Переход от UCO к биодизелю с помощью ультразвуковых реакторов

Отработанное кулинарное масло (UCO) стало одним из наиболее привлекательных видов сырья для устойчивого производства биодизеля. Преобразование UCO в биодизель, или метиловый эфир отработанного кулинарного жира, помогает сократить количество отходов, снизить затраты на сырье и поддержать более круговую экономию топлива. Для производителей биодизеля, которые ищут эффективную технологию переработки, ультразвуковые реакторы для биодизеля от Hielscher предлагают мощное решение для интенсификации процессов переэтерификации и этерификации.

Ультразвуковые биодизельные реакторы Hielscher широко используются для улучшения процесса преобразования недорогих масел и жиров в высококачественное биодизельное топливо. Создавая интенсивное перемешивание на микроскопическом уровне, ультразвуковая кавитация ускоряет химические реакции, улучшает массообмен между несмешивающимися фазами и помогает производителям добиться быстрого, надежного и масштабируемого производства биодизеля.

UCOME – Биодизель из отработанных масел

UCOME расшифровывается как метиловый эфир отработанного кулинарного масла. Это биодизельное топливо, получаемое путем преобразования отработанного кулинарного жира в метиловые эфиры жирных кислот в результате химической реакции с метанолом. Поскольку UCO является вторичным сырьем, UCOME особенно привлекателен как с экономической, так и с экологической точки зрения.
По сравнению с первичными растительными маслами отработанное масло имеет очевидные преимущества по стоимости, но при этом возникают сложности с его переработкой. Отработанное кулинарное масло часто содержит:

• Свободные жирные кислоты (СЖК)
• Вода
• Пищевые остатки и загрязняющие вещества
• Продукты окисления
• Различный состав в зависимости от источника и истории использования

Эти факторы делают эффективность процесса и производительность реактора особенно важными. Именно здесь ультразвуковые реакторы для биодизеля предлагают значительные преимущества.

 

 

Ультразвуковые реакторы для биодизеля улучшают конверсию UCO в UCOME

Традиционное производство биодизельного топлива часто полагается на механическое перемешивание и нагрев для приведения масла, спирта и катализатора в контакт. Поскольку масло и метанол плохо смешиваются, традиционные реакторы могут страдать от низкой скорости реакции, неполной конверсии, повышенного расхода химикатов и длительного времени пребывания.
Ультразвуковые реакторы Hielscher используют ультразвук высокой интенсивности для создания кавитации в жидкости. Кавитация создает микроскопические зоны смешивания с чрезвычайно высокой силой сдвига. Это разбивает метанол на очень мелкие капли в масляной фазе и создает гораздо большую межфазную область для реакции.

В результате получается высокоинтенсивный процесс производства биодизеля с важными преимуществами:

• Более быстрая переэтерификация и этерификация
• Повышение эффективности преобразования
• Более эффективное использование метанола и катализатора
• Сокращение времени реакции
• Возможность непрерывной поточной обработки
• Легкое масштабирование от пилотного до промышленного производства

Для сырья UCO с повышенным содержанием FFA ультразвук особенно полезен, поскольку он усиливает как кислотно-катализируемую этерификацию, так и катализируемую основаниями переэтерификацию.

От UCO до биодизеля: Обзор процесса

Переработка отработанного кулинарного жира в биодизель обычно включает в себя несколько технологических этапов. Ультразвуковые биодизельные реакторы Hielscher могут быть интегрированы в одноступенчатые или двухступенчатые технологические схемы в зависимости от качества исходного сырья.

Типичный процесс переработки UCO в биодизель включает в себя:

• Сбор и хранение отработанного кулинарного масла
• Фильтрация для удаления твердых частиц и частиц пищи
• Сушка или обезвоживание для снижения содержания влаги
• Анализ FFA для определения необходимого маршрута реакции
• Эстерификация свободных жирных кислот при высоком уровне FFA
• Переэтерификация с метанолом с образованием метиловых эфиров
• Разделение биодизеля и глицерина
• Промывка или сухая очистка биодизеля
• Окончательная полировка для достижения качества топлива

При высоком содержании FFA часто используется предварительная этерификация для преобразования свободных жирных кислот в сложные эфиры перед основной стадией переэтерификации. Ультразвуковая обработка позволяет ускорить обе стадии и повысить общую производительность установки. Узнайте больше о двухступенчатом преобразовании биодизеля с помощью ультразвука!

Почему ультразвуковые реакторы Hielscher хорошо подходят для производства биодизеля UCOME

Ультразвуковые реакторы Hielscher разработаны для промышленной обработки жидкостей и особенно эффективны в биодизельных установках, где перемешивание жидкости с жидкостью контролирует скорость реакции. Вместо того чтобы полагаться только на объемное перемешивание, ультразвук создает интенсивную локализованную энергию именно там, где она необходима.
Это дает производителям несколько практических преимуществ.

