Od UCO k bionafte pomocou ultrazvukových reaktorov

Použitý kuchynský olej (UCO) sa stal jednou z najatraktívnejších vstupných surovín na udržateľnú výrobu bionafty. Premena UCO na bionaftu, čiže metylester použitého kuchynského oleja, pomáha znižovať množstvo odpadu, znižuje náklady na suroviny a podporuje obehovejšie hospodárenie s palivami. Výrobcom bionafty, ktorí hľadajú účinnú technológiu spracovania, ponúkajú ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty výkonné riešenie na intenzifikáciu procesov transesterifikácie a esterifikácie.

Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty sa široko používajú na zlepšenie premeny lacných olejov a tukov na vysokokvalitnú bionaftu. Ultrazvuková kavitácia vytvára intenzívne miešanie na mikroskopickej úrovni, čím urýchľuje chemické reakcie, zlepšuje prenos hmoty medzi nemiešateľnými fázami a pomáha výrobcom dosiahnuť rýchlu, spoľahlivú a škálovateľnú výrobu bionafty.

UCOME – bionafta z odpadových olejov

UCOME je skratka pre metylester použitého kuchynského oleja. Ide o bionaftu vyrábanú premenou odpadových kuchynských olejov na metylestery mastných kyselín chemickou reakciou s metanolom. Keďže UCO je recyklovaná vstupná surovina, UCOME je obzvlášť atraktívny z ekonomického aj environmentálneho hľadiska.
V porovnaní s panenskými rastlinnými olejmi ponúka UCO jasné nákladové výhody, jeho spracovanie však prináša aj výzvy. Použitý kuchynský olej často obsahuje:

• Voľné mastné kyseliny (FFA)
• Vodu
• Zvyšky potravín a kontaminanty
• Produkty oxidácie
• Premenlivé zloženie v závislosti od zdroja a histórie používania

Tieto faktory spôsobujú, že účinnosť procesu a výkonnosť reaktora sú obzvlášť dôležité. Práve tu ponúkajú ultrazvukové reaktory na výrobu bionafty významné výhody.

 

V tomto videonávode vám predstavíme vedecké princípy, vďaka ktorým ultrazvukové reaktory na výrobu bionafty výrazne zlepšujú jej výrobu. Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty sú osvedčeným a účinným nástrojom na zlepšenie výrobného procesu. V tomto návode podrobne vysvetlíme princíp ich fungovania a ukážeme rôzne ultrazvukové zostavy pre akýkoľvek rozsah výroby. Zvýšte efektívnosť a hospodárnosť výroby bionafty a dosiahnite vyššiu výťažnosť vysokokvalitnej bionafty pri rýchlej konverzii. Ultrazvukové reaktory na výrobu bionafty zároveň umožňujú používať menej kvalitné oleje, napríklad odpadové rastlinné oleje alebo použité kuchynské tuky, a pomáhajú šetriť metanol aj katalyzátor, čím prispievajú k ekologickej a udržateľnej výrobe bionafty.

 

Ako ultrazvukové reaktory na výrobu bionafty zlepšujú premenu UCO na UCOME

Tradičná výroba bionafty sa často spolieha na mechanické miešanie a teplo, aby sa olej, alkohol a katalyzátor dostali do vzájomného kontaktu. Keďže olej a metanol sa dobre nemiešajú, konvenčné reaktory môžu vykazovať nízku rýchlosť reakcií, neúplnú konverziu, vyššiu spotrebu chemikálií a dlhší čas zdržania.
Ultrazvukové reaktory Hielscher využívajú ultrazvuk s vysokou intenzitou na vytváranie kavitácie v kvapaline. Kavitácia vytvára mikroskopické zóny miešania s mimoriadne vysokými šmykovými silami. Tým sa metanol rozptyľuje na veľmi jemné kvapôčky v olejovej fáze a vytvára sa oveľa väčšia medzifázová plocha pre reakciu.

