Biodízelgyártás kiváló folyamat- és költséghatékonysággal

Az ultrahangos keverés a kiváló technológia a rendkívül hatékony és költséghatékony biodízel előállításához. Az ultrahangos kavitáció drasztikusan javítja a tömeges átadást, ezáltal csökkentve a termelési költségeket és a feldolgozás időtartamát. Ugyanakkor rossz minőségű olajok és zsírok (pl. hulladékolajok) is felhasználhatók, és javul a biodízel minősége. A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű, robusztus ultrahangos keverőreaktorokat szállít bármilyen termelési mérethez. Olvasson tovább, hogyan előnyös lesz a biodízel-termelés az ultrahangos kezelésből!

Biodízel termelési előnyök ultrahanggal

Biodízel (zsírsav-metil-észter, abrev. FAME) lipid nyersanyag (trigliceridek, pl. növényi olaj, használt sütőolajok, állati zsírok, algaolaj) és alkohol (metanol, etanol) katalizátor (pl. kálium-hidroxid KOH) alkalmazásával történő átészterezési reakciójának eredménye.
A probléma: A hagyományos keveréssel történő hagyományos biodízel-átalakítás során az olaj és az alkohol átészterezési reakciójában részt vevő mindkét reagens nem elegyedő jellege gyenge tömegátadási sebességhez vezet, ami nem hatékony biodízel-előállítást eredményez. Ezt a hatásfokatlanságot hosszú reakcióidők, magasabb metanol-olaj moláris arányok, magas katalizátorigény, magas folyamathőmérséklet és magas keverési sebesség jellemzi. Ezek a tényezők jelentős költségtényezők, amelyek a hagyományos biodízelgyártást költségessé teszik.
A megoldás: Az ultrahangos keverés rendkívül hatékony, gyors és olcsó módon emulgeálja a reagenseket, így javítható az olaj-metanol arány, csökkenthető a katalizátor követelményei, csökken a reakcióidő és a reakcióhőmérséklet. Ezáltal erőforrásokat (azaz vegyi anyagokat és energiát), valamint időt takarít meg, csökkennek a feldolgozási költségek, miközben jelentősen javul a biodízel minősége és a termelés jövedelmezősége. Ezek a tények az ultrahangos keverést a hatékony biodízelgyártás előnyben részesített technológiájában fordítják.
A kutatás és az ipari biodízelgyártók megerősítik, hogy az ultrahangos keverés rendkívül költséghatékony módja a biodízel előállításának, még akkor is, ha rossz minőségű olajokat és zsírokat használnak alapanyagként. Az ultrahangos folyamat intenzívebbé tétele jelentősen javítja az átalakítási sebességet, csökkentve a felesleges metanol és katalizátor használatát, lehetővé téve az ASTM D6751 és az EN 14212 előírásoknak megfelelő biodízel előállítását. (vö. Abdullah et al., 2015)

A trigliceridek biodízelbe (FAME) történő átészterezése szonikálással gyorsított reakciót és jelentősen nagyobb hatékonyságot eredményez.

Az ultrahangos keverés számos előnye a biodízelgyártásban

Az ultrahangos keverőreaktorok könnyen integrálhatók bármely új létesítménybe, valamint utólag beépíthetők a meglévő biodízel üzemekbe. A Hielscher ultrahangos keverő integrálása minden biodízel létesítményt nagy teljesítményű gyártóüzemgé alakít. Az egyszerű telepítés, a robusztusság és a felhasználóbarát jelleg (nincs szükség speciális üzemeltetési képzésre) lehetővé teszi, hogy bármely létesítményt rendkívül hatékony biodízelüzemmé alakítsanak át. Az alábbiakban bemutatjuk Önnek a független harmadik felek által dokumentált előnyök tudományosan bizonyított eredményeit. A számok bizonyítják az ultrahangos biodízel keverés fölényét bármely hagyományos keverési technikával szemben.

