Производство биодизеля & Конверсия биодизеля
При производстве биодизельного топлива медленная кинетика реакции и плохой массоперенос снижают производительность биодизельной установки, а также выход и качество биодизельного топлива. Ультразвуковые реакторы Хильшера значительно улучшают кинетику переэтерификации. Таким образом, для переработки биодизеля требуется меньший избыток метанола и меньше катализатора.
Биодизельное топливо обычно производится в реакторах периодического действия с использованием тепла и механического смешивания в качестве источника энергии. Ультразвуковое кавитационное смешивание является эффективной альтернативой для достижения лучшего перемешивания при коммерческой переработке биодизельного топлива. Ультразвуковая кавитация обеспечивает необходимую энергию активации для промышленной переэтерификации биодизеля.
Ультразвуковое смешивание улучшает скорость преобразования биодизельного топлива, увеличивает выход и экономит избыток метанола и катализатора.
Ультразвуковая переэтерификация биодизеля
Производство биодизеля обычно включает в себя химическую реакцию, называемую переэтерификацией, в которой триглицерид (например, растительное масло, животный жир, отработанные кулинарные масла) реагирует со спиртом (например, метанолом) в присутствии катализатора для производства биодизеля (метиловых эфиров жирных кислот) и глицерина. Ультразвуковые реакторы могут использоваться для усиления процесса переэтерификации несколькими способами, что приводит к нескольким преимуществам:
- Улучшенное смешивание: Ультразвуковые волны могут создавать кавитационные пузырьки, которые сильно схлопываются, вызывая интенсивное перемешивание и перемешивание реакционной смеси. Это приводит к лучшему контакту между реагентами и катализатором, что приводит к более быстрой и полной переэтерификации.
- Ускоренная кинетика реакции: Высокоэнергетические условия, создаваемые ультразвуковыми волнами, могут активировать реакцию, увеличивая скорость реакции и сокращая время реакции, необходимое для достижения заданного уровня конверсии. Это может привести к повышению урожайности и снижению затрат.
- Сокращение использования катализатора: Ультразвуковые реакторы могут повысить эффективность использования катализатора за счет предоставления большего количества активных центров для реакции. Это означает, что для достижения того же уровня конверсии требуется меньше катализатора, что снижает затраты и воздействие на окружающую среду.
- Улучшение качества продукции: Ультразвуковые реакторы могут производить биодизельное топливо с более низким содержанием свободных жирных кислот, более высокой чистотой и лучшими свойствами текучести при низких температурах. Это связано с улучшенным перемешиванием и более быстрой кинетикой реакции, что сводит к минимуму образование нежелательных побочных продуктов и примесей.
Эти преимущества ультразвуковой обработки биодизеля делают использование ультразвукового реактора очень экономичным, поскольку использование ультразвуковых реакторов значительно повышает эффективность, скорость и качество переэтерификации биодизеля. Таким образом, ультразвуковая обработка превращает переэтерификацию в более экономически и экологически устойчивый процесс.
Проблемы традиционного смешивания биодизеля: Обычная реакция этерификации при периодической обработке имеет тенденцию быть медленной, а фазовое разделение глицерина занимает много времени, часто занимая 5 часов и более.
Ультразвуковые реакторы помогают ускорить процесс производства биодизеля и одновременно повысить производительность и качество биодизеля при меньших затратах на обработку!
Ультразвуковой аппарат промышленного класса UIP2000hdT с проточной ячейкой FC2T500k для этерификации и переэтерификации биодизельного топлива в потоке.
Преимущества ультразвуковой переэтерификации биодизеля
- Более высокий выход биодизеля благодаря улучшенному перемешиванию
- Повышенное качество биодизеля
- Используйте в качестве сырья даже самое плохое масло
- Непрерывная поточная обработка
- Меньше метанола
- Меньше катализатора
- Экономия времени благодаря высокоскоростному преобразованию
- Энергосбережение
- Простая и безопасная эксплуатация
- Надежность и низкие эксплуатационные расходы
- Высокая производительность: работа в режиме 24/7 при полной нагрузке
«Мы были очень довольны оборудованием и обслуживанием Hielscher, и у нас есть все намерения включить технологию ультразвуковой обработки Hielscher во все наши будущие начинания».