Výsledkom je výrazne intenzifikovaný proces výroby bionafty s dôležitými výhodami:

• Rýchlejšia transesterifikácia a esterifikácia
• Vyššia účinnosť konverzie
• Lepšie využitie metanolu a katalyzátora
• Kratší reakčný čas
• Možnosť kontinuálneho spracovania v prietokovom režime
• Jednoduché zväčšenie výrobnej mierky z poloprevádzky na priemyselnú výrobu

Pri vstupných surovinách UCO so zvýšeným obsahom FFA je ultrazvuk obzvlášť prínosný, pretože zlepšuje tak krok kyslo katalyzovanej esterifikácie, ako aj krok zásadito katalyzovanej transesterifikácie.

Od UCO k bionafte: prehľad procesu

Premena použitého kuchynského oleja na bionaftu vo všeobecnosti zahŕňa niekoľko procesných stupňov. Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty možno integrovať do jednostupňových alebo dvojstupňových procesov v závislosti od kvality vstupnej suroviny.

Typický proces premeny UCO na bionaftu zahŕňa:

• Zber a skladovanie použitého kuchynského oleja
• Filtráciu na odstránenie pevných látok a častíc potravín
• Sušenie alebo odvodňovanie na zníženie obsahu vlhkosti
• Analýzu FFA na určenie potrebného reakčného postupu
• Esterifikáciu voľných mastných kyselín pri vysokom obsahu FFA
• Transesterifikáciu s metanolom za vzniku metylesterov
• Oddelenie bionafty a glycerolu
• Premývanie alebo suché čistenie bionafty
• Záverečné dočistenie na splnenie špecifikácií kvality paliva

Pri vysokom obsahu FFA sa pred hlavným krokom transesterifikácie často používa predúprava esterifikáciou na premenu voľných mastných kyselín na estery. Ultrazvukové spracovanie môže urýchliť oba stupne a zvýšiť celkovú produktivitu výrobného závodu. Prečítajte si viac o dvojstupňovej premene na bionaftu s podporou ultrazvuku!

Prečo sú ultrazvukové reaktory Hielscher vhodné na výrobu bionafty UCOME

Ultrazvukové reaktory Hielscher sú navrhnuté na priemyselné spracovanie kvapalín a sú obzvlášť účinné pri výrobe bionafty, kde miešanie dvoch kvapalných fáz určuje rýchlosť reakcie. Namiesto spoliehania sa výlučne na miešanie celého objemu vytvára ultrazvuk intenzívnu lokalizovanú energiu presne tam, kde je potrebná.
To výrobcom prináša niekoľko praktických výhod.

• Vynikajúce miešanie oleja a metanolu
  Jedným z hlavných obmedzení pri výrobe bionafty je slabá miešateľnosť oleja a metanolu. Ultrazvukové reaktory Hielscher vytvárajú veľmi jemnú emulziu, ktorá výrazne zlepšuje kontakt medzi reaktantmi. Lepší kontakt znamená rýchlejšiu reakčnú kinetiku a vyššiu konverziu.
• Vysoký výkon pri náročných vstupných surovinách
  UCO nie je homogénna surovina. Jeho obsah vody, obsah voľných mastných kyselín (FFA) a miera znečistenia sa môžu medzi jednotlivými šaržami líšiť. Reaktory Hielscher pomáhajú kompenzovať tieto rozdiely zintenzívnením reakčného prostredia, čím sa proces stáva robustnejším a prispôsobivejším.
• Kratší čas zdržania
  Keďže ultrazvuk urýchľuje esterifikáciu a transesterifikáciu, výrobcovia môžu často dosiahnuť cieľovú konverziu za kratší čas než pri konvenčných miešaných systémoch. To môže znížiť požiadavky na objem reaktora a zvýšiť spracovateľskú kapacitu.
• Kontinuálna prevádzka v prietokovom režime
  Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty sú ideálne na kontinuálne spracovanie. Prietokové konfigurácie reaktorov podporujú výrobu v ustálenom stave s reprodukovateľnou kvalitou, čo je pre komerčné závody na výrobu bionafty veľmi cenné.
• Jednoduché zväčšovanie výrobnej mierky
  Významnou výhodou technológie Hielscher je lineárne zväčšovanie výrobnej mierky. Procesné parametre stanovené pri laboratórnych alebo poloprevádzkových skúškach možno preniesť do väčších výrobných systémov s vyššou predvídateľnosťou. To znižuje riziko pri vývoji a zjednodušuje plánovanie rozšírenia výroby.
• Priemyselná spoľahlivosť
  Systémy Hielscher sú navrhnuté na náročnú priemyselnú prevádzku. Pre výrobcov bionafty to znamená spoľahlivý výkon reaktora, reprodukovateľné výsledky a kompatibilitu s automatizovanými procesnými linkami.
• Výroba bionafty podľa ASTM D6751 a EN 14214
  Komerční výrobcovia bionafty sa často usilujú splniť špecifikácie kvality paliva, ako sú ASTM D6751 a EN 14214. Tieto normy definujú rozhodujúce vlastnosti vrátane obsahu esterov, viskozity, bodu vzplanutia, čísla kyslosti, obsahu vody, oxidačnej stability, limitov kontaminantov a obsahu glycerínu.

