Виробництво біодизеля та конверсія біодизеля
Подолання обмежень виробництва біодизеля за допомогою ультразвукових реакторів! Повільна кінетика реакції та погана масопередача можуть суттєво зменшити потужність, вихід і якість вашого заводу з виробництва біодизеля. Ультразвукові реактори Hielscher вирішують ці проблеми, суттєво покращуючи кінетику переетерифікації. В результаті переробка біодизеля потребує меншої надлишкової кількості метанолу та зменшеної кількості каталізатора.
Ультразвукова кавітація: краще рішення для змішування
Традиційне виробництво біодизеля зазвичай використовує реактори періодичної дії з нагріванням і механічним змішуванням як джерела енергії. Ультразвукова кавітація пропонує ефективну альтернативу, яка забезпечує краще змішування в комерційній переробці біодизеля. Ця ультразвукова кавітація забезпечує необхідну енергію активації для промислової переетерифікації біодизеля.
Ключові переваги ультразвукової переетерифікації біодизеля:
- Вищі ступені конверсії
- Швидша кінетика реакції
- Покращена якість продукту
- Здатність переробляти відпрацьовані олії у FAME (метилові ефіри жирних кислот)
Ультразвукове змішування покращує ступінь конверсії біодизеля, збільшує вихід і заощаджує надлишковий метанол та каталізатор.
Ультразвуково покращена переетерифікація біодизеля
Виробництво біодизеля зазвичай включає хімічну реакцію, яка називається переетерифікацією, в якій тригліцерид (такий як рослинна олія, тваринний жир, відпрацьована олія для смаження) реагує зі спиртом (таким як метанол) у присутності каталізатора з утворенням біодизеля (метилові ефіри жирних кислот) та гліцеролу. Ультразвукові реактори можна використовувати для покращення процесу переетерифікації кількома способами, що призводить до кількох переваг:
- Покращене змішування: Ультразвукові хвилі можуть створювати кавітаційні бульбашки, які різко колапсують, спричиняючи інтенсивне змішування та перемішування реакційної суміші. Це призводить до кращого контакту між реагентами та каталізатором, що забезпечує швидшу та більш повну переетерифікацію.
- Прискорена кінетика реакції: Умови високої енергії, що генеруються ультразвуковими хвилями, можуть активувати реакцію, збільшуючи швидкість реакції та зменшуючи час реакції, необхідний для досягнення заданого рівня конверсії. Це може призвести до вищих виходів і нижчих витрат.
- Зменшене використання каталізатора: Ультразвукові реактори можуть покращити ефективність використання каталізатора, забезпечуючи більше активних центрів для реакції. Це означає, що для досягнення того ж рівня конверсії потрібно менше каталізатора, що зменшує витрати та вплив на навколишнє середовище.
- Покращена якість продукту: Ультразвукові реактори можуть виробляти біодизель з нижчим вмістом вільних жирних кислот, вищою чистотою та кращими властивостями низькотемпературної текучості. Це пов’язано з покращеним змішуванням і швидшою кінетикою реакції, які мінімізують утворення небажаних побічних продуктів і домішок.
Ці переваги ультразвукової переробки біодизеля роблять використання установки ультразвукового реактора надзвичайно економічним, оскільки використання ультразвукових реакторів суттєво покращує ефективність, швидкість і якість переетерифікації біодизеля. Це означає в підсумку, що ультразвукова обробка перетворює переетерифікацію на більш економічно та екологічно сталий процес.
Проблеми традиційного змішування біодизеля: Традиційна реакція етерифікації в процесі періодичної дії зазвичай є повільною, а фазове розділення гліцерину є тривалим, часто займаючи 5 годин або більше.
Ультразвукові реактори допомагають вам прискорити ваш процес виробництва біодизеля і одночасно збільшити вихід і якість біодизеля при нижчих витратах на переробку!
Промисловий ультразвуковий гомогенізатор UIP2000hdT з проточною коміркою FC2T500k для інлайн етерифікації та переетерифікації біодизеля.
