Biodīzeļdegvielas ražošana ar izcilu procesu un izmaksu efektivitāti

Ultraskaņas sajaukšana ir izcila 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 jebkurai ražošanas skalai. 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: Tradicionālajā biodīzeļdegvielas pārveidošanā, izmantojot parasto maisīšanu, abu eļļas un spirta pāresterificēšanas reakcijas reaktīvo vielu nesajaucamība noved pie slikta masas pārneses ātruma, kā rezultātā rodas neefektīva biodīzeļdegvielas ražošana. Šo neefektivitāti raksturo ilgs reakcijas laiks, augstāka metanoleļļas un molārā attiecība, augstas katalizatora prasības, augsta procesa temperatūra un augsts maisīšanas ātrums. Šie faktori ir ievērojami izmaksu faktori, kas padara parasto biodīzeļdegvielas ražošanu par dārgu procesu.
Risinājums: Ultraskaņas sajaukšana emulģē reaktīvos faktorus ļoti efektīvā, ātrā un zemo izmaksu 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 apstrādes izmaksas, savukārt biodīzeļdegvielas kvalitāte un ražošanas rentabilitāte ir ievērojami uzlabojusies. Šie fakti pārvērš ultraskaņas sajaukšanu vēlamajā efektīvas biodīzeļdegvielas ražošanas tehnoloģijā.
Pētniecības un rūpnieciskās 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 likmi, samazinot metanola un katalizatora pārpalikuma izmantošanu, ļaujot ražot biodīzeļdegvielu, kas atbilst ASTM D6751 un EN 14212 specifikāciju kvalitātes standartam. (sal. ar Abdullah et al., 2015)

Triglicerīdu pāresterificēšana biodīzeļdegvielā (FAME), izmantojot ultraskaņas izmantošanu, paātrina reakciju un ievērojami palielina efektivitāti.

Daudzas ultraskaņas sajaukšanas priekšrocības biodīzeļdegvielas ražošanā

Ultraskaņas sajaukšanas reaktorus var viegli integrēt jebkurā jaunā iekārtā, kā arī retro uzstādīt esošajās biodīzeļdegvielas rūpnīcās. Hielscher ultraskaņas maisītāja integrācija pārvērš jebkuru biodīzeļdegvielas iekārtu par augstas veiktspējas ražotni. Vienkārša uzstādīšana, izturība un lietotājdraudzīgums (nav nepieciešama īpaša apmācība darbībai) ļauj modernizēt jebkuru iekārtu par ļoti efektīvu biodīzeļdegvielas rūpnīcu. Zemāk mēs iepazīstinām jūs ar zinātniski pierādītiem priekšrocību rezultātiem, ko dokumentējušas neatkarīgas trešās puses. Skaitļi pierāda ultraskaņas biodīzeļdegvielas sajaukšanas pārākumu pār jebkuru parasto maisīšanas tehniku.

Blokshēmā ir parādīti biodīzeļdegvielas ražošanas posmi, tostarp ultraskaņas sajaukšana, lai uzlabotu procesa efektivitāti.