 
Prečítajte si, ako bionafta vyrobená ultrazvukom funguje vo vznetových spaľovacích motoroch!

Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty sa používajú vo výrobných procesoch navrhnutých na dosiahnutie kvality paliva v súlade s ASTM D6751 a EN 14214. Vo svojej štúdii publikovanej v roku 2020 Bastante-Saez a kolegovia preukázali, že bionafta vyrobená z odpadových tukov z kebabu pomocou ultrazvukového reaktora Hielscher poskytovala vysoké výťažky metylesterov mastných kyselín (FAME). Hodnoty FAME boli vyššie (97,42% w/w pri kuracom tuku a 96,98 pri hovädzom a jahňacom tuku) než minimálna hranica stanovená európskou normou EN 14214 (t. j. minimálne 96,5% w/w).

 

 

Malovýroba bionafty pre farmy a používateľov mimo elektrickej siete

V niektorých krajinách alebo regiónoch sú predpisy týkajúce sa bionafty obmedzené alebo sa ich dodržiavanie u malých súkromných používateľov nevynucuje. Poľnohospodári a majitelia zariadení môžu vyrábať menšie množstvá bionafty z použitého kuchynského oleja na vlastnú spotrebu priamo na mieste v traktoroch, generátoroch, ohrievačoch alebo iných poľnohospodárskych zariadeniach poháňaných naftou.
V týchto prípadoch je cieľom často praktická náhrada paliva, nie certifikovaný komerčný predaj. Ultrazvukové reaktory na výrobu bionafty môžu byť atraktívne aj pre takúto decentralizovanú výrobu, pretože ponúkajú:

• Krátke reakčné časy
• Účinnú konverziu s kompaktnými zariadeniami
• Dobrú vhodnosť na spracovanie premenlivých vstupných surovín z odpadových olejov
• Menšiu závislosť od veľkých miešaných nádrží
• Možnosť modulárnych zostáv na spracovanie

Zároveň je dôležité jasne uviesť, že bionafta, ktorá nespĺňa špecifikácie, nemusí byť vhodná pre všetky motory, nemusí spĺňať miestne právne požiadavky a môže spôsobovať problémy so skladovaním, kompatibilitou materiálov, emisiami alebo zárukou na motor. Tam, kde existujú normy pre bionaftu, by sa palivo malo pred použitím v regulovaných aplikáciách alebo cestných vozidlách testovať a vyrábať v súlade s týmito normami.

