من UCO إلى وقود الديزل الحيوي باستخدام المفاعلات فوق الصوتية

أصبح زيت الطهي المستخدم (UCO) أحد أكثر المواد الأولية جاذبية لإنتاج وقود الديزل الحيوي المستدام. تحويل UCO إلى وقود الديزل الحيوي، أو إستر الميثيل لزيت الطهي المستعمل، يساعد على تقليل النفايات، ويقلل من تكاليف المواد الخام، ويدعم اقتصاد الوقود الدائري. بالنسبة لمنتجي وقود الديزل الحيوي الذين يبحثون عن تكنولوجيا معالجة فعالة، تقدم مفاعلات وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher حلاً قويًا لتكثيف عمليات الأسترة التحويلية والأسترة.

وتستخدم مفاعلات وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية HIELSCHER على نطاق واسع لتحسين تحويل الزيوت والدهون منخفضة التكلفة إلى وقود حيوي عالي الجودة. من خلال خلق خلط مكثف على المستوى المجهري، يعمل التجويف بالموجات فوق الصوتية على تسريع التفاعلات الكيميائية، ويحسن نقل الكتلة بين المراحل غير القابلة للامتزاج، ويساعد المنتجين على تحقيق تصنيع وقود الديزل الحيوي بسرعة وموثوقية وقابلية للتطوير.

UCOME – وقود الديزل الحيوي من نفايات الزيوت

UCOME تعني إستر ميثيل زيت الطهي المستعمل. وهو عبارة عن وقود ديزل حيوي ينتج عن طريق تحويل نفايات زيوت الطهي المستعملة إلى استرات ميثيل الأحماض الدهنية من خلال تفاعل كيميائي مع الميثانول. ونظرًا لأن UCOE هو مادة وسيطة معاد تدويرها، فإن UCOME جذاب بشكل خاص من المنظور الاقتصادي والبيئي على حد سواء.
بالمقارنة مع الزيوت النباتية البكر، يوفر زيت الطهي المستخدم مزايا واضحة من حيث التكلفة، ولكنه يمثل أيضًا تحديات في المعالجة. غالبًا ما يحتوي زيت الطهي المستعمل على:

• الأحماض الدهنية الحرة (FFA)
• الماء
• مخلفات الأغذية والملوثات
• نواتج الأكسدة
• تركيبة متغيرة حسب المصدر وتاريخ الاستخدام

هذه العوامل تجعل من كفاءة العملية وأداء المفاعل ذا أهمية خاصة. وهذا هو المكان الذي توفر فيه مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية مزايا كبيرة.

 

 

كيف تعمل مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية على تحسين تحويل وقود الديزل الحيوي من اليورانيوم إلى وقود الديزل الحيوي

يعتمد إنتاج الديزل الحيوي التقليدي في كثير من الأحيان على التحريك الميكانيكي والحرارة لجلب الزيت والكحول والمحفز للتلامس. ونظرًا لأن الزيت والميثانول لا يختلطان جيدًا، يمكن أن تعاني المفاعلات التقليدية من بطء معدلات التفاعل، والتحويل غير الكامل، والاستهلاك الكيميائي الأعلى، وأوقات المكوث الأطول.
تستخدم مفاعلات HIELSCHER بالموجات فوق الصوتية الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة لتوليد التجويف في السائل. ينتج التجويف مناطق خلط مجهرية مع قوى قص عالية للغاية. هذا يكسر الميثانول إلى قطرات دقيقة للغاية داخل مرحلة الزيت ويخلق مساحة بينية أكبر بكثير للتفاعل.

والنتيجة هي عملية وقود الديزل الحيوي المكثف للغاية مع فوائد مهمة:

• سرعة في الأسترة التحويلية والأسترة التبادلية
• تحسين كفاءة التحويل
• استخدام أفضل للميثانول والعامل الحفاز
• تقليل زمن رد الفعل
• إمكانية المعالجة المضمنة المستمرة
• سهولة التوسع من الإنتاج التجريبي إلى الإنتاج الصناعي

وبالنسبة للمواد الأولية لأكاسيد الأكسيد غير المشبعة التي تحتوي على نسبة عالية من الألياف الكربونية الأحادية، فإن الموجات فوق الصوتية مفيدة بشكل خاص لأنها تعزز كلاً من خطوات الأسترة المحفزة بالأحماض وخطوات الأسترة التحويلية المحفزة بالقاعدة.

