Biodieselin tuotanto & Biodieselin muuntaminen
Kun valmistat biodieseliä, hidas reaktiokinetiikka ja huono massansiirto alentavat biodiesellaitoksesi kapasiteettia sekä biodieselin satoa ja laatua. Hielscherin ultraäänireaktorit parantavat transesteröintikinetiikkaa merkittävästi. Siksi biodieselin käsittelyyn tarvitaan vähemmän ylimääräistä metanolia ja vähemmän katalyyttiä.
Biodieseliä tuotetaan yleisesti eräreaktoreissa käyttäen lämpöä ja mekaanista sekoitusta energiansyöttönä. Ultraäänikavitaatiosekoitus on tehokas vaihtoehto paremman sekoittamisen saavuttamiseksi kaupallisessa biodieselin käsittelyssä. Ultraäänikavitaatio tarjoaa tarvittavan aktivointienergian teolliselle biodieselin transesteröinnille.
Biodieselin ultraäänellä parannettu 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 (rasvahappojen metyyliesterit) ja glyserolin tuottamiseksi. Ultraäänireaktoreita voidaan käyttää transesteröintiprosessin parantamiseen useilla tavoilla, mikä johtaa useisiin etuihin:
- Parannettu sekoitus: Ultraääniaallot voivat luoda kavitaatiokuplia, jotka romahtavat voimakkaasti aiheuttaen reaktioseoksen voimakasta sekoittumista ja levottomuutta. Tämä johtaa parempaan kosketukseen reagenssien ja katalyytin välillä, mikä johtaa nopeampaan ja täydellisempään transesteröitymiseen.
- Nopeutetun reaktion kinetiikka: Ultraääniaaltojen tuottamat korkean energian olosuhteet voivat aktivoida reaktion, lisätä reaktionopeutta ja vähentää tietyn muunnostason saavuttamiseen tarvittavaa reaktioaikaa. Tämä voi johtaa korkeampiin satoihin ja alhaisempiin kustannuksiin.
- Vähentynyt katalyytin käyttö: Ultraäänireaktorit voivat parantaa katalyytin käytön tehokkuutta tarjoamalla aktiivisempia paikkoja reaktiolle. Tämä tarkoittaa, että tarvitaan vähemmän katalyyttiä saman muuntamistason saavuttamiseksi, 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, jotka minimoivat 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.
Ultraäänisekoitus parantaa biodieselin muuntonopeutta, lisää saantoa ja säästää ylimääräistä metanolia ja katalyyttiä.
Tavanomaisen biodieselin sekoittamisen ongelmat: Tavanomainen esteröintireaktio eräkäsittelyssä on yleensä hidas, ja glyseriinin faasien erottaminen on aikaa vievää, usein kestää 5 tuntia tai enemmän.
Ultraäänireaktorit auttavat sinua nopeuttamaan biodieselprosessiasi ja samalla lisäämään biodieselin tuottoa ja laatua alhaisemmilla käsittelykustannuksilla!
Teollisuusluokan ultraäänilaite UIP2000hdT virtauskennolla FC2T500k biodieselin inline-esterfikaatiota ja transesteröintiä varten.
Ultraäänibiodieselin transesteröinnin edut
- Korkeammat biodieselin saannot parannetun sekoituksen ansiosta
- Parempi biodieselin laatu
- Käytä raaka-aineena jopa köyhintä öljyä
- Jatkuva inline-käsittely
- Vähemmän metanolia
- Vähemmän katalyyttiä
- Aikaa säästävä nopean muuntamisen ansiosta
- energiansäästö
- yksinkertainen ja turvallinen toiminta
- Kestävyys ja vähäinen kunnossapito
- Korkea suorituskyky: 24/7 toiminta täydellä kuormituksella
"Olemme olleet erittäin tyytyväisiä Hielscherin laitteisiin ja palveluihin, ja meillä on jokainen aikomus sisällyttää Hielscherin ultraääni-tekniikka kaikkiin tuleviin pyrkimyksiimme."
Todd Stephens, Tulsa Biopolttoaineet
Ultraääni biodieselin tuotantoa
Biodieseliä tuotetaan usein eräreaktoreissa. Ultraäänibiodieselin muuntaminen mahdollistaa jatkuvan inline-käsittelyn. Ultrasonication voi saavuttaa biodieselin tuoton, joka on yli 99%. Ultraäänireaktorit lyhentävät käsittelyaikaa tavanomaisesta 1 - 4 tunnin eräkäsittelystä alle 30 sekuntiin. Vielä tärkeämpää on, että ultrasonication vähentää erotusaikaa 5 - 10 tuntia (käyttäen tavanomaista levottomuutta) alle 60 minuuttiin. Ultrasonication auttaa myös vähentämään katalyytin määrää, jota tarvitaan jopa 50% johtuen lisääntyneestä kemiallisesta aktiivisuudesta kavitaatiossa. Ultrasonicationia käytettäessä myös tarvittavan ylimääräisen metanolin määrä vähenee. Toinen etu on tuloksena oleva glyseriinin puhtauden lisääntyminen.