A folyamatábra a biodízel gyártási lépéseit mutatja, beleértve az ultrahangos keverést a jobb folyamathatékonyság érdekében.

Hatékonyság és költségek összehasonlítása: Ultrahangos vs mechanikus keverés

Gholami et al. (2021) összehasonlító tanulmányukban bemutatják az ultrahangos átészterezés előnyeit a mechanikus keveréssel szemben (azaz pengekeverő, járókerék, nagy nyírókeverő).
Beruházási költségek: Az ultrahangos processzor és a reaktor UIP16000 192–384 t biodízel / d előállítására képes, mindössze 1,2 m x 0,6 m lábnyommal. Összehasonlításképpen, a mechanikus keveréshez (MS) sokkal nagyobb reaktorra van szükség a mechanikai strirrng folyamat hosszú reakcióideje miatt, ami jelentősen megnöveli a reaktor költségeit. (vö. Gholami et al., 2020)
Feldolgozási költségek: Az ultrahangos biodízelgyártás feldolgozási költségei 7.7% -kal alacsonyabbak, mint a keverési folyamaté, főként az ultrahangos folyamat alacsonyabb teljes beruházása miatt. A vegyi anyagok (katalizátor, metanol / alkohol) költsége a harmadik legnagyobb költségtényező mindkét folyamatban, szonikálásban és mechanikus keverésben. Az ultrahangos biodízel átalakításához azonban a vegyi anyagok költségei lényegesen alacsonyabbak, mint a mechanikus keverésnél. A vegyi anyagok költséghányada a biodízel végső költségének kb. 5%-át teszi ki. A metanol, a nátrium-hidroxid és a foszforsav alacsonyabb fogyasztása miatt az ultrahangos biodízel folyamatban lévő vegyi anyagok költsége 2,2% -kal alacsonyabb, mint a mechanikus keverési folyamaté.
Energiaköltségek: Az ultrahangos keverőreaktor által fogyasztott energia körülbelül háromszor alacsonyabb, mint a mechanikus keverő. Az energiafogyasztás jelentős csökkenése az intenzív mikrokeverés és a csökkent reakcióidő eredménye, amely számtalan üreg termeléséből és összeomlásából ered, amelyek az akusztikus / ultrahangos kavitáció jelenségét jellemzik (Gholami et al., 2018). Ezenkívül a hagyományos keverőhöz képest az ultrahangos keverési folyamat során a metanol visszanyerésének és a biodízel tisztítási szakaszainak energiafogyasztása 26,5% -kal, illetve 1,3% -kal csökken. Ez a csökkenés annak köszönhető, hogy az ultrahangos átészterezési folyamatban a két desztillációs oszlopba belépő kisebb mennyiségű metanol van.
Hulladékkezelési költségek: Az ultrahangos kavitációs technológia jelentősen csökkenti a hulladék ártalmatlanításának költségeit is. Ez a költség az ultrahangos folyamatban nagyjából egyötöde a keverési folyamatnak, ami a hulladéktermelés jelentős csökkenéséből ered a magasabb reaktorátalakítás és az alacsonyabb mennyiségű fogyasztott alkohol miatt.
Tudjon meg többet az olajok ultrahangos biodízel átalakításáról az elhasznált kávézaccból!
Környezetbarát: A nagyon magas általános hatékonyság, a csökkentett vegyszerfogyasztás, az alacsonyabb energiaigény és a kevesebb hulladék miatt az ultrahangos biodízelgyártás lényegesen környezetbarátabb, mint a hagyományos biodízel gyártási folyamatok.

