바이오 디젤 생산 & 에스테르 교환 반응

바이오 디젤을 만들 때 반응 속도가 느리고 물질 이동이 불량하면 바이오 디젤 플랜트 용량과 바이오 디젤 생산량 및 품질이 저하됩니다. Hielscher 초음파 반응기는 트랜스 에스테르 화 반응 속도를 크게 개선합니다. 따라서 바이오 디젤 처리에는 과량의 메탄올과 더 적은 촉매가 필요합니다.

바이오 디젤 회분식 반응기에서 일반적으로 생성되는 열 및 기계적 혼합을 에너지 입력으로 사용합니다. 초음파 캐비테이션 혼합 이다 효과적인 대안 상업용 바이오 디젤 공정에서 더 나은 혼합을 달성하는 것을 의미합니다. 초음파 캐비테이션은 산업용 바이오 디젤 에스테르 교환에 필요한 활성화 에너지를 제공합니다.

트랜스 에스테르 화 (바이오 디젤로의 화학 전환)

식물성 오일 (예 : 콩, 카놀라, 자트로파, 해바라기 씨 또는 조류) 또는 동물성 지방은 염기 - 촉매 반응 지방산의 에스테르 교환 반응 메탄올 또는 에탄올로 처리하여 상응하는 메틸 에스테르 또는 에틸 에스테르를 수득한다. 글리세린은이 반응의 필연적 인 부산물입니다.

동물성 지방으로서의 식물성 오일은 글리세린 분자에 의해 결합 된 3 개의 지방산 사슬로 구성된 트리글리세리드입니다. 트리글리세리드는 에스테르입니다. 에스테르는 알콜과 결합 된 지방산과 같은 산성 물질입니다. 글리세린 (= 글리세롤)은 무거운 알코올입니다. 전환 과정에서 촉매 (잿물)와 알코올 시약, 예를 들면 메탄올을 사용하여 트리글리 세라이드 에스테르를 알킬 에스테르 (= 바이오 디젤) 메틸 에스테르 바이오 디젤. 메탄올은 글리세린을 대체합니다.

글리세린 – 무거운 단계 – 바닥에 가라 앉을 것이다. 바이오 디젤 – 더 가벼운 위상 – 예를 들어 원심 탈수기 또는 원심 분리기로 분리 할 수 있습니다. 이 전환 과정을 에스테르 교환 반응이라고합니다.

종래의 에스테르 화 반응은 일괄 처리가 느려지는 경향이있다글리세린의 상분리는 시간 소모적이며, 종종 5 시간 이상이 소요된다.

바이오 디젤 처리 용 초음파

"우리는 Hielscher의 장비와 서비스에 매우 만족해 왔으며 향후 모든 노력에서 Hielscher 초음파 기술을 포함시킬 의향이 있습니다."

Todd Stephens, Tulsa 바이오 연료

오늘날 바이오 디젤은 배치 원자로에서 주로 생산됩니다. 초음파 바이오 디젤 처리로 연속 인라인 공정이 가능합니다. Ultrasonication은 99 %를 초과하는 바이오 디젤 생산량. 초음파 리액터 처리 시간 단축 기존 1 ~ 4 시간 배치 처리에서 30 초 미만으로 더 중요하게, 초음파 처리는 분리 시간을 5 분에서 10 시간 (일반적인 교반 사용)에서 60 분 미만으로 줄입니다. 초음파 처리는 또한 캐비테이션이있을 때 증가 된 화학적 활성으로 인해 필요한 촉매의 양을 50 %까지 감소 시키는데 도움을줍니다 (또한 sonochemistry). 초음파 처리를 사용하면 과량의 메탄올이 필요합니다. 또 다른 이점은 글리세린의 순도가 증가한다는 것입니다.

바이오 디젤의 초음파 처리에는 다음 단계가 포함됩니다.

식물성 기름 또는 동물성 지방은 메탄올 (메틸 에스테르를 만든다) 또는 에탄올 (에틸 에스테르를 위해) 및 나트륨 또는 칼륨 메톡 시드 또는 수산화물
혼합물은 예를 들어 45 내지 65 ℃의 온도로 가열된다
가열 된 믹스가되고있다. 초음파 처리 된 인라인 5 ~ 15 초 동안
글리세린이 떨어지거나 원심 분리기를 사용하여 분리됩니다.
변환 된 바이오 디젤을 물로 씻어 낸다.

가장 일반적으로, 초음파 처리는 고압에서 수행되는 (1 ~ 3bar, 게이지 압력)을 공급 펌프와 유량 셀 옆의 조정 가능한 역압 밸브를 사용하여 제어합니다.