Efektivitāte un izmaksu salīdzinājums: Ultrasonics vs Mehāniskā maisīšana

Gholami et al. (2021) savā salīdzinošajā pētījumā prezentē ultraskaņas transesterifikācijas priekšrocības salīdzinājumā ar mehānisko maisīšanu (t.i., asmens maisītājs, lāpstiņritenis, augstas bīdes maisītājs).
Ieguldījumu izmaksas: Ultraskaņas procesors un reaktors 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 strirring procesā ir ilgs reakcijas laiks, kas izraisa reaktora izmaksu ievērojamu pieaugumu. (sal. ar Gholami et al., 2020. gads)
Apstrādes izmaksas: Ultraskaņas biodīzeļdegvielas ražošanas apstrādes izmaksas ir par 7,7% zemākas nekā maisīšanas procesā, galvenokārt tāpēc, ka kopējais ieguldījums ultraskaņas apstrādes procesā ir mazāks. Ķīmisko vielu (katalizatora, metanola/spirta) izmaksas ir trešais lielākais izmaksu virzītājspēks abos procesos – ultraskaņā un mehāniskā maisīšanā. Tomēr ultraskaņas biodīzeļdegvielas pārveidošanai ķīmiskās vielas izmaksas ir ievērojami zemākas nekā mehāniskajai maisīšanai. Ķīmisko vielu izmaksu daļa veido aptuveni 5 % no galīgajām biodīzeļdegvielas izmaksām. Sakarā ar mazāku metanola, nātrija hidroksīda un fosforskābes patēriņu, ķīmisko vielu izmaksas ultraskaņas biodīzeļdegvielas procesā ir par 2,2% zemākas nekā mehāniskā maisīšanas procesā.
Enerģijas izmaksas: Ultraskaņas sajaukšanas reaktora patērētā enerģija ir aptuveni trīs reizes mazāka nekā mehāniskā maisītāja enerģija. Šis ievērojamais enerģijas patēriņa samazinājums ir intensīvas mikrojaukšanas un samazināta reakcijas laika produkts, kas rodas no neskaitāmu dobumu ražošanas un sabrukuma, 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%. Šī samazināšanās ir saistīta ar mazāku metanola daudzumu, kas nonāk šajās divās destilācijas kolonnās ultraskaņas transesterifikācijas procesā.
Atkritumu apglabāšanas izmaksas: Ultraskaņas kavitācijas tehnoloģija arī ievērojami samazina atkritumu apglabāšanas izmaksas. Šīs izmaksas ultraskaņas apstrādes procesā ir aptuveni viena piektdaļa no izmaksām maisīšanas procesā, ko rada ievērojams atkritumu ražošanas samazinājums lielākas reaktora pārveidošanas un mazāka patērētā alkohola daudzuma dēļ.
Videi draudzīgums: Pateicoties ļoti augstajai vispārējai efektivitātei, samazinātajam ķīmiskajam patēriņam, zemākām enerģijas prasībām un samazinātiem atkritumiem, ultraskaņas biodīzeļdegvielas ražošana ir ievērojami videi draudzīgāka nekā tradicionālie 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 peļņas normu. Tika konstatēts, ka kopējais ieguldījums ultraskaņas kavitācijas procesā ir mazāks 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, lietotas cepamās eļļas), ražošanas izmaksas var ievērojami samazināt vēl vairāk. Gholami et al. (2021) nonāk pie secinājuma, ka pozitīvas neto pašreizējās vērtības dēļ ultraskaņas kavitācijas process ir labāka sajaukšanas tehnoloģijas izvēle biodīzeļdegvielas ražošanai.
No tehniskā viedokļa svarīgākie ultraskaņas kavitācijas efekti aptver ievērojamo procesa efektivitāti un reakcijas laika samazināšanu. 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 dzīvesvietas laiks ļauj ražot biodīzeļdegvielu caurplūdes reaktorā ar nelielu nospiedumu. Ultraskaņas kavitācijas reaktors arī uzrāda labvēlīgu ietekmi uz enerģijas un materiālu prasībām, samazinot enerģijas patēriņu līdz gandrīz vienai trešdaļai no tā, ko patērē maisītas tvertnes reaktors un metanola un katalizatora patēriņš par 25%.
No ekonomiskā viedokļa ultraskaņas kavitācijas procesa kopējais ieguldījums ir zemāks nekā mehāniskā maisīšanas procesā, galvenokārt attiecīgi gandrīz par 50% un 11,6% samazinot reaktora izmaksas un metanola destilācijas kolonnas izmaksas. Ultraskaņas kavitācijas process arī samazina biodīzeļdegvielas ražošanas izmaksas, jo par 4% samazinās rapšu eļļas patēriņš, samazinās kopējais ieguldījums, par 2,2% mazāks ķīmisko vielu patēriņš un par 23,8% zemākas lietderības prasības. Atšķirībā no mehāniski maisītā procesa ultraskaņas apstrāde ir pieņemams ieguldījums, pateicoties tās pozitīvajai neto pašreizējai vērtībai, īsākam atmaksāšanās laikam un augstākai iekšējai atdeves likmei. Papildus tehno-ekonomiskajiem ieguvumiem, kas saistīti ar ultraskaņas kavitācijas procesu, tas ir videi draudzīgāks nekā mehāniskais maisīšanas process. Ultraskaņas kavitācija izraisa atkritumu plūsmu samazināšanos par 80%, jo reaktorā notiek lielāka pārveidošana un samazināts alkohola patēriņš šajā procesā. (sal. ar Gholami et al., 2021)

