От UCO до биодизел с помощта на ултразвукови реактори

Използваното олио за готвене (UCO) се превърна в една от най-привлекателните суровини за устойчиво производство на биодизел. Превръщането на UCO в биодизел или метилов естер на използвано готварско масло спомага за намаляване на отпадъците, понижава разходите за суровини и подкрепя по-кръговата икономика на горивата. За производителите на биодизел, които търсят ефективна технология за преработка, ултразвуковите реактори за биодизел от Hielscher предлагат мощно решение за интензифициране на процесите на трансестерификация и естерификация.

Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher се използват широко за подобряване на преобразуването на евтини масла и мазнини във висококачествен биодизел. Чрез създаване на интензивно смесване на микроскопично ниво, ултразвуковата кавитация ускорява химичните реакции, подобрява масовия трансфер между несмесващите се фази и помага на производителите да постигнат бързо, надеждно и мащабируемо производство на биодизел.

UCOME – Биодизел от отработени масла

UCOME означава метилов естер на използвано готварско масло. Това е биодизелово гориво, произведено чрез превръщане на отработени масла за готвене в метилови естери на мастни киселини чрез химическа реакция с метанол. Тъй като UCO е рециклирана суровина, UCOME е особено привлекателен както от икономическа, така и от екологична гледна точка.
В сравнение с необработените растителни масла, UCO предлага ясни предимства по отношение на разходите, но също така представлява предизвикателство при преработката. Използваното олио за готвене често съдържа:

• Свободни мастни киселини (FFA)
• Вода
• Остатъци от храни и замърсители
• Продукти на окисление
• Променлив състав в зависимост от източника и историята на употреба

Тези фактори правят ефективността на процеса и работата на реактора особено важни. Именно тук ултразвуковите реактори за биодизел предлагат значителни предимства.

 

 

Как ултразвуковите реактори за биодизел подобряват преобразуването на UCO в UCOME

При традиционното производство на биодизел често се разчита на механично разбъркване и топлина, за да се постигне контакт между маслото, алкохола и катализатора. Тъй като маслото и метанолът не се смесват добре, конвенционалните реактори могат да страдат от бавна скорост на реакцията, непълно преобразуване, по-висока консумация на химикали и по-дълго време на престой.
Ултразвуковите реактори на Hielscher използват високоинтензивен ултразвук, за да генерират кавитация в течността. Кавитацията създава микроскопични зони на смесване с изключително високи сили на срязване. По този начин метанолът се разбива на много фини капки в маслената фаза и се създава много по-голяма междуфазова зона за реакция.

Резултатът е силно интензифициран процес на производство на биодизел с важни предимства:

• По-бърза трансестерификация и естерификация
• Подобрена ефективност на преобразуването
• По-добро използване на метанол и катализатор
• Намалено време за реакция
• Възможност за непрекъсната обработка в поточна линия
• Лесно разширяване на мащаба от пилотно до промишлено производство

За UCO суровини с повишено съдържание на FFA ултразвукът е особено полезен, тъй като подобрява както киселинно катализираната естерификация, така и базово катализираните етапи на трансестерификация.

От UCO до биодизел: Преглед на процеса

Преобразуването на използваното готварско масло в биодизел обикновено включва няколко етапа на процеса. Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher могат да бъдат интегрирани в проекти за едноетапни или двуетапни процеси в зависимост от качеството на суровината.

Типичен процес на превръщане на UCO в биодизел включва:

• Събиране и съхранение на използвано олио за готвене
• Филтриране за отстраняване на твърди частици и хранителни частици
• Сушене или обезводняване за намаляване на съдържанието на влага
• Анализ на FFA за определяне на необходимия маршрут на реакцията
• Естерификация на свободните мастни киселини при високо съдържание на FFA
• Трансестерификация с метанол за образуване на метилови естери
• Разделяне на биодизел и глицерол
• Промиване или сухо пречистване на биодизел
• Окончателно полиране за постигане на спецификации за качество на горивото

При наличие на високи нива на FFA често се използва предварителна обработка за естерификация, за да се превърнат свободните мастни киселини в естери преди основната стъпка на трансестерификация. Ултразвуковата обработка може да ускори и двата етапа и да подобри цялостната производителност на завода. Прочетете повече за двустепенното преобразуване на биодизел с помощта на ултразвук!

Защо ултразвуковите реактори на Hielscher са подходящи за UCOME биодизел

Ултразвуковите реактори на Hielscher са проектирани за промишлена обработка на течности и са особено ефективни в приложенията за биодизел, при които смесването на течност с течност контролира скоростта на реакцията. Вместо да зависи само от разбъркването на обема, ултразвукът създава интензивна локализирана енергия точно там, където е необходима.
Това дава на производителите няколко практически предимства.