من وقود الديزل الحيوي إلى وقود الديزل الحيوي: نظرة عامة على العملية

تحويل زيت الطهي المستعمل إلى وقود الديزل الحيوي ينطوي عموما عدة مراحل عملية. ويمكن دمج مفاعلات وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من HIELSCHER في تصميمات عملية من خطوة واحدة أو خطوتين حسب جودة المادة الأولية.

تتضمن العملية النموذجية لتحويل وقود الديزل الحيوي إلى وقود الديزل الحيوي ما يلي:

• جمع وتخزين زيت الطهي المستخدم
• الترشيح لإزالة المواد الصلبة وجزيئات الطعام
• التجفيف أو نزح المياه لتقليل محتوى الرطوبة
• تحليل FFA لتحديد مسار التفاعل المطلوب
• أسترة الأحماض الدهنية الحرة عندما تكون الأحماض الدهنية الحرة مرتفعة
• الأسترة التبادلية مع الميثانول لتكوين استرات الميثيل
• فصل وقود الديزل الحيوي والجلسرين
• الغسل أو التنقية الجافة للديزل الحيوي
• التلميع النهائي للوصول إلى مواصفات جودة الوقود

في حالة وجود مستويات عالية من الأحماض الدهنية الحرة، غالبًا ما تستخدم المعالجة المسبقة للأسترة لتحويل الأحماض الدهنية الحرة إلى استرات قبل خطوة الأسترة التحويلية الرئيسية. يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تسريع كلتا المرحلتين وتحسين الإنتاجية الإجمالية للمصنع. اقرأ المزيد عن تحويل الديزل الحيوي على مرحلتين بمساعدة الموجات فوق الصوتية!

لماذا تُعد مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية مناسبة تمامًا لوقود الديزل الحيوي UCOME

تم تصميم مفاعلات HIELSCHER بالموجات فوق الصوتية لمعالجة السوائل الصناعية وهي فعالة بشكل خاص في تطبيقات وقود الديزل الحيوي حيث يتحكم خلط السائل بالسائل في سرعة التفاعل. فبدلاً من الاعتماد فقط على التحريك السائب، تولد الموجات فوق الصوتية طاقة موضعية مكثفة حيثما تكون هناك حاجة إليها بالضبط.
وهذا يمنح المنتجين العديد من المزايا العملية.

