超音波でバイオディーゼル製造プロセスの効率を向上

Hielscher の超音波混合リアクターは、バイオディーゼル製造プロセスを改善します。超音波処理により、より短時間でエステル交換反応の転化収率を高めることができます。超音波混合は生産能力を高め、メタノールと触媒の使用量を削減します。

効率的なバイオディーゼル製造

今日、バイオディーゼルの製造は、単に再生可能な燃料を作るだけではありません。バイオディーゼル製造業者は、原料の品質変動にかかわらず、特性が安定した高品質のバイオディーゼルを製造しなければなりません。「現在の状況では、最も低コストで製造できる業者だけが、利益を確保して燃料を製造できます。」（First Capitol Risk ManagementのBill Babler）。
Hielscher の超音波混合技術は、バイオディーゼル工場の新設時にも既存工場の改良時にも、最高のバイオディーゼル製造効率を提供します。Hielscher の超音波装置は、世界各地の導入施設で試験され、バイオディーゼルの収率向上と操業コストの削減が実証されています。これらの施設には、年間1百万ガロンを製造する小規模事業者から、年間45百万ガロンを製造する産業用バイオディーゼル工場まで含まれます。

この解説動画では、超音波バイオディーゼル反応器がバイオディーゼル製造を大幅に改善する科学的な仕組みをご紹介します。Hielscherの超音波バイオディーゼル反応器は、バイオディーゼル製造工程を改善する強力な装置として広く採用されています。この動画では、その動作原理を詳しく解説し、あらゆる生産規模に対応するさまざまな超音波装置構成をご紹介します。バイオディーゼル製造の効率と費用対効果を高め、迅速な変換によって高品質なバイオディーゼルを高収率で製造できます。同時に、超音波バイオディーゼル反応器は、廃植物油や使用済み調理用油脂などの低品質な油も利用でき、メタノールや触媒の使用量削減にも役立つため、環境に配慮した持続可能なバイオディーゼル製造に貢献します。

バイオディーゼルの反応速度特性を改善して利益を向上

油、メタノール（またはエタノール）、触媒からバイオディーゼルを製造する工程は、エステル交換反応と呼ばれる単純な化学プロセスです。しかし、このプロセスの反応速度特性には問題があります。トリグリセリドを脂肪酸メチルエステル（FAME）とグリセリンに転化する従来のエステル交換反応は遅く、完全には進行しません。転化プロセスでは、すべての脂肪酸鎖がアルキルエステル（バイオディーゼル）に変わるわけではありません。そのため、バイオディーゼルの収率と品質が大幅に低下します！

混合の改善でバイオディーゼルの収率を向上

従来の機械式撹拌システムを使用すると、転化に長い時間がかかり、バイオディーゼルの収率も低くなります。
油とメタノールは互いに混ざり合いません。バイオディーゼルの化学反応を起こすには、油中メタノール型エマルションを形成する必要があります。そのためには、従来の機械式ミキサーや撹拌機ではなく、超音波乳化装置が必要です。超音波キャビテーションによる混合は、大流量で微細なエマルションを形成する最も先進的な手段です。メタノールの液滴が小さくなると、より良質なバイオディーゼルが得られ、反応速度が上がり、必要な過剰メタノールの量も減ります。

メタノールの液滴径は、バイオディーゼルの収率および転化速度と直接関係しています。そのため、Hielscher の超音波リアクターは、バイオディーゼル業界で最も生産性の高い技術となっています。超音波混合リアクターは、高品質のバイオディーゼルをより多く、より速く製造します。
下の図は、分離したグリセリンの体積百分率を示しています。Hielscher の超音波リアクターで二秒間超音波処理すると、より多くのグリセリンがより速く得られます。グリセリンを一分子生成するごとに、バイオディーゼルが三分子生成されます。これにより、プロセスの処理能力とバイオディーゼルの製造収率が向上します。

