Výroba bionafty & Konverzia bionafty
Pri výrobe bionafty pomalá reakčná kinetika a slabý prenos hmotnosti znižujú kapacitu zariadenia na výrobu bionafty, ako aj výnos a kvalitu bionafty. Hielscher ultrazvukové reaktory výrazne zlepšujú kinetiku transesterifikácie. Preto je na spracovanie bionafty potrebný nižší prebytok metanolu a menej katalyzátora.
Bionafta sa bežne vyrába v dávkových reaktoroch s použitím tepla a mechanického miešania ako energetického vstupu. Ultrazvukové kavitačné miešanie je účinnou alternatívou na dosiahnutie lepšieho miešania v komerčnom spracovaní bionafty. Ultrazvuková kavitácia poskytuje potrebnú aktivačnú energiu pre transesterifikáciu priemyselnej bionafty.
Rozpúšťadle zlepšená transesterifikácia bionafty
Výroba bionafty zvyčajne zahŕňa chemickú reakciu nazývanú transesterifikácia, pri ktorej triglyceridy (napríklad rastlinný olej, živočíšny tuk, použité kuchynské oleje) reagujú s alkoholom (napríklad metanolom) v prítomnosti katalyzátora za vzniku bionafty (metylestery mastných kyselín) a glycerolu. Ultrazvukové reaktory môžu byť použité na zvýšenie procesu transesterifikácie niekoľkými spôsobmi, čo vedie k niekoľkým výhodám:
- Vylepšené miešanie: Ultrazvukové vlny môžu vytvárať kavitačné bubliny, ktoré sa prudko zrútia, čo spôsobuje intenzívne miešanie a miešanie reakčnej zmesi. To vedie k lepšiemu kontaktu medzi reaktantmi a katalyzátorom, čo vedie k rýchlejšej a úplnejšej transesterifikácii.
- Kinetika zrýchlenej reakcie: Vysokoenergetické podmienky generované ultrazvukovými vlnami môžu aktivovať reakciu, zvýšiť rýchlosť reakcie a skrátiť reakčný čas potrebný na dosiahnutie danej úrovne konverzie. To môže mať za následok vyššie výnosy a nižšie náklady.
- Znížené používanie katalyzátora: Ultrazvukové reaktory môžu zlepšiť účinnosť použitia katalyzátora tým, že poskytujú viac aktívnych miest pre reakciu. To znamená, že na dosiahnutie rovnakej úrovne konverzie, zníženie nákladov a vplyvu na životné prostredie je potrebných menej katalyzátorov.
- Zlepšená kvalita výrobkov: Ultrazvukové reaktory môžu vyrábať bionaftu s nižším obsahom voľných mastných kyselín, vyššou čistotou a lepšími vlastnosťami studeného toku. Je to spôsobené zlepšeným miešaním a rýchlejšou kinetikou reakcií, ktorá minimalizuje tvorbu nežiaducich vedľajších produktov a nečistôt.
Tieto výhody ultrazvukového spracovania bionafty robia použitie ultrazvukového reaktora nastavenie vysoko ekonomické, pretože použitie ultrazvukových reaktorov výrazne zlepšuje účinnosť, rýchlosť a kvalitu transesterifikácie bionafty. To v súhrne znamená, že ultrazvukom mení transesterifikáciu na ekonomicky a environmentálne udržateľný proces.
Ultrazvukové miešanie zlepšuje mieru konverzie bionafty, zvyšuje výnos a šetrí prebytočný metanol a katalyzátor.
Problémy konvenčného miešania bionafty: Konvenčná esterifikačná reakcia pri dávkovom spracovaní má tendenciu byť pomalá a fázová separácia glycerínu je časovo náročná, často trvá 5 hodín alebo viac.
Ultrazvukové reaktory vám pomôžu urýchliť proces bionafty a súčasne zvýšiť výnos a kvalitu bionafty pri nižších nákladoch na spracovanie!
Priemyselný ultrasonicator UIP2000hdT s prietokovým článkom FC2T500k na esterifikáciu a transesterifikáciu inline bionafty.