• Отличное смешивание масла и метанола
  Одним из ключевых ограничений при производстве биодизеля является плохая смешиваемость масла и метанола. Ультразвуковые реакторы Hielscher создают очень тонкую эмульсию, что значительно улучшает контакт между реактивами. Лучший контакт означает более быструю кинетику реакции и более высокую конверсию.
• Высокая производительность при работе с трудным сырьем
  UCO не является однородным сырьем. Его содержание воды, уровень FFA и загрязненность могут варьироваться от партии к партии. Реакторы Hielscher помогают компенсировать эти колебания, усиливая реакционную среду, что делает процесс более надежным и адаптируемым.
• Сокращение времени пребывания
  Поскольку ультразвук ускоряет этерификацию и переэтерификацию, производители часто могут достичь целевой конверсии за меньшее время, чем при использовании обычных систем с перемешиванием. Это позволяет сократить объем реактора и увеличить производительность.
• Непрерывная последовательная работа
  Ультразвуковые реакторы Hielscher для биодизеля идеально подходят для непрерывной обработки. Поточные конфигурации реакторов поддерживают стабильное производство с воспроизводимым качеством, что очень важно для коммерческих биодизельных заводов.
• Простое масштабирование
  Основным преимуществом технологии Hielscher является линейное масштабирование. Параметры процесса, установленные в лабораторных или пилотных испытаниях, могут быть более предсказуемо перенесены на более крупные производственные системы. Это снижает риск разработки и упрощает планирование расширения производства.
• Промышленная надежность
  Системы Hielscher разработаны для работы в сложных промышленных условиях. Для производителей биодизеля это означает надежную работу реактора, воспроизводимые результаты и совместимость с автоматизированными технологическими линиями.
• Производство биодизеля в соответствии с ASTM D6751 и EN 14214
  Коммерческие производители биодизеля часто ориентируются на спецификации качества топлива, такие как ASTM D6751 и EN 14214. Эти стандарты определяют важнейшие свойства, включая содержание сложных эфиров, вязкость, температуру вспышки, кислотное число, содержание воды, устойчивость к окислению, предельное содержание загрязняющих веществ и уровень глицерина.

 
Узнайте, как биодизель, полученный ультразвуком, работает в дизельных двигателях внутреннего сгорания!

Ультразвуковые биодизельные реакторы Hielscher используются в процессах производства биодизеля, направленных на достижение качества топлива в соответствии с ASTM D6751 и EN 14214. В своем исследовании, опубликованном в 2020 году, Бастанте-Саез и коллеги продемонстрировали, что биодизель, произведенный из отходов жиров для шашлыка с использованием ультразвукового реактора Hielscher, дает высокий выход метилового эфира жирных кислот (FAME). Выход FAME был выше (97,42 % в/б для куриного жира и 96,98 для говяжьего и бараньего жира), чем минимальный порог, установленный европейским регламентом EN 14214 (т.е. минимум 96,5 % в/б).

 

 

Биодизель в малых масштабах для фермерских хозяйств и автономных потребителей

В некоторых странах или регионах правила производства биодизельного топлива для мелких частных пользователей ограничены или не соблюдаются. Фермеры и владельцы оборудования могут производить небольшие объемы биодизеля из отработанного кулинарного жира для использования на месте в тракторах, генераторах, обогревателях или другом сельскохозяйственном оборудовании, работающем на дизельном топливе.
В этих случаях целью часто является практическое замещение топлива, а не сертифицированная коммерческая продажа. Ультразвуковые биодизельные реакторы также могут быть привлекательными для такого децентрализованного производства, поскольку они предлагают:

• Быстрое время реакции
• Эффективное преобразование с помощью компактного оборудования
• Хорошая приспособленность к переменному сырью из отработанного масла
• Снижение зависимости от больших резервуаров с мешалкой
• Потенциал для модульных установок обработки

В то же время важно четко указать, что биодизельное топливо, не соответствующее стандартам, может не подходить для всех двигателей, не соответствовать местным законодательным требованиям и вызывать проблемы с хранением, совместимостью материалов, выбросами или гарантией на двигатель. Там, где существуют стандарты на биодизель, топливо должно быть протестировано и произведено в соответствии с ними перед использованием в регулируемых приложениях или дорожных транспортных средствах.

 

 

Экономические преимущества ультразвукового производства биодизеля из UCO

Стоимость сырья - одна из самых больших переменных в экономике производства биодизеля. Поскольку отработанное кулинарное масло обычно стоит дешевле, чем рафинированные растительные масла, оно обладает значительным потенциалом экономии. Однако эта экономия может быть потеряна, если процесс будет медленным, химически неэффективным или неспособным справиться с изменчивостью исходного сырья.
Ультразвуковые реакторы Hielscher для биодизеля помогают защитить рентабельность за счет повышения эффективности реакции и производительности установки. Потенциальные экономические преимущества включают:

• Более эффективное использование дешевого сырья UCO
• Повышенная пропускная способность
• Сокращение времени реакции
• Снижение энергопотребления при смешивании по сравнению с неэффективными сценариями перемешивания сыпучих материалов
• Улучшенная согласованность процессов
• Более простая интеграция в непрерывные производственные линии

Для производителей, нацеленных на расширение производства биодизеля из отработанного масла, такое сочетание гибкости исходного сырья и интенсификации процесса может быть очень ценным.