Переваги ультразвукової переетерифікації біодизеля
- Вищі виходи біодизеля завдяки покращеному змішуванню
- Підвищена якість біодизеля
- Використання навіть найгіршої олії як сировини
- Безперервна інлайн переробка
- Менше метанолу
- Менше каталізатора
- Економія часу завдяки високій швидкості конверсії
- Економія енергії
- Проста та безпечна експлуатація
- Надійність і низькі вимоги до обслуговування
- Висока продуктивність: робота 24/7 під повним навантаженням
Ультразвуковий реактор UIP16000hdT виробляє приблизно 32MMGY
«Ми дуже задоволені обладнанням і сервісом Hielscher, і ми маємо намір включати технологію ультразвукової обробки Hielscher у всі наші майбутні проекти.»
Тодд Стівенс, Tulsa Biofuels
Ультразвукові технології для виробництва біодизеля
Біодизель часто виробляють у реакторах періодичної дії. Ультразвукова конверсія біодизеля дозволяє здійснювати безперервну обробку в потоці. Ультразвукова обробка може забезпечити вихід біодизеля понад 99%. Ультразвукові реактори скорочують час обробки з традиційних 1–4 годин для процесів періодичної дії до менш ніж 30 секунд. Що важливіше, ультразвукова обробка скорочує час розділення з 5–10 годин (за використання традиційного перемішування) до менш ніж 60 хвилин. Ультразвукова обробка також допомагає зменшити кількість необхідного каталізатора до 50% завдяки підвищеній хімічній активності в присутності кавітації. При використанні ультразвукової обробки також зменшується кількість необхідного надлишкового метанолу. Іншою перевагою є отримане збільшення чистоти гліцерину.
Виробництво біодизеля за допомогою ультразвуку покроково:
- рослинна олія або тваринний жир змішуються з метанолом (для отримання метилових ефірів) або етанолом (для етилових ефірів) і натрієвим або калійним метоксидом чи гідроксидом
- суміш нагрівають, наприклад, до температур між 45 і 65degC
- нагріту суміш піддають ультразвуковій обробці в потоці протягом 5–15 секунд
- гліцерин відділяється або розділяється за допомогою центрифуг
- конвертований біодизель промивають водою
Найчастіше ультразвукову обробку проводять при підвищеному тиску (1–3bar, надлишковий тиск) із використанням подавального насоса та регульованого клапана протитиску поруч із проточною коміркою.
Промислова конверсія біодизеля не потребує великої кількості ультразвукової енергії. Фактичну потребу в енергії можна визначити в лабораторних умовах, наприклад, за допомогою 1kW ультразвукового процесора, такого як UIP1000hdT. Усі результати таких лабораторних випробувань можна масштабувати лінійно та без будь-яких проблем. За потреби доступні ультразвукові пристрої з сертифікацією ATEX, такі як UIP1000-Exd.
Hielscher постачає промислове ультразвукове обладнання для переробки біодизеля по всьому світу. Завдяки ультразвуковим процесорам потужністю до 16kW на один пристрій, немає обмежень щодо розміру заводу з виробництва біодизеля або виробничої потужності.
Витрати на виробництво біодизеля за допомогою ультразвуку
Ультразвукова обробка є ефективним засобом для збільшення швидкості реакції та ступеня конверсії в комерційному виробництві біодизеля. Витрати на ультразвукову обробку складаються переважно з інвестицій в ультразвукове обладнання, комунальних витрат та витрат на обслуговування. Видатна енергоефективність ультразвукових гомогенізаторів Hielscher допомагає зменшити комунальні витрати та зробити цей процес ще більш екологічним. Отримані витрати на ультразвукову обробку варіюються від 0,1ct до 1,0ct за літр (0,4ct до 1,9ct/gallon) при використанні в комерційних масштабах.
Дізнайтеся більше про ефективність процесу та економічні переваги виробництва біодизеля за допомогою ультразвуку!
Ультразвукове змішування зменшує специфічне енергоспоживання у виробництві біодизеля, значно перевершуючи гідродинамічне магнітне змішування та високозсувні змішувачі.
Масштабна установка для виробництва біодизеля за допомогою ультразвуку
Ультразвукову обробку можна використовувати для конверсії олії в біодизель у будь-якому масштабі. На зображенні нижче показано установку малого масштабу для переробки 60–70L (16–19 галонів). Це типова установка для початкових досліджень та демонстрації процесу.
