Z UCO na bionaftu pomocou ultrazvukových reaktorov

Použitý kuchynský olej (UCO) sa stal jednou z najatraktívnejších surovín pre udržateľnú výrobu bionafty. Premena UCO na bionaftu alebo metylester použitého kuchynského oleja pomáha znižovať množstvo odpadu, znižuje náklady na suroviny a podporuje obehové hospodárstvo. Pre výrobcov bionafty, ktorí hľadajú efektívnu technológiu spracovania, ponúkajú ultrazvukové reaktory na bionaftu od spoločnosti Hielscher výkonné riešenie na zintenzívnenie procesov transesterifikácie a esterifikácie.

Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher sa široko používajú na zlepšenie konverzie lacných olejov a tukov na vysokokvalitnú bionaftu. Vytváraním intenzívneho miešania na mikroskopickej úrovni urýchľuje ultrazvuková kavitácia 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. Je to bionafta vyrábaná premenou odpadových kuchynských olejov na metylestery mastných kyselín chemickou reakciou s metanolom. Keďže UCO je recyklovaná surovina, UCOME je mimoriadne atraktívny z ekonomického aj environmentálneho hľadiska.
V porovnaní s panenskými rastlinnými olejmi ponúka UCO jednoznačné cenové výhody, ale predstavuje aj problémy pri spracovaní. Použitý kuchynský olej často obsahuje:

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

Vďaka týmto faktorom sú účinnosť procesu a výkon reaktora obzvlášť dôležité. Práve v tejto oblasti ponúkajú ultrazvukové reaktory na bionaftu významné výhody.

 

 

Ako ultrazvukové reaktory na bionaftu zlepšujú konverziu UCO na UCOME

Tradičná výroba bionafty sa často spolieha na mechanické miešanie a teplo, aby sa olej, alkohol a katalyzátor dostali do kontaktu. Keďže sa olej a metanol dobre nemiešajú, konvenčné reaktory môžu trpieť pomalými reakčnými rýchlosťami, neúplnou konverziou, vyššou spotrebou chemikálií a dlhším časom zdržania.
Hielscherove ultrazvukové reaktory používajú na generovanie kavitácie v kvapaline vysoko intenzívny ultrazvuk. Kavitácia vytvára mikroskopické miešacie zóny s extrémne vysokými strihovými silami. Tým sa metanol v olejovej fáze rozbije na veľmi jemné kvapôčky a vytvorí sa oveľa väčšia medzifázová plocha pre reakciu.

Výsledkom je vysoko intenzifikovaný proces výroby bionafty s dôležitými výhodami:

• Rýchlejšia transesterifikácia a esterifikácia
• Zvýšená účinnosť konverzie
• Lepšie využitie metanolu a katalyzátora
• Skrátený reakčný čas
• Možnosť nepretržitého inline spracovania
• Jednoduché rozšírenie z pilotnej na priemyselnú výrobu

V prípade UCO surovín so zvýšeným obsahom FFA je ultrazvuk obzvlášť výhodný, pretože zlepšuje esterifikáciu katalyzovanú kyselinou aj transesterifikáciu katalyzovanú bázou.

Od UCO k bionafte: Prehľad procesov

Premena použitého kuchynského oleja na bionaftu vo všeobecnosti zahŕňa niekoľko fáz procesu. Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty možno integrovať do jednostupňových alebo dvojstupňových procesov v závislosti od kvality vstupných surovín.

Typický proces výroby UCO na bionaftu zahŕňa:

• Zber a skladovanie použitého kuchynského oleja
• Filtrácia na odstránenie pevných častíc a potravín
• Sušenie alebo odvodňovanie na zníženie obsahu vlhkosti
• Analýza FFA na určenie požadovanej reakčnej cesty
• Esterifikácia voľných mastných kyselín pri vysokom obsahu FFA
• Transesterifikácia s metanolom za vzniku metylesterov
• Separácia bionafty a glycerolu
• Pranie alebo suché čistenie bionafty
• Konečné leštenie na dosiahnutie špecifikácií kvality paliva

