Od UCO do biodiesla przy użyciu reaktorów ultradźwiękowych

Zużyty olej spożywczy (UCO) stał się jednym z najbardziej atrakcyjnych surowców do zrównoważonej produkcji biodiesla. Przekształcanie UCO w biodiesel lub ester metylowy zużytego oleju spożywczego pomaga zmniejszyć ilość odpadów, obniża koszty surowców i wspiera bardziej obiegową gospodarkę paliwową. Dla producentów biodiesla poszukujących wydajnej technologii przetwarzania, ultradźwiękowe reaktory biodiesla firmy Hielscher oferują wydajne rozwiązanie do intensyfikacji procesów transestryfikacji i estryfikacji.

Ultradźwiękowe reaktory biodiesla firmy Hielscher są szeroko stosowane w celu poprawy konwersji tanich olejów i tłuszczów w wysokiej jakości biodiesel. Tworząc intensywne mieszanie na poziomie mikroskopowym, kawitacja ultradźwiękowa przyspiesza reakcje chemiczne, poprawia przenoszenie masy między niemieszającymi się fazami i pomaga producentom osiągnąć szybką, niezawodną i skalowalną produkcję biodiesla.

UCOME – Biodiesel z olejów odpadowych

UCOME oznacza ester metylowy zużytego oleju spożywczego. Jest to paliwo biodiesel wytwarzane poprzez przekształcanie zużytych olejów spożywczych w estry metylowe kwasów tłuszczowych w reakcji chemicznej z metanolem. Ponieważ UCO jest surowcem pochodzącym z recyklingu, UCOME jest szczególnie atrakcyjny zarówno z ekonomicznego, jak i środowiskowego punktu widzenia.
W porównaniu z olejami roślinnymi z pierwszego tłoczenia, UCO oferuje wyraźne korzyści kosztowe, ale wiąże się również z wyzwaniami związanymi z przetwarzaniem. Zużyty olej spożywczy często zawiera:

• Wolne kwasy tłuszczowe (FFA)
• woda
• Pozostałości i zanieczyszczenia żywności
• Produkty utleniania
• Zmienny skład w zależności od źródła i historii użytkowania

Czynniki te sprawiają, że wydajność procesu i wydajność reaktora są szczególnie ważne. To właśnie tutaj ultradźwiękowe reaktory biodiesla oferują znaczące korzyści.

 

 

Jak ultradźwiękowe reaktory biodiesla poprawiają konwersję UCO do UCOME

Tradycyjna produkcja biodiesla często opiera się na mechanicznym mieszaniu i ogrzewaniu w celu doprowadzenia do kontaktu oleju, alkoholu i katalizatora. Ponieważ olej i metanol nie mieszają się dobrze, konwencjonalne reaktory mogą cierpieć z powodu powolnego tempa reakcji, niepełnej konwersji, wyższego zużycia chemikaliów i dłuższego czasu przebywania.
Reaktory ultradźwiękowe Hielscher wykorzystują ultradźwięki o wysokiej intensywności do generowania kawitacji w cieczy. Kawitacja wytwarza mikroskopijne strefy mieszania o bardzo dużych siłach ścinających. Powoduje to rozbicie metanolu na bardzo drobne kropelki w fazie olejowej i tworzy znacznie większy obszar międzyfazowy dla reakcji.

Rezultatem jest wysoce zintensyfikowany proces biodiesla z istotnymi korzyściami:

• Szybsza transestryfikacja i estryfikacja
• Zwiększona wydajność konwersji
• Lepsze wykorzystanie metanolu i katalizatora
• Skrócony czas reakcji
• Możliwość ciągłego przetwarzania na linii produkcyjnej
• Łatwe skalowanie od produkcji pilotażowej do przemysłowej

W przypadku surowców UCO o podwyższonej zawartości FFA, ultradźwięki są szczególnie korzystne, ponieważ wzmacniają zarówno katalizowaną kwasem estryfikację, jak i katalizowane zasadą etapy transestryfikacji.

Od UCO do biodiesla: Przegląd procesu

Konwersja zużytego oleju spożywczego do biodiesla zazwyczaj obejmuje kilka etapów procesu. Ultradźwiękowe reaktory biodiesla firmy Hielscher mogą być zintegrowane z jedno- lub dwuetapowymi projektami procesów w zależności od jakości surowca.

