초음파로 바이오디젤 공정 효율 향상

Hielscher 초음파 혼합 반응기는 바이오디젤 생산 공정을 개선합니다. 초음파 처리는 더 짧은 시간에 더 높은 에스테르 교환 반응 전환 수율을 달성합니다. 초음파 혼합은 생산 능력을 높이고 메탄올과 촉매 사용량을 줄입니다.

효율적인 바이오디젤 가공

오늘날 바이오디젤 생산은 단순히 재생 가능한 연료를 만드는 것만을 의미하지 않습니다. 바이오디젤 생산자는 원료 품질의 변동과 관계없이 특성이 일관된 고품질 바이오디젤을 생산해야 합니다. “현재 상황에서는 생산 비용이 가장 낮은 생산자만이 이익을 내면서 연료를 생산할 수 있습니다.” (First Capitol Risk Management의 Bill Babler).
Hielscher 초음파 혼합 기술은 새로운 바이오디젤 공장을 건설하거나 기존 공장을 개선할 때 최고의 바이오디젤 가공 효율을 제공합니다. Hielscher 초음파 장치는 전 세계 설치 현장에서 바이오디젤 수율을 높이고 운영 비용을 낮추는 것으로 시험을 통해 입증되었습니다. 여기에는 연간 1백만 갤런을 생산하는 소규모 사업체뿐 아니라 연간 45백만 갤런을 생산하는 산업용 바이오디젤 공장도 포함됩니다.

바이오디젤 반응 속도론적 특성 개선으로 수익 향상

오일, 메탄올(또는 에탄올), 촉매로 바이오디젤을 만드는 것은 에스테르 교환 반응이라고 하는 간단한 화학 공정입니다. 그러나 이 공정의 반응 속도론적 특성에는 문제가 있습니다. 트리글리세리드를 지방산 메틸 에스테르(FAME)와 글리세린으로 전환하는 기존 에스테르 교환 반응은 느리고 완전하게 진행되지 않습니다. 전환 공정에서 모든 지방산 사슬이 알킬 에스테르(바이오디젤)로 바뀌는 것은 아닙니다. 이로 인해 바이오디젤 수율과 품질이 크게 저하됩니다!

혼합 개선으로 바이오디젤 수율 향상

기존 기계식 교반 시스템을 사용하면 전환 시간이 길어지고 바이오디젤 수율이 낮아집니다.
오일과 메탄올은 서로 섞이지 않습니다. 바이오디젤 생성 화학 반응이 일어나려면 유중 메탄올 에멀션을 형성해야 합니다. 이를 위해서는 기존 기계식 혼합기나 교반기 대신 초음파 유화 장비가 필요합니다. 초음파 캐비테이션 혼합은 높은 유량에서 미세한 에멀션을 형성하는 가장 진보된 방법입니다. 메탄올 액적이 작을수록 더 좋은 바이오디젤을 생산하고 반응 속도를 높이며 필요한 과잉 메탄올의 양을 줄일 수 있습니다.

메탄올 액적 크기는 바이오디젤 수율 및 전환 속도와 직접적인 관련이 있습니다. 따라서 Hielscher 초음파 반응기는 바이오디젤 산업에서 생산성이 가장 높은 기술입니다. 초음파 혼합 반응기는 더 많은 고품질 바이오디젤을 더 빠르게 생산합니다.
아래 도표는 분리된 글리세린의 부피 백분율을 보여 줍니다. Hielscher 초음파 반응기에서 이 초 동안 초음파 처리하면 더 많은 글리세린을 더 빠르게 얻을 수 있습니다. 글리세린 한 분자를 생성할 때마다 바이오디젤 세 분자가 생성됩니다. 이를 통해 공정 처리 능력과 바이오디젤 생산 수율이 향상됩니다.

설치 및 개조를 통한 비용 절감

바이오디젤 공정 라인에 Hielscher 초음파 반응기를 설치하면 운영 비용도 줄어듭니다. Hielscher 초음파 반응기는 소규모 바이오디젤 배치 시스템과 대규모 연속식 바이오디젤 공장에 설치할 수 있습니다. 최적의 설치 구성을 마련하거나 기존 바이오디젤 공정에 초음파 반응기를 추가하는 개조 작업을 기꺼이 도와드리겠습니다.