Következtetés – Az ultrahang javítja a biodízel termelés hatékonyságát

A tudományos értékelés az ultrahangos keverés egyértelmű előnyeit mutatja a biodízel előállításához használt hagyományos mechanikus keveréssel szemben. Az ultrahangos biodízel-feldolgozás előnyei közé tartozik a teljes tőkebefektetés, a teljes termékköltség, a nettó jelenérték és a belső megtérülési ráta. Az ultrahangos kavitációs folyamatba történő teljes befektetés összege körülbelül 20,8% -kal alacsonyabb volt, mint a többi. Az ultrahangos reaktorok használata 5,2% -kal csökkentette a termék költségeit – szűz repceolaj használatával. Mivel az ultrahangos kezelés lehetővé teszi a kiégett olajok (pl. Használt sütőolajok) feldolgozását is, a termelési költségek jelentősen tovább csökkenthetők. Gholami et al. (2021) arra a következtetésre jut, hogy a pozitív nettó jelenérték miatt az ultrahangos kavitációs folyamat a jobb választás a keverési technológiához a biodízelgyártáshoz.
Műszaki szempontból az ultrahangos kavitáció legfontosabb hatásai átfogják a jelentős folyamathatékonyságot és a reakcióidő csökkenését. Számos vákuumbuborék kialakulása és összeomlása – akusztikus / ultrahangos kavitáció néven ismert – Csökkentse a reakcióidőt a kevert tartályos reaktorban néhány óráról néhány másodpercre az ultrahangos kavitációs reaktorban. Ez a rövid tartózkodási idő lehetővé teszi a biodízel előállítását egy kis helyigényű, átfolyó reaktorban. Az ultrahangos kavitációs reaktor jótékony hatással van az energia- és anyagszükségletre is, csökkentve az energiafogyasztást a kevert tartályos reaktor által fogyasztott energiafogyasztás közel egyharmadára, valamint a metanol és a katalizátor fogyasztására 25% -kal.
Gazdasági szempontból az ultrahangos kavitációs folyamat teljes beruházása alacsonyabb, mint a mechanikus keverési folyamaté, főként a reaktor költségének közel 50% és 11.6% -os csökkenése miatt, illetve a metanol-desztillációs oszlop költsége. Az ultrahangos kavitációs folyamat csökkenti a biodízel előállítási költségeit a repceolaj-fogyasztás 4% -os csökkenése, az alacsonyabb teljes beruházás, az 2.2% -kal alacsonyabb vegyi anyagfogyasztás és az 23.8% -kal alacsonyabb közüzemi követelmények miatt. A mechanikusan kevert folyamattól eltérően az ultrahangos feldolgozás elfogadható befektetés pozitív nettó jelenértéke, rövidebb megtérülési ideje és magasabb belső megtérülési rátája miatt. Az ultrahangos kavitációs folyamathoz kapcsolódó műszaki-gazdasági előnyök mellett környezetbarátabb, mint a mechanikus keverési folyamat. Az ultrahangos kavitáció 80% -kal csökkenti a hulladékáramokat a reaktor nagyobb átalakulása és a csökkentett alkoholfogyasztás miatt ebben a folyamatban. (vö. Gholami et al., 2021)

