Od UCO do biodizla z uporabo ultrazvočnih reaktorjev

Uporabljeno jedilno olje (UCO) je postalo ena od najbolj privlačnih surovin za trajnostno proizvodnjo biodizla. Pretvorba UCO v biodizel ali metilni ester uporabljenega jedilnega olja pomaga zmanjšati količino odpadkov, znižuje stroške surovin in podpira bolj krožno gospodarstvo goriv. Za proizvajalce biodizla, ki iščejo učinkovito tehnologijo predelave, ultrazvočni reaktorji za biodizel podjetja Hielscher ponujajo zmogljivo rešitev za intenziviranje procesov transesterifikacije in esterifikacije.

Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji za biodizel se pogosto uporabljajo za izboljšanje pretvorbe poceni olj in maščob v visokokakovostni biodizel. Z ustvarjanjem intenzivnega mešanja na mikroskopski ravni ultrazvočna kavitacija pospešuje kemijske reakcije, izboljšuje prenos mase med nemešanimi fazami in pomaga proizvajalcem doseči hitro, zanesljivo in razširljivo proizvodnjo biodizla.

UCOME – Biodizel iz odpadnih olj

UCOME je kratica za metilni ester iz rabljenega jedilnega olja. To je biodizelsko gorivo, ki se proizvaja s pretvorbo odpadnih kuhinjskih olj v metilne estre maščobnih kislin s kemično reakcijo z metanolom. Ker je UCO reciklirana surovina, je UCOME še posebej privlačen z gospodarskega in okoljskega vidika.
V primerjavi z deviškimi rastlinskimi olji ima UCO očitne stroškovne prednosti, vendar predstavlja tudi izzive pri predelavi. Uporabljeno jedilno olje pogosto vsebuje:

• Proste maščobne kisline (FFA)
• Voda
• Ostanki živil in onesnaževalci
• Oksidacijski produkti
• Spremenljiva sestava glede na vir in zgodovino uporabe

Zaradi teh dejavnikov sta učinkovitost procesa in zmogljivost reaktorja še posebej pomembna. Tu imajo ultrazvočni reaktorji za biodizel velike prednosti.

 

 

Kako ultrazvočni reaktorji za biodizel izboljšajo pretvorbo UCO v UCOME

Tradicionalna proizvodnja biodizla se pogosto zanaša na mehansko mešanje in toploto, da pride do stika olja, alkohola in katalizatorja. Ker se olje in metanol ne mešata dobro, se lahko običajni reaktorji soočajo s počasnimi reakcijskimi hitrostmi, nepopolno pretvorbo, večjo porabo kemikalij in daljšim časom zadrževanja.
Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji za ustvarjanje kavitacije v tekočini uporabljajo ultrazvok visoke jakosti. Kavitacija ustvarja mikroskopske mešalne cone z izjemno visokimi strižnimi silami. To razbije metanol na zelo drobne kapljice v oljni fazi in ustvari veliko večjo medfazno površino za reakcijo.

Rezultat je zelo intenziviran postopek pridobivanja biodizla s pomembnimi prednostmi:

• Hitrejša transesterifikacija in esterifikacija
• Izboljšana učinkovitost pretvorbe
• Boljša uporaba metanola in katalizatorja
• Skrajšani reakcijski čas
• Možnost neprekinjene obdelave v liniji
• Enostavno povečanje obsega od pilotne do industrijske proizvodnje

Za surovine UCO s povišano vsebnostjo FFA je ultrazvok še posebej koristen, saj pospešuje tako s kislino katalizirano esterifikacijo kot z bazo katalizirano transesterifikacijo.

Od UCO do biodizla: Pregled postopka

Pretvorba uporabljenega jedilnega olja v biodizel običajno vključuje več faz postopka. Hielscherjeve ultrazvočne reaktorje za biodizel je mogoče vključiti v enostopenjske ali dvostopenjske procesne zasnove, odvisno od kakovosti surovin.

