Biodiisli tootmine & biodiisli muundamine
Kui valmistate biodiislit, vähendavad aeglane reaktsioonikineetika ja halb massiülekanne teie biodiislitehase võimsust ning biodiisli saagikust ja kvaliteeti. Hielscheri ultraheli reaktorid parandavad oluliselt ümberesterdamise kineetikat. Seetõttu on biodiisli töötlemiseks vaja väiksemat liigset metanooli ja vähem katalüsaatorit.
Biodiislit toodetakse tavaliselt partiireaktorites, kasutades energia sisendina soojust ja mehaanilist segamist. Ultraheli kavitatsiooniline segamine on tõhus alternatiiv parema segamise saavutamiseks biodiisli kaubanduslikul töötlemisel. Ultraheli kavitatsioon annab vajaliku aktiveerimisenergia tööstusliku biodiisli ümberesterdamiseks.
Ultraheli segamine parandab biodiisli konversioonimäära, suurendab saagikust ja säästab liigset metanooli ja katalüsaatorit.
Biodiisli ultraheli täiustatud ümberesterdamine
Biodiisli tootmine hõlmab tavaliselt keemilist reaktsiooni, mida nimetatakse ümberesterdamiseks, mille käigus triglütseriid (näiteks taimeõli, loomne rasv, kasutatud toiduõlid) reageerib alkoholiga (näiteks metanooliga) katalüsaatori juuresolekul, et toota biodiislit (rasvhapete metüülestrid) ja glütserooli. Ultraheli reaktoreid saab kasutada ümberesterdamisprotsessi tõhustamiseks mitmel viisil, mis toob kaasa mitmeid eeliseid:
- Parem segamine: Ultraheli lained võivad tekitada kavitatsioonimulle, mis varisevad vägivaldselt kokku, põhjustades reaktsioonisegu intensiivset segamist ja segamist. See toob kaasa parema kontakti reagentide ja katalüsaatori vahel, mille tulemuseks on kiirem ja täielikum ümberesterdamine.
- Kiirendatud reaktsioonikineetika: Ultraheli lainete tekitatud kõrge energiaga tingimused võivad reaktsiooni aktiveerida, suurendades reaktsioonikiirust ja vähendades reaktsiooniaega, mis on vajalik teatud konversioonitaseme saavutamiseks. Selle tulemuseks võib olla suurem saagikus ja madalamad kulud.
- Vähendatud katalüsaatori kasutamine: Ultraheli reaktorid võivad parandada katalüsaatori kasutamise tõhusust, pakkudes reaktsiooni jaoks aktiivsemaid kohti. See tähendab, et sama muundamise taseme saavutamiseks on vaja vähem katalüsaatorit, vähendades kulusid ja keskkonnamõju.
- Parem toote kvaliteet: Ultraheli reaktorid võivad toota biodiislikütust, millel on madalam vabade rasvhapete sisaldus, kõrgem puhtus ja paremad külma voolu omadused. Selle põhjuseks on parem segamine ja kiirem reaktsioonikineetika, mis minimeerib soovimatute kõrvalsaaduste ja lisandite teket.
Need ultraheli biodiisli töötlemise eelised muudavad ultrahelireaktori seadistuse kasutamise väga ökonoomseks, kuna ultraheli reaktorite kasutamine parandab oluliselt biodiisli ümberesterdamise tõhusust, kiirust ja kvaliteeti. Kokkuvõttes tähendab see, et ultraheliuuring muudab ümberesterdamise majanduslikult ja keskkonnaalaselt jätkusuutlikumaks protsessiks.
Tavapärase biodiisli segamise probleemid: Tavapärane esterdamisreaktsioon partii töötlemisel kipub olema aeglane ja glütseriini faaside eraldamine on aeganõudev, võttes sageli aega 5 tundi või rohkem.
Ultraheli reaktorid aitavad teil kiirendada biodiisli protsessi ja samal ajal suurendada oma biodiisli saagikust ja kvaliteeti madalamate töötlemiskuludega!
Tööstuslik ultrasonikaator UIP2000hdT vooluelemendiga FC2T500k inline biodiisli esterdamiseks ja ümberesterdamiseks.