Výhody ultrazvukovej transesterifikácie bionafty
- Vyššie výnosy bionafty vďaka lepšiemu miešaniu
- Zvýšená kvalita bionafty
- Ako surovinu používajte aj ten najchudobnejší olej
- Kontinuálne inline spracovanie
- Menej metanolu
- Menej katalyzátor
- Úspora času vďaka vysokorýchlostnej konverzii
- Úspora energie
- Jednoduchá a bezpečná prevádzka
- Robustnosť a nízka údržba
- Vysoký výkon: prevádzka 24/7 pri plnom zaťažení
"Boli sme veľmi potešení, Hielscher zariadenia a služby a máme každý zámer, vrátane Hielscher ultrazvukom technológie vo všetkých našich budúcich snáh."
Todd Stephens, Tulsa biopalivá
Ultrazvukom pre výrobu bionafty
Bionafta sa často vyrába v dávkových reaktoroch. Ultrazvuková konverzia bionafty umožňuje kontinuálne inline spracovanie. Ultrazvukom môže dosiahnuť výnos bionafty vyšší ako 99%. Ultrazvukové reaktory znižujú čas spracovania z konvenčného 1 až 4 hodinového dávkového spracovania na menej ako 30 sekúnd. Ešte dôležitejšie je, že ultrazvukom znižuje čas separácie z 5 na 10 hodín (s použitím konvenčného miešania) na menej ako 60 minút. Ultrazvukom tiež pomáha znížiť množstvo katalyzátora potrebné až o 50% v dôsledku zvýšenej chemickej aktivity v prítomnosti kavitácie. Pri použití ultrazvukom sa znižuje aj množstvo potrebného prebytku metanolu. Ďalšou výhodou je výsledné zvýšenie čistoty glycerínu.
Ultrazvuková výroba bionafty krok za krokom:
- rastlinný olej alebo živočíšny tuk sa zmieša s metanolom (ktorý robí metylestery) alebo etanolom (pre etyl-estery) a meoxid sodného alebo draselný alebo hydroxid
- Mix sa zahrieva, napríklad na teplotu medzi 45 a 65degC
- Zahrievaná zmes je sonikovaná v linke po dobu 5 až 15 sekúnd
- glycerín kvapky alebo je oddelený pomocou odstredivky
- prevedený bionafty sa umyje vodou
Najčastejšie sa ultrazvukom vykonáva pri zvýšenom tlaku (1 až 3bar, manometer tlaku) pomocou napájacieho čerpadla a nastaviteľného protitlakového ventilu vedľa prietokovej bunky.
Priemyselná konverzia bionafty nepotrebuje veľa ultrazvukovej energie. Skutočnú potrebu energie je možné určiť na stolovej stupnici pomocou napr. 1kW ultrazvukového procesora, ako je UIP1000hdT. Všetky výsledky takýchto skúšok na stole je možné lineárne a bez problémov zväčšiť. V prípade potreby sú k dispozícii ultrazvukové zariadenia certifikované ATEX, ako napríklad UIP1000-exd,
Hielscher dodáva priemyselné ultrazvukové zariadenia na spracovanie bionafty po celom svete. S ultrazvukovými procesormi až do výkonu 16kW na jedno zariadenie neexistuje žiadny limit veľkosti zariadenia na výrobu bionafty alebo kapacity spracovania.
Náklady na výrobu ultrazvukových bionafty
Ultrazvukom je účinným prostriedkom na zvýšenie rýchlosti reakcie a konverznej rýchlosti v komerčnej výrobe bionafty. Náklady na ultrazvukové spracovanie vyplývajú hlavne z investícií do ultrazvukových zariadení, nákladov na energie a údržbu. Vynikajúca energetická účinnosť Hielscher ultrasonicators pomáha znížiť náklady na verejné služby a tým urobiť tento proces ešte zelenším. Výsledné náklady na ultrazvukom sa pohybujú medzi 0,1 ct a 1,0 ct na liter (0,4 ct až 1,9 ct / galón) pri použití v komerčnom meradle.
Prečítajte si viac o efektívnosti procesu a ekonomických výhodách ultrazvukovej výroby bionafty!
Ultrazvukové miešanie znižuje špecifickú spotrebu energie inbiodiesel výroby prekonáva výkon v hydrodynamickom magnetickom miešaní a high-šmykové mixéry zďaleka.