Pri vysokých hladinách FFA sa často používa esterifikačná predúprava na premenu voľných mastných kyselín na estery pred hlavným krokom transesterifikácie. Ultrazvukové spracovanie môže urýchliť obe fázy a zlepšiť celkovú produktivitu zariadenia. Prečítajte si viac o dvojstupňovej konverzii bionafty pomocou 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 aplikáciách bionafty, kde miešanie kvapaliny s kvapalinou kontroluje rýchlosť reakcie. Namiesto toho, aby ultrazvuk závisel len od objemového miešania, vytvára intenzívnu lokalizovanú energiu presne tam, kde je potrebná.
To prináša výrobcom 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 surovinách
  UCO nie je jednotná surovina. Obsah vody, obsah FFA a kontaminácia sa môžu v jednotlivých šaržiach líšiť. Reaktory Hielscher pomáhajú kompenzovať tieto rozdiely zintenzívnením reakčného prostredia, vďaka čomu je proces robustnejší a prispôsobivejší.
• Kratší čas pobytu
  Keďže ultrazvuk urýchľuje esterifikáciu a transesterifikáciu, výrobcovia môžu často dosiahnuť cieľovú konverziu za kratší čas ako pri bežných miešaných systémoch. Tým sa môžu znížiť požiadavky na objem reaktora a zvýšiť priepustnosť.
• Nepretržitá inline prevádzka
  Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher sú ideálne na kontinuálne spracovanie. Inline konfigurácie reaktorov podporujú stabilnú výrobu s reprodukovateľnou kvalitou, čo je veľmi cenné pre komerčné bionafty.
• Priame rozšírenie
  Hlavnou výhodou technológie Hielscher je lineárne zväčšovanie. Parametre procesu stanovené v laboratórnych alebo pilotných skúškach sa dajú predvídateľnejšie preniesť do väčších výrobných systémov. To znižuje riziko vývoja a zjednodušuje plánovanie rozšírenia.
• Priemyselná spoľahlivosť
  Systémy Hielscher sú určené na náročné priemyselné použitie. Pre výrobcov bionafty to znamená spoľahlivý výkon reaktora, reprodukovateľné výsledky a kompatibilitu s automatizovanými technologickými linkami.
• Výroba bionafty podľa noriem ASTM D6751 a EN 14214
  Komerční výrobcovia bionafty sa často zameriavajú na špecifikácie kvality paliva, ako sú ASTM D6751 a EN 14214. Tieto normy definujú kritické vlastnosti vrátane obsahu esterov, viskozity, bodu vzplanutia, hodnoty kyslosti, obsahu vody, oxidačnej stability, limitov kontaminantov a hladiny glycerínu.

 
Prečítajte si, ako funguje ultrazvukom vyrobená bionafta v dieselových spaľovacích motoroch!

Ultrazvukové reaktory Hielscher na výrobu bionafty sa používajú v procesoch výroby bionafty navrhnutých na dosiahnutie kvality paliva v súlade s normami ASTM D6751 a EN 14214. Vo svojej štúdii uverejnenej v roku 2020 Bastante-Saez a jeho kolegovia preukázali, že bionafta vyrobená z odpadových tukov z kebabu pomocou ultrazvukového reaktora Hielscher poskytla vysoké výťažky metylesterov mastných kyselín (FAME). Výťažky FAME boli vyššie (97,42 % hm. v prípade kuracieho tuku a 96,98 % hm. v prípade hovädzieho a jahňacieho tuku) ako minimálna hranica stanovená európskym predpisom EN 14214 (t. j. minimálne 96,5 % hm.).

 

 

Bionafta v malom meradle pre farmy a používateľov mimo siete

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

• Rýchle reakčné časy
• Efektívna konverzia s kompaktným vybavením
• Dobrá použiteľnosť pre premenlivé suroviny z odpadového oleja
• Znížená závislosť od veľkých miešaných nádrží
• Potenciál pre modulárne nastavenia spracovania

Zároveň je dôležité jasne uviesť, že nešpecifická bionafta nemusí byť vhodná pre všetky motory, nemusí byť v súlade s miestnymi právnymi požiadavkami a môže spôsobovať problémy so skladovaním, kompatibilitou materiálov, emisiami alebo zárukou na motor. Tam, kde existujú normy pre bionaftu, by sa malo palivo pred použitím v regulovaných aplikáciách alebo cestných vozidlách testovať a vyrábať podľa nich.

 

 

Ekonomické výhody ultrazvukovej výroby bionafty z UCO

Náklady na suroviny sú jednou z najväčších premenných v ekonomike bionafty. Keďže použitý kuchynský olej je vo všeobecnosti lacnejší ako rafinované rastlinné oleje, ponúka veľký potenciál úspory nákladov. Tieto úspory sa však môžu stratiť, ak je proces pomalý, chemicky neefektívny alebo nie je schopný zvládnuť variabilitu surovín.
Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher pomáhajú chrániť ziskovosť zlepšením účinnosti reakcie a produktivity zariadenia. Potenciálne ekonomické výhody zahŕňajú:

• Lepšie využitie lacných surovín UCO
• Zvýšená priepustnosť
• Skrátený reakčný čas
• Nižšia potreba energie súvisiaca s miešaním v porovnaní s neefektívnymi scenármi miešania
• Zlepšená konzistentnosť procesov
• Jednoduchšia integrácia do kontinuálnych výrobných liniek

Pre výrobcov, ktorí chcú rozšíriť výrobu bionafty z odpadových olejov, môže byť táto kombinácia flexibility surovín a intenzifikácie procesu veľmi cenná.

Preveďte UCO na UCOME bionaftu efektívne s ultrazvukovými reaktormi Hielscher!