Ультразвукове естерифікація та переетерифікація можуть проводитися як процес періодичної дії або безперервний процес у потоці. Ця діаграма показує ультразвуковий процес періодичної дії для конверсії біодизеля.
3x 1kW ультразвукові гомогенізатори моделі 1000hdT з ультразвуковим проточним реактором для високоефективної конверсії біодизеля.
- один ультразвуковий гомогенізатор (наприклад, UIP500hdT або UIP1000hdT) з бустером, сонотродом та проточною коміркою
- вимірювач потужності для вимірювання потужності та енергії
- 80L резервуар для обробки (пластиковий, наприклад, HDPE)
- нагрівальний елемент (1–2kW)
- 10L резервуар для попереднього змішування каталізатора (пластиковий, наприклад, HDPE)
- змішувач для попереднього змішування каталізатора (мішалка)
- насос (центрифуга, шнековий або шестеренний) для приблизно 10 до 20L/хв при 1 до 3 barg
- клапан протитиску для регулювання тиску в проточній комірці
- манометр для вимірювання тиску подачі
Ультразвукові реактори для покращеної обробки біодизеля
Hielscher Ultrasonics пропонує високоефективні ультразвукові процесори та реактори, які покращать ваше виробництво біодизеля за рахунок вищих виходів біодизеля, покращеної якості біодизеля, скороченого часу обробки та нижчих виробничих витрат.
Ультразвукові реактори малого та середнього масштабу для переетерифікації біодизеля
Для виробництва біодизеля малого та середнього розміру до 9ton/год (2900 gal/год) Hielscher пропонує вам UIP500hdT (500 watts), UIP1000hdT (1000 watts), UIP1500hdT (1500 watts) та UIP2000hdT (2000 watts) як ультразвукові високосерні змішувачі з проточними реакторами для надійної та ефективної інлайн-обробки біодизеля. Ці чотири ультразвукові реактори дуже компактні, їх легко інтегрувати або модернізувати. Вони розроблені для важких умов експлуатації в суворих середовищах. Нижче ви знайдете рекомендовані конфігурації реакторів для діапазону швидкостей виробництва.
|
ton/год
|
gal/год
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 watts) |
0,25 до 0,5
|
80 до 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 watts) |
0,5 до 1,0
|
160 до 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 watts) |
0,75 до 1,5
|
240 до 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 watts) |
1,0 до 2,0
|
320 до 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 watts) |
2,0 до 4,0
|
640 до 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 watts) |
3,0 до 6,0
|
960 до 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 watts) |
4,5 до 9,0
|
1440 до 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 watts) |
6,0 до 12,0
|
1920 до 3840
|
Дуже великопродуктивні промислові реактори для біодизеля
Для промислової обробки заводів з виробництва біодизеля Hielscher пропонує ультразвукові гомогенізатори UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) та UIP16000hdT (16kW)! Ці ультразвукові процесори розроблені для безперервної обробки високих об’ємних витрат. UIP4000hdT, UIP6000hdT та UIP10000 можна інтегрувати в стандартні морські вантажні контейнери. Альтернативно, всі чотири моделі процесорів доступні в шафах з нержавіючої сталі. Вертикальна установка вимагає мінімального простору. Нижче ви знайдете рекомендовані конфігурації для типових промислових швидкостей обробки.
|
ton/год
|
gal/год
|
1x UIP6000hdT (6000 watts) |
3,0 до 6,0
|
960 до 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 watts) |
6,0 до 12,0
|
1920 до 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 watts) |
10,0 до 20,0
|
3200 до 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 watts) |
9,0 до 18,0
|
2880 до 5880
|
| 3x UIP10000 (10 000 watts) |
15,0 до 30,0
|
4800 до 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16 000 watts) |
24,0 до 48,0
|
7680 до 15 360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 до 80,0
|
12 800 до 25 600
|
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Ультразвуковий обробник UIP16000hdT здатний обробляти 32MMGY біодизеля.