Nastavenie ultrazvukovej bionafty v malom meradle
Ultrazvukom možno použiť na konverziu oleja na bionaftu v akomkoľvek meradle. Obrázok nižšie ukazuje nastavenie malého rozsahu na spracovanie 60-70L (16 až 19 galónov). Toto je typické nastavenie pre počiatočné štúdie a demonštráciu procesov.
Ultrazvukový esterifikácia a transesterifikácia môže byť spustený ako dávkový alebo kontinuálny inline proces. Tento graf znázorní ultrazvukový dávkový proces konverzie bionafty.
3x 1kW ultrasonicators modelu 1000hdT s ultrazvukovým prietokovým reaktorom s vysoko účinnou konverziou bionafty.
- jeden ultrazvukom (napr. UIP500hdT alebo UIP1000hdT) s posilňovačom, sonotródou a prietokovou bunkou
- Merač energie pre merací výkon a energiu
- 80L spracovateľská nádrž (plast, napr. HDPE)
- vykurovací prvok (1 až 2kW)
- 10L katalyzátor premixu nádrže (plast, napr. HDPE)
- katalyzátor Premier (miešadlo)
- čerpadlo (odstredivky, mono alebo Prevodové) pre cca 10 až 20L/min pri 1 až 3 barG
- spätný tlakový ventil na úpravu tlaku v prietokovej bunke
- tlakomer na meranie tlaku krmiva
Ultrazvukové reaktory pre vynikajúce spracovanie bionafty
Hielscher Ultrasonics ponúka vysokovýkonné ultrazvukové procesory a reaktory, ktoré zlepšia vašu výrobu bionafty vyššími výnosmi bionafty, zlepšenou kvalitou bionafty, skráteným časom spracovania a nižšími výrobnými nákladmi.
Malé a stredné ultrazvukové reaktory na transesterifikáciu bionafty
Pre malú a strednú výrobu bionafty do 9ton / h (2900 gal / h) vám Hielscher ponúka UIP500hdT (500 wattov), UIP1000hdT (1000 wattov), UIP1500hdT (1500 wattov) a UIP2000hdT (2000 wattov) ako ultrazvukové vysokošmykové miešačky s prietokovými reaktormi pre spoľahlivé a efektívne inline spracovanie bionafty. Tieto štyri ultrazvukové reaktory sú veľmi kompaktné, ľahko integrovateľné alebo dodatočne vybavené. Sú skonštruované pre náročnú prevádzku v drsnom prostredí. Nižšie nájdete odporúčané nastavenia reaktorov pre rôzne výrobné rýchlosti.
|
Tony/hod
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 wattov) |
0.25 až 0,5
|
80 až 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 wattov) |
0.5 až 1,0
|
160 až 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 wattov) |
0.75 až 1,5
|
240 až 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 wattov) |
1,0 až 2,0
|
320 až 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 wattov) |
2.0 až 4.0
|
640 až 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 wattov) |
3,0 až 6,0
|
960 až 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 wattov) |
4,5 až 9,0
|
1440 až 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 wattov) |
6,0 až 12,0
|
1920 až 3840
|
Reaktory s veľmi veľkou priepustnosťou pre priemyselnú bionaftu
Pre priemyselné spracovanie závodov na výrobu bionafty Hielscher ponúka UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) a UIP16000hdT (16kW) ultrazvukové homogenizátory! Tieto ultrazvukové procesory sú určené pre kontinuálne spracovanie vysokých prietokov. UIP4000hdT, UIP6000hdT a UIP10000 je možné integrovať do štandardných námorných nákladných kontajnerov. Alternatívne sú všetky štyri modely procesorov k dispozícii v skrinkách z nehrdzavejúcej ocele. Zvislá inštalácia vyžaduje minimálny priestor. Nižšie nájdete odporúčané nastavenia pre typické rýchlosti priemyselného spracovania.
|
Tony/hod
|
gal/hr
|
1x UIP6000hdT (6000 wattov) |
3,0 až 6,0
|
960 až 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 wattov) |
6,0 až 12,0
|
1920 až 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 wattov) |
10,0 až 20,0
|
3200 až 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 wattov) |
9.0 až 18.0
|
2880 až 5880
|
| 3x UIP10000 (10 000 wattov) |
15,0 až 30,0
|
4800 až 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16 000 wattov) |
24,0 až 48,0
|
7680 až 15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 až 80,0
|
12800 až 25600
|
Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!
