Biodīzeļdegvielas ražošana ar izcilu procesu un rentabilitāti

Ultraskaņas sajaukšana ir augstākā tehnoloģija ļoti efektīvai un rentablai biodīzeļdegvielas ražošanai. Ultraskaņas kavitācija krasi uzlabo masas pārnesi, tādējādi samazinot ražošanas izmaksas un apstrādes ilgumu. Tajā pašā laikā var izmantot sliktas kvalitātes eļļas un taukus (piemēram, atkritumeļļas) un uzlabot biodīzeļdegvielas kvalitāti. Hielscher Ultrasonics piegādā augstas veiktspējas, izturīgus ultraskaņas sajaukšanas reaktorus jebkuram ražošanas mērogam. Lasiet vairāk, kā jūsu biodīzeļdegvielas ražošana gūs labumu no ultraskaņas apstrādes!

Biodīzeļdegvielas ražošanas priekšrocības, izmantojot ultraskaņu

Biodīzeļdegviela (taukskābju metilesteris, abrev. FAME) ir lipīdu izejvielu (triglicerīdu, piemēram, augu eļļas, izlietotu cepamo eļļu, dzīvnieku tauku, aļģu eļļas) un spirta (metanola, etanola) pāresterificēšanas reakcijas rezultāts, izmantojot katalizatoru (piemēram, kālija hidroksīdu KOH).
Problēma: Tradicionālās biodīzeļdegvielas pārveidē, izmantojot parasto maisīšanu, abu eļļas un spirta pāresterificēšanas reakcijas reaģentu nesajaucamais raksturs noved pie slikta masas pārneses ātruma, kā rezultātā biodīzeļdegvielas ražošana ir neefektīva. Šo neefektivitāti raksturo ilgs reakcijas laiks, augstāka metanola un eļļas molārā attiecība, augstas katalizatora prasības, augsta procesa temperatūra un augsts maisīšanas ātrums. Šie faktori ir nozīmīgi izmaksu virzītājspēki, kas padara tradicionālās biodīzeļdegvielas ražošanu par dārgu procesu.
Risinājums: Ultraskaņas sajaukšana emulģē reaģentus ļoti efektīvā, ātrā un zemā veidā, lai varētu uzlabot eļļas un metanola attiecību, samazināt katalizatora prasības, pazemināt reakcijas laiku un reakcijas temperatūru. Tādējādi tiek ietaupīti resursi (t. i., ķīmiskās vielas un enerģija), kā arī laiks, samazinātas pārstrādes izmaksas, vienlaikus ievērojami uzlabojoties biodīzeļdegvielas kvalitātei un ražošanas rentabilitātei. Šie fakti pārvērš ultraskaņas sajaukšanu vēlamajā tehnoloģijā efektīvai biodīzeļdegvielas ražošanai.
Pētījumi un rūpnieciskie biodīzeļdegvielas ražotāji apstiprina, ka ultraskaņas sajaukšana ir ļoti rentabls veids, kā ražot biodīzeļdegvielu, pat ja sliktas kvalitātes eļļas un tauki tiek izmantoti kā izejvielas. Ultraskaņas procesa intensifikācija ievērojami uzlabo konversijas ātrumu, samazinot metanola un katalizatora pārpalikuma izmantošanu, ļaujot ražot biodīzeļdegvielu, kas atbilst ASTM D6751 un EN 14212 specifikāciju kvalitātes standartam. (sk. Abdullah et al., 2015)

Triglicerīdu pāresterificēšana biodīzeļdegvielā (FAME), izmantojot ultraskaņu, rada paātrinātu reakciju un ievērojami augstāku efektivitāti.

Daudzas ultraskaņas sajaukšanas priekšrocības biodīzeļdegvielas ražošanā

Ultraskaņas sajaukšanas reaktorus var viegli integrēt jebkurā jaunā instalācijā, kā arī modernizēt esošajās biodīzeļdegvielas rūpnīcās. Hielscher ultraskaņas maisītāja integrācija pārvērš jebkuru biodīzeļdegvielas iekārtu par augstas veiktspējas ražotni. Vienkārša uzstādīšana, izturība un lietotājdraudzīgums (nav nepieciešama īpaša apmācība par darbību) ļauj modernizēt jebkuru iekārtu līdz ļoti efektīvai biodīzeļdegvielas rūpnīcai. Zemāk mēs piedāvājam zinātniski pierādītus priekšrocību rezultātus, ko dokumentējušas neatkarīgas trešās puses. Skaitļi pierāda ultraskaņas biodīzeļdegvielas sajaukšanas pārākumu pār jebkuru parasto maisīšanas tehniku.