 

 

Ekonomické výhody ultrazvukovej výroby bionafty z UCO

Náklady na vstupnú surovinu sú jednou z najvýznamnejších premenných v ekonomike výroby bionafty. Keďže použitý kuchynský olej je vo všeobecnosti lacnejší ako rafinované rastlinné oleje, ponúka značný potenciál na úsporu nákladov. Tieto úspory sa však môžu stratiť, ak je proces pomalý, chemicky neefektívny alebo nedokáže zvládnuť premenlivosť vstupnej suroviny.
Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty pomáhajú chrániť ziskovosť zlepšovaním účinnosti reakcie a produktivity prevádzky. Medzi potenciálne ekonomické výhody patria:

• Lepšie využitie nízkonákladových vstupných surovín UCO
• Zvýšená kapacita spracovania
• Skrátený reakčný čas
• Nižšia energetická náročnosť miešania v porovnaní s prípadmi neefektívneho miešania celého objemu
• Zlepšená konzistentnosť procesu
• Jednoduchšia integrácia do kontinuálnych výrobných liniek

Pre výrobcov, ktorí chcú zvýšiť rozsah výroby bionafty z odpadových olejov, môže byť táto kombinácia flexibility pri výbere vstupných surovín a intenzifikácie procesu veľmi cenná.

Efektívne premieňajte UCO na bionaftu UCOME pomocou ultrazvukových reaktorov Hielscher!

Premena použitého kuchynského oleja na UCOME je rozumným spôsobom, ako z odpadu vytvoriť obnoviteľné palivo a zároveň zlepšiť udržateľnosť a znížiť náklady na vstupnú surovinu. Keďže spracovanie UCO je často náročnejšie ako spracovanie panenských olejov, technológia reaktora zohráva kľúčovú úlohu pri dosahovaní efektívnej a spoľahlivej výroby bionafty.
Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty zintenzívňujú reakciu medzi olejom a metanolom prostredníctvom miešania a prenosu hmoty vyvolaných kavitáciou. To umožňuje rýchlejšiu esterifikáciu a transesterifikáciu, lepšie spracovanie premenlivých vstupných surovín UCO a škálovateľnú prietokovú výrobu bionafty.
V komerčnej výrobe sa ultrazvukové systémy Hielscher používajú v procesoch výroby bionafty navrhnutých na výrobu paliva spĺňajúceho normy ASTM D6751 a EN 14214. Pre poľnohospodárov a malých používateľov v krajinách bez predpisov pre bionaftu môžu ultrazvukové reaktory podporiť aj kompaktnú výrobu menších množstiev bionafty na použitie v miestnych zariadeniach, pričom treba zohľadniť, že palivo nespĺňajúce špecifikácie by sa malo používať opatrne a v súlade s miestnymi požiadavkami a kompatibilitou motora.
Ak je vaším cieľom efektívna výroba UCOME z UCO, ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty ponúkajú výkonnú a škálovateľnú technologickú platformu na moderné spracovanie bionafty.

Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej kapacite spracovania ultrazvukových reaktorov Hielscher na výrobu bionafty:

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

Prečo je Hielscher silnou voľbou pre výrobcov bionafty?

Spoločnosť Hielscher je uznávaná vďaka priemyselnej ultrazvukovej technológii navrhnutej pre reálne procesné aplikácie. Pri výrobe bionafty poskytujú ultrazvukové reaktory Hielscher praktický spôsob, ako zintenzívniť premenu UCO, zlepšiť miešanie metanolu s olejom a podporiť efektívnu výrobu bionafty z odpadových olejov a tukov.

Medzi hlavné dôvody, prečo si výrobcovia vyberajú Hielscher, patria:

• Osvedčené odborné znalosti v oblasti ultrazvuku
• Konštrukcie prietokových reaktorov na kontinuálne spracovanie bionafty
• Vhodnosť na esterifikáciu a transesterifikáciu
• Spoľahlivý postup zväčšovania rozsahu z laboratória do výroby
• Robustné zariadenia do priemyselného prostredia
• Efektívne spracovanie náročných vstupných surovín, ako je použitý kuchynský olej

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe najvyššími štandardmi kvality a konštrukčného vyhotovenia. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných prevádzok. Ultrazvukové prístroje Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a jednoduchou obsluhou. Ultrazvukové prístroje Hielscher samozrejme spĺňajú požiadavky CE, ako aj požiadavky UL, CSA a RoHs.

---

---

Literatúra / Referencie

• 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).