Biodieselin tuotanto & Biodieselin muuntaminen
Kun valmistat biodieseliä, hidas reaktiokinetiikka ja huono massansiirto alentavat biodiesellaitoksen kapasiteettia sekä biodieselin tuottoa ja laatua. Hielscherin ultraäänireaktorit parantavat transesteröintikinetiikkaa merkittävästi. Siksi biodieselin käsittelyyn tarvitaan vähemmän ylimääräistä metanolia ja vähemmän katalyyttiä.
Biodieseliä tuotetaan yleisesti panosreaktoreissa käyttämällä lämpöä ja mekaanista sekoittamista energianlähteenä. Ultraäänikavitaatiosekoitus on tehokas vaihtoehto paremman sekoittamisen saavuttamiseksi kaupallisessa biodieselin käsittelyssä. Ultraäänikavitaatio tarjoaa tarvittavan aktivointienergian teollisen biodieselin transesteröintiin.
Ultraäänisekoitus parantaa biodieselin muuntokurssia, lisää saantoa ja säästää ylimääräistä metanolia ja katalyyttiä.
Ultraäänellä parannettu biodieselin transesteröinti
Biodieselin tuotantoon liittyy tyypillisesti kemiallinen reaktio, jota kutsutaan transesteröinniksi, jossa triglyseridi (kuten kasviöljy, eläinrasva, käytetyt ruokaöljyt) reagoi alkoholin (kuten metanolin) kanssa katalyytin läsnä ollessa biodieselin (rasvahappometyyliestereiden) ja glyserolin tuottamiseksi. Ultraäänireaktoreita voidaan käyttää transesteröintiprosessin parantamiseen useilla tavoilla, mikä johtaa useisiin etuihin:
- Parannettu miksaus: Ultraääniaallot voivat luoda kavitaatiokuplia, jotka romahtavat väkivaltaisesti aiheuttaen reaktioseoksen voimakasta sekoittumista ja sekoittumista. Tämä johtaa parempaan kosketukseen reagenssien ja katalyytin välillä, mikä johtaa nopeampaan ja täydellisempään transesteröintiin.
- Nopeutettu reaktiokinetiikka: Ultraääniaaltojen tuottamat korkean energian olosuhteet voivat aktivoida reaktion, lisätä reaktionopeutta ja vähentää reaktioaikaa, joka tarvitaan tietyn muunnostason saavuttamiseksi. Tämä voi johtaa suurempiin satoihin ja alhaisempiin kustannuksiin.
- Vähentynyt katalysaattorin käyttö: Ultraäänireaktorit voivat parantaa katalyytin käytön tehokkuutta tarjoamalla aktiivisempia paikkoja reaktiolle. Tämä tarkoittaa, että saman muuntamistason saavuttamiseksi tarvitaan vähemmän katalyyttiä, mikä vähentää kustannuksia ja ympäristövaikutuksia.
- Parempi tuotteiden laatu: Ultraäänireaktorit voivat tuottaa biodieseliä, jolla on alhaisempi vapaiden rasvahappojen pitoisuus, korkeampi puhtaus ja paremmat kylmävirtausominaisuudet. Tämä johtuu parantuneesta sekoittumisesta ja nopeammasta reaktiokinetiikasta, joka minimoi ei-toivottujen sivutuotteiden ja epäpuhtauksien muodostumisen.
Nämä ultraäänibiodieselin käsittelyn edut tekevät ultraäänireaktorin asennuksen käytöstä erittäin taloudellista, koska ultraäänireaktoreiden käyttö parantaa merkittävästi biodieselin transesteröinnin tehokkuutta, nopeutta ja laatua. Tämä tarkoittaa yhteenvetona sitä, että ultrasonication muuttaa transesteröinnin taloudellisesti ja ympäristön kannalta kestävämmäksi prosessiksi.
Perinteisen biodieselin sekoittamisen ongelmat: Tavanomainen esteröintireaktio eräkäsittelyssä on yleensä hidasta, ja glyseriinin faasierotus on aikaa vievää, kestää usein 5 tuntia tai enemmän.
Ultraäänireaktorit auttavat sinua nopeuttamaan biodieselprosessiasi ja samalla lisäämään biodieselin tuottoa ja laatua pienemmillä käsittelykustannuksilla!
Teollisuusluokan ultraäänilaite UIP2000hdT virtauskennolla FC2T500k biodieselin inline-esteröintiä ja transesteröintiä varten.
