De la UCO la biodiesel folosind reactoare cu ultrasunete

Uleiul alimentar uzat (UCO) a devenit una dintre cele mai atractive materii prime pentru producția durabilă de biomotorină. Transformarea UCO în biodiesel, sau ester metilic de ulei de gătit uzat, contribuie la reducerea deșeurilor, scade costurile materiilor prime și sprijină o economie de combustibil mai circulară. Pentru producătorii de biodiesel care caută o tehnologie de prelucrare eficientă, reactoarele ultrasonice pentru biodiesel de la Hielscher oferă o soluție puternică pentru intensificarea proceselor de transesterificare și esterificare.

Reactoarele Hielscher cu ultrasunete pentru biodiesel sunt utilizate pe scară largă pentru a îmbunătăți conversia uleiurilor și grăsimilor low-cost în biodiesel de înaltă calitate. Prin crearea unui amestec intens la nivel microscopic, cavitarea cu ultrasunete accelerează reacțiile chimice, îmbunătățește transferul de masă între fazele nemiscibile și ajută producătorii să obțină o producție rapidă, fiabilă și scalabilă de biodiesel.

UCOME – Biodiesel din uleiuri uzate

UCOME înseamnă ester metilic de ulei de gătit uzat. Este un combustibil biodiesel produs prin conversia uleiurilor de gătit uzate în esteri metilici ai acizilor grași printr-o reacție chimică cu metanol. Deoarece UCO este o materie primă reciclată, UCOME este deosebit de atractiv atât din punct de vedere economic, cât și ecologic.
Comparativ cu uleiurile vegetale virgine, UCO oferă avantaje clare în ceea ce privește costurile, dar prezintă și provocări în ceea ce privește prelucrarea. Uleiul alimentar uzat conține adesea:

• Acizi grași liberi (FFA)
• Apă
• Reziduuri alimentare și contaminanți
• Produse de oxidare
• Compoziție variabilă în funcție de sursă și de istoricul utilizării

Acești factori fac ca eficiența procesului și performanța reactorului să fie deosebit de importante. Aici reactoarele cu ultrasunete pentru biodiesel oferă avantaje semnificative.

 

 

Cum îmbunătățesc reactoarele cu ultrasunete pentru biodiesel conversia UCO în UCOME

Producția tradițională de biodiesel se bazează adesea pe agitarea mecanică și pe căldură pentru a aduce în contact uleiul, alcoolul și catalizatorul. Deoarece uleiul și metanolul nu se amestecă bine, reactoarele convenționale pot suferi de rate de reacție lente, conversie incompletă, consum mai mare de substanțe chimice și timpi de rezidență mai lungi.
Reactoarele cu ultrasunete Hielscher utilizează ultrasunete de înaltă intensitate pentru a genera cavitație în lichid. Cavitația produce zone microscopice de amestecare cu forțe de forfecare extrem de mari. Acest lucru sparge metanolul în picături foarte fine în faza de ulei și creează o zonă interfacială mult mai mare pentru reacție.

Rezultatul este un proces de biodiesel foarte intensificat, cu beneficii importante:

• Transesterificare și esterificare mai rapide
• Eficiență de conversie îmbunătățită
• O mai bună utilizare a metanolului și a catalizatorului
• Timp de reacție redus
• Capacitatea de prelucrare continuă în linie
• Escaladare ușoară de la producția pilot la producția industrială

Pentru materiile prime UCO cu conținut ridicat de FFA, ultrasunetele sunt deosebit de benefice, deoarece îmbunătățesc atât etapele de esterificare catalizate de acizi, cât și pe cele de transesterificare catalizate de baze.

De la UCO la biodiesel: Prezentare generală a procesului

Conversia uleiului de gătit uzat în biodiesel implică, în general, mai multe etape de proces. Reactoarele Hielscher cu ultrasunete pentru biodiesel pot fi integrate în procese în una sau două etape, în funcție de calitatea materiilor prime.