バイオディーゼル収率のグラフ

導入と既存設備への追加によるコスト削減

バイオディーゼルのプロセスラインに Hielscher の超音波リアクターを導入すると、操業コストも削減できます。Hielscher の超音波リアクターは、小規模なバイオディーゼルのバッチシステムにも、大規模な連続式バイオディーゼル工場にも設置できます。最適な設置構成の検討や、既存のバイオディーゼル製造プロセスへの超音波リアクターの追加を、喜んでお手伝いします。

バイオディーゼル製造プロセスで過剰メタノールを削減

過剰メタノールは、バイオディーゼルの転化プロセス中には反応しません。化学反応の速度を高めるために、過剰量のメタノールを添加します。この過剰メタノールは、バイオディーゼルの反応プロセス後に回収しなければなりません。メタノールの回収には多量の熱と真空が必要なため、非常に高いコストがかかります。したがって、過剰メタノールはすべて処理コストの増加につながります。多くのバイオディーゼル工場では、過剰メタノールの回収システムが、プロセスの中で最もコストの高い工程となっています。

Hielscher の超音波リアクターを使用すると、必要な過剰メタノールを最大50%削減できます。Hielscher の超音波混合を使用する場合、ほとんどの原料では、1:4または1:4.5（油 : メタノール）の化学量論比で十分です。

低品質の原料から良質なバイオディーゼルを製造

多くの中小規模のバイオディーゼル製造業者は、動物性脂肪、使用済み食用油、廃植物油など、より低品質の原料に切り替えることでコストを削減しています。超音波によるプロセス強化は、どの原料でも転化結果を改善します。これにより、遊離脂肪酸（FFA）含有量の高い油や、粘度の高い脂肪または油脂から、ASTM 6751またはEN 14212に適合するバイオディーゼルを製造しやすくなります。

バイオディーゼル製造時の触媒使用量を削減

触媒の材料費は、バイオディーゼル製造コストのごくわずかな割合を占めるにすぎません。過剰メタノールの場合と同様に、実際のコストは回収とグリセリンの品質低下によって生じます。バイオディーゼル製造プロセスにおける超音波混合は、油中のメタノールの乳化を改善し、より小さなメタノール液滴をより多く生成します。その結果、液滴径分布が改善され、触媒をより効率的に使用できます。さらに、超音波キャビテーションは化学反応における物質移動を改善します。そのため、せん断ミキサーや撹拌機と比較して、触媒を最大50%削減できます。

「Hielscher によって、私たちのバイオディーゼル製造方法がこれほど変わったことに驚いています。プロセスの連続性が高まっただけでなく、触媒と時間の面で数千単位の節約ができています。より連続的な製造方法を検討している方には、この装置を強くお勧めします。」Marcel Steinberg、EECOfuels

より高品質のグリセリンを製造

グリセリンはバイオディーゼル製造の副産物です。転化率が高まり、過剰メタノールの使用量が減ると、化学的な転化が大幅に速くなり、グリセリンがより明確に、より速く分離します。上述の理由により、グリセリンに含まれる触媒とモノグリセリドの量が減ります。これにより、グリセリンの精製コストが削減されます。

電力と加熱の使用量を削減

バイオディーゼルは環境に配慮した燃料です。環境に配慮した燃料であるためには、バイオディーゼルの原料の栽培、収穫、加工に必要なエネルギーが、バイオディーゼルに含まれるエネルギーよりも少なくなければなりません。Hielscher の超音波混合を導入すると、バイオディーゼル製造に必要な総エネルギーが減少します。Hielscher の超音波装置は、電力を液中での超音波混合に変換する際に、卓越したエネルギー効率を発揮します。1000ガロンのバイオディーゼルを製造するために Hielscher の超音波装置が使用する電力は、わずか約7 kWhです。これは、せん断ミキサーや流体力学式ミキサーのエネルギー消費量よりもはるかに少ない量です。これにより、バイオディーゼル工場の年間電気料金を削減できます。

一般に、超音波で促進するバイオディーゼルのエステル交換反応は、より低いプロセス温度で実施できます。これにより、必要な加熱エネルギーが減少します。