산업용 바이오 디젤 처리 초음파 에너지가 많이 필요하지 않습니다. 위의 표는 다양한 유량에 대한 일반적인 전력 요구 사항을 보여줍니다. 실제 에너지 요구량은 벤치 톱 스케일의 1kW 초음파 프로세서. 벤치 탑 재판에서 얻은 모든 결과는 쉽게 확대. 필요한 경우 FM 및 ATEX 인증 초음파 장치를 사용할 수 있습니다 (예 : UIP1000-Exd.

Hielscher는 전세계 산업용 초음파 바이오 디젤 처리 장비를 공급합니다. 최대의 초음파 프로세서로 단일 장치 당 16kW 전력바이오 디젤 플랜트의 크기 나 처리 용량에는 제한이 없습니다.

초음파 바이오 디젤 제조 비용

Ultrasonication은 효과적인 반응 속도 및 전환율 상업용 바이오 디젤 공정에서. 초음파 가공 비용은 주로 투자로 인해 발생합니다.
초음파 장비, 유틸리티 비용 및 유지 보수. 걸출한 에너지 효율 (오른쪽에있는 차트를 클릭하십시오.)의 Hielscher 초음파 장치는 유틸리티 비용을 절감하는 데 도움이되며 이 과정을 더 푸르게 만든다.. 결과적으로 초음파 치료 비용은 0ℓ 당 1ct 및 1.0ct (0.4ct ~ 1.9ct / 갤런) 상업적 규모로 사용된다.. 에 대한 자세한 정보 읽기 초음파 처리 비용.

서리 & 올해의 설리번 기술 혁신

Hielscher Ultrasonics는 권위있는 프로스트 (Frost)를 받았습니다. & Sullivan Technology는 바이오 디젤 생산을위한 새로운 초음파 기술 개발에 대한 공로로 올해의 기술 혁신 상을 수상했습니다. 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오.

바이오 디젤 소규모 Ultrasonication 설정

Ultrasonication은 오일을 바이오 디젤로 전환하는 데 사용할 수 있습니다. 오른쪽 그림 (더 크게 보려면 클릭!) 는 60 ~ 70L (16 ~ 19 갤런)의 처리를위한 소규모 설치를 보여줍니다. 이것은 초기 연구 및 프로세스 데모를위한 일반적인 설정입니다.

이 설정은 다음 부분으로 구성됩니다.

하나 500 와트 또는 1,000 와트 부스터, sonotrode 및 플로우 셀이있는 초음파 장치 (20kHz)
전력 및 에너지 미터링을위한 전력계
80L 처리 탱크 (플라스틱, 예 : HDPE)
발열체 (1 ~ 2kW)
10L 촉매 예 혼합 탱크 (플라스틱, 예 : HDPE)
촉매 예 혼합기 (교반기)
펌프 (원심 분리기, 모노 또는 기어) 1 ~ 3 barg에서 10 ~ 20L / min
플로우 셀의 압력을 조절하기위한 역압 밸브
공급 압력 측정 용 압력 게이지

예비

수산화 칼륨 (0.2 ~ 0.4kg, 촉매)이 약 1 시간에 용해되고있다. 촉매 예비 혼합 탱크에 8.5L 메탄올. 이것은 촉매 예비 혼합물의 교반을 필요로한다. 처리 탱크는 66L 식물성 기름으로 채워져 있습니다. 오일은 발열체에 의해 45 ~ 65 ℃로 가열되고 있습니다.

가공

촉매가 메탄올에 완전히 용해 될 때, 촉매 예비 혼합물은 가열 된 오일과 혼합된다. 펌프는 혼합물을 플로우 셀에 공급합니다. 배압 밸브를 사용하여 압력을 1 ~ 3barg (15 ~ 45psig)로 조정합니다. 초음파 바이오 디젤 반응기를 통한 재순환은 약 1 시간 동안 수행되어야합니다. 20 분. 이 기간 동안 오일은 바이오 디젤로 전환되고 있습니다. 그런 다음 펌프와 초음파가 꺼집니다. 글리세린 (더 무거운 상)은 바이오 디젤에서 분리됩니다 (더 가벼운 상). 별거는 대략 가지고 간다. 30 ~ 60 분. 분리가 끝나면 글리세린을 배출 할 수 있습니다.

바이오 디젤 세탁

변환 된 바이오 디젤에는 불순물이 포함되어 있으므로 세척이 필요합니다. 세척을 위해 물은 바이오 디젤에 혼합됩니다. Ultrasonication은 바이오 디젤과 물의 혼합에 도움이됩니다. 이는 액적 크기 감소의 결과로서 활성 표면적을 증가시킨다 (참조 : 초음파 유화제). 매우 강렬한 초음파 처리는 물 방울을 크기로 줄여 분리 할 수있는 특별한 수단 (예 : 원심 분리기)이 필요한 거의 안정한 유제를 형성 할 수 있다고 생각하십시오.