Эффективное преобразование биодизеля UCO в биодизель UCOME с помощью ультразвуковых реакторов Hielscher!

Преобразование отработанного кулинарного жира в UCOME - это разумный способ создания возобновляемого топлива из отходов, повышающий экологичность и снижающий затраты на сырье. Поскольку переработка UCO зачастую сложнее, чем переработка первичного масла, технология реактора играет решающую роль в достижении эффективного и надежного производства биодизеля.
Ультразвуковые реакторы Hielscher для биодизеля интенсифицируют реакцию между маслом и метанолом за счет перемешивания и массопереноса под действием кавитации. Это позволяет ускорить этерификацию и переэтерификацию, улучшить работу с переменным сырьем UCO и масштабировать поточное производство биодизеля.
Для коммерческих производителей ультразвуковые системы Hielscher используются в процессах производства биодизеля, предназначенных для получения топлива, соответствующего стандартам ASTM D6751 и EN 14214. Для фермеров и небольших пользователей в странах, где не действуют нормы по биодизелю, ультразвуковые реакторы также могут поддерживать компактное производство небольших количеств биодизеля для использования местным оборудованием, при этом следует учитывать, что топливо, не соответствующее спецификации, должно использоваться с осторожностью и в соответствии с местными требованиями и совместимостью с двигателем.
Если ваша цель - эффективное производство от UCO до UCOME, ультразвуковые биодизельные реакторы Hielscher предлагают мощную и масштабируемую технологическую платформу для современной переработки биодизеля.

В таблице ниже приведена приблизительная производительность ультразвуковых биодизельных реакторов Hielscher:

Расход	Сила
20 – 100 л/ч	1кВт
80 – 400 л/ч	4x1 кВт
0.3 – 1,5 м³/ч	4x4 кВт
2 – 10 м³/ч	6x16кВт
20 – 100 м³/ч	62x16 кВт

Почему Hielscher является сильным выбором для производителей биодизеля?

Компания Hielscher известна своими промышленными ультразвуковыми технологиями, разработанными для применения в реальных технологических процессах. В производстве биодизеля ультразвуковые реакторы Hielscher обеспечивают практический путь для интенсификации конверсии UCO, улучшения смешивания метанола с маслом и поддержки эффективного производства биодизеля из отработанных масел и жиров.

Основные причины, по которым производители выбирают Hielscher, включают:

• Проверенный опыт в области ультразвуковых исследований
• Конструкции реакторов для непрерывной переработки биодизеля
• Пригодность для этерификации и переэтерификации
• Прочный путь расширения от лаборатории до производства
• Надежное оборудование для промышленных условий
• Эффективная переработка сложных сырьевых материалов, таких как отработанное кулинарное масло

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

---

---

Литература / Литература

• 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).

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать биодизель для сельскохозяйственного оборудования?

Да. Сельскохозяйственное оборудование с дизельными двигателями с воспламенением от сжатия, как правило, может использовать биодизельные смеси, и многие производители утверждают такие смеси, как B5 или B20; более высокие смеси зависят от конкретного двигателя, материалов топливной системы и рекомендаций производителя.

Какие двигатели могут работать на биодизеле?

Биодизельное топливо предназначено для дизельных двигателей, особенно двигателей с воспламенением от сжатия, используемых в автомобилях, генераторах и сельскохозяйственной технике. На практике практически все дизельные двигатели могут работать на низких смесях биодизеля, в то время как использование более высоких смесей или чистого биодизеля (B100) требует совместимости с двигателем и одобрения производителя.

Что такое американский стандарт ASTM D6751?

ASTM D6751 - это американская спецификация на биодизельное топливо B100 для смешивания со средним дистиллятным топливом. Она определяет требуемые свойства топлива и распространяется на сорта S15 и S500, соответствующие максимальному содержанию серы 15 ppm и 500 ppm.

Что такое биодизель UCOME?

UCOME означает Used Cooking Oil Methyl Ester. Это биодизель на основе метиловых эфиров жирных кислот, получаемый путем преобразования отработанного кулинарного масла в метиловые эфиры, обычно для использования в качестве заменителя дизельного топлива или компонента смеси.

Подходит ли UCOME в качестве компонента для смешивания с биомазутом?

Да. UCOME уже используется в коммерческих целях в качестве компонента для смешивания в рецептурах морского биотоплива, например, в смесях с мазутом с очень низким содержанием серы (VLSFO). Его пригодность зависит от качества топлива, стабильности, совместимости и соответствия соответствующим спецификациям судового топлива и требованиям по обращению с ним.