Ultraäänibiodieselin transesteröinnin edut
- Korkeammat biodieselin saannot paremman sekoituksen ansiosta
- Parempi biodieselin laatu
- Käytä raaka-aineena köyhintäkin öljyä
- Jatkuva inline-käsittely
- Vähemmän metanolia
- Vähemmän katalyyttiä
- Aikaa säästävä nopean muuntamisen ansiosta
- Energiansäästö
- yksinkertainen ja turvallinen käyttö
- Kestävyys ja vähäinen huoltotarve
- Korkea suorituskyky: 24/7 käyttö täydellä kuormituksella
"Olemme olleet erittäin tyytyväisiä Hielscherin laitteisiin ja palveluun, ja meillä on kaikki aikomukset sisällyttää Hielscherin ultraäänitekniikka kaikkiin tuleviin pyrkimyksiimme."
Todd Stephens, Tulsan biopolttoaineet
Ultrasonics biodieselin tuotantoon
Biodieseliä tuotetaan usein panosreaktoreissa. Ultraäänibiodieselin muuntaminen mahdollistaa jatkuvan inline-käsittelyn. Ultrasonication voi saavuttaa biodieselin saannon yli 99%. Ultraäänireaktorit vähentävät käsittelyaikaa tavanomaisesta 1–4 tunnin eräkäsittelystä alle 30 sekuntiin. Vielä tärkeämpää on, että ultrasonication vähentää erotusaikaa 5: stä 10 tuntiin (tavanomaisella sekoituksella) alle 60 minuuttiin. Ultrasonication auttaa myös vähentämään katalyytin määrää jopa 50% lisääntyneen kemiallisen aktiivisuuden vuoksi kavitaation läsnä ollessa. Ultrasonicationia käytettäessä myös tarvittavan ylimääräisen metanolin määrä vähenee. Toinen etu on glyseriinin puhtauden lisääntyminen.
Ultraäänibiodieselin tuotanto vaihe vaiheelta:
- kasviöljy tai eläinrasva sekoitetaan metanoliin (joka valmistaa metyyliestereitä) tai etanoliin (etyyliestereiden osalta) ja natrium- tai kaliummetoksidiin tai -hydroksidiin
- seos kuumennetaan esimerkiksi 45–65 °C:n lämpötilaan
- Lämmitettyä seosta sonikoidaan rivissä 5-15 sekunnin ajan
- glyseriini putoaa tai erotetaan sentrifugeilla
- muunnettu biodiesel pestään vedellä
Yleisimmin sonikaatio suoritetaan korotetussa paineessa (1 - 3bar, mittaripaine) käyttämällä syöttöpumppua ja säädettävää vastapaineventtiiliä virtauskennon vieressä.
Teollinen biodieselin muuntaminen ei tarvitse paljon ultraäänienergiaa. Todellinen energiantarve voidaan määrittää penkkitasolla käyttämällä esimerkiksi 1 kW: n ultraääniprosessoria, kuten UIP1000hdT. Kaikki tällaisten penkkikokeiden tulokset voidaan skaalata lineaarisesti ja ilman ongelmia. Tarvittaessa on saatavana ATEX-sertifioituja ultraäänilaitteita, kuten UIP1000-Exd.
Hielscher toimittaa teollisia ultraäänibiodieselin käsittelylaitteita maailmanlaajuisesti. Ultraääniprosessoreilla, joiden teho on enintään 16 kW yksittäistä laitetta kohti, biodiesellaitoksen kokoa tai käsittelykapasiteettia ei ole rajoitettu.
Ultraäänibiodieselin valmistuksen kustannukset
Ultrasonication on tehokas keino lisätä reaktionopeutta ja muuntokurssia kaupallisessa biodieselin tuotannossa. Ultraäänikäsittelykustannukset johtuvat pääasiassa ultraäänilaitteiden investoinneista, yleishyödyllisistä kustannuksista ja ylläpidosta. Hielscher-ultraäänilaitteiden erinomainen energiatehokkuus auttaa vähentämään käyttökustannuksia ja siten tekemään tästä prosessista entistä vihreämmän. Tuloksena olevat ultrasonication-kustannukset vaihtelevat välillä 0,1ct ja 1,0ct / litra (0,4ct - 1,9ct / gallona), kun niitä käytetään kaupallisessa mittakaavassa.
Lue lisää ultraäänibiodieselin tuotannon prosessitehokkuudesta ja taloudellisista eduista!
