Od UCO do biodiesla z wykorzystaniem reaktorów ultradźwiękowych

Zużyty olej spożywczy (UCO) stał się jednym z najbardziej atrakcyjnych surowców do zrównoważonej produkcji biodiesla. Przekształcanie UCO w biodiesel, czyli estry metylowe zużytego oleju spożywczego, pomaga ograniczać ilość odpadów, obniża koszty surowców i wspiera gospodarkę paliwową w większym stopniu opartą na obiegu zamkniętym. Producentom biodiesla poszukującym wydajnej technologii przetwarzania reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla oferują skuteczne rozwiązanie pozwalające intensyfikować procesy transestryfikacji i estryfikacji.

Reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla są powszechnie stosowane w celu usprawnienia konwersji niedrogich olejów i tłuszczów w biodiesel wysokiej jakości. Wywołując 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 estry metylowe zużytego oleju spożywczego. Jest to paliwo biodiesel wytwarzane poprzez przekształcanie odpadowych 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 perspektywy ekonomicznej, jak i środowiskowej.
W porównaniu z pierwotnymi olejami roślinnymi UCO oferuje wyraźne korzyści kosztowe, ale wiąże się również z wyzwaniami w przetwarzaniu. Zużyty olej spożywczy często zawiera:

• Wolne kwasy tłuszczowe (FFA)
• Wodę
• Resztki żywności i zanieczyszczenia
• Produkty utleniania
• Składniki o zmiennym udziale zależnym od źródła i historii użytkowania

Czynniki te sprawiają, że wydajność procesu i sprawność reaktora są szczególnie ważne. Właśnie w tym zakresie reaktory ultradźwiękowe do produkcji biodiesla oferują istotne korzyści.

 

W tym filmie instruktażowym przedstawiamy naukowe podstawy działania ultradźwiękowych reaktorów do biodiesla i wyjaśniamy, jak znacząco usprawniają jego produkcję. Ultradźwiękowe reaktory Hielscher do biodiesla są sprawdzonym, skutecznym narzędziem usprawniającym proces produkcji biodiesla. W tym materiale omawiamy zasadę ich działania i przedstawiamy różne konfiguracje urządzeń ultradźwiękowych dostosowane do każdej skali produkcji. Mogą Państwo zwiększyć wydajność i opłacalność produkcji biodiesla oraz uzyskać więcej biodiesla wysokiej jakości dzięki szybkiej konwersji. Jednocześnie ultradźwiękowe reaktory do biodiesla umożliwiają wykorzystanie olejów niskiej jakości, takich jak odpadowe oleje roślinne lub zużyte tłuszcze kuchenne, oraz pomagają ograniczyć zużycie metanolu i katalizatora, przyczyniając się do przyjaznej środowisku i zrównoważonej produkcji biodiesla.

 

Jak reaktory ultradźwiękowe do produkcji biodiesla usprawniają konwersję UCO w UCOME

Tradycyjna produkcja biodiesla często opiera się na mieszaniu mechanicznym i ogrzewaniu, aby zapewnić kontakt oleju, alkoholu i katalizatora. Ponieważ olej i metanol słabo się mieszają, w konwencjonalnych reaktorach mogą występować niskie szybkości reakcji, niepełna konwersja, większe zużycie substancji chemicznych i dłuższe czasy przebywania.
Reaktory ultradźwiękowe Hielscher wykorzystują ultradźwięki o wysokim natężeniu do wywoływania kawitacji w cieczy. Kawitacja tworzy mikroskopowe strefy mieszania o niezwykle dużych siłach ścinających. Powoduje to rozdrobnienie metanolu na bardzo drobne krople w fazie olejowej i tworzy znacznie większą powierzchnię międzyfazową, na której zachodzi reakcja.

Rezultatem jest znacznie zintensyfikowany proces produkcji biodiesla zapewniający istotne korzyści:

• Szybsza transestryfikacja i estryfikacja
• Lepsza wydajność konwersji
• Lepsze wykorzystanie metanolu i katalizatora
• Skrócony czas reakcji
• Możliwość ciągłego przetwarzania w linii
• Łatwe zwiększanie skali od produkcji pilotażowej do przemysłowej

W przypadku surowców UCO o podwyższonej zawartości FFA ultradźwięki są szczególnie korzystne, ponieważ usprawniają zarówno etap estryfikacji katalizowanej kwasem, jak i etap transestryfikacji katalizowanej zasadą.