Un proces tipic de transformare a UCO în biodiesel include:

• Colectarea și depozitarea uleiului alimentar uzat
• Filtrare pentru îndepărtarea solidelor și a particulelor alimentare
• Uscare sau deshidratare pentru a reduce conținutul de umiditate
• Analiza FFA pentru a determina calea de reacție necesară
• Esterificarea acizilor grași liberi atunci când FFA este ridicat
• Transesterificare cu metanol pentru a forma esteri metilici
• Separarea biodieselului și a glicerolului
• Spălarea sau purificarea uscată a biomotorinei
• Șlefuire finală pentru a atinge specificațiile privind calitatea combustibilului

Atunci când sunt prezente niveluri ridicate de FFA, un pretratament de esterificare este adesea utilizat pentru a transforma acizii grași liberi în esteri înainte de etapa principală de transesterificare. Prelucrarea cu ultrasunete poate accelera ambele etape și poate îmbunătăți productivitatea generală a instalației. Citiți mai multe despre conversia biodieselului în două etape asistată de ultrasunete!

De ce reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt potrivite pentru UCOME Biodiesel

Reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt proiectate pentru procesarea industrială a lichidelor și sunt deosebit de eficiente în aplicațiile biodiesel în care amestecul lichid-lichid controlează viteza de reacție. În loc să depindă doar de agitarea în masă, ultrasunetele creează energie intensă localizată exact acolo unde este necesar.
Acest lucru oferă producătorilor mai multe avantaje practice.

• Amestec excelent de ulei și metanol
  Una dintre principalele limitări în producția de biodiesel este miscibilitatea slabă a uleiului și a metanolului. Reactoarele cu ultrasunete Hielscher creează o emulsie foarte fină, care îmbunătățește considerabil contactul dintre reactanți. Un contact mai bun înseamnă o cinetică de reacție mai rapidă și o conversie mai mare.
• Performanță ridicată cu materii prime dificile
  UCO nu este o materie primă uniformă. Conținutul său de apă, nivelul de FFA și gradul de contaminare pot varia de la un lot la altul. Reactoarele Hielscher ajută la compensarea acestor variații prin intensificarea mediului de reacție, făcând procesul mai robust și mai adaptabil.
• Timp de rezidență mai scurt
  Deoarece ultrasunetele accelerează esterificarea și transesterificarea, producătorii pot obține adesea conversia țintă în mai puțin timp decât cu sistemele convenționale cu agitare. Acest lucru poate reduce cerințele privind volumul reactorului și poate crește producția.
• Funcționare continuă în linie
  Reactoarele ultrasonice Hielscher pentru biodiesel sunt ideale pentru procesarea continuă. Configurațiile reactoarelor în linie susțin producția în regim staționar cu o calitate reproductibilă, ceea ce este foarte valoros pentru fabricile comerciale de biodiesel.
• Scalare simplă
  Un avantaj major al tehnologiei Hielscher este extinderea liniară. Parametrii de proces stabiliți în laborator sau în studiile pilot pot fi transferați în sisteme de producție mai mari într-un mod mai previzibil. Acest lucru reduce riscul de dezvoltare și simplifică planificarea extinderii.
• Fiabilitate industrială
  Sistemele Hielscher sunt concepute pentru sarcini industriale exigente. Pentru producătorii de biodiesel, aceasta înseamnă performanță fiabilă a reactorului, rezultate reproductibile și compatibilitate cu liniile de proces automatizate.
• Producerea de biodiesel conform ASTM D6751 și EN 14214
  Producătorii comerciali de biomotorină vizează adesea specificații privind calitatea combustibilului, precum ASTM D6751 și EN 14214. Aceste standarde definesc proprietăți critice, inclusiv conținutul de esteri, vâscozitatea, punctul de aprindere, indicele de aciditate, conținutul de apă, stabilitatea la oxidare, limitele de contaminanți și nivelurile de glicerină.

 
Aflați cum funcționează biodieselul produs cu ultrasunete pe motoarele cu combustie diesel!

Reactoarele Hielscher cu ultrasunete pentru biodiesel sunt utilizate în procesele de producție a biodieselului concepute pentru a obține o calitate a combustibilului în conformitate cu ASTM D6751 și EN 14214. În studiul lor publicat în 2020, Bastante-Saez și colegii săi au demonstrat că biodieselul produs din grăsimi reziduale de kebab folosind un reactor cu ultrasunete Hielscher a dat randamente ridicate de esteri metilici ai acizilor grași (FAME). FAME au fost mai mari (97,42% p/p pentru grăsimea de pui și 96,98 pentru grăsimea de vită și oaie) decât pragul minim stabilit de regulamentul european EN 14214 (și anume, minim 96,5% p/p).