Тодд Стивенс, Tulsa Biofuels
Ультразвуковое излучение для производства биодизеля
Биодизельное топливо часто производится в реакторах периодического действия. Ультразвуковая конверсия биодизеля обеспечивает непрерывную поточную обработку. Ультразвуковая обработка позволяет достичь выхода биодизеля более чем на 99%. Ультразвуковые реакторы сокращают время обработки с обычного 1 до 4 часов периодической обработки до менее чем 30 секунд. Что еще более важно, ультразвуковое излучение сокращает время разделения с 5-10 часов (при обычном перемешивании) до менее чем 60 минут. Ультразвук также помогает снизить необходимое количество катализатора до 50% за счет повышенной химической активности в присутствии кавитации. При использовании ультразвука количество необходимого метанола также уменьшается. Еще одним преимуществом является результирующее увеличение чистоты глицерина.
Ультразвуковое производство биодизеля шаг за шагом:
- Растительное масло или животный жир смешивается с метанолом (который образует метиловые эфиры) или этанолом (для этиловых эфиров) и метоксидом или гидроксидом калия натрия или калия
- смесь нагревают, например, до температуры от 45 до 65 градусов Цельсия
- Нагретая смесь подвергается ультразвуковой обработке в течение 5-15 секунд
- Глицерин выпадает или отделяется с помощью центрифуг
- Переработанный биодизель промывается водой
Чаще всего ультразвуковая обработка выполняется при повышенном давлении (от 1 до 3 бар, манометрическое давление) с использованием питательного насоса и регулируемого клапана обратного давления рядом с проточной ячейкой.
Промышленная конверсия биодизеля не требует большого количества ультразвуковой энергии. Фактическая потребность в энергии может быть определена в настольном масштабе, например, с помощью ультразвукового процессора мощностью 1 кВт, такого как UIP1000hdT. Все результаты таких стендовых испытаний могут быть масштабированы линейно и без каких-либо проблем. При необходимости доступны ультразвуковые устройства, сертифицированные ATEX, такие как UIP1000-Exd.
Hielscher поставляет промышленное ультразвуковое оборудование для обработки биодизельного топлива по всему миру. Благодаря ультразвуковым процессорам мощностью до 16 кВт на одно устройство нет ограничений по размеру биодизельной установки или производительности.
Затраты на производство ультразвукового биодизеля
Ультразвуковое излучение является эффективным средством для увеличения скорости реакции и коэффициента преобразования в коммерческом производстве биодизеля. Затраты на ультразвуковую обработку в основном связаны с инвестициями в ультразвуковое оборудование, коммунальными расходами и техническим обслуживанием. Выдающаяся энергоэффективность ультразвуковых аппаратов Hielscher помогает снизить затраты на коммунальные услуги и тем самым сделать этот процесс еще более экологичным. Результирующие затраты на ультразвуковое исследование варьируются от 0,1 до 1,0 карата за литр (от 0,4 карата до 1,9 карата на галлон) при использовании в промышленных масштабах.
Узнайте больше об эффективности процесса и экономических преимуществах производства ультразвукового биодизеля!
Ультразвуковое смешивание снижает удельное энергопотребление при производстве биодизеля, значительно превосходя гидродинамические магнитные смесители и смесители с большими сдвиговыми усилиями.
Маломасштабная ультразвуковая установка для производства биодизеля
Ультразвуковое воздействие может быть использовано для преобразования масла в биодизельное топливо в любом масштабе. На рисунке ниже показана мелкомасштабная установка для переработки 60-70 литров (от 16 до 19 галлонов). Это типичная конфигурация для начальных исследований и демонстрации процесса.