Od UCO do biodiesla: przegląd procesu

Konwersja zużytego oleju spożywczego w biodiesel obejmuje zazwyczaj kilka etapów procesu. Reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla można integrować z układami procesowymi jednoetapowymi lub dwuetapowymi, zależnie od jakości surowca.

Typowy proces konwersji UCO w biodiesel obejmuje:

• Zbieranie i przechowywanie zużytego oleju spożywczego
• Filtrację w celu usunięcia cząstek stałych i cząstek żywności
• Suszenie lub odwadnianie w celu zmniejszenia zawartości wilgoci
• Analizę FFA w celu określenia wymaganej ścieżki reakcji
• Estryfikację wolnych kwasów tłuszczowych przy wysokiej zawartości FFA
• Transestryfikację z metanolem w celu wytworzenia estrów metylowych
• Rozdzielanie biodiesla i glicerolu
• Płukanie lub oczyszczanie biodiesla na sucho
• Końcowe doczyszczanie w celu spełnienia specyfikacji jakości paliwa

Przy wysokiej zawartości FFA często stosuje się wstępną estryfikację w celu przekształcenia wolnych kwasów tłuszczowych w estry przed głównym etapem transestryfikacji. Przetwarzanie ultradźwiękowe może przyspieszyć oba etapy i zwiększyć ogólną wydajność zakładu. Dowiedz się więcej o wspomaganej ultradźwiękami dwuetapowej konwersji surowców w biodiesel!

Dlaczego reaktory ultradźwiękowe Hielscher dobrze nadają się do produkcji biodiesla UCOME

Reaktory ultradźwiękowe Hielscher są projektowane do przemysłowego przetwarzania cieczy i są szczególnie skuteczne w zastosowaniach związanych z biodieslem, w których mieszanie ciecz–ciecz decyduje o szybkości reakcji. Zamiast polegać wyłącznie na mieszaniu całej objętości, ultradźwięki wytwarzają intensywną, lokalnie skoncentrowaną energię dokładnie tam, gdzie jest potrzebna.
Zapewnia to producentom kilka praktycznych korzyści.

• Doskonałe mieszanie oleju i metanolu
  Jednym z głównych ograniczeń w produkcji biodiesla jest słaba mieszalność oleju i metanolu. Reaktory ultradźwiękowe Hielscher tworzą emulsję o bardzo drobnych kroplach, co znacznie poprawia kontakt między reagentami. Lepszy kontakt oznacza szybszą kinetykę reakcji i wyższy stopień konwersji.
• Wysoka wydajność przy przetwarzaniu trudnych surowców
  UCO nie jest surowcem o jednolitych właściwościach. Zawartość wody, poziom FFA i ilość zanieczyszczeń mogą różnić się między partiami. Reaktory Hielscher pomagają kompensować te różnice poprzez intensyfikację warunków reakcji, dzięki czemu proces jest bardziej odporny na zmienność i łatwiej go dostosować.
• Krótszy czas przebywania
  Ponieważ ultradźwięki przyspieszają estryfikację i transestryfikację, producenci często mogą osiągnąć docelowy stopień konwersji w krótszym czasie niż w konwencjonalnych układach z mieszaniem. Może to zmniejszyć wymaganą objętość reaktora i zwiększyć wydajność przetwarzania.
• Ciągła praca w linii
  Reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla idealnie nadają się do przetwarzania ciągłego. Konfiguracje reaktorów pracujących w linii umożliwiają produkcję w stanie ustalonym z powtarzalną jakością, co jest bardzo cenne dla komercyjnych zakładów produkcji biodiesla.
• Proste zwiększanie skali
  Istotną zaletą technologii Hielscher jest liniowe zwiększanie skali. Parametry procesu ustalone w próbach laboratoryjnych lub pilotażowych można przenosić do większych systemów produkcyjnych w bardziej przewidywalny sposób. Zmniejsza to ryzyko związane z rozwojem procesu i upraszcza planowanie rozbudowy.
• Niezawodność przemysłowa
  Systemy Hielscher są projektowane do wymagającej eksploatacji przemysłowej. Dla producentów biodiesla oznacza to niezawodną pracę reaktora, powtarzalne wyniki i zgodność ze zautomatyzowanymi liniami procesowymi.
• Produkcja biodiesla zgodnego z ASTM D6751 i EN 14214
  Komercyjni producenci biodiesla często dążą do spełnienia specyfikacji jakości paliwa, takich jak ASTM D6751 i EN 14214. Normy te określają kluczowe właściwości, w tym zawartość estrów, lepkość, temperaturę zapłonu, liczbę kwasową, zawartość wody, stabilność oksydacyjną, limity zanieczyszczeń i poziomy zawartości gliceryny.