Ultraäänisekoitus vähentää biodieselin valmistuksen ominaisenergiankulutusta ylivoimaisesti paremmin hydrodynaamisessa magneettisekoituksessa ja korkean leikkauksen sekoittimissa.
Pienimuotoinen ultraäänibiodieselin asennus
Ultrasonicationia voidaan käyttää öljyn muuntamiseen biodieseliksi missä tahansa mittakaavassa. Alla olevassa kuvassa on pienimuotoinen asennus 60-70 litran (16-19 gallonan) käsittelyyn. Tämä on tyypillinen asetelma alustaville tutkimuksille ja prosessin demonstroinnille.
Ultraääniesteröinti ja transesteröinti voidaan suorittaa eränä tai jatkuvana inline-prosessina. Tämä kaavio näyttää ultraäänieräprosessin biodieselin muuntamiseksi.
3x 1kW ultraäänilaitteet mallista 1000hdT ultraäänivirtausreaktorilla, jossa on erittäin tehokas biodieselin muuntaminen.
- yksi ultraäänilaite (esim. UIP500hdT tai UIP1000hdT), jossa on tehostin, sonotrode ja virtaussolu
- tehomittari tehon ja energian mittaamiseen
- 80L käsittelysäiliö (muovi, esim. HDPE)
- lämmityselementti (1-2kW)
- 10L katalyytin esiseossäiliö (muovi, esim. HDPE)
- katalyytin esisekoitin (sekoitin)
- pumppu (sentrifugi, mono tai vaihde) noin 10-20L / min 1-3 barg: n nopeudella
- vastapaineventtiili paineen säätämiseksi virtauskennossa
- painemittari syöttöpaineen mittaamiseksi
Ultraäänireaktorit ylivoimaiseen biodieselin käsittelyyn
Hielscher Ultrasonics tarjoaa korkean suorituskyvyn ultraääniprosessoreita ja reaktoreita, jotka parantavat biodieselin tuotantoa suuremmilla biodieselin saannoilla, paremmalla biodieselin laadulla, lyhentämällä käsittelyaikaa ja alentamalla tuotantokustannuksia.
Pienet ja keskisuuret ultraäänireaktorit biodieselin transesteröintiin
Pienille ja keskisuurille biodieselin tuotannolle, joka on jopa 9 tonnia / h (2900 gal / h), Hielscher tarjoaa sinulle UIP500hdT (500 wattia), UIP1000hdT (1000 wattia), UIP1500hdT (1500 wattia) ja UIP2000hdT (2000 wattia) ultraääni-korkean leikkauksen sekoittimina, joissa on läpivirtausreaktorit luotettavaan ja tehokkaaseen biodieselin käsittelyyn. Nämä neljä ultraäänireaktoria ovat erittäin kompakteja, helppo integroida tai jälkiasentaa. Ne on rakennettu raskaaseen käyttöön ankarissa ympäristöissä. Alta löydät suositellut reaktoriasetukset eri tuotantonopeuksille.
|
tonnia/h
|
gal/h
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 wattia) |
0.25–0,5
|
80 ja 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 wattia) |
0.5–1.0
|
160–320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 wattia) |
0.75–1.5
|
240–480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 wattia) |
1,0–2,0
|
320–640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 wattia) |
2,0–4,0
|
640 ja 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 wattia) |
3,0–6,0
|
960 - 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 wattia) |
4,5–9,0
|
1440 - 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 wattia) |
6,0–12,0
|
1920–3840
|
Erittäin suuren suorituskyvyn teolliset biodieselreaktorit
Teollisen jalostuksen biodieselin tuotantolaitoksille Hielscher tarjoaa UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) ja UIP16000hdT (16kW) ultraäänihomogenisaattoreita! Nämä ultraääniprosessorit on suunniteltu suurten virtausnopeuksien jatkuvaan käsittelyyn. UIP4000hdT, UIP6000hdT ja UIP10000 voidaan integroida tavallisiin merirahtikontteihin. Vaihtoehtoisesti kaikki neljä prosessorimallia ovat saatavana ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa kaapeissa. Pystyasennus vaatii vain vähän tilaa. Alta löydät suositellut asetukset tyypillisille teollisille käsittelynopeuksille.
|
tonnia/h
|
gal/h
|
1x UIP6000hdT (6000 wattia) |
3,0–6,0
|
960 - 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 wattia) |
6,0–12,0
|
1920–3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 wattia) |
10,0–20,0
|
3200 ja 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 wattia) |
9,0–18,0
|
2880–5880
|
| 3x UIP10000 (10 000 wattia) |
15,0–30,0
|
4800 ja 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16 000 wattia) |
24,0–48,0
|
7680–15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0–80,0
|
12800 ja 25600
|
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Ultraäänilaite UIP16000hdT pystyy käsittelemään 32MMGY biodieseliä.
