Od UCO k bionaftě pomocí ultrazvukových reaktorů

Použitý kuchyňský olej (UCO) se stal jednou z nejatraktivnějších surovin pro udržitelnou výrobu bionafty. Přeměna UCO na bionaftu nebo metylester použitého kuchyňského oleje pomáhá snižovat množství odpadu, snižuje náklady na suroviny a podporuje oběhové hospodářství. Pro výrobce bionafty, kteří hledají účinnou technologii zpracování, nabízejí ultrazvukové reaktory na bionaftu od společnosti Hielscher výkonné řešení pro zintenzivnění procesů transesterifikace a esterifikace.

Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher jsou široce používány ke zlepšení konverze levných olejů a tuků na vysoce kvalitní bionaftu. Vytvářením intenzivního míchání na mikroskopické úrovni urychluje ultrazvuková kavitace chemické reakce, zlepšuje přenos hmoty mezi nemísitelnými fázemi a pomáhá výrobcům dosáhnout rychlé, spolehlivé a škálovatelné výroby bionafty.

UCOME – Bionafta z odpadních olejů

UCOME je zkratka pro metylester použitého kuchyňského oleje. Jedná se o bionaftu vyráběnou přeměnou odpadních kuchyňských olejů na metylestery mastných kyselin chemickou reakcí s metanolem. Protože UCO je recyklovaná surovina, je UCOME obzvláště atraktivní jak z ekonomického, tak z ekologického hlediska.
V porovnání s panenskými rostlinnými oleji nabízí UCO zřetelné cenové výhody, ale představuje také problémy při zpracování. Použitý kuchyňský olej často obsahuje:

• Volné mastné kyseliny (FFA)
• Voda
• Zbytky potravin a kontaminující látky
• Produkty oxidace
• Proměnlivé složení v závislosti na zdroji a historii používání

Díky těmto faktorům jsou účinnost procesu a výkonnost reaktoru obzvláště důležité. Právě zde mají ultrazvukové reaktory na bionaftu významné výhody.

 

 

Jak ultrazvukové reaktory na bionaftu zlepšují konverzi UCO na UCOME

Tradiční výroba bionafty se často spoléhá na mechanické míchání a teplo, které přivádí olej, alkohol a katalyzátor do kontaktu. Protože se olej a metanol špatně mísí, mohou konvenční reaktory trpět pomalou rychlostí reakce, neúplnou konverzí, vyšší spotřebou chemikálií a delší dobou zdržení.
Hielscherovy ultrazvukové reaktory využívají k vytváření kavitace v kapalině vysoce intenzivní ultrazvuk. Kavitace vytváří mikroskopické mísicí zóny s extrémně vysokými smykovými silami. Tím se metanol v olejové fázi rozpadá na velmi jemné kapičky a vzniká mnohem větší mezifázová plocha pro reakci.

Výsledkem je vysoce intenzifikovaný proces výroby bionafty s významnými přínosy:

• Rychlejší transesterifikace a esterifikace
• Zvýšená účinnost konverze
• Lepší využití metanolu a katalyzátoru
• Zkrácení reakční doby
• Možnost kontinuálního inline zpracování
• Snadné rozšíření z pilotní na průmyslovou výrobu

U surovin UCO se zvýšeným obsahem FFA je ultrazvuk obzvláště výhodný, protože zvyšuje účinnost esterifikace katalyzované kyselinou i transesterifikace katalyzované bází.

Od UCO k bionaftě: Přehled procesů

Přeměna použitého kuchyňského oleje na bionaftu obvykle zahrnuje několik fází procesu. Ultrazvukové reaktory Hielscher pro bionaftu lze integrovat do jednostupňových nebo dvoustupňových procesů v závislosti na kvalitě vstupních surovin.