 
Przeczytaj, jak biodiesel wytwarzany ultradźwiękowo sprawdza się w silnikach spalinowych o zapłonie samoczynnym!

Reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla są wykorzystywane w procesach produkcji biodiesla zaprojektowanych w celu uzyskania jakości paliwa zgodnej z ASTM D6751 i EN 14214. W badaniu opublikowanym w 2020 roku Bastante-Saez i współpracownicy wykazali, że biodiesel wytwarzany z odpadowych tłuszczów z kebabu z wykorzystaniem reaktora ultradźwiękowego Hielscher zapewniał wysokie uzyski estrów metylowych kwasów tłuszczowych (FAME). Wartości FAME były wyższe (97,42% w/w dla tłuszczu z kurczaka i 96,98 dla tłuszczu wołowo-jagnięcego) niż minimalny próg określony w europejskiej normie EN 14214 (tj. minimum 96,5% w/w).

 

 

Biodiesel na małą skalę dla gospodarstw rolnych i użytkowników poza siecią energetyczną

W niektórych krajach lub regionach przepisy dotyczące biodiesla mają ograniczony zakres lub nie są egzekwowane wobec małych użytkowników prywatnych. Rolnicy i właściciele sprzętu mogą produkować mniejsze ilości biodiesla ze zużytego oleju spożywczego do wykorzystania na miejscu w ciągnikach, generatorach, nagrzewnicach lub innym sprzęcie rolniczym napędzanym silnikami Diesla.
W takich przypadkach celem jest często praktyczne zastąpienie paliwa, a nie certyfikowana sprzedaż komercyjna. Reaktory ultradźwiękowe do produkcji biodiesla mogą być atrakcyjne również w takiej zdecentralizowanej produkcji, ponieważ oferują:

• Krótkie czasy reakcji
• Wydajną konwersję przy użyciu kompaktowych urządzeń
• Dobre dostosowanie do przetwarzania surowców z olejów odpadowych o zmiennych właściwościach
• Mniejszą zależność od dużych zbiorników z mieszadłami
• Możliwość stosowania modułowych układów przetwarzania

Jednocześnie należy jasno zaznaczyć, że biodiesel niespełniający specyfikacji może nie nadawać się do wszystkich silników, może nie spełniać lokalnych wymogów prawnych i może powodować problemy związane z przechowywaniem, kompatybilnością materiałową, emisjami lub gwarancją na silnik. Tam, gdzie obowiązują normy dotyczące biodiesla, paliwo należy przebadać i wyprodukować zgodnie z nimi przed użyciem w zastosowaniach objętych przepisami lub w pojazdach drogowych.

 

 

Korzyści ekonomiczne ultradźwiękowej produkcji biodiesla z UCO

Koszt surowca jest jedną z najważniejszych zmiennych w ekonomice produkcji biodiesla. Ponieważ zużyty olej spożywczy jest zazwyczaj tańszy niż rafinowane oleje roślinne, oferuje znaczny potencjał oszczędności kosztów. Oszczędności te mogą jednak zostać utracone, jeśli proces jest powolny, nieefektywny pod względem wykorzystania substancji chemicznych lub nie radzi sobie ze zmiennością surowca.
Reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla pomagają utrzymać rentowność poprzez poprawę wydajności reakcji i wydajności zakładu. Potencjalne korzyści ekonomiczne obejmują:

• Lepsze wykorzystanie niedrogich surowców UCO
• Zwiększoną wydajność przetwarzania
• Skrócony czas reakcji
• Niższe zapotrzebowanie na energię do mieszania w porównaniu z nieefektywnymi wariantami mieszania całej objętości
• Lepszą powtarzalność procesu
• Łatwiejszą integrację z liniami produkcji ciągłej

Dla producentów dążących do zwiększenia skali produkcji biodiesla z olejów odpadowych to połączenie elastyczności w doborze surowca i intensyfikacji procesu może być bardzo cenne.