Blokshēma parāda biodīzeļdegvielas ražošanas posmus, ieskaitot ultraskaņas sajaukšanu, lai uzlabotu procesa efektivitāti.

Efektivitātes un izmaksu salīdzinājums: Ultrasonics vs Mehāniskā maisīšana

(2021) savā salīdzinošajā pētījumā iepazīstina ar ultraskaņas pāresterificēšanas priekšrocībām salīdzinājumā ar mehānisko maisīšanu (t.i., asmeņu maisītājs, darbrats, augstas bīdes maisītājs).
Ieguldījumu izmaksas: Ultraskaņas procesors un reaktora UIP16000 var ražot 192–384 t biodīzeļdegvielu/d ar nospiedumu tikai 1,2 m x 0,6 m. Salīdzinājumam, mehāniskai maisīšanai (MS) ir nepieciešams daudz lielāks reaktors, jo mehāniskajā strirrng procesā ir ilgs reakcijas laiks, kas izraisa reaktora izmaksu ievērojamu pieaugumu. (sk. Gholami et al., 2020)
Apstrādes izmaksas: Apstrādes izmaksas ultraskaņas biodīzeļdegvielas ražošanai ir par 7,7% zemākas nekā maisīšanas procesam, galvenokārt tāpēc, ka ir zemāki kopējie ieguldījumi ultraskaņas apstrādes procesā. Ķīmisko vielu izmaksas (katalizators, metanols / alkohols) ir trešais lielākais izmaksu virzītājs abos procesos, ultraskaņas apstrādē un mehāniskā maisīšanā. Tomēr ultraskaņas biodīzeļdegvielas pārveidošanai ķīmiskās vielas izmaksas ir ievērojami zemākas nekā mehāniskajai maisīšanai. Ķīmisko vielu izmaksu daļa veido aptuveni 5 % no biodīzeļdegvielas galīgajām izmaksām. Sakarā ar zemāku metanola, nātrija hidroksīda un fosforskābes patēriņu, ķīmisko vielu izmaksas ultraskaņas biodīzeļdegvielas procesā ir par 2,2% zemākas nekā mehāniskā maisīšanas procesa izmaksas.
Enerģijas izmaksas: Ultraskaņas sajaukšanas reaktora patērētā enerģija ir aptuveni trīs reizes zemāka nekā mehāniskā maisītāja enerģija. Šis ievērojamais enerģijas patēriņa samazinājums ir intensīvas mikro sajaukšanas un samazināta reakcijas laika rezultāts, ko izraisa neskaitāmu dobumu ražošana un sabrukums, kas raksturo akustiskās / ultraskaņas kavitācijas fenomenu (Gholami et al., 2018). Turklāt, salīdzinot ar parasto maisītāju, enerģijas patēriņš metanola reģenerācijai un biodīzeļdegvielas attīrīšanas posmiem ultraskaņas sajaukšanas procesā tiek samazināts attiecīgi par 26,5% un 1,3%. Šis samazinājums ir saistīts ar zemāku metanola daudzumu, kas nonāk šajās divās destilācijas kolonnās ultraskaņas pāresterificēšanas procesā.
Atkritumu apglabāšanas izmaksas: Ultraskaņas kavitācijas tehnoloģija arī ievērojami samazina atkritumu apglabāšanas izmaksas. Šīs izmaksas ultraskaņas apstrādes procesā ir aptuveni viena piektdaļa no maisīšanas procesa izmaksām, ko izraisa ievērojams atkritumu ražošanas samazinājums, pateicoties lielākai reaktora pārveidošanai un mazākam patērētā alkohola daudzumam.
Lasiet vairāk par ultraskaņas biodīzeļdegvielu eļļu pārveidošana no izlietotiem kafijas biezumiem!
Videi draudzīgums: Sakarā ar ļoti augsto vispārējo efektivitāti, samazinātu ķīmisko patēriņu, zemākām enerģijas prasībām un samazinātu atkritumu daudzumu, ultraskaņas biodīzeļdegvielas ražošana ir ievērojami videi draudzīgāka nekā parastie biodīzeļdegvielas ražošanas procesi.