Pakkanen & Sullivanin vuoden teknologiainnovaatio
Hielscher Ultrasonics sai arvostetun Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year -palkinnon tunnustuksena yrityksen kehittämästä uudesta ultraäänitekniikasta biodieselin tuotantoon.
Napsauta tätä lukeaksesi lisää Frost- ja Sullivan-palkinnosta Hielscher Ultrasonics -biodieselreaktoreille!
transesteröinti – Biodieselin kemiallinen muuntaminen
Biodieselin valmistukseen kasviöljyistä (esim. soija, rapsi, jatropha, auringonkukansiemenet), levistä, eläinrasvoista sekä ruokaöljyjätteistä sisältyy rasvahappojen emäskatastroivoitu transesteröinti metanolilla tai etanolilla, jolloin saadaan vastaavia metyyliestereitä tai etyyliestereitä. Glyseriini on tämän reaktion väistämätön sivutuote.
Kasviöljyt eläinrasvoina ovat triglyseridejä, jotka koostuvat kolmesta glyseriinimolekyylin sitomasta rasvahappoketjusta. Triglyseridit ovat estereitä. Esterit ovat happoja, kuten rasvahappoja, yhdistettynä alkoholiin. Glyseriini (=glyseroli) on raskas alkoholi. Konversioprosessissa triglyseridiesterit muutetaan alkyyliestereiksi (= biodieseliksi) käyttämällä katalyyttiä (lipeää) ja alkoholireagenssia, esimerkiksi metanolia, josta saadaan metyyliestereitä biodieseliä. Metanoli korvaa glyseriinin. Tätä kemiallista muuntoprosessia kutsutaan transesteröinniksi.
Transesteröinnin jälkeen glyseriini, joka on raskaampi faasi, uppoaa pohjaan. Biodiesel, joka on kevyempi faasi, kelluu päällä ja voidaan erottaa esimerkiksi dekanttereilla tai sentrifugeilla.
Biodieselin valmistus
Kaliumhydroksidi (0,2 - 0,4 kg, katalyytti) liuotetaan noin 8,5 litraan metanolia katalyytin esisekoitussäiliössä. Tämä edellyttää katalyytin esiseoksen sekoittamista. Käsittelysäiliö täytetään 66 litran kasviöljyllä. Lämmityselementti lämmittää öljyä 45 - 65 ° C: seen.
Biodieselin muuntaminen
Kun katalyytti on täysin liuennut metanoliin, katalyytin esiseos sekoitetaan kuumennetun öljyn kanssa. Pumppu syöttää seoksen virtauskennoon. Vastapaineventtiilin avulla paine säädetään arvoon 1-3barg (15-45psig). Kierrätys ultraäänibiodieselreaktorin läpi tulisi suorittaa noin 20 minuutin ajan. Tänä aikana öljy muunnetaan biodieseliksi. Tämän jälkeen pumppu ja ultraääni sammutetaan. Glyseriini (raskaampi faasi) erottuu biodieselistä (kevyempi faasi). Erotus kestää noin 30-60 minuuttia. Kun erotus on valmis, glyseriini voidaan tyhjentää.
Biodieselin pesu
Koska muunnettu biodieseli sisältää epäpuhtauksia, pesu on tarpeen. Pesua varten biodieseliin sekoitetaan vettä. Ultrasonication voi hyödyttää biodieselin sekoittamista veteen. Tämä lisää aktiivista pinta-alaa pisarakoon pienentämisen seurauksena. Huomaa, että erittäin voimakas sonikaatio voi vähentää vesipisaroita kokoon, että muodostuu lähes stabiili emulsio, joka vaatii erityisiä keinoja (esim. sentrifugia) erottamiseksi.
Biodieselin tuotantolaitos
Alla oleva vuokaavio näyttää tyypillisen asennuksen öljyn, metanolin ja katalyytin in-line-sonikaatiolle biodieseliksi muuntamiseksi.
Ultraääniesteröinti ja transesteröinti voidaan suorittaa eränä tai jatkuvana inline-prosessina. Kaavio näyttää biodieselin (FAME) transesteröinnin ultraääni-inline-prosessin.