• خلط ممتاز بين الزيت والميثانول
  أحد القيود الرئيسية في إنتاج وقود الديزل الحيوي هو ضعف امتزاج الزيت والميثانول. مفاعلات HIELSCHER بالموجات فوق الصوتية تخلق مستحلبًا دقيقًا للغاية، مما يحسن بشكل كبير من التلامس بين المتفاعلات. الاتصال الأفضل يعني حركية تفاعل أسرع وتحويل أعلى.
• الأداء العالي مع المواد الأولية الصعبة
  لا يعد ثاني أكسيد اليورانيوم مادة خام موحدة. يمكن أن يختلف محتواها المائي ومستوى حمولة الماء ومستوى حمولة الفاو والتلوث من دفعة إلى أخرى. وتساعد مفاعلات Hielscher على تعويض هذه الاختلافات من خلال تكثيف بيئة التفاعل، مما يجعل العملية أكثر قوة وقابلية للتكيف.
• مدة إقامة أقصر
  ونظرًا لأن الموجات فوق الصوتية تسرّع من عملية الأسترة والأسترة التحويلية، يمكن للمنتجين في كثير من الأحيان تحقيق التحويل المستهدف في وقت أقل من الأنظمة التقليدية التي يتم تقليبها. وهذا يمكن أن يقلل من متطلبات حجم المفاعل ويزيد من الإنتاجية.
• التشغيل المضمن المستمر
  تعتبر مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية HIELSCHER مثالية للمعالجة المستمرة. تدعم تكوينات المفاعل المضمنة إنتاج الحالة المستقرة بجودة قابلة للتكرار، وهو أمر ذو قيمة عالية لمصانع الديزل الحيوي التجارية.
• توسيع النطاق المباشر
  الميزة الرئيسية لتقنية Hielscher هي التوسع الخطي. يمكن نقل معلمات العملية التي تم إنشاؤها في التجارب المعملية أو التجريبية إلى أنظمة إنتاج أكبر بشكل أكثر قابلية للتنبؤ. وهذا يقلل من مخاطر التطوير ويبسط تخطيط التوسع.
• الموثوقية الصناعية
  تم تصميم أنظمة Hielscher لتلبية متطلبات العمل الصناعي. وبالنسبة لمنتجي وقود الديزل الحيوي، يعني هذا أداء مفاعل يمكن الاعتماد عليه، ونتائج قابلة للتكرار والتوافق مع خطوط المعالجة الآلية.
• إنتاج وقود الديزل الحيوي وفقًا لمعايير ASTM D6751 و EN 14214
  وغالبًا ما يستهدف منتجو وقود الديزل الحيوي التجاري مواصفات جودة الوقود مثل ASTM D6751 و EN 14214. تحدد هذه المعايير الخصائص الحرجة بما في ذلك محتوى الإستر واللزوجة ونقطة الوميض والقيمة الحمضية والمحتوى المائي وثبات الأكسدة وحدود الملوثات ومستويات الغليسيرين.

 
اقرأ كيف يعمل وقود الديزل الحيوي المنتج بالموجات فوق الصوتية على محركات احتراق الديزل!

تُستخدم مفاعلات وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في عمليات إنتاج وقود الديزل الحيوي المصممة لتحقيق جودة الوقود بما يتماشى مع ASTM D6751 و EN 14214. في دراستهم المنشورة في عام 2020، أظهر باستانتي-سايز وزملاؤه أن وقود الديزل الحيوي المنتج من دهون نفايات الكباب باستخدام مفاعل هيلشر بالموجات فوق الصوتية أعطى غلة عالية من إستر الميثيل للأحماض الدهنية (FAME). كانت عيّنة FAME أعلى (97.42% وزن/وزن لشحوم الدجاج و96.98 لشحوم لحم البقر والضأن) من الحد الأدنى الذي حددته اللائحة الأوروبية EN 14214 (أي 96.5% وزن/وزن كحد أدنى).

 

 

وقود الديزل الحيوي صغير الحجم للمزارع والمستخدمين خارج الشبكة

في بعض البلدان أو المناطق، تكون لوائح وقود الديزل الحيوي محدودة أو غير مطبقة على صغار المستخدمين من القطاع الخاص. قد ينتج المزارعون وأصحاب المعدات كميات أقل من وقود الديزل الحيوي من زيت الطهي المستعمل للاستهلاك في الموقع في الجرارات أو المولدات أو السخانات أو غيرها من المعدات الزراعية التي تعمل بالديزل.
وفي هذه الحالات، غالباً ما يكون الهدف هو استبدال الوقود العملي بدلاً من البيع التجاري المعتمد. كما يمكن أن تكون مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية جذابة لمثل هذا الإنتاج اللامركزي لأنها توفر:

• أوقات رد الفعل السريع
• تحويل فعال مع معدات مدمجة
• ملاءمة جيدة لمواد تغذية نفايات الزيوت المتغيرة
• تقليل الاعتماد على الصهاريج الكبيرة المتحركة
• إمكانية إعدادات المعالجة المعيارية

في الوقت نفسه، من المهم الإشارة بوضوح إلى أن وقود الديزل الحيوي غير المطابق للمواصفات قد لا يكون مناسباً لجميع المحركات، وقد لا يتوافق مع المتطلبات القانونية المحلية، وقد يطرح مشاكل في التخزين أو توافق المواد أو الانبعاثات أو ضمان المحرك. وحيثما وجدت معايير وقود الديزل الحيوي، ينبغي اختبار الوقود وإنتاجه وفقاً لذلك قبل استخدامه في التطبيقات الخاضعة للتنظيم أو المركبات البرية.