Typowy proces przekształcania UCO w biodiesel obejmuje:

• Zbieranie i przechowywanie zużytego oleju spożywczego
• Filtracja w celu usunięcia ciał stałych i cząstek żywności
• Suszenie lub odwadnianie w celu zmniejszenia zawartości wilgoci
• Analiza FFA w celu określenia wymaganej drogi reakcji
• Estryfikacja wolnych kwasów tłuszczowych, gdy poziom FFA jest wysoki
• Transestryfikacja metanolem z wytworzeniem estrów metylowych
• Oddzielanie biodiesla i glicerolu
• Mycie lub oczyszczanie biodiesla na sucho
• Końcowe polerowanie w celu osiągnięcia specyfikacji jakości paliwa

Gdy obecne są wysokie poziomy FFA, często stosuje się wstępną obróbkę estryfikacyjną w celu przekształcenia wolnych kwasów tłuszczowych w estry przed głównym etapem transestryfikacji. Przetwarzanie ultradźwiękowe może przyspieszyć oba etapy i poprawić ogólną wydajność zakładu. Przeczytaj więcej o dwustopniowej konwersji biodiesla wspomaganej ultradźwiękami!

Dlaczego reaktory ultradźwiękowe Hielscher dobrze nadają się do biodiesla UCOME?

Reaktory ultradźwiękowe Hielscher zostały zaprojektowane do przemysłowego przetwarzania cieczy i są szczególnie skuteczne w zastosowaniach biodiesla, gdzie mieszanie ciecz-ciecz kontroluje szybkość reakcji. Zamiast polegać wyłącznie na mieszaniu masowym, ultradźwięki wytwarzają intensywną zlokalizowaną energię dokładnie tam, gdzie jest ona potrzebna.
Daje to producentom kilka praktycznych korzyści.

• Doskonałe mieszanie oleju i metanolu
  Jednym z kluczowych ograniczeń w produkcji biodiesla jest słaba mieszalność oleju i metanolu. Reaktory ultradźwiękowe Hielscher tworzą bardzo drobną emulsję, która znacznie poprawia kontakt między reagentami. Lepszy kontakt oznacza szybszą kinetykę reakcji i wyższą konwersję.
• Wysoka wydajność przy trudnych surowcach
  UCO nie jest jednolitym surowcem. Jego zawartość wody, poziom FFA i ładunek zanieczyszczeń mogą się różnić w zależności od partii. Reaktory Hielscher pomagają kompensować te różnice poprzez intensyfikację środowiska reakcji, dzięki czemu proces jest bardziej niezawodny i elastyczny.
• Krótszy czas przebywania
  Ponieważ ultradźwięki przyspieszają estryfikację i transestryfikację, producenci często mogą osiągnąć docelową konwersję w krótszym czasie niż w przypadku konwencjonalnych systemów mieszających. Może to zmniejszyć wymagania dotyczące objętości reaktora i zwiększyć przepustowość.
• Praca ciągła w trybie Inline
  Ultradźwiękowe reaktory biodiesla firmy Hielscher są idealne do ciągłego przetwarzania. Konfiguracje reaktorów inline wspierają produkcję w stanie ustalonym o powtarzalnej jakości, co jest bardzo cenne dla komercyjnych zakładów biodiesla.
• Proste skalowanie
  Główną zaletą technologii Hielscher jest liniowe skalowanie. Parametry procesu ustalone w testach laboratoryjnych lub pilotażowych można w bardziej przewidywalny sposób przenieść do większych systemów produkcyjnych. Zmniejsza to ryzyko rozwoju i upraszcza planowanie ekspansji.
• Niezawodność przemysłowa
  Systemy Hielscher są przeznaczone do wymagających zastosowań przemysłowych. Dla producentów biodiesla oznacza to niezawodną wydajność reaktora, powtarzalne wyniki i kompatybilność ze zautomatyzowanymi liniami technologicznymi.
• Produkcja biodiesla zgodnie z normami ASTM D6751 i EN 14214
  Komercyjni producenci biodiesla często kierują się specyfikacjami jakości paliwa, takimi jak ASTM D6751 i EN 14214. Normy te określają krytyczne właściwości, w tym zawartość estrów, lepkość, temperaturę zapłonu, wartość kwasową, zawartość wody, stabilność oksydacyjną, limity zanieczyszczeń i poziomy gliceryny.

 
Przeczytaj, jak ultradźwiękowo produkowany biodiesel działa na silniki spalinowe Diesla!

Ultradźwiękowe reaktory biodiesla firmy Hielscher są wykorzystywane w procesach produkcji biodiesla zaprojektowanych w celu osiągnięcia jakości paliwa zgodnej z normami ASTM D6751 i EN 14214. W swoich badaniach opublikowanych w 2020 r. Bastante-Saez i współpracownicy wykazali, że biodiesel produkowany z tłuszczów odpadowych z kebabów przy użyciu reaktora ultradźwiękowego Hielscher daje wysoką wydajność estrów metylowych kwasów tłuszczowych (FAME). FAME były wyższe (97,42% w/w dla tłuszczu z kurczaka i 96,98 dla tłuszczu wołowo-jagnięcego) niż minimalny próg ustanowiony w rozporządzeniu europejskim EN 14214 (tj. minimum 96,5% w/w).