Ultraheli biodiisli ümberesterdamise eelised
- Suurem biodiisli saagis tänu paremale segamisele
- Biodiisli parem kvaliteet
- Kasutage lähteainena isegi kõige vaesemat õli
- Pidev tekstisisene töötlemine
- Vähem metanooli
- Vähem katalüsaatorit
- Aja kokkuhoid tänu kiirele teisendamisele
- Energiasääst
- lihtne ja ohutu kasutamine
- Vastupidavus ja madal hooldus
- Suur jõudlus: 24/7 töö täiskoormusel
"Oleme Hielscheri varustuse ja teenusega väga rahul ning meil on kõik kavatsused lisada Hielscheri ultrahelitehnoloogia kõigisse meie tulevastesse püüdlustesse."
Todd Stephens, Tulsa biokütused
Ultraheli biodiisli tootmiseks
Biodiislit toodetakse sageli partiireaktorites. Ultraheli biodiisli muundamine võimaldab pidevat tekstisisest töötlemist. Ultraheli abil on võimalik saavutada biodiisli saagis, mis ületab 99%. Ultraheli reaktorid vähendavad töötlemisaega tavapärasest 1 kuni 4 tunni pikkusest partii töötlemisest vähem kui 30 sekundini. Veelgi olulisem on see, et ultraheliuuring vähendab eraldusaega 5 kuni 10 tundi (kasutades tavapärast agitatsiooni) vähem kui 60 minutini. Ultraheliuuring aitab ka vähendada katalüsaatori kogust, mida on vaja kuni 50% tänu suurenenud keemilisele aktiivsusele kavitatsiooni juuresolekul. Ultraheli kasutamisel väheneb ka vajaliku liigse metanooli kogus. Teine eelis on sellest tulenev glütseriini puhtuse suurenemine.
Ultraheli biodiisli tootmine samm-sammult:
- taimeõli või loomne rasv segatakse metanooliga (millest saadakse metüülestrid) või etanooliga (etüülestrite puhul) ja naatrium- või kaaliummetoksiidi või -hüdroksiidiga
- segu kuumutatakse, nt temperatuurini 45-65 °C
- kuumutatud segu töödeldakse ultraheliga 5 kuni 15 sekundit
- glütseriin langeb välja või eraldatakse tsentrifuugide abil
- muundatud biodiislit pestakse veega
Kõige sagedamini viiakse ultrahelitöötlus läbi kõrgendatud rõhul (1 kuni 3bar, mõõturi rõhk), kasutades etteandepumpa ja reguleeritavat vasturõhuklappi vooluelemendi kõrval.
Tööstuslik biodiisli muundamine ei vaja palju ultraheli energiat. Tegelikku energiavajadust saab määrata pinktop skaalal, kasutades näiteks 1kW ultraheli protsessorit, näiteks UIP1000hdT. Kõiki selliste pink-top katsete tulemusi saab skaleerida lineaarselt ja ilma probleemideta. Vajadusel on saadaval ATEX-sertifitseeritud ultraheli seadmed, näiteks UIP1000-Exd.
Hielscher tarnib tööstuslikke ultraheli biodiisli töötlemise seadmeid kogu maailmas. Ultraheli protsessoritega, mille võimsus on kuni 16kW ühe seadme kohta, ei ole biodiislitehase suurusel ega töötlemisvõimsusel piiranguid.
Ultraheli biodiisli tootmise kulud
Ultraheli on tõhus vahend reaktsioonikiiruse ja konversioonimäära suurendamiseks biodiislikütuse kaubanduslikus tootmises. Ultraheli töötlemise kulud tulenevad peamiselt investeeringutest ultraheli seadmetesse, kommunaalkuludesse ja hooldusse. Hielscheri ultrasonikaatorite silmapaistev energiatõhusus aitab vähendada kommunaalkulusid ja muuta see protsess veelgi rohelisemaks. Sellest tulenevad ultraheliuuringu kulud varieeruvad vahemikus 0.1ct kuni 1.0ct liitri kohta (0.4ct kuni 1.9ct / gallon), kui neid kasutatakse kaubanduslikul tasandil.
Lisateavet ultraheli biodiisli tootmise protsessi tõhususe ja majanduslike eeliste kohta!
Ultraheli segamine vähendab biodiisli tootmise spetsiifilist energiatarbimist, ületades kaugelt hüdrodünaamilise magnetilise segamise ja suure nihkega segistid.