The ultrasonicator UIP16000hdT je schopný spracovať bionaftu 32 MMGY.
Mráz & Sullivan technologické inovácie roka
Hielscher Ultrasonics získal prestížne Frost a Sullivan Technology Innovation of the Year Award ako uznanie za vývoj spoločnosti vývoj novej ultrazvukovej technológie pre výrobu bio-nafty.
Kliknite sem a prečítajte si viac o Frost a Sullivan Award pre Hielscher Ultrasonics biodiesel reaktory!
Transesterifikáciou – chemická premena bionafty
Výroba bionafty z rastlinných olejov (napr. sóje, repky, jatrofy, slnečnicových semien), rias, živočíšnych tukov, ako aj odpadových kuchynských olejov zahŕňa transesterifikáciu mastných kyselín metanolom alebo etanolom katalyzovanou bázou za vzniku zodpovedajúcich metylesterov alebo etylesterov. Glycerín je nevyhnutným vedľajším produktom tejto reakcie.
Rastlinné oleje ako živočíšne tuky sú triglyceridy zložené z troch reťazcov mastných kyselín viazaných molekulou glycerínu. Triglyceridy sú estery. Estery sú kyseliny, podobne ako mastné kyseliny, kombinované s alkoholom. Glycerín (= glycerol) je ťažký alkohol. V procese konverzie sa triglyceridové estery premenia na alkylestery (= bionafta) s použitím katalyzátora (lúhu) a alkoholového činidla, napr. metanolu, pri ktorom vzniká bionafta metylesterov. Metanol nahrádza glycerín. Tento proces chemickej premeny sa nazýva transesterifikácia.
Po transesterifikácii glycerín, ktorý je ťažšou fázou, klesne na dno. Bionafta, ktorá je ľahšou fázou, pláva na vrchu a môže sa oddeliť, napr. karafami alebo odstredivkami.
Príprava bionafty
Hydroxid draselný (0,2 až 0,4 kg, katalyzátor) sa rozpustí do cca 8.5 L metanol v nádrži pre-mix katalyzátora. To si vyžaduje miešanie katalyzátora premixu. Spracovateľská nádrž je naplnená 66L rastlinný olej. Olej je vykurovaný vykurovacím prvkom na 45 až 65degC.
Konverzia bionafty
Keď je katalyzátor plne rozpustený do metanolu, katalyzátor premix sa zmieša s vykurovaný olej. Čerpadlo kŕmia zmes do prietokového bunky. Pomocou zadného tlakového ventilu sa tlak nastaví na 1 až 3barg (15 až 45psig). Recirkulácia cez Ultrazvukový bionafty reaktor by mala byť vykonaná cca 20 minút. Počas tejto doby sa olej premieňa na bionaftu. Po tomto, čerpadlo a ultrazvuk sú vypnuté. Glycerínu (ťažšie fáza) sa oddelí od bionafty (zapaľovač fáza). Oddelenie trvá cca 30 až 60 minút. Keď je separácia dokončená, glycerín môže byť vyčerpaný.
Bionafta umývanie
Keďže premenená bionafta obsahuje nečistoty, je potrebné pranie. Na pranie sa do bionafty primieša voda. Ultrazvukom môže byť prospešné zmiešanie bionafty s vodou. To zvyšuje aktívnu povrchovú plochu v dôsledku zmenšenia veľkosti kvapôčok. Prosím, zvážte, že veľmi intenzívna ultrazvukom môže znížiť kvapky vody na veľkosť, že sa vytvára takmer stabilná emulzia, ktorá bude vyžadovať špeciálne prostriedky (napr. Odstredivka) na oddelenie.
Bionafta výrobný závod
Nižšie uvedený vývojový diagram ukazuje typické nastavenie pre in-line ultrazvukom oleja, metanolu a katalyzátora na konverziu na bionaftu.
Ultrazvukový esterifikácia a transesterifikácia môže byť spustený ako dávkový alebo kontinuálny inline proces. Graf ukazuje ultrazvukový inline proces pre bionaftu (FAME) transesterfication.