바이오디젤 공정의 과잉 메탄올 사용량 감소

과잉 메탄올은 바이오디젤 전환 공정 중에 반응하지 않습니다. 화학 반응의 속도론적 특성을 개선하기 위해 메탄올을 과량으로 첨가합니다. 과잉 메탄올은 바이오디젤 반응 공정 후에 회수해야 합니다. 메탄올 회수에는 많은 열과 진공이 필요하므로 비용이 매우 많이 듭니다. 따라서 모든 과잉 메탄올은 가공 비용을 증가시킵니다. 많은 바이오디젤 공장에서 과잉 메탄올 회수 시스템은 비용이 가장 많이 드는 공정 단계입니다.

Hielscher 초음파 반응기를 사용하면 필요한 과잉 메탄올의 양을 최대 50%까지 줄일 수 있습니다. Hielscher 초음파 혼합을 사용하면 대부분의 원료에 대해 화학양론적 비율 1:4 또는 1:4.5(오일 : 메탄올)로 충분합니다.

품질이 낮은 원료로 좋은 바이오디젤 생산

많은 중소 규모 바이오디젤 생산자는 동물성 지방, 사용한 식용유 또는 폐식물유와 같이 품질이 더 낮은 원료로 전환하여 비용을 줄입니다. 초음파 공정 강화는 모든 원료의 전환 결과를 개선합니다. 이를 통해 유리지방산(FFA) 함량이 높은 오일이나 점도가 높은 지방 또는 유지로 ASTM 6751 또는 EN 14212를 준수하는 바이오디젤을 더 쉽게 생산할 수 있습니다.

바이오디젤 생산 시 촉매 사용량 절감

촉매 재료비는 바이오디젤 생산 비용에서 극히 일부만을 차지합니다. 과잉 메탄올과 마찬가지로 실제 비용은 회수와 낮은 글리세린 품질에서 발생합니다. 바이오디젤 생산 공정의 초음파 혼합은 유중 메탄올 유화를 개선하고 더 작고 더 많은 메탄올 액적을 생성합니다. 이를 통해 액적 크기 분포가 개선되고 촉매를 더 효율적으로 사용할 수 있습니다. 또한 초음파 캐비테이션은 화학적 물질 전달을 개선합니다. 그 결과 전단 혼합기나 교반기에 비해 촉매를 최대 50%까지 절감할 수 있습니다.

“Hielscher가 바이오디젤 생산 방식을 바꾼 것을 보고 놀랐습니다. 공정의 연속성이 높아졌을 뿐 아니라 촉매와 시간에 드는 비용도 수천 단위로 절감하고 있습니다. 더 연속적인 생산 방식을 고려하는 모든 분께 이 장치를 강력히 추천합니다.” Marcel Steinberg, EECOfuels

더 높은 품질의 글리세린 생산

글리세린은 바이오디젤 생산의 부산물입니다. 전환율이 높아지고 과잉 메탄올 사용량이 줄어들면 화학적 전환이 훨씬 빨라지고 글리세린이 더 명확하고 빠르게 분리됩니다. 앞서 설명한 이유로 글리세린에 함유된 촉매와 모노글리세리드의 양이 줄어듭니다. 이를 통해 글리세린 정제 비용이 감소합니다.

전력과 가열 사용량 절감

바이오디젤은 친환경 연료입니다. 친환경적이려면 바이오디젤 원료의 재배, 수확 및 가공에 필요한 에너지가 바이오디젤에 함유된 에너지보다 적어야 합니다. Hielscher 초음파 혼합 장치를 설치하면 바이오디젤 생산에 필요한 전체 에너지가 줄어듭니다. Hielscher 초음파 장치는 전기를 액체 내 초음파 혼합으로 전환하는 에너지 효율이 탁월합니다. Hielscher 초음파 장치는 바이오디젤 1000 갤런을 생산하는 데 약 7 kWh의 전력만 사용합니다. 이는 전단 혼합기나 유체역학적 혼합기의 에너지 소비량보다 훨씬 적습니다. 이를 통해 바이오디젤 공장의 연간 전기 요금이 줄어듭니다.

일반적으로 초음파 보조 바이오디젤 에스테르 교환 반응은 더 낮은 공정 온도에서 진행할 수 있습니다. 이를 통해 필요한 가열 에너지가 줄어듭니다.