Биоэнергетики тамбов Издательский центр фгбоу во «тгту» 2018

Производство жидкого биодизельного топлива

Биодизельное топливо может быть полнено разными способами. Для растительные масла или жиры преобразуются в жирные кислоты, которые далее преобразуются в эфиры жирных кислот. Масла или жиры могут также быть преобразованы в метиловый или этиловый эфиры с использованием кислот или с помощью ускоренной каталитической реакции. Метод получения биодизельного топлива, известный как «трансэфиризация», состоит в расщеплении молекулы глицерольного эфира жирной кислоты на молекулы метилового эфира. Таким образом, биодизельное топливо — это название, данное эфирам соответствующих масел, которые используются как дизельное топливо. Это неядовитое, разлагаемое микроорганизмами жидкое топливо состоит из длинных цепей моноалкиловых эфиров жирных кислот и может использоваться либо в чистом виде, либо в смеси с дизельными нефтяными топливами [18—21].
Традиционный способ получения биодизельного топлива. Переэтерификация представляет собой обмел штильными группами внутри или между молекулами ацилглицеринов. В первом случае процесс называется внутримолекулярной переэтерификацией, во втором — межмолекулярной. На практике оба процесса протекают одновременно. Назначение процесса заключается в изменении консистенции, температуры плавления и устойчивой кристаллической структуры жира или смеси жиров, При переэтерификации в одной фазе процесс заканчивается вероятностным (статическим) распределением ацильных групп в молекулах глицеридов. При низкотемпературной (15...30^о С) переэтерификации процесс сопровождается выпадением высокоплавких глицеридов в виде твёрдой фазы и называется направленной переэтерификацией. Этот процесс имеет место при переработке свинного жира, пальмового и некоторых других растительных масел. Переэтерификация может происходить между молекулами эфиров, содержащих многоатомные спирты. Без катализаторов переэтерификация протекает с заметной скоростью лишь при температурах порядка 250 ^ос и выше, обычно сопровождаясь большим или меньшим термическим распадом эфиров. Катализаторы ускоряют этот процесс и делают возможным протекание его при более низких температурах со снижением или даже исключением термического распада эфиров. В качестве катализаторов можно применять серную кислоту, сульфокислоты, щёлочи, алкоголяты, некоторые металлы, как цинк, олово. При применении указанных металлов переэтерификация с довольно большой скоростью протекает при температурах около 210...230 ^о с. Наиболее сильно действуют алкоголяты щелочных металлов, применяемые в количестве 0,25% от веса предварительно высушенных эфиров. В присутствии алкоголятов щелочных металлов, особенно в растворителях, переэтерификация в ряде случаен может протекать е большой скороегыо и при температурах около 0 ^ос,
Кавитационньй способ получения биодизельного топлива. Кавитацией называется явление образования в жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (кавитационные пузырьки или каверны). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже критического значения (в реальной жидкости величина критического значения приближённо равна давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Акустическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации энергии звуковой волны низкой плотности в волну с высокой плотностью энергии, связанной с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. Под воздействием переменных давлении, возникающих в звуковой волне, жидкость разрывается в полупериод разрежения с образованием кавитационных полостей (каверн), а затем в полупериод сжатия эти полости захлопываюся. В момент схлопывания кавитационного пузырька в окружающей жидкости возникает ударная волна. Под воздействием акустической кавитации вещество в микроскопической области нагревается до сверхвысоких температур, ионизируется, а при возвращении в исходное состояние накопленная энергия высвобождается в виде вспышки света (явление сонолюминисценции). Магнитоимпульсная высокочастотная кавитация отличается от обычного кавитационного процесса воздействием магнитного поля на микроплазменные образования, возникающие при активной кавитации. Благодаря воздействию на кавитационную область магнитного поля, стало возможным решить основную технологическую задачу — увеличение долговечности рабочих поверхностей кавитационного оборудования, а также увеличение интенсивности кавитационного воздействия на среду в результате магнитной фокусировки кавитационной линзы.
За счет достижения в кавитационных реакторах, критических значений давления и температуры, время реакции переэтерефикации снижался с 80 мин (при традиционном методе) до нескольких секунд.
Эскизная схема получения биодизельного топлива представлена на рис 18.

Рис. 18. Эскизная схема производства биодизеля
При получении спиртового раствора алкоголята калия растительные масла представляют собой смесь моло-, ди- и триациглицеридов. Реакционная способность глицеридов обусловлена наличием в них углеводородных радикалов жирных кислот и эфирных групп. При нагревании глицеридов с метиловым спиртом (метанолом) их структура практически не изменяется. Для начала процесса синтеза требуется введение в реагирующую смесь катализатора, интенсифицирующего реакцию алкоголиза, в процессе которой из глицеридов жирных кислот образуется эфиры. Глубина алкоголиза зависит от состава реагирующих глицеридов и спирта — наибольшая глубина (95%) наблюдается в случае алкоголиза триглицеридов при использовании метанола. Реакция с участием метилового спирта называется метанолиз. В качестве катализатора используется гидроокись калия (КОН). В результате протекания реакции:

сн_зон + кон сн_зок +H₂O

образуется спиртовой раствор алкоголята калия, Наилучшие результаты получаюся при использовании на каждые 100 кг рапсового масла около 30 кг метанола (W 30%) и порядка 1 кг гидроокиси калия (W 1%). Для приготовления раствора алкоголята в аппарат с метанолом подается гидроокись калия. Полное растворение катализатора в метаноле достигается с помощью механического перемешивания при подогреве реагирующих веществ.
Органический синтез: после завершения растворения катализатора в метаноле спиртовой раствор алкоголята калия подался в аппарат вихревого слоя. реакция метанолиза протекает в аппарате вихревого слоя в течение нескольких секунд с выходом около 93,5%
Сепарация продуктов синтеза: по истечении реакции метанолиза продукты синтеза подаются в сепаратор для отделения глицерина, примеси глицерина обычно составляют порядка 10% реакционной смеси.
На стадии приготовления промывной воды осуществляется её подкисление лимонной кислотой.
Промывка биодизельного топлива: промывная вода подаётся в аппарат для промывки, проходя через биодизельное топливо, захватывает отработанный катализатор :

3 КОН + НООС – СH₂ - С(ОН)(COOH)

KOOC – CH₂ – C(OH)(COOK) – CH₂ – COOK + 3H₂O.
При этом также вымывается не прореагировавший избыток метанола.
Удаление воды сепарацией: промытый биодизель подаётся в сепаратор, где происходит отделение связанной воды, а также мелкодисперсных механических примесей.
Смешение: очищенное биодизельное топливо подаётся на стадию смешения, где при интенсивном перемешивании с дизельным топливном, получают необходимую смесь. Оптимальный состав смесевого топлива: 75% биолизельного топлива и 25% минерального дизельного топлива, хотя возможны и другие соотношения этих компонентов, с долей внесения эфиров масла (или самого масла) от 0 до 100%