 

 

Biodiesel na małą skalę dla gospodarstw rolnych i użytkowników poza siecią

W niektórych krajach lub regionach przepisy dotyczące biodiesla są ograniczone lub nie są egzekwowane w odniesieniu do małych użytkowników prywatnych. Rolnicy i właściciele sprzętu mogą produkować mniejsze ilości biodiesla ze zużytego oleju spożywczego do wykorzystania na miejscu w ciągnikach, generatorach, grzejnikach lub innym sprzęcie rolniczym zasilanym olejem napędowym.
W takich przypadkach celem jest często praktyczna substytucja paliwa, a nie certyfikowana sprzedaż komercyjna. Ultradźwiękowe reaktory biodiesla mogą być również atrakcyjne dla takiej zdecentralizowanej produkcji, ponieważ oferują:

• Szybki czas reakcji
• Wydajna konwersja przy użyciu kompaktowego sprzętu
• Dobra przydatność do zmiennych surowców oleju odpadowego
• Mniejsza zależność od dużych zbiorników z mieszadłem
• Potencjał modułowych konfiguracji przetwarzania

Jednocześnie należy wyraźnie zaznaczyć, że biodiesel niespecyfikowany może nie być odpowiedni dla wszystkich silników, może nie być zgodny z lokalnymi wymogami prawnymi i może stwarzać problemy związane z przechowywaniem, kompatybilnością materiałów, emisjami lub gwarancją silnika. Tam, gdzie istnieją normy dotyczące biodiesla, paliwo powinno być odpowiednio przetestowane i wyprodukowane przed użyciem w regulowanych zastosowaniach lub pojazdach drogowych.

 

 

Ekonomiczne zalety ultradźwiękowej produkcji biodiesla z UCO

Koszt surowca jest jedną z największych zmiennych w ekonomice biodiesla. Ponieważ zużyty olej spożywczy jest generalnie tańszy niż rafinowane oleje roślinne, oferuje on duży potencjał oszczędności. Oszczędności te mogą jednak zostać utracone, jeśli proces jest powolny, nieefektywny chemicznie lub niezdolny do radzenia sobie ze zmiennością surowca.
Ultradźwiękowe reaktory biodiesla firmy Hielscher pomagają chronić rentowność poprzez poprawę wydajności reakcji i produktywności zakładu. Potencjalne korzyści ekonomiczne obejmują:

• Lepsze wykorzystanie tanich surowców UCO
• Zwiększona przepustowość
• Skrócony czas reakcji
• Niższe zapotrzebowanie na energię związane z mieszaniem w porównaniu z nieefektywnymi scenariuszami mieszania masowego
• Poprawiona spójność procesu
• Łatwiejsza integracja z ciągłymi liniami produkcyjnymi

Dla producentów dążących do zwiększenia skali produkcji biodiesla z oleju odpadowego, to połączenie elastyczności surowca i intensyfikacji procesu może być bardzo cenne.

Konwertuj UCO na UCOME Biodiesel Wydajnie z reaktorami ultradźwiękowymi Hielscher!

Przekształcanie zużytego oleju spożywczego w UCOME to inteligentny sposób na wytwarzanie paliwa odnawialnego z odpadów, przy jednoczesnej poprawie zrównoważonego rozwoju i obniżeniu kosztów surowca. Ponieważ UCO jest często trudniejszy do przetworzenia niż oleje z pierwszego tłoczenia, technologia reaktora odgrywa kluczową rolę w osiągnięciu wydajnej i niezawodnej produkcji biodiesla.
Ultradźwiękowe reaktory biodiesla firmy Hielscher intensyfikują reakcję między olejem a metanolem poprzez mieszanie i przenoszenie masy napędzane kawitacją. Umożliwia to szybszą estryfikację i transestryfikację, lepszą obsługę zmiennych surowców UCO oraz skalowalną produkcję biodiesla na linii produkcyjnej.
W przypadku producentów komercyjnych systemy ultradźwiękowe Hielscher są wykorzystywane w procesach biodiesla zaprojektowanych do produkcji paliwa spełniającego normy ASTM D6751 i EN 14214. W przypadku rolników i drobnych użytkowników w krajach, w których nie obowiązują przepisy dotyczące biodiesla, reaktory ultradźwiękowe mogą również wspierać kompaktową produkcję mniejszych ilości biodiesla do użytku lokalnego, przy jednoczesnym uznaniu, że paliwo niespecyfikowane powinno być używane ostrożnie i zgodnie z lokalnymi wymogami i kompatybilnością silnika.
Jeśli Twoim celem jest wydajna produkcja UCO do UCOME, ultradźwiękowe reaktory biodiesla Hielscher oferują potężną i skalowalną platformę technologiczną do nowoczesnego przetwarzania biodiesla.