Premena použitého kuchynského oleja na UCOME je inteligentný spôsob výroby obnoviteľného paliva z odpadu, ktorý zároveň zlepšuje udržateľnosť a znižuje náklady na suroviny. Keďže spracovanie UCO je často náročnejšie ako spracovanie panenských olejov, technológia reaktora zohráva kľúčovú úlohu pri dosahovaní efektívnej a spoľahlivej výroby bionafty.
Ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher zintenzívňujú reakciu medzi olejom a metanolom prostredníctvom kavitačne riadeného miešania a prenosu hmoty. To umožňuje rýchlejšiu esterifikáciu a transesterifikáciu, lepšiu manipuláciu s premenlivými surovinami UCO a škálovateľnú inline výrobu bionafty.
Pre komerčných výrobcov sa ultrazvukové systémy Hielscher používajú v procesoch výroby bionafty, ktoré sú určené na výrobu paliva spĺňajúceho normy ASTM D6751 a EN 14214. Pre poľnohospodárov a malých používateľov v krajinách bez predpisov týkajúcich sa bionafty môžu ultrazvukové reaktory podporovať aj kompaktnú výrobu menších množstiev bionafty na použitie v miestnych zariadeniach, pričom si uvedomujú, že nešpecifické palivo by sa malo používať opatrne a v súlade s miestnymi požiadavkami a kompatibilitou s motorom.
Ak je vaším cieľom efektívna výroba UCO na UCOME, ultrazvukové reaktory na bionaftu Hielscher ponúkajú výkonnú a škálovateľnú technologickú platformu na moderné spracovanie bionafty.

V nasledujúcej tabuľke nájdete približnú kapacitu spracovania ultrazvukových reaktorov na bionaftu spoločnosti Hielscher:

Prietok	Sila
20 – 100 l/hod	1 kW
80 – 400 l/hod	4x1kW
0.3 – 1,5 m³/hod	4x4kW
2 – 10 m³/hod	6x16kW
20 – 100 m³/hod	62x16kW

Prečo je spoločnosť Hielscher silnou voľbou pre výrobcov bionafty?

Spoločnosť Hielscher je uznávaná pre priemyselnú ultrazvukovú technológiu navrhnutú pre reálne procesné aplikácie. Pri výrobe bionafty poskytujú ultrazvukové reaktory Hielscher praktickú cestu na zintenzívnenie konverzie UCO, zlepšenie miešania metanol-olej a podporu efektívnej výroby bionafty z odpadových olejov a tukov.

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

• Osvedčené ultrazvukové odborné znalosti
• Inline reaktory na kontinuálne spracovanie bionafty
• Vhodnosť na esterifikáciu a transesterifikáciu
• Silná cesta k rozšíreniu z laboratória do výroby
• Robustné zariadenia pre priemyselné prostredie
• Efektívne spracovanie náročných surovín, ako je použitý kuchynský olej

Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú 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).

často kladené otázky

Môže sa bionafta používať v poľnohospodárskych zariadeniach?

Áno. Poľnohospodárske zariadenia so vznetovými motormi so vznietením môžu vo všeobecnosti používať zmesi bionafty a mnohí výrobcovia schvaľujú zmesi ako B5 alebo B20; vyššie zmesi závisia od konkrétneho motora, materiálov palivového systému a pokynov OEM.

Aké motory môžu používať bionaftu?

Bionafta je určená pre dieselové motory, najmä pre vznetové motory používané vo vozidlách, generátoroch a poľnohospodárskych strojoch. V praxi môžu v podstate všetky dieselové motory pracovať s nízkymi zmesami bionafty, zatiaľ čo používanie vyšších zmesí alebo čistej bionafty (B100) si vyžaduje kompatibilitu motora a schválenie výrobcu.

Čo je americká norma ASTM D6751?

ASTM D6751 je americká špecifikácia pre bionaftu B100 určenú na miešanie so stredne destilovanými palivami. Definuje požadované vlastnosti paliva a vzťahuje sa na triedy S15 a S500, ktoré zodpovedajú maximálnemu obsahu síry 15 ppm a 500 ppm.

Čo je bionafta UCOME?

UCOME znamená metylester použitého kuchynského oleja. Je to metylesterová bionafta mastných kyselín vyrobená premenou odpadového kuchynského oleja na metylestery, zvyčajne na použitie ako náhrada nafty alebo zložka zmesi.

Je UCOME vhodný ako zložka zmesi pre bio-plavidlový vykurovací olej?

Áno. UCOME sa už komerčne používa ako zložka zmesi v zložení lodných biopalív, napríklad v zmesiach s vykurovacím olejom s veľmi nízkym obsahom síry (VLSFO). Jeho vhodnosť závisí od kvality paliva, stability, kompatibility a súladu s príslušnými špecifikáciami lodného paliva a požiadavkami na manipuláciu.