• Отлично смесване на масло и метанол
  Едно от основните ограничения при производството на биодизел е лошата смесимост на маслото и метанола. Ултразвуковите реактори на Hielscher създават много фина емулсия, която значително подобрява контакта между реагентите. По-добрият контакт означава по-бърза кинетика на реакцията и по-високо преобразуване.
• Висока производителност при трудни суровини
  UCO не е еднородна суровина. Съдържанието на вода, нивото на FFA и замърсяването могат да варират в различните партиди. Реакторите на Hielscher помагат да се компенсират тези вариации чрез засилване на реакционната среда, което прави процеса по-устойчив и адаптивен.
• По-кратко време на престой
  Тъй като ултразвукът ускорява естерификацията и трансестерификацията, производителите често могат да постигнат целевото преобразуване за по-кратко време, отколкото при конвенционалните разбъркващи системи. Това може да намали изискванията за обем на реактора и да увеличи производителността.
• Непрекъсната работа в поточна линия
  Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher са идеални за непрекъсната обработка. Инлайн конфигурациите на реакторите поддържат стабилно производство с възпроизводимо качество, което е изключително ценно за търговските биодизелови инсталации.
• Лесно разширяване на мащаба
  Основно предимство на технологията на Hielscher е линейното увеличаване на мащаба. Параметрите на процеса, установени в лабораторни или пилотни изпитания, могат да бъдат прехвърлени към по-големи производствени системи по-предвидимо. Това намалява риска при разработването и опростява планирането на разширяването.
• Индустриална надеждност
  Системите на Hielscher са проектирани за взискателни промишлени условия. За производителите на биодизел това означава надеждна работа на реактора, възпроизводими резултати и съвместимост с автоматизирани технологични линии.
• Производство на биодизел съгласно ASTM D6751 и EN 14214
  Търговските производители на биодизел често се насочват към спецификации за качество на горивото, като ASTM D6751 и EN 14214. Тези стандарти определят критични свойства, включително съдържание на естери, вискозитет, температура на възпламеняване, киселинност, съдържание на вода, стабилност при окисление, граници на замърсителите и нива на глицерин.

 
Прочетете как работи произведеният с ултразвук биодизел в дизеловите двигатели с вътрешно горене!

Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher се използват в процесите на производство на биодизел, предназначени за постигане на качество на горивото в съответствие с ASTM D6751 и EN 14214. В своето проучване, публикувано през 2020 г., Bastante-Saez и колегите му демонстрират, че биодизелът, произведен от отпадъчни мазнини от кебапчета с помощта на ултразвуков реактор Hielscher, дава високи добиви на метилови естери на мастни киселини (FAME). FAME са били по-високи (97,42 % w/w за пилешка мазнина и 96,98 % за мазнина от говеждо-агнешко месо) от минималния праг, установен от европейския регламент EN 14214 (т.е. минимум 96,5 % w/w).

 

 

Биодизел от малък мащаб за ферми и потребители извън мрежата

В някои страни или региони разпоредбите за биодизел са ограничени или не се прилагат за малки частни потребители. Фермерите и собствениците на оборудване могат да произвеждат по-малки количества биодизел от използвано олио за готвене за потребление на място в трактори, генератори, отоплителни уреди или друго селскостопанско оборудване с дизелов двигател.
В тези случаи целта често е практическо заместване на горивото, а не сертифицирана търговска продажба. Ултразвуковите реактори за биодизел също могат да бъдат привлекателни за такова децентрализирано производство, тъй като предлагат:

• Бързо време за реакция
• Ефективно преобразуване с компактно оборудване
• Добра пригодност за променливи изходни суровини от отпадъчни масла
• Намалена зависимост от големи разбъркващи резервоари
• Потенциал за модулни настройки за обработка

В същото време е важно да се посочи ясно, че биодизелът с различен клас може да не е подходящ за всички двигатели, да не отговаря на местните законови изисквания и да създава проблеми при съхранението, съвместимостта на материалите, емисиите или гаранцията на двигателя. Там, където съществуват стандарти за биодизел, горивото трябва да бъде тествано и произведено в съответствие с тях, преди да се използва в регулирани приложения или пътни превозни средства.

 

 

Икономически предимства на ултразвуковото производство на биодизел от UCO

Цената на суровината е една от най-големите променливи в икономиката на биодизела. Тъй като използваното олио за готвене обикновено е по-евтино от рафинираните растителни масла, то предлага голям потенциал за намаляване на разходите. Тези икономии обаче могат да бъдат загубени, ако процесът е бавен, химически неефективен или не може да се справи с променливостта на суровината.
Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher спомагат за защита на рентабилността чрез подобряване на ефективността на реакцията и производителността на завода. Потенциалните икономически предимства включват:

• По-добро оползотворяване на евтини суровини за UCO
• Увеличена производителност
• Намалено време за реакция
• По-ниско потребление на енергия, свързано със смесването, в сравнение с неефективните сценарии за разбъркване на насипни материали
• Подобрена последователност на процеса
• По-лесно интегриране в непрекъснати производствени линии

За производителите, които се стремят да разширят производството на биодизел от отработени масла, тази комбинация от гъвкавост на суровините и интензификация на процеса може да бъде много ценна.