Tipičen postopek UCO v biodizel vključuje:

• Zbiranje in skladiščenje uporabljenega jedilnega olja
• Filtriranje za odstranjevanje trdnih delcev in delcev hrane
• Sušenje ali dehidracija za zmanjšanje vsebnosti vlage
• analiza FFA za določitev potrebne reakcijske poti
• Esterifikacija prostih maščobnih kislin pri visoki vsebnosti FFA
• Transesterifikacija z metanolom za tvorbo metilnih estrov
• Ločevanje biodizla in glicerola
• Pranje ali suho čiščenje biodizla
• Končno poliranje za doseganje specifikacij kakovosti goriva

Kadar so prisotne visoke ravni FFA, se pogosto uporablja predobdelava z estrifikacijo, da se proste maščobne kisline pretvorijo v estre pred glavno fazo transesterifikacije. Ultrazvočna obdelava lahko pospeši obe stopnji in izboljša splošno produktivnost obrata. Preberite več o dvostopenjski pretvorbi biodizla s pomočjo ultrazvoka!

Zakaj so Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji primerni za biodizel UCOME

Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji so zasnovani za industrijsko predelavo tekočin in so še posebej učinkoviti pri uporabi biodizla, kjer mešanje tekočine s tekočino nadzoruje hitrost reakcije. Namesto da bi bil odvisen le od mešanja v razsutem stanju, ultrazvok ustvarja intenzivno lokalizirano energijo točno tam, kjer je potrebna.
To daje proizvajalcem več praktičnih prednosti.

• Odlično mešanje olja in metanola
  Ena od ključnih omejitev pri proizvodnji biodizla je slaba mešljivost olja in metanola. Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji ustvarijo zelo fino emulzijo, ki močno izboljša stik med reagenti. Boljši stik pomeni hitrejšo reakcijsko kinetiko in večjo pretvorbo.
• Visoka učinkovitost pri zahtevnih surovinah
  UCO ni enotna surovina. Vsebnost vode, vsebnost FFA in onesnaženost se lahko razlikujejo od serije do serije. Hielscherjevi reaktorji pomagajo kompenzirati ta nihanja z intenziviranjem reakcijskega okolja, zaradi česar je postopek bolj robusten in prilagodljiv.
• Krajši čas zadrževanja
  Ker ultrazvok pospešuje esterifikacijo in transesterifikacijo, lahko proizvajalci pogosto dosežejo ciljno pretvorbo v krajšem času kot pri običajnih mešalnih sistemih. To lahko zmanjša zahteve glede prostornine reaktorja in poveča prepustnost.
• Neprekinjeno delovanje v liniji
  Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji za biodizel so idealni za neprekinjeno obdelavo. Konfiguracije linijskih reaktorjev podpirajo stabilno proizvodnjo s ponovljivo kakovostjo, kar je zelo dragoceno za komercialne obrate za biodizel.
• Enostavno povečevanje obsega
  Glavna prednost tehnologije Hielscher je linearno povečevanje obsega. Procesne parametre, določene v laboratorijskih ali pilotnih preskušanjih, je mogoče bolj predvidljivo prenesti v večje proizvodne sisteme. To zmanjšuje tveganje razvoja in poenostavlja načrtovanje širitve.
• Industrijska zanesljivost
  Hielscherjevi sistemi so zasnovani za zahtevne industrijske naloge. Za proizvajalce biodizla to pomeni zanesljivo delovanje reaktorja, ponovljive rezultate in združljivost z avtomatiziranimi procesnimi linijami.
• Proizvodnja biodizla v skladu z ASTM D6751 in EN 14214
  Komercialni proizvajalci biodizla se pogosto osredotočajo na specifikacije kakovosti goriva, kot sta ASTM D6751 in EN 14214. Ti standardi določajo kritične lastnosti, vključno z vsebnostjo estrov, viskoznostjo, plameniščem, kislinsko vrednostjo, vsebnostjo vode, oksidacijsko stabilnostjo, mejnimi vrednostmi onesnaževal in vsebnostjo glicerina.

 
Preberite, kako ultrazvočno proizvedeno biodizelsko gorivo deluje v dizelskih motorjih z notranjim izgorevanjem!

Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji za biodizel se uporabljajo v postopkih proizvodnje biodizla, ki so zasnovani za doseganje kakovosti goriva v skladu z ASTM D6751 in EN 14214. Bastante-Saez in sodelavci so v študiji, objavljeni leta 2020, dokazali, da je biodizel, proizveden iz odpadnih maščob kebaba z uporabo ultrazvočnega reaktorja Hielscher, dal visoke donose metilnih estrov maščobnih kislin (FAME). Količina FAME je bila višja (97,42 % m/m za piščančjo maščobo in 96,98 % m/m za maščobo iz govedine in jagnjetine) od minimalnega praga, določenega z evropsko uredbo EN 14214 (tj. najmanj 96,5 % m/m).

 

 

Biodizel v majhnem obsegu za kmetije in uporabnike zunaj omrežja

V nekaterih državah ali regijah so predpisi o biodizlu za majhne zasebne uporabnike omejeni ali se ne izvajajo. Kmetje in lastniki opreme lahko proizvajajo manjše količine biodizla iz uporabljenega jedilnega olja za porabo na kraju samem v traktorjih, generatorjih, grelnikih ali drugi kmetijski opremi na dizelski pogon.
V teh primerih je cilj pogosto praktična zamenjava goriva in ne certificirana komercialna prodaja. Ultrazvočni reaktorji za biodizel so lahko privlačni tudi za takšno decentralizirano proizvodnjo, ker ponujajo:

• Hitri reakcijski časi
• Učinkovita pretvorba s kompaktno opremo
• Dobra primernost za spremenljive surovine iz odpadnega olja
• Manjša odvisnost od velikih mešalnih posod
• Možnost modularnih nastavitev obdelave

Hkrati je treba jasno poudariti, da biodizel, ki ni specifičen, morda ni primeren za vse motorje, ni skladen z lokalnimi zakonskimi zahtevami in lahko povzroča težave pri skladiščenju, združljivosti materialov, emisijah ali garanciji motorja. Kjer obstajajo standardi za biodizel, je treba gorivo pred uporabo v predpisanih aplikacijah ali cestnih vozilih ustrezno testirati in proizvesti.

 

 

Ekonomske prednosti ultrazvočne proizvodnje biodizla iz UCO

Stroški surovine so ena največjih spremenljivk pri ekonomiki biodizla. Ker je rabljeno jedilno olje na splošno cenejše od rafiniranih rastlinskih olj, ponuja veliko možnosti za prihranek stroškov. Vendar se lahko ti prihranki izgubijo, če je postopek počasen, kemično neučinkovit ali ne more obvladati spremenljivosti surovin.
Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji za biodizel pomagajo zaščititi donosnost z izboljšanjem učinkovitosti reakcije in produktivnosti obrata. Potencialne ekonomske prednosti vključujejo:

• Boljša uporaba poceni surovin UCO
• Povečana zmogljivost
• Skrajšani reakcijski čas
• Manjša potreba po energiji, povezani z mešanjem, v primerjavi z neučinkovitimi scenariji mešanja razsutega materiala.
• Izboljšana doslednost postopkov
• Lažja integracija v neprekinjene proizvodne linije

Za proizvajalce, ki želijo povečati proizvodnjo biodizla iz odpadnega olja, je lahko ta kombinacija prilagodljivosti surovin in intenziviranja postopka zelo dragocena.

Učinkovito pretvorite UCO v biodizel UCOME s Hielscherjevimi ultrazvočnimi reaktorji!

Pretvarjanje uporabljenega jedilnega olja v UCOME je pameten način ustvarjanja obnovljivega goriva iz odpadkov, hkrati pa izboljšuje trajnost in zmanjšuje stroške surovin. Ker je UKO pogosto težje predelati kot deviška olja, ima tehnologija reaktorjev ključno vlogo pri doseganju učinkovite in zanesljive proizvodnje biodizla.
Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji za biodizel okrepijo reakcijo med oljem in metanolom s kavitacijskim mešanjem in prenosom mase. To omogoča hitrejšo esterifikacijo in transesterifikacijo, boljše ravnanje s spremenljivimi surovinami UCO in razširljivo inline proizvodnjo biodizla.
Za komercialne proizvajalce se Hielscherjevi ultrazvočni sistemi uporabljajo v procesih biodizla, ki so zasnovani za proizvodnjo goriva, ki ustreza standardoma ASTM D6751 in EN 14214. Za kmete in male uporabnike v državah brez predpisov o biodizlu lahko ultrazvočni reaktorji podpirajo tudi kompaktno proizvodnjo manjših količin biodizla za uporabo lokalne opreme, pri čemer se zavedajo, da je treba gorivo brez specifikacije uporabljati previdno in v skladu z lokalnimi zahtevami ter združljivostjo motorja.
Če je vaš cilj učinkovita proizvodnja UCO do UCOME, Hielscherjevi ultrazvočni reaktorji za biodizel ponujajo zmogljivo in razširljivo tehnološko platformo za sodobno predelavo biodizla.