Secinājums – Ultrasonics uzlabo biodīzeļdegvielas ražošanas efektivitāti

Zinātniskais novērtējums parāda skaidras ultraskaņas sajaukšanas priekšrocības salīdzinājumā ar parasto mehānisko maisīšanu biodīzeļdegvielas ražošanai. Ultraskaņas biodīzeļdegvielas apstrādes priekšrocības ietver kopējos kapitālieguldījumus, kopējās produkta izmaksas, neto pašreizējo vērtību un iekšējo atdeves likmi. Tika konstatēts, ka kopējais ieguldījumu apjoms ultraskaņas kavitācijas procesā ir zemāks nekā citiem par aptuveni 20,8%. Ultraskaņas reaktoru izmantošana samazināja produkta izmaksas par 5,2% – izmantojot neapstrādātu rapšu eļļu. Tā kā ultraskaņas apstrāde ļauj apstrādāt arī izlietotās eļļas (piemēram, lietotās cepamās eļļas), ražošanas izmaksas var ievērojami samazināt. (2021) nonāk pie secinājuma, ka pozitīvas neto pašreizējās vērtības dēļ ultraskaņas kavitācijas process ir labāka sajaukšanas tehnoloģijas izvēle biodīzeļdegvielas ražošanai.
No tehniskā viedokļa ultraskaņas kavitācijas svarīgākie efekti aptver ievērojamu procesa efektivitāti un reakcijas laika samazināšanos. Daudzu vakuuma burbuļu veidošanās un sabrukums – pazīstams kā akustiskā / ultraskaņas kavitācija – Samaziniet reakcijas laiku no vairākām stundām maisītās tvertnes reaktorā līdz dažām sekundēm ultraskaņas kavitācijas reaktorā. Šis īsais uzturēšanās laiks ļauj biodīzeļdegvielu ražot caurplūdes reaktorā ar nelielu nospiedumu. Ultraskaņas kavitācijas reaktors arī parāda labvēlīgu ietekmi uz enerģijas un materiālu prasībām, samazinot enerģijas patēriņu līdz gandrīz vienai trešdaļai no tā, ko patērē maisīšanas tvertnes reaktors un metanola un katalizatora patēriņš par 25%.
No ekonomiskā viedokļa ultraskaņas kavitācijas procesa kopējie ieguldījumi ir zemāki nekā mehāniskā maisīšanas procesa ieguldījumi, galvenokārt tāpēc, ka reaktora izmaksas un metanola destilācijas kolonnas izmaksas ir attiecīgi gandrīz 50% un 11,6%. Ultraskaņas kavitācijas process arī samazina biodīzeļdegvielas ražošanas izmaksas, jo rapšu eļļas patēriņš samazinās par 4%, samazinās kopējie ieguldījumi, par 2,2% zemāks ķīmisko vielu patēriņš un par 23,8% zemākas lietderības prasības. Atšķirībā no mehāniski sajauktā procesa, ultraskaņas apstrāde ir pieņemams ieguldījums, pateicoties tā pozitīvajai neto pašreizējai vērtībai, īsākam atmaksāšanās laikam un augstākai iekšējai atdeves likmei. Papildus tehnoekonomiskajiem ieguvumiem, kas saistīti ar ultraskaņas kavitācijas procesu, tas ir videi draudzīgāks nekā mehāniskais maisīšanas process. Ultraskaņas kavitācija izraisa 80% atkritumu plūsmu samazināšanos, pateicoties augstākai konversijai reaktorā un samazinātam alkohola patēriņam šajā procesā. (sk. Gholami et al., 2021)