 

 

المزايا الاقتصادية لإنتاج وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من وقود الديزل الحيوي من UCO

تعد تكلفة اللقيم أحد أكبر المتغيرات في اقتصاديات وقود الديزل الحيوي. وبما أن زيوت الطهي المستعملة أقل تكلفة بشكل عام من الزيوت النباتية المكررة، فإنها توفر إمكانات توفير كبيرة في التكلفة. ومع ذلك، يمكن أن تضيع هذه الوفورات إذا كانت العملية بطيئة أو غير فعالة كيميائياً أو غير قادرة على التعامل مع تقلب المواد الأولية.
تساعد مفاعلات وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من HIELSCHER على حماية الربحية من خلال تحسين كفاءة التفاعل وإنتاجية المصنع. وتشمل المزايا الاقتصادية المحتملة ما يلي:

• استخدام أفضل للمواد الأولية منخفضة التكلفة للمواد الخام منخفضة التكلفة من اليورانيوم منخفضة الأوكتانول
• زيادة الإنتاجية
• تقليل زمن رد الفعل
• انخفاض الطلب على الطاقة المتعلقة بالخلط مقارنةً بسيناريوهات التقليب بالجملة غير الفعال
• تحسين اتساق العملية
• سهولة الاندماج في خطوط الإنتاج المستمر

بالنسبة للمنتجين الذين يهدفون إلى توسيع نطاق إنتاج وقود الديزل الحيوي من نفايات الزيت، يمكن أن يكون هذا المزيج من مرونة المواد الأولية وتكثيف العملية ذا قيمة عالية.

تحويل وقود الديزل الحيوي من UCO إلى وقود الديزل الحيوي UCOME بكفاءة مع مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية!

يعد تحويل زيت الطهي المستعمل إلى وقود الديزل الحيوي المستخدم طريقة ذكية لإنتاج وقود متجدد من النفايات مع تحسين الاستدامة وخفض تكاليف المواد الأولية. ونظراً لأن معالجة زيت الطهي المستخدم غالباً ما تكون أكثر صعوبة من الزيوت البكر، فإن تكنولوجيا المفاعل تلعب دوراً حاسماً في تحقيق إنتاج وقود الديزل الحيوي بكفاءة وموثوقية.
تعمل مفاعلات وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية HIELSCHER على تكثيف التفاعل بين الزيت والميثانول من خلال الخلط المدفوع بالتجويف ونقل الكتلة. ويتيح ذلك سرعة الأسترة والأسترة التحويلية، والتعامل بشكل أفضل مع المواد الأولية المتغيرة من وقود الديزل الحيوي المتغير، وإنتاج الديزل الحيوي المضمن القابل للتطوير.
بالنسبة للمنتجين التجاريين، وتستخدم أنظمة HIELSCHER بالموجات فوق الصوتية في عمليات الديزل الحيوي المصممة لإنتاج وقود يلبي ASTM D6751 و EN 14214. بالنسبة للمزارعين وصغار المستخدمين في البلدان التي لا توجد بها لوائح وقود الديزل الحيوي، يمكن للمفاعلات فوق الصوتية أيضًا دعم الإنتاج المدمج لكميات أصغر من وقود الديزل الحيوي لاستخدام المعدات المحلية، مع إدراك أنه يجب استخدام الوقود غير المطابق للمواصفات بحذر ووفقًا للمتطلبات المحلية وتوافق المحرك.
إذا كان هدفك هو إنتاج وقود الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من UCOE إلى UCOME بكفاءة، فإن مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من HIELSCHER توفر منصة تقنية قوية وقابلة للتطوير لمعالجة وقود الديزل الحيوي الحديثة.