V spodnji tabeli je prikazana približna zmogljivost obdelave Hielscherjevih ultrazvočnih reaktorjev za biodizel:

Pretok	Moč
20 – 100 l / uro	1kW
80 – 400 l / uro	4x1kW
0.3 – 1,5 m³/uro	4x4kW
2 – 10m³/uro	6x16kW
20 – 100m³/uro	62x16kW

Zakaj je Hielscher dobra izbira za proizvajalce biodizla?

Hielscher je priznan za industrijsko ultrazvočno tehnologijo, zasnovano za uporabo v resničnih procesih. V proizvodnji biodizla, Hielscher ultrazvočni reaktorji zagotavljajo praktično pot za intenziviranje pretvorbe UCO, izboljšanje mešanja metanol-olje, in podpirajo učinkovito proizvodnjo biodizla iz odpadnih olj in maščob.

Ključni razlogi za izbiro podjetja Hielscher so:

• Dokazano ultrazvočno strokovno znanje
• Zasnove linijskih reaktorjev za neprekinjeno predelavo biodizla
• Primernost za esterifikacijo in transesterifikacijo
• Močna pot od laboratorija do proizvodnje
• Robustna oprema za industrijska okolja
• Učinkovita predelava zahtevnih surovin, kot je rabljeno jedilno olje.

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

---

---

Literatura / Reference

• 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).

Pogosto zastavljena vprašanja

Ali se lahko biodizel uporablja za kmetijsko opremo?

Da. Kmetijska oprema z dizelskimi motorji na kompresijski vžig lahko na splošno uporablja mešanice biodizla in mnogi proizvajalci odobrijo mešanice, kot sta B5 ali B20; višje mešanice so odvisne od določenega motorja, materialov gorivnega sistema in navodil proizvajalca originalne opreme.

Kateri motorji lahko uporabljajo biodizel?

Biodizel je namenjen dizelskim motorjem, zlasti motorjem na kompresijski vžig, ki se uporabljajo v vozilih, generatorjih in kmetijskih strojih. V praksi lahko v bistvu vsi dizelski motorji delujejo z nizkimi mešanicami biodizla, za uporabo višjih mešanic ali čistega biodizla (B100) pa je potrebna združljivost motorja in odobritev proizvajalca.

Kaj je ameriški standard ASTM D6751?

ASTM D6751 je ameriška specifikacija za biodizelsko gorivo B100 za mešanje s srednjimi destilati. Opredeljuje zahtevane lastnosti goriva in zajema razreda S15 in S500, ki ustrezata najvišji vsebnosti žvepla 15 ppm in 500 ppm.

Kaj je biodizel UCOME?

UCOME pomeni metilni ester rabljenega olja za kuhanje. Gre za metilni ester maščobnih kislin, ki se proizvaja s pretvorbo odpadnega jedilnega olja v metilne estre, običajno za uporabo kot nadomestek dizelskega goriva ali sestavni del mešanice.

Ali je UCOME primeren kot mešalna komponenta za bio-plovno olje za plovila?

Da. UCOME se že komercialno uporablja kot sestavina mešanice v formulacijah morskih biogoriv, na primer v mešanicah s kurilnim oljem z zelo nizko vsebnostjo žvepla (VLSFO). Njegova primernost je odvisna od kakovosti goriva, stabilnosti, združljivosti in skladnosti z ustreznimi specifikacijami za gorivo za plovila ter zahtevami za ravnanje z njim.