Kontinuálne Bionafta spracovanie a separácia
V zostave na kontinuálne spracovanie bionafty a kontinuálnu separáciu sa ohriaty olej a premix katalyzátora nepretržite miešajú pomocou nastaviteľných čerpadiel. Inline statický mixér zlepšuje homogenitu prívodu do ultrazvukového reaktora. Zmes oleja a katalyzátora prechádza prietokovou bunkou, kde je vystavená ultrazvukovej kavitácii približne 5 až 30 sekúnd. Na reguláciu tlaku v prietokovom článku sa používa protitlakový ventil. Sonikovaná zmes vstupuje do stĺpca reaktora na vrchu. Objem kolóny reaktora je navrhnutý tak, aby poskytoval približne 1 hodinový retenčný čas v kolóne. Počas tejto doby sa dokončí transesterifikačná reakcia. Zreagovaná zmes glycerín/bionafta sa prečerpá do odstredivky, kde sa rozdelí na frakcie bionafty a glycerínu. Dodatočné spracovanie zahŕňa regeneráciu metanolu, pranie a sušenie a môže sa vykonávať aj nepretržite.
Toto nastavenie eliminuje dávky bionaftových reaktorov, konvenčné miešadlá a veľké separátorové nádrže.
Bionafta transesterifikáciou rýchlosť reakcie
Nižšie uvedené diagramy ukazujú typické výsledky transesterifikácie repkového oleja (priemyselnej kvality) oxidom sodným (vľavo) a hydroxidom draselným (vpravo). Pri oboch testoch bola kontrolná vzorka (modrá čiara) vystavená intenzívnemu mechanickému miešaniu. Červená čiara predstavuje sonikovanú vzorku identickej formulácie vzhľadom na objemový pomer, koncentráciu katalyzátora a teplotu. Horizontálna os zobrazuje čas po zmiešaní alebo ultrazvukom. Vertikálna os ukazuje objem glycerínu, ktorý sa usadil na dne. Toto je jednoduchý prostriedok na meranie reakčnej rýchlosti. V oboch diagramoch sonikovaná vzorka (červená) reaguje oveľa rýchlejšie ako kontrolná vzorka (modrá).
Porovnanie ultrazvukového (červený graf) vs konvenčného miešania (modrý graf) na výrobu bionafty – použitie s methoxidom sodným (vľavo) a hydroxidom draselným (vpravo) ako katalyzátormi.
Odkazy pre Biodiesel dodávky
Kliknite tu pre odkazy na dodávateľov čerpadiel a nádrží pre bionaftu priemyslu.
Chemické a bezpečnostné informácie
Pozorne si prečítajte nižšie uvedené informácie, aby ste zabránili komplikáciám a nepriaznivým zdravotným účinkom.
Bionafta chemikálie
Metanol je toxický. To môže spôsobiť poškodenie nervov v dôsledku dlhodobého užívania. To môže byť adsorb na koži, taky. Ak sa striekajúcej do očí môže spôsobiť slepotu a metanol môže byť fatálne pri požití. Z tohto dôvodu, prijať potrebné opatrenia pri manipulácii s metanolom. Odporúča sa používať dobrý respirátor, zásteru a gumové rukavice.
Hydroxid draselný (KOH) je toxický a spôsobuje popálenie pokožky pri kontakte. Vyžaduje sa dobrá ventilácia.
Uistite sa, že pracovný priestor je veľkoryso a dôkladne vetrané, aby sa dym mohol uniknúť. Parokazety respirátory nie sú účinné proti metanolu výparov. Dodávaný-Air systém (SCBA — Self-obsiahnutých dýchacieho aparátu) poskytuje lepšiu ochranu proti metanol pary.
Bionafta a gumové diely
Beží na 100% bionafty na dlhšiu dobu môže spôsobiť komplikácie zmlátený gumové časti (čerpadlo, hadice, O-krúžky) motora. Výmena oceľových dielov alebo ťažkých gumy môže eliminovať tento problém. Prípadne môžete mix cca 25% konvenčné (fosílne) Diesel do bionafty, aby sa zabránilo komplikáciám.
Literatúra/referencie
- 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 vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.