يمنحك الجدول أدناه مؤشراً على قدرة المعالجة التقريبية لمفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher:

معدل التدفق	قوة
20 – 100 لتر / ساعة	1 كيلو واط
80 – 400 لتر / ساعة	4x1kW
0.3 – 1.5m³ / ساعة	4x4kW
2 – 10m³ / ساعة	6x16kW
20 – 100m³ / ساعة	62x16kW

لماذا تعتبر Hielscher خيارًا قويًا لمنتجي وقود الديزل الحيوي؟

تشتهر شركة HIELSCHER بتكنولوجيا الموجات فوق الصوتية الصناعية المصممة لتطبيقات العمليات الحقيقية. في إنتاج وقود الديزل الحيوي، توفر مفاعلات HIELSCHER بالموجات فوق الصوتية طريقًا عمليًا لتكثيف تحويل وقود الديزل الحيوي، وتحسين خلط الميثانول والزيت، ودعم الإنتاج الفعال للديزل الحيوي من نفايات الزيوت والدهون.

تشمل الأسباب الرئيسية التي تجعل المنتجين يختارون هيلشر ما يلي:

• خبرة مثبتة بالموجات فوق الصوتية
• تصميمات المفاعلات المضمنة للمعالجة المستمرة للديزل الحيوي
• ملاءمة الأسترة والأسترة التحويلية
• مسار قوي لتوسيع النطاق من المختبر إلى الإنتاج
• معدات قوية للبيئات الصناعية
• المعالجة الفعالة للمواد الأولية الصعبة مثل زيت الطهي المستعمل

التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا

Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.

Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.

---

---

الأدب / المراجع

• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences ; Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
• Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).

أسئلة مكررة

هل يمكن استخدام وقود الديزل الحيوي في المعدات الزراعية؟

نعم. يمكن للمعدات الزراعية المزودة بمحركات الديزل ذات الاشتعال الانضغاطي أن تستخدم بشكل عام خلطات وقود الديزل الحيوي، ويوافق العديد من المصنعين على خلطات مثل B5 أو B20؛ وتعتمد الخلطات الأعلى على المحرك المحدد ومواد نظام الوقود وتوجيهات الشركة المصنعة للمعدات الأصلية.

ما هي المحركات التي يمكن تشغيلها بالديزل الحيوي؟

وقود الديزل الحيوي مخصص لمحركات الديزل، وخاصة محركات الاشتعال بالضغط المستخدمة في المركبات والمولدات والآلات الزراعية. في الممارسة العملية، يمكن لجميع محركات الديزل بشكل أساسي أن تعمل بمزيج منخفض من وقود الديزل الحيوي، في حين أن استخدام مزيج أعلى أو وقود الديزل الحيوي الأنيق (B100) يتطلب توافق المحرك وموافقة الشركة المصنعة.

ما هي المواصفة القياسية الأمريكية ASTM D6751؟

ASTM D6751 هي المواصفات الأمريكية لمزيج وقود الديزل الحيوي B100، لمزجه مع وقود نواتج التقطير المتوسطة. وتحدد المواصفة خصائص الوقود المطلوبة وتغطي الدرجتين S15 وS500، اللتين تقابلان الحد الأقصى لمحتويات الكبريت البالغة 15 جزءًا في المليون و500 جزء في المليون.

ما هو وقود الديزل الحيوي UCOME؟

UCOME يعني إستر ميثيل زيت الطهي المستعمل. وهو عبارة عن وقود الديزل الحيوي من إستر الميثيل للأحماض الدهنية المصنوع عن طريق تحويل نفايات زيت الطهي إلى إستر الميثيل، وعادةً ما يستخدم كبديل للديزل أو كمكون مزيج.

هل زيت الوقود البحري الحيوي الحيوي مناسب كمكون مزج لزيت الوقود البحري الحيوي؟

نعم. يُستخدم UCOME بالفعل تجاريًا كعنصر مزج في تركيبات الوقود الحيوي البحري، على سبيل المثال في المزج مع زيت الوقود منخفض الكبريت للغاية (VLSFO). وتعتمد ملاءمته على جودة الوقود وثباته وتوافقه وامتثاله لمواصفات الوقود البحري ذات الصلة ومتطلبات المناولة.