Преобразувайте UCO в UCOME биодизел ефективно с ултразвукови реактори на Hielscher!

Преобразуването на използвано готварско масло в UCOME е интелигентен начин за създаване на възобновяемо гориво от отпадъци, като същевременно се подобрява устойчивостта и се намаляват разходите за суровини. Тъй като УОО често е по-трудно да се преработва от първичните масла, реакторната технология играе решаваща роля за постигане на ефективно и надеждно производство на биодизел.
Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher засилват реакцията между маслото и метанола чрез задвижвано от кавитация смесване и масов трансфер. Това дава възможност за по-бърза естерификация и трансестерификация, по-добра работа с променливи суровини за UCO и мащабируемо поточно производство на биодизел.
За търговските производители ултразвуковите системи на Hielscher се използват в процесите на биодизел, предназначени за производство на гориво, отговарящо на стандартите ASTM D6751 и EN 14214. За земеделски производители и малки потребители в страни, в които няма разпоредби за биодизел, ултразвуковите реактори могат също да подпомогнат компактното производство на по-малки количества биодизел за използване на местно оборудване, като същевременно се отчита, че неспецифичното гориво трябва да се използва предпазливо и в съответствие с местните изисквания и съвместимостта на двигателя.
Ако целта ви е ефективно производство на UCO до UCOME, ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher предлагат мощна и мащабируема технологична платформа за модерна обработка на биодизел.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет за обработка на ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher:

Дебит	Власт
20 – 100 л/час	1kW
80 – 400 л/час	4x1kW
0.3 – 1,5 м³/час	4x4kW
2 – 10m³/час	6x16kW
20 – 100m³/час	62x16kW

Защо Hielscher е силен избор за производителите на биодизел?

Hielscher е признат за индустриална ултразвукова технология, предназначена за реални приложения в процеса. При производството на биодизел ултразвуковите реактори на Hielscher осигуряват практически път за интензифициране на преобразуването на UCO, подобряване на смесването на метанол и масло и подпомагане на ефективното производство на биодизел от отпадъчни масла и мазнини.

Основните причини, поради които производителите избират Hielscher, включват:

• Доказан опит в областта на ултразвука
• Конструкции на редови реактори за непрекъсната обработка на биодизел
• Пригодност за естерификация и трансестерификация
• Силен път за увеличаване на мащаба от лаборатория до производство
• Здраво оборудване за индустриална среда
• Ефективна обработка на трудни суровини, като например използвано олио за готвене

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

---

---

Литература / Препратки

• 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).

Често задавани въпроси

Може ли биодизелът да се използва за селскостопанско оборудване?

Да. Селскостопанското оборудване с дизелови двигатели с компресионно запалване по принцип може да използва биодизелови смеси и много производители одобряват смеси като B5 или B20; по-високите смеси зависят от конкретния двигател, материалите на горивната система и указанията на производителите на оригинално оборудване.

Кои двигатели могат да работят с биодизел?

Биодизелът е предназначен за дизелови двигатели, особено за двигатели със запалване чрез сгъстяване, използвани в превозни средства, генератори и селскостопански машини. На практика по принцип всички дизелови двигатели могат да работят с ниски смеси на биодизел, докато използването на по-високи смеси или чист биодизел (B100) изисква съвместимост на двигателя и одобрение от производителя.

Какво представлява американският стандарт ASTM D6751?

ASTM D6751 е американската спецификация за биодизелова горивна смес, B100, за смесване със средни дестилатни горива. Тя определя необходимите свойства на горивото и обхваща класове S15 и S500, съответстващи на максимално съдържание на сяра от 15 ppm и 500 ppm.

Какво представлява биодизелът UCOME?

UCOME означава метилов естер от използвано масло за готвене. Това е биодизел с метилови естери на мастни киселини, произведен чрез преобразуване на отработено олио за готвене в метилови естери, обикновено за използване като заместител на дизеловото гориво или компонент на смес.

Подходящ ли е UCOME като компонент за смесване на биомазут за морския транспорт?

Да. UCOME вече се използва в търговската мрежа като смесителен компонент в състава на морските биогорива, например в смеси с мазут с много ниско съдържание на сяра (VLSFO). Пригодността му зависи от качеството на горивото, стабилността, съвместимостта и съответствието със съответните спецификации на корабните горива и изискванията за работа с тях.