Ультразвуковая этерификация и переэтерификация могут выполняться как периодическим, так и непрерывным поточным процессом. На этой диаграмме показан ультразвуковой процесс периодического производства для конверсии биодизельного топлива.
3х ультразвуковых аппарата 1кВт модели 1000hdT с ультразвуковым проточным реактором для высокоэффективной конверсии биодизеля.
- один ультразвуковой аппарат (например, UIP500hdT или UIP1000hdT) с бустером, сонотродом и проточной ячейкой
- Измеритель мощности для измерения мощности и энергии
- Технологический бак объемом 80 л (пластик, например, HDPE)
- нагревательный элемент (от 1 до 2 кВт)
- Бак для предварительного смешивания катализатора 10 л (пластик, например, HDPE)
- Предсмеситель катализатора (мешалка)
- насос (центрифужный, моно или шестеренчатый) производительностью ок. 10–20 л/мин при давлении от 1 до 3 бар изб.
- клапан обратного давления для регулировки давления в проточной ячейке
- манометр для измерения давления подачи
Ультразвуковые реакторы для превосходной переработки биодизеля
Hielscher Ultrasonics предлагает высокопроизводительные ультразвуковые процессоры и реакторы, которые улучшат производство биодизеля за счет более высокого выхода биодизеля, улучшения качества биодизеля, сокращения времени обработки и снижения производственных затрат.
Мало- и среднетоннажные ультразвуковые реакторы для переэтерификации биодизеля
Для малого и среднего производства биодизельного топлива мощностью до 9 тонн/ч (2900 галлонов/ч) Hielscher предлагает вам UIP500hdT (500 Вт), UIP1000hdT (1000 Вт), UIP1500hdT (1500 Вт) и UIP2000hdT (2000 Вт) в качестве ультразвуковых смесителей с большими сдвиговыми усилиями и проточными реакторами для надежной и эффективной переработки биодизельного топлива в потоке. Эти четыре ультразвуковых реактора очень компактны, их легко интегрировать или модернизировать. Они созданы для тяжелых условий эксплуатации в суровых условиях. Ниже приведены рекомендуемые конфигурации реакторов для различных скоростей производства.
|
тонна/ч
|
галлон/ч
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 Вт) |
0.25 до 0.5
|
80 до 160
|
| 1x UIP1000HDT (1000 Вт) |
0.5 до 1.0
|
160 до 320
|
| 1x UIP1500HDT (1500 Вт) |
0.75 до 1.5
|
240 до 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 Вт) |
С 1.0 по 2.0
|
320 до 640
|
| в 2 раза UIP2000hdT (2000 Вт) |
С 2.0 по 4.0
|
640 до 1280
|
| В 4 разаUIP1500HDT (1500 Вт) |
3,0 до 6,0
|
С 960 по 1920 год
|
| В 6 раз UIP1500HDT (1500 Вт) |
4,5 до 9,0
|
1440 до 2880
|
| В 6 раз UIP2000hdT (2000 Вт) |
С 6,0 по 12,0
|
С 1920 по 3840
|
Промышленные биодизельные реакторы с очень большой пропускной способностью
Для промышленных предприятий по производству биодизеля Hielscher предлагает ультразвуковые гомогенизаторы UIP4000hdT (4 кВт), UIP6000hdT (6 кВт), 10000 (10 кВт) и UIP16000hdT (16 кВт)! Эти ультразвуковые процессоры предназначены для непрерывной обработки с высокой скоростью потока. UIP4000hdT, UIP6000hdT и UIP10000 могут быть интегрированы в стандартные морские грузовые контейнеры. В качестве альтернативы все четыре модели процессоров доступны в корпусах из нержавеющей стали. Вертикальная установка требует минимального пространства. Ниже приведены рекомендуемые настройки для типичной промышленной скорости обработки.