Typický proces přeměny UCO na bionaftu zahrnuje:

• Sběr a skladování použitého kuchyňského oleje
• Filtrace k odstranění pevných částic a potravinových částic
• Sušení nebo odvodňování za účelem snížení obsahu vlhkosti
• Analýza FFA k určení požadované reakční cesty
• Esterifikace volných mastných kyselin při vysokém obsahu FFA
• Transesterifikace s metanolem za vzniku metylesterů
• Separace bionafty a glycerolu
• Praní nebo suché čištění bionafty
• Konečné leštění pro dosažení specifikací kvality paliva

Při vysokém obsahu FFA se často používá esterifikační předúprava, aby se volné mastné kyseliny převedly na estery před hlavním krokem transesterifikace. Ultrazvukové zpracování může urychlit obě fáze a zvýšit celkovou produktivitu zařízení. Přečtěte si více o dvoustupňové konverzi bionafty pomocí ultrazvuku!

Proč jsou ultrazvukové reaktory Hielscher vhodné pro UCOME Biodiesel

Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou určeny pro průmyslové zpracování kapalin a jsou zvláště účinné v aplikacích bionafty, kde míchání kapaliny s kapalinou řídí rychlost reakce. Namísto závislosti pouze na objemovém míchání vytváří ultrazvuk intenzivní lokalizovanou energii přesně tam, kde je potřeba.
To přináší výrobcům několik praktických výhod.

• Vynikající mísení oleje a metanolu
  Jedním z hlavních omezení při výrobě bionafty je špatná mísitelnost oleje a metanolu. Ultrazvukové reaktory Hielscher vytvářejí velmi jemnou emulzi, která výrazně zlepšuje kontakt mezi reaktanty. Lepší kontakt znamená rychlejší reakční kinetiku a vyšší konverzi.
• Vysoký výkon při použití obtížných surovin
  UCO není jednotná surovina. Obsah vody, obsah FFA a kontaminace se mohou v jednotlivých šaržích lišit. Reaktory Hielscher pomáhají tyto rozdíly kompenzovat zintenzivněním reakčního prostředí, díky čemuž je proces robustnější a přizpůsobivější.
• Kratší doba pobytu
  Protože ultrazvuk urychluje esterifikaci a transesterifikaci, mohou výrobci často dosáhnout cílové konverze za kratší dobu než u běžných míchacích systémů. To může snížit požadavky na objem reaktoru a zvýšit jeho výkonnost.
• Nepřetržitý inline provoz
  Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher jsou ideální pro kontinuální zpracování. Inline konfigurace reaktorů podporují stabilní výrobu s reprodukovatelnou kvalitou, což je velmi cenné pro komerční zařízení na výrobu bionafty.
• Přímočaré rozšiřování
  Hlavní výhodou technologie Hielscher je lineární rozšiřování. Parametry procesu stanovené v laboratorních nebo pilotních zkouškách lze předvídatelněji přenést do větších výrobních systémů. To snižuje riziko vývoje a zjednodušuje plánování rozšíření.
• Průmyslová spolehlivost
  Systémy Hielscher jsou určeny pro náročné průmyslové použití. Pro výrobce bionafty to znamená spolehlivý výkon reaktoru, reprodukovatelné výsledky a kompatibilitu s automatizovanými technologickými linkami.
• Výroba bionafty podle norem ASTM D6751 a EN 14214
  Komerční výrobci bionafty se často zaměřují na specifikace kvality paliva, jako jsou ASTM D6751 a EN 14214. Tyto normy definují kritické vlastnosti včetně obsahu esterů, viskozity, bodu vzplanutí, hodnoty kyselosti, obsahu vody, oxidační stability, limitů kontaminantů a obsahu glycerinu.

 
Přečtěte si, jak funguje bionafta vyrobená ultrazvukem ve spalovacích motorech!

Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher se používají v procesech výroby bionafty, které jsou navrženy tak, aby bylo dosaženo kvality paliva v souladu s normami ASTM D6751 a EN 14214. Ve své studii publikované v roce 2020 Bastante-Saez a jeho kolegové prokázali, že bionafta vyrobená z odpadních tuků z kebabu pomocí ultrazvukového reaktoru Hielscher poskytuje vysoké výtěžky metylesterů mastných kyselin (FAME). Výtěžky FAME byly vyšší (97,42 % hm. u kuřecího tuku a 96,98 % hm. u hovězího a jehněčího tuku) než minimální hranice stanovená evropským předpisem EN 14214 (tj. minimálně 96,5 % hm.).

 

 

Bionafta v malém měřítku pro farmy a uživatele mimo síť

V některých zemích nebo regionech jsou předpisy týkající se bionafty pro malé soukromé uživatele omezené nebo se neuplatňují. Zemědělci a majitelé zařízení mohou vyrábět menší množství bionafty z použitého kuchyňského oleje pro spotřebu na místě v traktorech, generátorech, topeních nebo jiných zemědělských zařízeních poháněných naftou.
V těchto případech je často cílem spíše praktická náhrada paliva než certifikovaný komerční prodej. Ultrazvukové reaktory na bionaftu mohou být atraktivní i pro takovou decentralizovanou výrobu, protože nabízejí:

• Rychlá reakční doba
• Efektivní konverze s kompaktním vybavením
• Dobrá použitelnost pro variabilní odpadní olejové suroviny
• Snížení závislosti na velkých míchacích nádržích
• Potenciál modulárních procesních sestav

Současně je důležité jasně uvést, že nespecifická bionafta nemusí být vhodná pro všechny motory, nemusí splňovat místní právní požadavky a může představovat problém při skladování, kompatibilitě materiálů, emisích nebo záruce motoru. Tam, kde existují normy pro bionaftu, by mělo být palivo před použitím v regulovaných aplikacích nebo silničních vozidlech testováno a vyráběno v souladu s nimi.

 

 

Ekonomické výhody ultrazvukové výroby bionafty z UCO

Náklady na suroviny jsou jednou z největších proměnných v ekonomice bionafty. Protože použitý kuchyňský olej je obecně levnější než rafinované rostlinné oleje, nabízí velký potenciál úspory nákladů. Tyto úspory však mohou být ztraceny, pokud je proces pomalý, chemicky neúčinný nebo se nedokáže vypořádat s proměnlivostí vstupních surovin.
Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher pomáhají chránit ziskovost zvýšením účinnosti reakce a produktivity zařízení. Potenciální ekonomické výhody zahrnují:

• Lepší využití levných surovin UCO
• Zvýšená propustnost
• Zkrácení reakční doby
• Nižší energetická náročnost míchání v porovnání s neefektivními scénáři míchání sypkých materiálů
• Zlepšená konzistence procesů
• Snadnější integrace do kontinuálních výrobních linek

Pro výrobce, kteří chtějí rozšířit výrobu bionafty z odpadních olejů, může být tato kombinace flexibility vstupních surovin a intenzifikace procesu velmi cenná.

Převod UCO na UCOME Bionafta efektivně s Hielscher ultrazvukové reaktory!

Přeměna použitého kuchyňského oleje na UCOME je chytrý způsob, jak vyrábět obnovitelné palivo z odpadu a zároveň zlepšit udržitelnost a snížit náklady na vstupní suroviny. Vzhledem k tomu, že zpracování UCO je často obtížnější než zpracování panenských olejů, hraje technologie reaktorů zásadní roli při dosahování efektivní a spolehlivé výroby bionafty.
Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher zintenzivňují reakci mezi olejem a metanolem prostřednictvím kavitačně řízeného míchání a přenosu hmoty. To umožňuje rychlejší esterifikaci a transesterifikaci, lepší manipulaci s proměnlivými vstupními surovinami UCO a škálovatelnou inline výrobu bionafty.
Pro komerční výrobce se ultrazvukové systémy Hielscher používají v procesech výroby bionafty, které jsou určeny k výrobě paliva splňujícího normy ASTM D6751 a EN 14214. Pro zemědělce a malé uživatele v zemích bez předpisů pro bionaftu mohou ultrazvukové reaktory také podporovat kompaktní výrobu menších množství bionafty pro použití v místních zařízeních, přičemž je třeba si uvědomit, že nespecifické palivo by se mělo používat opatrně a v souladu s místními požadavky a kompatibilitou s motorem.
Pokud je vaším cílem efektivní výroba UCO na UCOME, ultrazvukové reaktory Hielscher pro bionaftu nabízejí výkonnou a škálovatelnou technologickou platformu pro moderní zpracování bionafty.