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania ultradźwiękowych reaktorów biodiesla firmy Hielscher:

natężenie przepływu	Moc
20 – 100 l/godz.	1kW
80 – 400 l/godz.	4x1kW
0.3 – 1,5 m³/godz.	4x4kW
2 – 10 m³/godz.	6x16kW
20 – 100 m³/godz.	62x16kW

Dlaczego Hielscher jest dobrym wyborem dla producentów biodiesla?

Firma Hielscher jest znana z przemysłowej technologii ultradźwiękowej zaprojektowanej do rzeczywistych zastosowań procesowych. W produkcji biodiesla reaktory ultradźwiękowe Hielscher zapewniają praktyczną drogę do intensyfikacji konwersji UCO, poprawy mieszania metanolu z olejem i wspierania wydajnej produkcji biodiesla z olejów odpadowych i tłuszczów.

Kluczowe powody, dla których producenci wybierają Hielscher, obejmują

• Sprawdzona wiedza w zakresie ultradźwięków
• Konstrukcje reaktorów liniowych do ciągłego przetwarzania biodiesla
• Przydatność do estryfikacji i transestryfikacji
• Ścieżka skalowania od laboratorium do produkcji
• Wytrzymały sprzęt dla środowisk przemysłowych
• Skuteczne przetwarzanie trudnych surowców, takich jak zużyty olej spożywczy

Projektowanie, produkcja i doradztwo – Jakość Made in Germany

Ultradźwięki Hielscher są dobrze znane z najwyższej jakości i standardów projektowych. Solidność i łatwa obsługa pozwalają na płynną integrację naszych ultradźwiękowców z obiektami przemysłowymi. Trudne warunki i wymagające środowiska są łatwo obsługiwane przez ultradźwięki Hielscher.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na wysokowydajne ultradźwięki z najnowocześniejszą technologią i łatwością obsługi. Oczywiście ultradźwięki Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

---

---

Literatura / Referencje

• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences ; Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
• Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).

często zadawane pytania

Czy biodiesel może być stosowany w sprzęcie rolniczym?

Tak. Sprzęt rolniczy z silnikami wysokoprężnymi z zapłonem samoczynnym może generalnie wykorzystywać mieszanki biodiesla, a wielu producentów zatwierdza mieszanki takie jak B5 lub B20; wyższe mieszanki zależą od konkretnego silnika, materiałów układu paliwowego i wytycznych OEM.

Jakie silniki mogą być zasilane biodieslem?

Biodiesel jest przeznaczony do silników wysokoprężnych, zwłaszcza silników o zapłonie samoczynnym stosowanych w pojazdach, generatorach i maszynach rolniczych. W praktyce zasadniczo wszystkie silniki wysokoprężne mogą pracować na niskich mieszankach biodiesla, podczas gdy stosowanie wyższych mieszanek lub czystego biodiesla (B100) wymaga kompatybilności silnika i zatwierdzenia przez producenta.

Czym jest amerykańska norma ASTM D6751?

ASTM D6751 to amerykańska specyfikacja mieszanki paliwowej biodiesel B100 przeznaczonej do mieszania z paliwami destylatów średnich. Określa ona wymagane właściwości paliwa i obejmuje klasy S15 i S500, odpowiadające maksymalnej zawartości siarki 15 ppm i 500 ppm.

Czym jest biodiesel UCOME?

UCOME oznacza ester metylowy zużytego oleju spożywczego. Jest to biodiesel na bazie estrów metylowych kwasów tłuszczowych, wytwarzany poprzez przekształcanie zużytego oleju spożywczego w estry metylowe, zwykle do stosowania jako substytut oleju napędowego lub składnik mieszanki.

Czy UCOME nadaje się jako składnik mieszanki dla bio-oleju żeglugowego?

Tak. UCOME jest już wykorzystywany komercyjnie jako składnik mieszanek w biopaliwach morskich, na przykład w mieszankach z olejem opałowym o bardzo niskiej zawartości siarki (VLSFO). Jego przydatność zależy od jakości paliwa, stabilności, kompatybilności i zgodności z odpowiednimi specyfikacjami paliwa żeglugowego i wymaganiami dotyczącymi obsługi.