Használja az Ön által választott katalizátort

A biodízel ultrahangos átészterezési folyamata hatékonynak bizonyult mind lúgos, mind bázikus katalizátorok alkalmazásával. Például Shinde és Kaliaguine (2019) összehasonlította az ultrahangos és mechnikus pengekeverés hatékonyságát különböző katalizátorokkal, nevezetesen nátrium-hidroxiddal (NaOH), kálium-hidroxiddal (KOH), (CH₃ONa), tetrametil-ammónium-hidroxid és négy guanidin (propil-2,3-diciklohexil-guanidin (PCHG), 1,3-diciklohexil-2 n-oktil-guanidin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil-guanidin (TMG), 1,3-difenil-guanidin (DPG)). Ultrahangos keverés (35 ° -on), amint azt a biodízel előállításához mutatja, kiváló mechanikai keverés (65 ° -on) magasabb hozamokkal és konverziós sebességgel. Az ultrahang mezőben a tömegátadás hatékonysága növelte az átészterezési reakció sebességét a mechanikus keveréshez képest. A szonikálás felülmúlta a mechanikus keverést az összes tesztelt katalizátor esetében. Az átészterezési reakció ultrahangos kavitációval történő futtatása energiahatékony és iparilag életképes alternatíva a biodízel előállításához. A széles körben használt KOH és NaOH katalizátorok mellett mindkét guanidin katalizátor, a propil-2,3 diciklohexil-guanidin (PCHG) és az 1,3-diciklohexil-2 n-oktilguanidin (DCOG) egyaránt érdekes adalékként szolgál a biodízel átalakításához.
Mootabadi et al. (2010) ultrahanggal segített biodízel szintézist vizsgált pálmaolajból különböző alkáli fém-oxid katalizátorok, például CaO, BaO és SrO alkalmazásával. A katalizátor aktivitását az ultrahanggal segített biodízel szintézisben összehasonlítottuk a hagyományos mágneses keverési eljárással, és azt találtuk, hogy az ultrahangos eljárás 95,2% -os hozamot mutatott BaO használatával 60 perc reakcióidőn belül, ami egyébként 3–4 órát vesz igénybe a hagyományos keverési folyamatban. Az ultrahanggal segített átészterezéshez optimális körülmények között 60 percre volt szükség a 95% -os hozam eléréséhez, szemben a hagyományos keveréssel 2–4 órával. Ezenkívül az ultrahanggal 60 perc alatt elért hozamok 5,5% -ról 77,3% -ra nőttek CaO katalizátorként, 48,2% -ról 95,2% -ra SrO katalizátorként és 67,3% -ról 95,2-re BaO katalizátorként.

Biodízel előállítása különböző guanidinok (3% mol) katalizátorként történő felhasználásával. A) Mechanikus keverőreaktor: (metil-alkohol:repceolaj) 4:1, hőmérséklet 65 °C; B) Szakaszos ultrahangreaktor: ultrahangos UP200St, (metanol:repceolaj) 4:1, 60% amerikai amplitúdó, hőmérséklet 35ºC. Az ultrahang által vezérelt keverés messze felülmúlja a mechanikus keverést.
(Tanulmány és grafikonok: Shinde és Kaliaguine, 2019)

Nagy teljesítményű ultrahangos reaktorok a kiváló biodízel-feldolgozáshoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos processzorokat és reaktorokat kínál a jobb biodízel-termeléshez, ami magasabb hozamot, jobb minőséget, csökkentett feldolgozási időt és alacsonyabb termelési költségeket eredményez.

Kis és közepes méretű biodízelreaktorok

A kis és közepes méretű biodízel előállításához, akár 9 tonna / óra (2900 gal / óra), a Hielscher a UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt)és UIP2000hdT (2000 watt) ultrahangos nagy nyíróerejű keverő modellek. Ez a négy ultrahangos reaktor nagyon kompakt, könnyen integrálható vagy utólag szerelhető. Zord környezetben való nagy igénybevételre tervezték őket. Az alábbiakban megtalálja az ajánlott reaktorbeállításokat a különböző termelési arányokhoz.

Nagyon nagy áteresztőképességű ipari biodízelreaktorok

Az ipari feldolgozó biodízel-előállító üzemek számára a Hielscher a következőket kínálja: UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) és UIP16000hdT (16kW) ultrahangos homogenizátorok! Ezeket az ultrahangos processzorokat nagy áramlási sebesség folyamatos feldolgozására tervezték. Az UIP4000hdT, UIP6000hdT és UIP10000 integrálható a szabványos tengeri teherszállító konténerekbe. Alternatív megoldásként mind a négy processzormodell rozsdamentes acél szekrényekben is kapható. A függőleges telepítés minimális helyet igényel. Az alábbiakban megtalálja a tipikus ipari feldolgozási sebességekhez ajánlott beállításokat.