 

 

Biodiesel la scară mică pentru ferme și utilizatori în afara rețelei

În unele țări sau regiuni, reglementările privind biomotorina sunt limitate sau nu sunt aplicate pentru micii utilizatori privați. Fermierii și proprietarii de echipamente pot produce cantități mai mici de biomotorină din ulei de gătit uzat pentru consumul la fața locului în tractoare, generatoare, încălzitoare sau alte echipamente agricole alimentate cu motorină.
În aceste cazuri, obiectivul este adesea înlocuirea practică a combustibilului, mai degrabă decât vânzarea comercială certificată. Reactoarele ultrasonice pentru biodiesel pot fi, de asemenea, atractive pentru o astfel de producție descentralizată, deoarece oferă:

• Timp de reacție rapid
• Conversie eficientă cu echipamente compacte
• Potrivire bună pentru materii prime variabile de uleiuri uzate
• Reducerea dependenței de rezervoarele mari cu agitare
• Potențial pentru configurații modulare de prelucrare

În același timp, este important să se precizeze în mod clar că biomotorina nespecifică poate să nu fie adecvată pentru toate motoarele, poate să nu respecte cerințele legale locale și poate prezenta probleme legate de depozitare, compatibilitatea materialelor, emisii sau garanția motorului. În cazul în care există standarde pentru biomotorină, combustibilul ar trebui testat și produs în consecință înainte de a fi utilizat în aplicații reglementate sau pe vehicule rutiere.

 

 

Avantajele economice ale producției de biodiesel cu ultrasunete din UCO

Costul materiei prime este una dintre cele mai importante variabile în economia biomotorinei. Deoarece uleiul alimentar uzat este, în general, mai ieftin decât uleiurile vegetale rafinate, acesta oferă un puternic potențial de reducere a costurilor. Cu toate acestea, aceste economii pot fi pierdute dacă procesul este lent, ineficient din punct de vedere chimic sau incapabil să gestioneze variabilitatea materiilor prime.
Reactoarele ultrasonice Hielscher pentru biodiesel contribuie la protejarea rentabilității prin îmbunătățirea eficienței reacției și a productivității instalației. Avantajele economice potențiale includ:

• O mai bună utilizare a materiilor prime UCO low-cost
• Producție crescută
• Timp de reacție redus
• Cerere mai mică de energie legată de amestecare în comparație cu scenariile ineficiente de agitare în vrac
• Îmbunătățirea coerenței proceselor
• Integrare mai ușoară în liniile de producție continuă

Pentru producătorii care doresc să extindă producția de biomotorină din uleiuri reziduale, această combinație de flexibilitate a materiilor prime și de intensificare a procesului poate fi extrem de valoroasă.

Conversia UCO în UCOME Biodiesel eficient cu reactoarele cu ultrasunete Hielscher!

Transformarea uleiului de gătit uzat în UCOME este o modalitate inteligentă de a crea combustibil regenerabil din deșeuri, îmbunătățind în același timp durabilitatea și reducând costurile materiilor prime. Deoarece UCO este adesea mai dificil de prelucrat decât uleiurile virgine, tehnologia reactoarelor joacă un rol crucial în obținerea unei producții eficiente și fiabile de biodiesel.
Reactoarele ultrasonice Hielscher pentru biodiesel intensifică reacția dintre ulei și metanol prin amestecarea și transferul de masă determinate de cavitație. Acest lucru permite esterificarea și transesterificarea mai rapide, o mai bună gestionare a materiilor prime UCO variabile și o producție scalabilă de biodiesel în linie.
Pentru producătorii comerciali, sistemele cu ultrasunete Hielscher sunt utilizate în procesele de biodiesel concepute pentru a produce combustibil în conformitate cu ASTM D6751 și EN 14214. Pentru fermierii și utilizatorii mici din țările fără reglementări privind biomotorina, reactoarele cu ultrasunete pot sprijini, de asemenea, producția compactă de cantități mai mici de biomotorină pentru utilizarea echipamentelor locale, recunoscând în același timp că combustibilul nespecific ar trebui utilizat cu prudență și în conformitate cu cerințele locale și compatibilitatea motorului.
Dacă obiectivul dumneavoastră este producția eficientă de UCO la UCOME, reactoarele ultrasonice Hielscher pentru biodiesel oferă o platformă tehnologică puternică și scalabilă pentru procesarea modernă a biodieselului.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a reactoarelor ultrasonice Hielscher pentru biodiesel:

Debitul	Putere
20 – 100L / oră	1kW
80 – 400L / oră	4x1kW
0.3 – 1.5m³ / oră	4x4kW
2 – 10m³/oră	6x16kW
20 – 100m³/oră	62x16kW

De ce Hielscher este o alegere bună pentru producătorii de biodiesel?

Hielscher este recunoscut pentru tehnologia industrială cu ultrasunete concepută pentru aplicații de proces reale. În producția de biodiesel, reactoarele cu ultrasunete Hielscher oferă o cale practică pentru intensificarea conversiei UCO, îmbunătățirea amestecului metanol-ulei și sprijinirea producției eficiente de biodiesel din uleiuri și grăsimi uzate.

Principalele motive pentru care producătorii aleg Hielscher includ:

• Expertiză ultrasonică dovedită
• Proiectarea reactoarelor în linie pentru prelucrarea continuă a biodieselului
• Pretabilitate pentru esterificare și transesterificare
• Cale puternică de extindere de la laborator la producție
• Echipamente robuste pentru medii industriale
• Prelucrarea eficientă a materiilor prime dificile, cum ar fi uleiul de gătit uzat

Proiectare, fabricație și consultanță – Calitate Made in Germany

Hielscher ultrasonicators sunt bine-cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și funcționarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicators noastre în instalații industriale. Condiții dure și medii solicitante sunt ușor de manipulat de ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicators de înaltă performanță cu tehnologie de ultimă oră și ușurință în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.

---

---

Literatură / Referințe

• 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).

Întrebări frecvente

Biodieselul poate fi utilizat pentru echipamentele agricole?

Da. Echipamentele agricole cu motoare diesel cu aprindere prin compresie pot utiliza, în general, amestecuri de biomotorină, iar mulți producători aprobă amestecuri precum B5 sau B20; amestecurile mai mari depind de motorul specific, de materialele sistemului de alimentare și de indicațiile producătorilor de echipamente originale.

Ce motoare pot funcționa cu biodiesel?

Biodieselul este destinat motoarelor diesel, în special motoarelor cu aprindere prin comprimare utilizate în vehicule, generatoare și utilaje agricole. În practică, practic toate motoarele diesel pot funcționa cu amestecuri mici de biomotorină, în timp ce utilizarea amestecurilor mai mari sau a biomotorinei pure (B100) necesită compatibilitatea motorului și aprobarea producătorului.

Ce este standardul american ASTM D6751?

ASTM D6751 este specificația americană pentru amestecul de combustibil biodiesel, B100, pentru amestecarea cu combustibili distilați medii. Aceasta definește proprietățile necesare ale combustibilului și acoperă gradele S15 și S500, corespunzătoare conținutului maxim de sulf de 15 ppm și 500 ppm.

Ce este UCOME Biodiesel?

UCOME înseamnă Ester metilic de ulei de gătit uzat. Este un biodiesel pe bază de esteri metilici de acizi grași obținut prin conversia uleiului de gătit uzat în esteri metilici, de obicei pentru a fi utilizat ca înlocuitor al motorinei sau componentă a amestecului.

Este UCOME potrivit ca o componentă de amestec pentru uleiul combustibil bio-marin?

Da. UCOME este deja utilizat comercial ca o componentă de amestec în formulările biocombustibililor marini, de exemplu în amestecuri cu păcură cu conținut foarte scăzut de sulf (VLSFO). Adecvarea sa depinde de calitatea combustibilului, de stabilitate, de compatibilitate și de conformitatea cu specificațiile relevante privind combustibilul marin și cu cerințele de manipulare.