바이오 디젤 제조 공장

아래의 흐름도는 바이오 디젤로 변환하기위한 오일의 인라인 초음파 처리를위한 전형적인 설정을 보여줍니다. 차트를 클릭하십시오. 더 크게 볼 수 있습니다.

더 크게 보려면 클릭하십시오! 초음파 캐비테이션 믹싱을 이용한 연속적인 바이오 디젤 처리 흐름도 - 바이오 디젤의 초음파 전환은 모든 규모에서 수행 될 수 있습니다.

지속적인 바이오 디젤 처리 및 분리

에 대한 설정에서 연속 바이오 디젤 처리 및 연속 분리, 가열 된 오일 및 촉매 프리믹스는 조절 가능한 펌프를 사용하여 연속적으로 혼합된다. 인라인 스태틱 믹서는 초음파 반응기로의 공급 물의 균질성을 향상시킵니다. 오일 / 촉매 혼합물은 흐름 셀을 통과하여 초음파에 노출됩니다 대략 cavitation. 5 ~ 30 초. 역압 밸브는 플로우 셀의 압력을 제어하는 데 사용됩니다. 초음파 처리 된 혼합물은 상부의 반응기 컬럼으로 들어간다. 반응기 칼럼의 부피는 약 1 ℓ가되도록 설계된다. 칼럼에서 1 시간의 머무름 시간. 그 시간 동안, 에스테르 교환 반응이 완료된다.. 반응 된 글리세린 / 바이오 디젤 혼합물은 원심 분리기로 펌핑되어 바이오 디젤 및 글리세린 분획으로 분리됩니다. 후 처리는 메탄올 회수, 세척 및 건조를 포함하며 연속적으로 수행 될 수 있습니다.

이 설정 바이오 디젤 원자로 배치 제거, 종래의 교반기 및 큰 분리기 탱크.

바이오 디젤 에스테르 교환 반응 속도

아래 다이어그램은 유채 기름 (산업 등급)의 에스테르 교환 반응의 전형적인 결과를 보여줍니다. 나트륨 메톡 시드 (왼쪽) 과 수산화 칼륨 (우). 두 시험 모두에서, 대조 시료 (청색 라인)는 강렬한 기계적 혼합에 노출되었다. 빨간색 선은 부피비, 촉매 농도 및 온도에 대해 동일한 제형의 초음파 처리 된 샘플을 나타냅니다. 수평축은 각각 혼합 또는 초음파 처리 후의 시간을 나타낸다. 세로축은 글리세린의 부피를 나타냅니다. 이것은 반응 속도를 측정하는 간단한 방법입니다. 두 도표에서 초음파 처리 된 샘플 (적색) 보다 빨리 반응한다. 대조 샘플 (파란색).

나트륨 메톡 시드를 이용한 유채 기름의 바이오 디젤 - 에스테르 교환 속도 다이어그램

수산화 칼륨을 사용하는 유채 기름의 바이오 디젤 - 에스테르 교환 속도 다이어그램

화학 및 안전 정보

합병증 및 건강에 해로운 영향을 미연에 방지하려면 아래 정보를주의 깊게 읽으십시오.

바이오 디젤 화학

메탄올은 독성이있다. 장기간 사용하면 신경이 손상 될 수 있습니다. 피부에도 흡착 될 수 있습니다. 눈에 튈 경우 실명을 유발할 수 있으며 삼키면 메탄올은 치명적일 수 있습니다. 이러한 이유로 메탄올을 취급 할 때 필요한 예방 조치를 취하십시오. 좋은 호흡 보호구, 앞치마 및 고무 장갑을 사용할 것을 권장합니다.

수산화 칼륨 (KOH)은 독성 물질이며 접촉시 피부 화상을 유발합니다. 통풍이 잘되어야합니다.

작업 공간을 넉넉하고 철저하게 환기시켜 연기가 빠져 나올 수 있도록하십시오. 증기 호흡기는 메탄올 연기에 효과적이지 않다. 공급 공기 시스템 (SCBA — 자체 함유 호흡 장치)는 메탄올 증기에 대해보다 나은 보호를 제공합니다.

바이오 디젤 및 고무 부품

장시간 동안 100 % 바이오 디젤을 사용하면 엔진의 젖은 고무 부품 (펌프, 호스, O- 링)이 복잡해질 수 있습니다. 강철 부품이나 중부 하용 고무로 교체하면이 문제를 해결할 수 있습니다. 또는 대략 혼합 할 수 있습니다. 합병증을 예방하기 위해 기존의 (화석) 디젤을 바이오 디젤에 25 % 함유하고 있습니다.