Wydajnie przekształcaj UCO w biodiesel UCOME dzięki reaktorom ultradźwiękowym Hielscher!

Przekształcanie zużytego oleju spożywczego w UCOME to rozsądny sposób wytwarzania paliwa odnawialnego z odpadów, który jednocześnie poprawia zrównoważony charakter produkcji i obniża koszty surowca. Ponieważ UCO jest często trudniejszy w przetwarzaniu niż oleje pierwotne, technologia reaktora odgrywa kluczową rolę w uzyskaniu wydajnej i niezawodnej produkcji biodiesla.
Reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla intensyfikują reakcję między olejem a metanolem poprzez mieszanie i przenoszenie masy wywołane kawitacją. Umożliwia to szybszą estryfikację i transestryfikację, lepsze przetwarzanie surowców UCO o zmiennych właściwościach oraz skalowalną produkcję biodiesla w linii.
W przypadku producentów komercyjnych systemy ultradźwiękowe Hielscher są wykorzystywane w procesach produkcji biodiesla zaprojektowanych do wytwarzania paliwa spełniającego ASTM D6751 i EN 14214. W przypadku rolników i małych użytkowników w krajach bez przepisów dotyczących biodiesla reaktory ultradźwiękowe mogą również wspierać produkcję mniejszych ilości biodiesla w kompaktowych instalacjach do lokalnego wykorzystania w sprzęcie, z uwzględnieniem tego, że paliwo niespełniające specyfikacji należy stosować ostrożnie, zgodnie z lokalnymi wymaganiami i kompatybilnością silnika.
Jeśli Twoim celem jest wydajna produkcja UCOME z UCO, reaktory ultradźwiękowe Hielscher do produkcji biodiesla oferują wydajną i skalowalną platformę technologiczną do nowoczesnego przetwarzania surowców w biodiesel.

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania reaktorów ultradźwiękowych Hielscher do produkcji biodiesla:

Natężenie przepływu	Moc
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Dlaczego Hielscher jest dobrym wyborem dla producentów biodiesla?

Hielscher jest ceniony za przemysłową technologię ultradźwiękową zaprojektowaną do rzeczywistych zastosowań procesowych. W produkcji biodiesla reaktory ultradźwiękowe Hielscher zapewniają praktyczny sposób intensyfikacji konwersji UCO, poprawy mieszania metanolu z olejem i wspierania wydajnej produkcji biodiesla z olejów i tłuszczów odpadowych.

Główne powody, dla których producenci wybierają Hielscher, obejmują:

• Sprawdzone kompetencje w dziedzinie ultradźwięków
• Konstrukcje reaktorów do pracy w linii umożliwiające ciągłe przetwarzanie surowców w biodiesel
• Przydatność do estryfikacji i transestryfikacji
• Skuteczną ścieżkę zwiększania skali od laboratorium do produkcji
• Wytrzymałe urządzenia do środowisk przemysłowych
• Skuteczne przetwarzanie wymagających surowców, takich jak zużyty olej spożywczy

Projektowanie, produkcja i doradztwo – jakość wyprodukowana w Niemczech

Sonikatory Hielscher są dobrze znane z najwyższych standardów jakości i projektowania. Wytrzymałość i łatwa obsługa umożliwiają bezproblemową integrację naszych sonikatorów z instalacjami przemysłowymi. Sonikatory Hielscher z łatwością radzą sobie z trudnymi warunkami i wymagającymi środowiskami.

Hielscher Ultrasonics jest firmą posiadającą certyfikat ISO i kładzie szczególny nacisk na sonikatory o wysokiej wydajności, wykorzystujące najnowocześniejszą technologię i łatwe w obsłudze. Oczywiście sonikatory Hielscher są zgodne z CE i spełniają wymagania UL, CSA i RoHs.

---

---

Literatura / źródła

• 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).