Ultraääni biodieselin tuotanto askel askeleelta:
- kasviöljyä tai eläinrasvaa sekoitetaan metanolin (joka saa metyyliestereitä) tai etanolin (etyyliestereiden) ja natrium- tai kaliummetoksidin tai hydroksidin
- seosta kuumennetaan, esimerkiksi lämpötiloihin 45 - 65 ° C
- lämmitettyä seosta sonikoidaan inline 5-15 sekunnin ajan
- glyseriini laskee tai erotetaan sentrifugien avulla
- muunnettu biodieseli pestään vedellä
Yleisimmin sonikaatio suoritetaan korotetussa paineessa (1 - 3 bar, mittaripaine) syöttöpumpulla ja säädettävällä vastapaineventtiilillä virtauskennon vieressä.
Teollisuuden biodieselin muuntaminen ei tarvitse paljon ultraäänienergiaa. Todellinen energiantarve voidaan määrittää pöytätasolla käyttämällä esimerkiksi 1 kW: n ultraääniprosessoria, kuten UIP1000hdT. Kaikki tällaisten penkki-top-kokeiden tulokset voidaan skaalata lineaarisesti ja ilman ongelmia. Tarvittaessa saatavilla on ATEX-sertifioituja ultraäänilaitteita, kuten UIP1000-Exd.
Hielscher toimittaa teollisia ultraäänibiodieselin käsittelylaitteita maailmanlaajuisesti. Ultraääniprosessoreilla, joiden teho on enintään 16 kW yhtä laitetta kohti, biodieselin laitoksen kokoa tai käsittelykapasiteettia ei ole rajoitettu.
Ultraäänipuhdistustuotannon kustannukset
Ultrasonication on tehokas keino lisätä reaktionopeutta ja muuntokurssia kaupallisessa biodieselin tuotannossa. Ultraäänikäsittelykustannukset johtuvat pääasiassa ultraäänilaitteiden investoinneista, käyttökustannuksista ja ylläpidosta. Hielscherin ultraäänilaitteiden erinomainen energiatehokkuus auttaa vähentämään käyttökustannuksia ja tekemään tästä prosessista vieläkin 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 spesifistä energiankulutusta inbiodiesel valmistaa ylivoimaisesti enemmän kuin hydrodynaaminen magneettisekoitus ja korkea leikkaus sekoittimet.
Pienimuotoinen ultraäänibiodieselin asennus
Ultrasonicationia voidaan käyttää öljyn muuntamiseen biodieseliksi missä tahansa mittakaavassa. Alla olevassa kuvassa on pienimuotoinen asetus 60-70 litran (16-19 gallonan) käsittelyyn. Tämä on tyypillinen asetus alustaville tutkimuksille ja prosessin esittelylle.
Ultraääniesterifikaatio ja transesterointi voidaan suorittaa eränä tai jatkuvana inline-prosessina. Tämä kaavio näyttää biodieselin muuntamisen ultraäänieräprosessin.
3x 1kW ultrasonicators malli 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 (1-2 kw)
- 10 litran katalyytin esisekoitussäiliö (muovi, esim. HDPE)
- katalyytin esiseostaja (sekoittaja)
- pumppu (sentrifugointi, mono tai vaihde) n. 10 - 20 l / min 1 - 3 barg: ssa
- vastapaineventtiili virtauksen säätämisen paineen säätämiseksi
- painemittari syöttöpainon mittaamiseksi
Ultraäänireaktorit ylivoimaiseen biodieselin käsittelyyn
Hielscher Ultrasonics tarjoaa korkean suorituskyvyn ultraääniprosessoreita ja reaktoreita, jotka parantavat biodieselin tuotantoa korkeammalla biodieselin saannolla, paremmalla biodieselin laadulla, lyhyemmällä käsittelyajalla ja alhaisemmilla tuotantokustannuksilla.