|
тонна/ч
|
галлон/ч
|
1x UIP6000hdT (6000 Вт) |
3,0 до 6,0
|
С 960 по 1920 год
|
|---|---|---|
| В 3 раза UIP4000hdT (4000 Вт) |
С 6,0 по 12,0
|
С 1920 по 3840
|
| В 5 раз UIP4000hdT (4000 Вт) |
10,0 до 20,0
|
3200 до 6400
|
В 3 раза UIP6000hdT (6000 Вт) |
С 9,0 до 18,0
|
С 2880 по 5880
|
| В 3 раза UIP10000 (10 000 Вт) |
15,0 до 30,0
|
4800 до 9600
|
| В 3 раза UIP16000HDT (16 000 Вт) |
24,0 до 48,0
|
С 7680 по 15360
|
| В 5 раз УИП16000HDT |
40,0 до 80,0
|
12800 до 25600
|
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Ультразвуковой аппарат UIP16000hdT способен перерабатывать биодизель 32MMGY.
Мороз & Технологическая инновация года по версии Sullivan
Компания Hielscher Ultrasonics получила престижную награду Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year в знак признания разработки компанией новой ультразвуковой технологии для производства биодизельного топлива.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о премии Frost and Sullivan Award за биодизельные реакторы Hielscher Ultrasonics!
переэтерификация – Химическая конверсия биодизеля
Производство биодизельного топлива из растительных масел (например, соевого, рапсового, ятрофы, семян подсолнечника), водорослей, животных жиров, а также отработанных кулинарных масел включает в себя катализируемую основаниями переэтерификацию жирных кислот метанолом или этанолом с получением соответствующих метиловых эфиров или этиловых эфиров. Глицерин является неизбежным побочным продуктом этой реакции.
Растительные масла, как и животные жиры, представляют собой триглицериды, состоящие из трех цепей жирных кислот, связанных молекулой глицерина. Триглицериды – это сложные эфиры. Сложные эфиры – это кислоты, как и жирные кислоты, в сочетании со спиртом. Глицерин (= глицерин) — это тяжелый алкоголь. В процессе преобразования сложные эфиры триглицеридов превращаются в алкиловые эфиры (= биодизель) с помощью катализатора (щелочи) и спиртового реагента, например, метанола, из которого образуются метиловые эфиры биодизеля. Метанол заменяет глицерин. Этот процесс химического преобразования называется переэтерификацией.
После переэтерификации глицерин, который является более тяжелой фазой, опустится на дно. Биодизельное топливо, которое является более легкой фазой, плавает сверху и может быть отделено, например, с помощью декантеров или центрифуг.
Приготовление биодизеля
Гидроксид калия (от 0,2 до 0,4 кг, катализатор) растворяется примерно в 8,5 л метанола в резервуаре для предварительного смешивания катализатора. Для этого необходимо перемешивание премикса катализатора. Технологический бак заполняется растительным маслом объемом 66 л. Масло нагревается нагревательным элементом до 45-65 градусов Цельсия.
Конверсия биодизеля
Когда катализатор полностью растворяется в метаноле, предварительную смесь катализатора смешивают с нагретым маслом. Насос подает смесь в проточную ячейку. С помощью клапана обратного давления давление регулируется в диапазоне от 1 до 3 бар изб. (от 15 до 45 фунтов на кв. дюйм изб.). Рециркуляция через ультразвуковой биодизельный реактор должна осуществляться в течение примерно 20 минут. В течение этого времени масло превращается в биодизель. После этого насос и ультразвук отключаются. Глицерин (более тяжелая фаза) отделится от биодизеля (более легкая фаза). Отделение занимает от 30 до 60 минут. Когда разделение завершено, глицерин можно слить.
Промывка биодизеля
Поскольку преобразованный биодизель содержит примеси, требуется промывка. Для промывки воду подмешивают в биодизель. Ультразвуковое воздействие может способствовать смешиванию биодизеля с водой. Это увеличивает площадь активной поверхности в результате уменьшения размера капель. Учтите, что очень интенсивная ультразвук может уменьшить количество капель воды до размера, что образуется почти стабильная эмульсия, для отделения которой потребуются специальные средства (например, центрифуга).