Jatkuva biodieselin käsittely ja erotus
Jatkuvassa biodieselin käsittelyssä ja jatkuvassa erottelussa lämmitetty öljy ja katalyytin esiseos sekoitetaan jatkuvasti keskenään säädettävillä pumpuilla. Staattinen inline-sekoitin parantaa ultraäänireaktorin syötön homogeenisuutta. Öljy / katalyyttiseos kulkee virtauskennon läpi, jossa se altistetaan ultraäänikavitaatiolle noin 5-30 sekunnin ajan. Vastapaineventtiiliä käytetään virtauskennon paineen säätämiseen. Sonikoitu seos tulee reaktoripylvääseen yläosassa. Reaktorikolonnin tilavuus on suunniteltu antamaan noin 1 tunnin retentioaika kolonnissa. Tänä aikana transesteröintireaktio on valmis. Reagoinut glyseriini/biodiesel-seos pumpataan sentrifugiin, jossa se erotetaan biodiesel- ja glyseriinifraktioihin. Jälkikäsittely sisältää metanolin talteenoton, pesun ja kuivauksen, ja sitä voidaan tehdä myös jatkuvasti.
Tämä kokoonpano eliminoi biodieselreaktorierät, perinteiset sekoittimet ja suuret erotinsäiliöt.
Biodieselin transesteröintireaktion nopeus
Alla olevat kaaviot esittävät tyypillisiä tuloksia rypsiöljyn (teollisuuslaatu) transesteröinnistä natriummetoksidilla (vasemmalla) ja kaliumhydroksidilla (oikealla). Molemmissa testeissä kontrollinäyte (sininen viiva) altistettiin voimakkaalle mekaaniselle sekoitukselle. Punainen viiva edustaa sonikoitua näytettä identtisestä formulaatiosta tilavuussuhteen, katalyytin pitoisuuden ja lämpötilan suhteen. Vaaka-akseli näyttää ajan sekoittamisen tai sonikoinnin jälkeen. Pystyakseli näyttää pohjaan laskeutuneen glyseriinin tilavuuden. Tämä on yksinkertainen tapa mitata reaktionopeutta. Molemmissa kaavioissa sonikoitu näyte (punainen) reagoi paljon nopeammin kuin kontrollinäyte (sininen).
Vertailu ultraääni (punainen kaavio) vs. tavanomainen sekoitus (sininen kaavio) biodieselin tuotannossa – käyttämällä katalysaattoreina natriummetoksidia (vasemmalla) ja kaliumhydroksidia (oikealla).
Linkit biodieselin toimituksiin
Klikkaa tästä saadaksesi linkkejä biodieselteollisuuden pumppujen ja säiliöiden toimittajiin.
Kemikaali- ja turvallisuustiedot
Lue alla olevat tiedot huolellisesti komplikaatioiden ja haitallisten terveysvaikutusten estämiseksi.
Biodieselin kemikaalit
Metanoli on myrkyllistä. Se voi aiheuttaa hermojen heikkenemistä pitkäaikaisen käytön seurauksena. Se voi adsorboitua myös ihoon. Jos sitä roiskuu silmiin, se voi aiheuttaa sokeutta ja metanoli voi olla kohtalokas nieltynä. Tästä syystä noudata tarvittavia varotoimia käsitellessäsi metanolia. On suositeltavaa käyttää hyvää hengityssuojainta, esiliinaa ja kumikäsineitä.
Kaliumhydroksidi (KOH) on myrkyllistä ja aiheuttaa ihon palovammoja kosketuksessa. Hyvä ilmanvaihto vaaditaan.
Varmista, että työtila on runsaasti ja perusteellisesti tuuletettu, jotta höyryt pääsevät poistumaan. Höyrypatruunan hengityssuojaimet eivät ole tehokkaita metanolihöyryjä vastaan. Syöttöilmajärjestelmä (SCBA — Itsenäinen hengityslaite) antaa paremman suojan metanolihöyryjä vastaan.
Biodiesel ja kumiosat
100-prosenttisen biodieselin käyttäminen pidempään voi aiheuttaa komplikaatioita moottorin kostutetuille kumiosille (pumppu, letkut, O-renkaat). Korvaaminen teräsosilla tai raskaalla kumilla voi poistaa tämän ongelman. Vaihtoehtoisesti voit sekoittaa biodieseliin noin 25% perinteistä (fossiilista) dieseliä komplikaatioiden estämiseksi.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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 valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoreita laboratorio jotta Teollisuuden koko.