piston wear in a two-stroke engine, The International Journal of Energy and Engineering Sciences, 4 43-52, 2019.
4. Özel S., Vural E., Binici M. Optimization of the effect of thermal barrier coating (TBC) on diesel engine performance by Taguchi method, Fuel, 263 116537, 2020.
5. Kalam M.A., Masjuki H.H., Jayed M.H., Liaquat A.M. Emission and performance characteristics of an indirect ignition diesel engine fuelled with waste cooking oil, Energy, 36 397-402, 2011.
6. Canakci M., Ozsezen A.N., Turkcan A. Combustion analysis of preheated crude sunflower oil in an IDI diesel engine, Biomass and bioenergy, 33 760–767. 2009.
7. Nwafor O.M.I., Rice G. Performance of rapeseed oil blends in a diesel engine, Applied Energy, 54 345-354, 1996.
8. Durmuş B., Koçer N.N. Türkiye'de yetişen yağlı tohumlardan biodizel üretim potansiyelinin incelenmesi, Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, 7 80-95, 2017.

9. Doğan T.H., Karagöz Ö. Optimization of the production of biodiesel from beef tallow applying ultrasound technology, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi,16 485-493, 2019.
10. Aykırı M. Enerjide dışa bağımlılık ve sağlıklı büyüme: Türkiye Örneği, Aydın İktisat Fakültesi Dergisi, 3 5065, 2017.
11. İnternet: Resmi Gazete, Motorin türlerinin biodizel ile harmanlanması hakkında tebliğ, Erişim Tarihi: 03.03.2020.www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2017/06/20170616-8.html
12. Gürü M., Koca A., Özer C., Çınar C., Şahin F. Biodiesel production from waste chicken fat based sources and evaluation with mg based additive in a diesel engine, Renewable Energy, 35 637-643, 2014.
13. Akder A.H. Finansal kriz ve gıda ürünleri fiyatları, Uluslararası Ekonomik Sorunlar, 33 27-38, 2008.
14. Keskin A., Aydın K., Tall yağı biyodizel üretimi ve bunun dizel motor performansı ve emisyonları üzerindeki etkileri, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 20 85-84,
15. Altıparmak D., Keskin A., Koca A., Gürü M. Alternative fuel properties of tall oil fatty acid methyl ester–diesel fuel blends, Bioresource Technology, 98 241-246, 2007.
16. Keskin A., Yasar A., Gürü M., Altıparmak D. Usage of methyl ester of tall oil fatty acids and resinic acids as alternative diesel fuel, Energy Conversion and Management, 51 2863-2868, 2010.
17. Welsh F.W. Williams R.E., Lipase mediated production of flavor and fragrance esters from fusel oil, Journal of Food Science, 54 1565-1568, 1989.
18. Erdem F. Durukan E., Fuzel yağının fraksiyonlarına ayrılması ve değerlendirilmesi, Şeker Enstitüsü, Rapor No: 21, 1991.
19. Calam A. Fuzel yağının buji ile ateşlemeli bir motorda yakıt karışımı olarak kullanılmasının motor performansı ve emisyonlara etkisinin incelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2012.
20. Digambar S., Dilip S., Soni S.L. Sumit S., Pushpendra K.S., Amit, J. A review on feedstocks, production processes, and yield for different generations of biodiesel, Fuel, 262 116553, 2020.
21. Şimsek S., Özdalyan B. Improvements to the composition of fusel oil and analysis of the effects of fusel oil–gasoline blends on a spark-ignited (SI) engine’s performance and emissions, Energies, 11 113-118, 2018.
22. Özer S., Ham pirina yağından biyodizel üretiminde alkol olarak fuzel yağı kullanımı, Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015.
23. Keskin A., Yasar A., Gürü M., Altıparmak D. Usage of methyl ester of tall oil fatty acids and resinic acids as alternative diesel fuel, Energy Conversion and Management, 51 2863-2868, 2010.
24. Anu S., Naira S., Al-Bahrya N., Gathergood B., Nath T., Nallusamy S. Production of microbial lipids from optimized waste office paper hydrolysate, lipid profiling and prediction of biodiesel properties, Renewable Energy, 148 124-134, 2020.
25. Eric M., Somnath S., Joseph S.C., Tyler P.E., Fang L., Arul M.V., Anthe G., Ryan W.D. Superior performance biodiesel from biomass-derived fusel alcohols and low grade oils: Fatty acid fusel esters (FAFE), Fuel, 268 117408, 2020.