Izmantojiet izvēlēto katalizatoru

Biodīzeļdegvielas ultraskaņas pāresterificēšanas process ir pierādīts kā efektīvs, izmantojot gan sārmus, gan pamata katalizatorus. Piemēram, Shinde un Kaliaguine (2019) salīdzināja ultraskaņas un mechnical asmeņu sajaukšanas efektivitāti, izmantojot dažādus katalizatorus, proti, nātrija hidroksīdu (NaOH), kālija hidroksīdu (KOH), (CH₃ONa), tetrametilamonija hidroksīds un četri guanidīni (propil-2,3-dicikloheksilguanidīns (PCHG), 1,3-dicikloheksil-2-n-oktil-guanidīns (DCOG), 1,1,3,3-tetrametilguanidīns(TMG), 1,3-difenilguanidīns (DPG)). Ultraskaņas sajaukšana (pie 35º), kā parādīts pārāks par biodīzeļdegvielas ražošanu, izceļot mehānisko sajaukšanu (pie 65º) ar augstāku ražu un konversijas ātrumu. Masas pārneses efektivitāte ultraskaņas laukā uzlaboja pāresterificēšanas reakcijas ātrumu, salīdzinot ar mehānisko maisīšanu. Ultraskaņas apstrāde pārspēja mehānisko maisīšanu visiem pārbaudītajiem katalizatoriem. Pāresterificēšanas reakcijas vadīšana ar ultraskaņas kavitāciju ir energoefektīva un rūpnieciski dzīvotspējīga alternatīva biodīzeļdegvielas ražošanai. Papildus plaši izmantotajiem katalizatoriem KOH un NaOH, abi guanidīna katalizatori, propil-2,3 dicikloheksilguanidīns (PCHG) un 1,3-diciklookil 2 n-oktilguanidīns (DCOG), abi ir parādīti kā interesanti altrnatīvi biodīzeļdegvielas pārveidošanai.
(2010) pētīja ultraskaņas biodīzeļdegvielas sintēzi no palmu eļļas, izmantojot dažādus sārmu metālu oksīda katalizatorus, piemēram, CaO, BaO un SrO. Katalizatora aktivitāte ultraskaņas biodīzeļdegvielas sintēzē tika salīdzināta ar tradicionālo magnētisko maisīšanas procesu, un tika konstatēts, ka ultraskaņas process parādīja 95,2% ražas, izmantojot BaO 60 minūšu reakcijas laikā, kas citādi aizņem 3–4 h parastajā maisīšanas procesā. Ultrasoniski atbalstītai pāresterificēšanai optimālos apstākļos bija nepieciešamas 60 minūtes, lai sasniegtu 95% ražu, salīdzinot ar 2–4 h ar parasto maisīšanu. Arī raža, kas sasniegta ar ultraskaņu 60 minūšu laikā, palielinājās no 5,5% līdz 77,3%, izmantojot CaO kā katalizatorus, 48,2% līdz 95,2%, izmantojot SrO kā katalizatorus, un no 67,3% līdz 95,2, izmantojot BaO kā katalizatorus.

Biodīzeļdegvielas ražošana, izmantojot dažādus guanidīnus (3% mol) kā katalizatoru. A) mehāniskais maisīšanas partijas reaktors: (metanols:rapšu eļļa) 4:1, temperatūra 65ºC; B) Ultraskaņas partijas reaktors: ultrasonicator UP200St, (metanols:rapšu eļļa) 4:1, 60% ASV amplitūda, temperatūra 35ºC. Ultraskaņas vadīta sajaukšana ievērojami pārspēj mehānisko maisīšanu.
(Pētījums un grafiki: Shinde un Kaliaguine, 2019)

Augstas veiktspējas ultraskaņas reaktori augstākās kvalitātes biodīzeļdegvielas apstrādei

Hielscher Ultrasonics piedāvā augstas veiktspējas ultraskaņas procesorus un reaktorus, lai uzlabotu biodīzeļdegvielas ražošanu, kā rezultātā tiek iegūta augstāka raža, uzlabota kvalitāte, samazināts apstrādes laiks un zemākas ražošanas izmaksas.

Maza un vidēja mēroga biodīzeļdegvielas reaktori

Maza un vidēja izmēra biodīzeļdegvielas ražošanai līdz 9ton / h (2900 gal / h), Hielscher piedāvā jums UIP500hdT (500 vati), UIP1000hdT (1000 vati), UIP1500hdT (1500 vati)un UIP2000hdT (2000 vati) ultraskaņas augstas bīdes maisītāju modeļi. Šie četri ultraskaņas reaktori ir ļoti kompakti, viegli integrējami vai retro-fit. Tie ir būvēti lieljaudas darbībai skarbā vidē. Zemāk jūs atradīsit ieteicamos reaktora iestatījumus dažādiem ražošanas ātrumiem.

Ļoti lielas caurlaidspējas rūpnieciskās biodīzeļdegvielas reaktori

Rūpnieciskās pārstrādes biodīzeļdegvielas ražotnēm Hielscher piedāvā UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) un UIP16000hdT (16kW) ultraskaņas homogenizatori! Šie ultraskaņas procesori ir paredzēti nepārtrauktai augstas plūsmas ātruma apstrādei. UIP4000hdT, UIP6000hdT un UIP10000 var integrēt standarta jūras kravu konteineros. Alternatīvi, visi četri procesoru modeļi ir pieejami nerūsējošā tērauda skapjos. Vertikālai uzstādīšanai nepieciešama minimāla vieta. Zemāk ir norādīti ieteicamie iestatījumi tipiskiem rūpnieciskās pārstrādes ātrumiem.