Väikesemahuline ultraheli biodiisli seadistamine
Ultraheli saab kasutada õli muundamiseks biodiislikütuseks mis tahes skaalal. Alloleval pildil on väikesemahuline seadistus 60-70L (16 kuni 19 gallonit) töötlemiseks. See on tüüpiline seadistus esialgsete uuringute ja protsessi tutvustamiseks.
Ultraheli esterdamist ja ümberesterdamist saab käivitada partii või pideva tekstisisese protsessina. See diagramm näitab ultraheli partii protsessi biodiisli muundamiseks.
3x 1kW ultrasonikaatorid mudelist 1000hdT koos ultraheli läbivoolureaktoriga koos väga tõhusa biodiisli muundamisega.
- üks ultrasonikaator (nt UIP500hdT või UIP1000hdT) koos võimenduse, sonotrode ja voolurakuga
- võimsusmõõtur võimsuse ja energia mõõtmiseks
- 80L töötlemispaak (plastik, nt HDPE)
- küttekeha (1 kuni 2kW)
- 10L katalüsaatori eelsegu paak (plastik, nt HDPE)
- katalüsaatori eelsegu (segaja)
- pump (tsentrifuug, mono või käik) umbes 10 kuni 20 L / min 1 kuni 3 baari juures
- vasturõhuklapp rõhu reguleerimiseks voolukambris
- manomeeter etteanderõhu mõõtmiseks
Ultraheli reaktorid suurepärase biodiisli töötlemiseks
Hielscher Ultrasonics pakub suure jõudlusega ultraheli protsessoreid ja reaktoreid, mis parandavad teie biodiisli tootmist suurema biodiisli saagise, parema biodiisli kvaliteedi, vähendatud töötlemisaja ja madalamate tootmiskuludega.
Väikesed ja keskmise suurusega ultraheli reaktorid biodiisli ümberesterdamiseks
Väikese ja keskmise suurusega biodiisli tootmiseks kuni 9ton / h (2900 gal/h) pakub Hielscher teile UIP500hdT (500 vatti), UIP1000hdT (1000 vatti), UIP1500hdT (1500 vatti) ja UIP2000hdT (2000 vatti) ultraheli suure nihkega segistitena, millel on läbivoolureaktorid usaldusväärseks ja tõhusaks biodiisli töötlemiseks. Need neli ultraheli reaktorit on väga kompaktsed, kergesti integreeritavad või retro-sobivad. Need on ehitatud raskeveokite käitamiseks karmides keskkondades. Allpool leiate soovitatavad reaktori seadistused erinevate tootmismäärade jaoks.
|
tonn / hr
|
Gal/HR
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 vatti) |
0.25 kuni 0,5
|
80 kuni 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 vatti) |
0.5 kuni 1.0
|
160 kuni 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 vatti) |
0.75 kuni 1,5
|
240 kuni 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 vatti) |
1,0 kuni 2,0
|
320 kuni 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 vatti) |
2,0 kuni 4,0
|
640 kuni 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 vatti) |
3,0 kuni 6,0
|
960 kuni 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 vatti) |
4,5 kuni 9,0
|
1440 kuni 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 vatti) |
6.0 kuni 12.0
|
1920 kuni 3840
|
Väga suure läbilaskevõimega tööstuslikud biodiisli reaktorid
Tööstusliku töötlemise biodiisli tootmisettevõtetele pakub Hielscher UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) ja UIP16000hdT (16kW) ultraheli homogenisaatoreid! Need ultraheli protsessorid on mõeldud suure voolukiiruse pidevaks töötlemiseks. UIP4000hdT, UIP6000hdT ja UIP10000 saab integreerida standardsetesse mereveokonteineritesse. Teise võimalusena on kõik neli protsessorimudelit saadaval roostevabast terasest kappides. Püstine paigaldus nõuab minimaalset ruumi. Allpool leiate soovitatavad seadistused tüüpiliste tööstusliku töötlemise määrade jaoks.
|
tonn / hr
|
Gal/HR
|
1x UIP6000hdT (6000 vatti) |
3,0 kuni 6,0
|
960 kuni 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 vatti) |
6.0 kuni 12.0
|
1920 kuni 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 vatti) |
10.0 kuni 20.0
|
3200 kuni 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 vatti) |
9.0 kuni 18.0
|
2880 kuni 5880
|
| 3x UIP10000 (10 000 vatti) |
15.0 kuni 30.0
|
4800 kuni 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16 000 vatti) |
24,0 kuni 48,0
|
7680 kuni 15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 kuni 80,0
|
12800 kuni 25600
|
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Ultrasonikaator UIP16000hdT on võimeline töötlema 32MMGY biodiislikütust.