Izmantojiet jūsu izvēlēto katalizatoru

Biodīzeļdegvielas ultraskaņas pāresterificēšanas process ir izrādījies efektīvs, izmantojot gan sārmainus, gan pamata katalizatorus. Piemēram, Shinde un Kaliaguine (2019) salīdzināja ultraskaņas un mehāniskā asmens sajaukšanas efektivitāti, izmantojot dažādus katalizatorus, proti, nātrija hidroksīdu (NaOH), kālija hidroksīdu (KOH) (CH₃ONa), tetrametilamonija hidroksīds un četri guanidīni (propil-2,3-dicikloheksil guanidīns (PCHG), 1,3-dicikloheksils 2 n-oktil guanidīns (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil guanidīns(TMG), 1,3-difenil guanidīns (DPG)). Ultraskaņas sajaukšana (pie 35º), kā parādīts pārāks par biodīzeļdegvielas ražošanu, kas izceļas ar 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 veikšana 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-dicikloheksil22 n-oktilguanidīns (DCOG) – abi ir izrādījušies kā interesanti altrnatīvi biodīzeļdegvielas pārveidošanai.
Mootabadi et al. (2010) pētīja ultraskaņas atbalstīto biodīzeļdegvielu sintēzi no palmu eļļas, izmantojot dažādus sārmainus metāla oksīda katalizatorus, piemēram, CaO, BaO un SrO. Katalizatora aktivitāte ultraskaņas biodīzeļdegvielas sintēzē tika salīdzināta ar tradicionālo magnētiskās maisīšanas procesu, un tika konstatēts, ka ultraskaņas process parādīja 95,2% no ražas, izmantojot BaO 60 minūšu reakcijas laikā, kas pretējā gadījumā 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 ar ultraskaņu sasniegtā raža 60 min laikā palielinājās no 5,5% līdz 77,3%, izmantojot CaO kā katalizatorus, no 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 65 °C; (B) Ultraskaņas partijas reaktors: Ultrasonicator UP200St, (metanols:rapšu eļļa) 4:1, 60% ASV amplitūda, temperatūra 35ºC. Ultraskaņas vadīta sajaukšana pārspēj mehānisko maisīšanu līdz šim.
(Pētījums un grafiki: Shinde un Kaliaguine, 2019)

Augstas veiktspējas ultraskaņas reaktori izcilai biodīzeļdegvielas apstrādei

Hielscher Ultrasonics piedāvā augstas veiktspējas ultraskaņas procesorus un reaktorus uzlabotai biodīzeļdegvielas ražošanai, kā rezultātā iegūst augstāku ražu, uzlabo kvalitāti, samazina apstrādes laiku un samazina ražošanas izmaksas.

Mazie un vidējie biodīzeļdegvielas reaktori

Mazajiem un vidējiem biodīzeļdegvielas ražošanai līdz 9ton/HR (2900 gal/HR), 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 atradīsiet ieteicamos reaktora iestatījumus dažādiem ražošanas apjomiem.

Ļoti lielas caurlaidspējas rūpnieciskie biodīzeļdegvielas reaktori

Rūpnieciskai pārstrādei biodīzeļdegvielas ražotnēm Hielscher piedāvā UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) un UIP16000hdT (16kW) ultraskaņas homogenizatori! Šie ultraskaņas procesori ir paredzēti nepārtrauktai augstu plūsmas ātrumu apstrādei. UIP4000hdT, UIP6000hdT un UIP10000 var integrēt standarta jūras kravas konteineros. Alternatīvi, visi četri procesoru modeļi ir pieejami nerūsējošā tērauda skapjos. Vertikālai uzstādīšanai ir nepieciešama minimāla telpa. Zemāk jūs atradīsiet ieteicamos iestatījumus tipiskiem rūpnieciskās apstrādes rādītājiem.