Завод по производству биодизеля
На приведенной ниже технологической схеме показана типичная установка для поточной ультразвуковой обработки масла, метанола и катализатора для преобразования в биодизельное топливо.
Ультразвуковая этерификация и переэтерификация могут выполняться как периодическим, так и непрерывным поточным процессом. На диаграмме показан ультразвуковой поточный процесс переэтерификации биодизеля (FAME).
Непрерывная переработка и сепарация биодизельного топлива
В установках для непрерывной обработки биодизельного топлива и непрерывной сепарации нагретое масло и предварительная смесь катализатора непрерывно смешиваются с помощью регулируемых насосов. Встроенный статический смеситель улучшает однородность подаваемого материала в ультразвуковой реактор. Смесь масла и катализатора проходит через проточную ячейку, где подвергается воздействию ультразвуковой кавитации в течение примерно 5-30 секунд. Клапан обратного давления используется для регулирования давления в проточной ячейке. Обработанная ультразвуком смесь поступает в колонну реактора сверху. Объем реакторной колонны рассчитан на время удержания в колонне около 1 часа. За это время завершается реакция переэтерификации. Прореагировавшая смесь глицерина и биодизеля перекачивается в центрифугу, где она разделяется на биодизельную и глицериновую фракции. Постобработка включает в себя восстановление, промывку и сушку метанола и может выполняться непрерывно.
Эта установка исключает использование партий биодизельных реакторов, обычных мешалок и больших резервуаров сепаратора.
Скорость реакции переэтерификации биодизеля
На приведенных ниже диаграммах представлены типичные результаты переэтерификации рапсового масла (технического сорта) метоксидом натрия (слева) и гидроксидом калия (справа). В обоих испытаниях контрольный образец (синяя линия) подвергался интенсивному механическому перемешиванию. Красной линией обозначен образец ультразвука, идентичный по объемному соотношении, концентрации катализатора и температуре. Горизонтальная ось показывает время после сведения или обработки ультразвуком соответственно. Вертикальная ось показывает объем глицерина, который осел на дне. Это простое средство измерения скорости реакции. На обеих диаграммах образец ультразвука (красный) реагирует гораздо быстрее, чем контрольный образец (синий).
Сравнение ультразвукового (красный график) и обычного смешивания (синий график) для производства биодизеля – Использование с метоксидом натрия (слева) и гидроксидом калия (справа) в качестве катализаторов.
Ссылки на поставки биодизеля
Нажмите здесь, чтобы получить ссылки на поставщиков насосов и баков для биодизельной промышленности.
Информация о химических веществах и безопасности
Пожалуйста, внимательно ознакомьтесь с приведенной ниже информацией, чтобы предотвратить осложнения и неблагоприятные последствия для здоровья.
Биодизельные химикаты
Метанол токсичен. Это может привести к ухудшению состояния нервной системы в результате длительного использования. Он также может адсорбироваться кожей. При попадании в глаза метанол может привести к слепоте, а при проглатывании метанол может привести к летальному исходу. По этой причине принимайте необходимые меры предосторожности при работе с метанолом. Рекомендуется использовать хороший респиратор, фартук и резиновые перчатки.
Гидроксид калия (KOH) токсичен и вызывает ожог кожи при контакте. Необходима хорошая вентиляция.
Убедитесь, что рабочее место обильно и тщательно проветривается, чтобы пары могли выходить. Респираторы с парообразными картриджами не эффективны против паров метанола. Система подачи воздуха (SCBA — Автономный дыхательный аппарат) обеспечивает лучшую защиту от паров метанола.
Биодизель и резиновые детали
Работа на 100% биодизельном топливе в течение более длительного времени может привести к осложнениям для смачиваемых резиновых деталей (насоса, шлангов, уплотнительных колец) двигателя. Замена стальными деталями или сверхпрочной резиной может устранить эту проблему. В качестве альтернативы вы можете добавить в биодизельное топливо около 25% обычного (ископаемого) дизельного топлива, чтобы предотвратить осложнения.
Литература / Литература
- 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.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.