Hall & Sullivani aasta tehnoloogiainnovatsioon
Hielscher Ultrasonics sai prestiižse Frosti ja Sullivani aasta tehnoloogiainnovatsiooni auhinna, tunnustades ettevõtte uudse ultraheli tehnoloogia arendamist bio-diislikütuse tootmiseks.
Klõpsake siin, et lugeda rohkem Frosti ja Sullivani auhinna kohta Hielscher Ultrasonics biodiisli reaktoritele!
ümberesterdamine – Biodiisli keemiline muundamine
Biodiisli tootmine taimeõlidest (nt soja, raps, jatropha, päevalilleseemned), vetikatest, loomsetest rasvadest ja toiduõlijäätmetest hõlmab rasvhapete baasikatalüüsitud ümberesterdamist metanooli või etanooliga, et saada vastavad metüülestrid või etüülestrid. Glütseriin on selle reaktsiooni vältimatu kõrvalprodukt.
Taimeõlid kui loomsed rasvad on triglütseriidid, mis koosnevad kolmest rasvhapete ahelast, mis on seotud glütseriinimolekuliga. Triglütseriidid on estrid. Estrid on happed, nagu rasvhapped, koos alkoholiga. Glütseriin (= glütserool) on raske alkohol. Muundamisprotsessis muudetakse triglütseriidide estrid alküülestriteks (= biodiislikütus), kasutades katalüsaatorit (leelist) ja alkoholireaktiivi, nt metanooli, mis annab metüülestrite biodiislikütuse. Metanool asendab glütseriini. Seda keemilise muundamise protsessi nimetatakse ümberesterdamiseks.
Pärast ümberesterdamist vajub glütseriin, mis on raskem faas, põhja. Biodiisel, mis on kergem faas, hõljub peal ja seda saab eraldada näiteks dekanterite või tsentrifuugidega.
Biodiisli ettevalmistamine
Kaaliumhüdroksiid (0,2 kuni 0,4 kg, katalüsaator) lahustatakse umbes 8,5L metanooliks katalüsaatori eelsegu paagis. See nõuab katalüsaatori eelsegu segamist. Töötlemispaak täidetakse 66L taimeõliga. Õli kuumutatakse küttekeha abil temperatuurini 45 kuni 65 ° C.
biodiisli muundamine
Kui katalüsaator on metanoolis täielikult lahustunud, segatakse katalüsaatori eelsegu kuumutatud õliga. Pump toidab segu voolukambrisse. Vasturõhuklapi abil reguleeritakse rõhk 1 kuni 3 bargini (15 kuni 45 pikslit). Retsirkulatsioon läbi ultraheli biodiisli reaktori peaks toimuma umbes 20 minutit. Selle aja jooksul muudetakse õli biodiislikütuseks. Pärast seda lülitatakse pump ja ultraheli välja. Glütseriin (raskem faas) eraldub biodiislikütusest (kergem faas). Eraldamine võtab aega umbes 30–60 minutit. Kui eraldamine on lõppenud, saab glütseriini tühjendada.
Biodiisli pesemine
Kuna muundatud biodiisel sisaldab lisandeid, on vajalik pesemine. Pesemiseks segatakse biodiislisse vett. Ultraheli võib soodustada biodiisli segamist veega. See suurendab tilkade suuruse vähenemise tulemusena aktiivset pinda. Arvestage, et väga intensiivne ultrahelitöötlus võib vähendada veepiiskade suurust, et moodustub peaaegu stabiilne emulsioon, mis nõuab spetsiaalsete vahendite (nt tsentrifuugi) eraldamist.
Biodiisli tootmisettevõte
Alltoodud vooskeem näitab tüüpilist seadistust õli, metanooli ja katalüsaatori in-line ultrahelitöötluseks biodiislikütuseks muundamiseks.
Ultraheli esterdamist ja ümberesterdamist saab käivitada partii või pideva tekstisisese protsessina. Diagramm näitab biodiisli (FAME) ümberesterdamise ultraheli inline protsessi.