Pienet ja keskisuuret ultraäänireaktorit biodieselin transesteröintiin
Pienille ja keskisuurille biodieselin tuotannolle, joiden teho 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-leikkaussekoittimina, joissa on läpivirtausreaktorit luotettavaan ja tehokkaaseen biodieselin käsittelyyn. Nämä neljä ultraäänireaktoria ovat erittäin kompakteja, helppoja integroida tai jälkiasennettavia. Ne on rakennettu raskaaseen käyttöön ankarissa ympäristöissä. Alta löydät suositellut reaktoriasetukset erilaisille tuotantonopeuksille.
|
tonni / h
|
gal / h
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 wattia) |
0.25 - 0,5
|
80 - 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
|
640–1280
|
| 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 suuritehoiset 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 saatavilla ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa kaapeissa. Pystyasennus vaatii vain vähän tilaa. Alta löydät suositellut asetukset tyypillisille teollisille käsittelynopeuksille.
|
tonni / 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 - 6400
|
3X UIP6000hdT (6000 wattia) |
9.0–18.0
|
2880—5880
|
| 3X UIP10000 (10 000 wattia) |
15,0 - 30,0
|
4800 - 9600
|
| 3X UIP16000hdT (16 000 wattia) |
24,0 - 48,0
|
7680 - 15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 - 80,0
|
12800 - 25600
|
Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!
Ultraäänilaite UIP16000hdT pystyy käsittelemään 32MMGY-biodieseliä.
halla & Sullivanin teknologiavuoden innovaatio
Hielscher Ultrasonics sai arvostetun Frost- ja Sullivan-teknologiainnovaatiopalkinnon tunnustuksena siitä, että yritys on kehittänyt uutta ultraäänitekniikkaa biodieselin tuotantoon.
Klikkaa tästä lukeaksesi lisää Frost- ja Sullivan-palkinnosta Hielscher Ultrasonics -biodieselreaktoreille!
transesteröinti – Biodieselin kemiallinen muuntaminen
Biodieselin valmistukseen kasviöljyistä (esim. soija, rapsi, jatropha, auringonkukansiemenet), levistä, eläinrasvoista sekä jäteruokaöljyistä tarkoitetaan rasvahappojen emäskatalysoitua transesteröintiä metanolilla tai etanolilla vastaavien metyyliestereiden tai etyyliestereiden saamiseksi. 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. Muuntoprosessissa triglyseridiesterit muutetaan alkyyliestereiksi (= biodieseliksi) käyttäen katalyyttiä (lipeää) ja alkoholireagenssia, esimerkiksi metanolia, josta saadaan metyyliestereitä biodieseliä. Metanoli korvaa glyseriinin. Tätä kemiallista muunnosprosessia kutsutaan transesteröinniksi.
Transesteröinnin jälkeen glyseriini, joka on raskaampi vaihe, uppoaa pohjaan. Biodiesel, joka on kevyempi vaihe, kelluu päällä ja voidaan erottaa esimerkiksi dekanttereilla tai sentrifugeilla.
Biodieselin valmistus
Kaliumhydroksidia (0,2-0,4 kg, katalyytti) liuotetaan n. 8.5 litraa metanolia katalyytin esisekoitussäiliössä. Tämä edellyttää katalyytti-esiseoksen sekoittamista. Jalostussäiliö täytetään 66 litran kasviöljyllä. Kuumennuselementti lämmittää öljyä 45-65 ° C: seen.
Biodieselin muuntaminen
Kun katalyytti liuotetaan täydellisesti metanoliin, katalysaattori-esiseosta sekoitetaan kuumennetun öljyn kanssa. Pumppu syöttää seoksen virtaussoluun. Takaisinpaineventtiilin avulla paine säädetään 1: stä 3: een (15 - 45 sekuntia). Ultraäänisen biodieselin reaktorin läpi tapahtuva kierrätys olisi suoritettava n. 20 minuuttia. Tänä aikana öljy muuttuu biodieseliksi. Tämän jälkeen pumppu ja ultraääni kytkeytyvät pois päältä. Glyseriini (raskaampi faasi) erotetaan biodieselistä (kevyempi vaihe). Erotus kestää noin. 30-60 minuuttia. Kun erottaminen on päättynyt, glyseriini voidaan tyhjentää.
Biodieselin pesu
Koska muunnettu biodiesel sisältää epäpuhtauksia, pesu on tarpeen. Pesua varten vesi sekoitetaan biodieseliin. Ultrasonication voi hyödyttää biodieselin sekoittamista veteen. Tämä lisää aktiivista pinta-alaa pisarakoon pienenemisen seurauksena. Ota huomioon, että erittäin voimakas sonikaatio voi pienentää vesipisaroita kokoon, että muodostuu lähes stabiili emulsio, joka vaatii erityisiä keinoja (esim. sentrifugi) erottamiseksi.
Biodieselin tuotantolaitos
Alla olevassa vuokaaviossa esitetään tyypillinen asetus öljyn, metanolin ja katalyytin in-line-sonikaatiolle biodieseliksi muuntamiseksi.