26. Yun L., Hui T., Xuan Z., Yunjun Y., Hameed B.H. Effect of monohydric alcohols on enzymatic transesterification for biodiesel production, Chemical Engineering Journal, 157 223-229, 2010.
27. Erdiwansyaha R., Mamata M.S.M., Sania K., Sudhakarac A., Kadarohmand R., Sardjono E. An overview of Higher alcohol and biodiesel as alternative fuels in engines, Energy Reports, 5 467-479, 2019.
28. Juan AM, Gemma V, Gabrial M, Marta P, Javier B. Oxygenated compounds derived from glycerol for biodiesel formulation: Influence on EN 14214 quality parameters, Fuel, 2010 89:2011-2018
29. Aktaş A, Özer S. Biodiesel production from leftover olive cake, Energy Education Science and Technology Part A: Energy Science and Research, 30 89-96. 2012.
30. Aktaş A., Özer S. Ham pirina yağının biyodizel potansiyelinin araştırılması, Ziraat Fakültesi Dergisi, 9 132-139, 2014.
31. Agarwal A., Khurana A.D. Long-Term storage oxidation stability of karanja biodiesel with the use of antioxidants, Fuel Processing Technology, 106, 447-452, 2013.
32. Özer S. Pirina yağından fuzel yağı ile biyodizel üretimi ve dizel motor performans ve emisyonlarına etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015. [ Aydın M., Afşar M., Çelik MB. The effects of waste biodiesel usage on engine performance and emissions at a single cylinder diesel engine, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5 871-878, 2017.
33. Aydoğan B., Usta N., Can Ö., Öztürk E. Atık kızartma yağlarından TS EN 14214 standardına uygun biyodizel yakıt üretimi, 19. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi 9-12 Eylül 2013, Samsun.
34. Gülüm M., Bilgin A., Çakmak A. Düşük viskoziteli atık kızartma yağı etil esteri üretimi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Baskıda, 2019.
35. Alptekin E. Emission, injection and combustion characteristics of biodiesel and oxygenated fuel blends in a common rail diesel engine, Energy, 119 44-52, 2017.
36. Keskin A. The effect of cottonseed oil methyl ester-eurodiesel fuel blends on the combustion, performance and emission characteristics of a direct injection diesel engine, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 915-927, 2019.
37. Rakopoulos D.C., Rakopoulos C.D.,Giakoumis E.G., Dimaratos A.M. Characteristics of performance and emissions in high-speed direct injection diesel engine fueled with diethyl ether/diesel fuel blends, Energy, 43 214-224, 2012.
38. Çelik M., Solmaz H., Yücesu H.S. Examination of the effects of n-heptan addition to cotton methyl ester on the engine performance and combustion characteristics, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 361-369, 2015.
39. Xiongbo D., Jingping L., Yonghao T., Baojun L., Genmiao G., Zhenkuo W., Weiqiang L., Yangyang L. Influence of single injection and two-stagnation injection strategy on thermodynamic process and performance of a turbocharged direct-injection spark-ignition engine fuelled with ethanol and gasoline blend, Applied Energy, 228 942-953, 2018.
40. Bari S., Yu C., Lim T. Effect of fuel injection timing with waste cooking oil as a fuel in a direct injection diesel engine, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D:Journal of Automobile Engineering, 218 93-104 2004.
41. Ulusoy Y., Tekin Y., Çetinkaya M., Karaosmanoğlu F. The engine tests of biodiesel from used frying oils, Energy Sources, 26 927-932, 2004.
42. Kumar M.S., Jaikumar M. A comprehensive study on performance, emission and combustion behavior of a compression ignition engine fuelled with WCO (waste cooking oil) emulsion as fuel, Journal of the Energy Institute, 87 263-271, 2014.
43. Özer S. Pirina yağının fuzel yağı ile esterleştirilmesi, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 4 136-143, 2018.
44. Çildir O., Çanakçı M. Çeşitli Bitkisel Yağlardan Biyodizel Üretiminde Katalizör Ve Alkol Miktarinin Yakit Özellikleri Üzerine Etkisinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 21 367-372, 2006.
45. Guliyev R., Akgün M. Ardahan’da kullanılan kömürün hava kirliliğine etkisinin incelenmesi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 22 479-489, 2020.
46. Kalam M.A., Masjuki H.H., Jayed M.H., Liaquat A.M. Emission and performance characteristics of an indirect ignition diesel engine fuelled with waste cooking oil, Energy, 36 397-402, 2020.