Pidev biodiisli töötlemine ja eraldamine
Pideva biodiisli töötlemise ja pideva eraldamise seadistuses segatakse kuumutatud õli ja katalüsaatori eelsegu pidevalt reguleeritavate pumpade abil. Inline staatiline segisti parandab sööda homogeensust ultraheli reaktorile. Õli / katalüsaatori segu läbib vooluelemendi, kus see puutub kokku ultraheli kavitatsiooniga umbes 5 kuni 30 sekundit. Voolukambri rõhu reguleerimiseks kasutatakse vasturõhuklappi. Ultraheliga töödeldud segu siseneb reaktorikolonni ülaosas. Reaktorikolonni maht on kavandatud nii, et kolonnis oleks umbes 1 tund retentsiooniaega. Selle aja jooksul on ümberesterdamisreaktsioon lõpule viidud. Reageerinud glütseriini / biodiisli segu pumbatakse tsentrifuugi, kus see eraldatakse biodiisli ja glütseriini fraktsioonidesse. Järeltöötlus hõlmab metanooli taaskasutamist, pesemist ja kuivatamist ning seda saab teha ka pidevalt.
See seadistus kõrvaldab biodiisli reaktoripartiid, tavalised segistid ja suured separaatorpaagid.
Biodiisli ümberesterdamise reaktsiooni kiirus
Alltoodud diagrammid näitavad rapsiseemneõli (tööstusliku kvaliteediga) ümberesterdamise tüüpilisi tulemusi naatriummetoksiidi (vasakul) ja kaaliumhüdroksiidiga (paremal). Mõlema katse puhul puutus kontrollproov (sinine joon) kokku intensiivse mehaanilise segamisega. Punane joon kujutab endast identse preparaadi ultraheliga töödeldud proovi mahu suhte, katalüsaatori kontsentratsiooni ja temperatuuri suhtes. Horisontaaltelg näitab aega pärast segamist või ultrahelitöötlust. Vertikaaltelg näitab põhjas settinud glütseriini mahtu. See on lihtne vahend reaktsioonikiiruse mõõtmiseks. Mõlemal diagrammil reageerib ultraheliga töödeldud proov (punane) palju kiiremini kui kontrollproov (sinine).
Ultraheli (punane graafik) ja tavapärase segamise (sinine graafik) võrdlus biodiisli tootmiseks – kasutamine koos naatriummetoksiidiga (vasakul) ja kaaliumhüdroksiidiga (paremal) katalüsaatoritena.
Biodiislikütuse tarnete lingid
Biodiislitööstuse pumpade ja paakide tarnijate linkide vaatamiseks klõpsake siin.
Keemiline ja ohutusalane teave
Palun lugege allolevat teavet hoolikalt, et vältida tüsistusi ja kahjulikke tervisemõjusid.
Biodiisli kemikaalid
Metanool on mürgine. See võib pikaajalise kasutamise tagajärjel põhjustada närvide halvenemist. Seda võib adsorbeerida ka nahk. Silma sattudes võib see põhjustada pimedaksjäämist ja metanool võib allaneelamisel lõppeda surmaga. Sel põhjusel võtke metanooli käsitsemisel vajalikud ettevaatusabinõud. Soovitatav on kasutada head respiraatorit, põlle ja kummikindaid.
Kaaliumhüdroksiid (KOH) on mürgine ja põhjustab kokkupuutel nahapõletust. Vajalik on hea ventilatsioon.
Veenduge, et tööruum oleks heldelt ja põhjalikult ventileeritud, et aurud pääseksid välja. Aurukasseti respiraatorid ei ole metanooli aurude vastu tõhusad. Sissepuhkeõhusüsteem (SCBA) — Iseseisev hingamisaparaat) tagab parema kaitse metanooliaurude eest.
Biodiisel ja kummist osad
Pikemat aega 100% biodiisliga töötamine võib põhjustada komplikatsioone mootori niisutatud kummiosadele (pump, voolikud, O-rõngad). Asendamine terasosade või raskeveokite kummiga võib selle probleemi kõrvaldada. Teise võimalusena võite komplikatsioonide vältimiseks segada oma biodiislisse umbes 25% tavalist (fossiilset) diislikütust.
Kirjandus / Viited
- 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.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.