Ultraääniesterifikaatio ja transesterointi voidaan suorittaa eränä tai jatkuvana inline-prosessina. Kaavio näyttää biodieselin (FAME) transesterfoinnin ultraääni-inline-prosessin.
Jatkuva biodieselin käsittely ja erottaminen
Jatkuvassa biodieselin käsittelyssä ja jatkuvassa erottamisessa lämmitetty öljy ja katalysaattorin esiseos sekoitetaan jatkuvasti keskenään säädettävillä pumpuilla. Inline-staattinen sekoitin parantaa syötteen homogeenisuutta ultraäänireaktoriin. Öljy / katalyyttiseos kulkee virtaussolun läpi, jossa se altistetaan ultraäänikavitaatiolle noin 5-30 sekunnin ajan. Vastapaineventtiiliä käytetään virtauskennon paineen säätämiseen. Sonikoitu seos tulee yläosassa olevaan reaktoripylvääseen. Reaktoripylvään tilavuus on suunniteltu antamaan noin 1 tunti retentioaikaa kolonnissa. Tänä aikana transesteröintireaktio on valmis. Reagoinut glyseriini/biodiesel-seos pumpataan sentrifugiin, jossa se erotetaan biodiesel- ja glyseriinifraktioiksi. Jälkikäsittelyyn kuuluu metanolin talteenotto, pesu ja kuivaus, ja sitä voidaan myös tehdä jatkuvasti.
Tämä asetus eliminoi biodieselreaktorierät, tavanomaiset sekoittimet ja suuret erotinsäiliöt.
Biodieselin transesteröintireaktion nopeus
Alla olevissa kaavioissa esitetään tyypillisiä tuloksia rypsiöljyn (teollisuuslaatu) transesteröinnistä natriummetoksidilla (vasemmalla) ja kaliumhydroksidilla (oikealla). Molemmissa testeissä kontrollinäyte (sininen viiva) altistettiin voimakkaalle mekaaniselle sekoitukselle. Punainen viiva edustaa identtisen formulaation sonikoitua näytettä tilavuussuhteen, katalyyttipitoisuuden ja lämpötilan suhteen. Vaaka-akseli näyttää ajan sekoittamisen tai sonikoinnin jälkeen. Pystyakseli näyttää glyseriinin tilavuuden, joka asettui pohjaan. Tämä on yksinkertainen keino mitata reaktionopeutta. Molemmissa kaavioissa sonikoitu näyte (punainen) reagoi paljon nopeammin kuin kontrollinäyte (sininen).
Ultraääni (punainen kaavio) ja tavanomainen sekoitus (sininen kaavio) biodieselin tuotantoon – käyttäen katalyytteinä natriummetoksidia (vasemmalla) ja kaliumhydroksidia (oikealla).
Biodieselin tarvikkeiden linkit
Klikkaa tästä linkkejä toimittajille pumppuja ja säiliöitä biodieselin teollisuudelle.
Kemikaali- ja turvallisuustiedot
Lue alla olevat tiedot huolellisesti komplikaatioiden ja haitallisten terveysvaikutusten estämiseksi.
biodiesel Kemikaalit
Metanoli on myrkyllistä. Se voi aiheuttaa pitkäaikaisen käytön seurauksena hermojen heikkenemistä. Ihon voi adsorboitua myös. Jos silmissä roiskunut se voi aiheuttaa sokeuden ja metanoli voi olla hengenvaarallinen nieltynä. Tästä syystä tee tarvittavat varotoimet metanolia käsiteltäessä. On suositeltavaa käyttää hyvä hengityssuojainta, esiliinaa ja kumikäsineitä.
Kaliumhydroksidi (KOH) on myrkyllistä ja aiheuttaa ihon palamisen yhteydenoton jälkeen. Hyvä ilmanvaihto on tarpeen.
Varmista, että työtila on avokätisesti ja perusteellisesti tuuletettu, jotta höyryjä pääsee poistumaan. Höyrypatruunaverhot eivät ole tehokkaita metanolin höyryjä vastaan. Toimitettu ilma-järjestelmä (SCBA — Self-Contained Hengityslaite) antaa paremman suojan metanolihöyryjä vastaan.
Biodieselin ja kumisten osat
Jatkuva 100-prosenttinen biodieseli pidemmäksi ajaksi voi aiheuttaa komplikaatioita moottorin kostutetuille kumista (pumppu, letkut, O-renkaat). Korjaus teräsosilla tai raskaalla kumilla voi poistaa tämän ongelman. Vaihtoehtoisesti voit sekoittaa n. 25% perinteistä (fossiilista) dieseliä biodieseliin komplikaatioiden estämiseksi.
Kirjallisuus / Referenssit
- 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 korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.