Níže uvedená tabulka uvádí přibližnou kapacitu zpracování ultrazvukových reaktorů na bionaftu Hielscher:

Průtok	Moc
20 – 100 l / hod	1kW
80 – 400 l / hod	4x1kW
0.3 – 1,5 m³/hod	4x4kW
2 – 10 m³/hod	6x16kW
20 – 100 m³/hod	62x16kW

Proč je Hielscher pro výrobce bionafty silnou volbou?

Společnost Hielscher je uznávaná pro průmyslovou ultrazvukovou technologii určenou pro skutečné procesní aplikace. Při výrobě bionafty poskytují ultrazvukové reaktory Hielscher praktický způsob, jak zintenzivnit konverzi UCO, zlepšit míchání metanolu a oleje a podpořit účinnou výrobu bionafty z odpadních olejů a tuků.

Mezi hlavní důvody, proč si výrobci vybírají společnost Hielscher, patří:

• Osvědčené zkušenosti s ultrazvukem
• Konstrukce řadových reaktorů pro kontinuální zpracování bionafty
• Vhodnost pro esterifikaci a transesterifikaci
• Silná cesta k rozšíření z laboratoře do výroby
• Robustní zařízení pro průmyslové prostředí
• Efektivní zpracování náročných surovin, jako je použitý kuchyňský olej.

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

---

---

Literatura / Reference

• 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).

Nejčastější dotazy

Lze bionaftu použít pro zemědělskou techniku?

Ano. Zemědělská zařízení se vznětovými motory se vznětovým zapalováním mohou obecně používat směsi bionafty a mnozí výrobci schvalují směsi jako B5 nebo B20; vyšší směsi závisí na konkrétním motoru, materiálech palivového systému a pokynech OEM.

Jaké motory mohou používat bionaftu?

Bionafta je určena pro vznětové motory, zejména pro vznětové motory používané ve vozidlech, generátorech a zemědělských strojích. V praxi mohou v podstatě všechny vznětové motory pracovat s nízkými směsmi bionafty, zatímco použití vyšších směsí nebo čisté bionafty (B100) vyžaduje kompatibilitu motoru a schválení výrobce.

Co je americká norma ASTM D6751?

ASTM D6751 je americká specifikace pro směsné palivo pro bionaftu, B100, určené k mísení se středními destiláty. Definuje požadované vlastnosti paliva a zahrnuje třídy S15 a S500, které odpovídají maximálnímu obsahu síry 15 ppm a 500 ppm.

Co je bionafta UCOME?

UCOME znamená methylester použitého oleje z vaření. Jedná se o metylester bionafty mastných kyselin vyráběný přeměnou odpadního kuchyňského oleje na metylestery, obvykle pro použití jako náhrada motorové nafty nebo složka směsi.

Je UCOME vhodný jako směsná složka pro bio-námořní topný olej?

Ano. UCOME se již komerčně používá jako směsná složka ve složení lodních biopaliv, například ve směsích s topným olejem s velmi nízkým obsahem síry (VLSFO). Jeho vhodnost závisí na kvalitě paliva, stabilitě, kompatibilitě a souladu s příslušnými specifikacemi lodního paliva a požadavky na manipulaci.