Технологічна інновація року від Frost & Sullivan
Hielscher Ultrasonics отримала престижну нагороду Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year у визнання розробки компанією нової технології ультразвуку для виробництва біодизеля.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про нагороду Frost and Sullivan для біодизельних реакторів Hielscher Ultrasonics!
Переетерифікація – хімічна конверсія біодизеля
Виробництво біодизеля з рослинних олій (наприклад, соєвої, ріпакової, джтрофової, соняшникової), водоростей, тваринних жирів, а також відпрацьованих олій для смаження включає лужно-каталітичну переетерифікацію жирних кислот метанолом або етанолом для отримання відповідних метилових або етилових ефірів. Гліцерин є неминучим побічним продуктом цієї реакції.
Рослинні олії, як і тваринні жири, є тригліцеридами, що складаються з трьох ланцюгів жирних кислот, зв’язаних молекулою гліцерину. Тригліцериди є ефірами. Ефіри – це кислоти, такі як жирні кислоти, поєднані зі спиртом. Гліцерин (= гліцерол) є важким спиртом. У процесі конверсії тригліцеридні ефіри перетворюються на алкільні ефіри (= біодизель) за допомогою каталізатора (лугу) та спиртового реагенту, наприклад, метанолу, що дає біодизель метилових ефірів. Метанол замінює гліцерин. Цей процес хімічної конверсії називається переетерифікацією.
Після переетерифікації гліцерин, який є важчою фазою, осідає на дно. Біодизель, який є легшою фазою, спливає нагору і може бути відокремлений, наприклад, за допомогою декантерів або центрифуг.
Підготовка біодизеля
Гідроксид калію (0,2 to 0,4kg, каталізатор) розчиняється в приблизно 8,5L метанолу в резервуарі попереднього змішування каталізатора. Це потребує перемішування попередньої суміші каталізатора. Резервуар для обробки заповнюється 66L рослинної олії. Олія нагрівається нагрівальним елементом до 45 to 65degC.
Конверсія біодизеля
Коли каталізатор повністю розчинений у метанолі, попередню суміш каталізатора змішують з нагрітою олією. Насос подає суміш у проточну комірку. За допомогою клапана протитиску тиск регулюється до 1 to 3barg (15 to 45psig). Рециркуляція через ультразвуковий реактор для біодизеля має performed протягом приблизно 20 хвилин. Протягом цього часу олія перетворюється на біодизель. Після цього насос і ультразвук вимикаються. Гліцерин (важча фаза) відокремиться від біодизеля (легша фаза). Розділення займає приблизно 30 to 60 minutes. Коли розділення завершено, гліцерин можна злити.
Миття біодизеля
Оскільки перетворений біодизель містить домішки, необхідне миття. Для миття у біодизель додається вода. Ультразвукова обробка може покращити змішування біодизеля з водою. Це збільшує активну площу поверхні внаслідок зменшення розміру крапель. Будь ласка, врахуйте, що дуже інтенсивна ультразвукова обробка може зменшити краплі води до розміру, при якому утворюється майже стабільна емульсія, для розділення якої знадобляться спеціальні засоби (наприклад, центрифуга).
Завод з виробництва біодизеля
На блок-схемі нижче показано типову конфігурацію для потокової ультразвукової обробки олії, метанолу та каталізатора для конверсії в біодизель.
Ультразвукове естерифікація та переетерифікація можуть проводитися як періодичний або безперервний потоковий процес. На графіку показано ультразвуковий потоковий процес переетерифікації для біодизеля (FAME).
Безперервна обробка та розділення біодизеля
У конфігурації для безперервної обробки біодизеля та безперервного розділення нагріта олія та попередня суміш каталізатора безперервно змішуються за допомогою регульованих насосів. Потоковий статичний змішувач покращує однорідність подачі в ультразвуковий реактор. Суміш олії/каталізатора проходить через проточну комірку, де вона піддається ультразвуковій кавітації протягом приблизно 5 to 30 seconds. Клапан протитиску використовується для контролю тиску в проточній комірці. Оброблена ультразвуком суміш надходить у верхню частину реакційної колони. Об’єм реакційної колони розрахований на забезпечення приблизно 1 hour часу утримання в колоні. Протягом цього часу реакція переетерифікації завершується. Прореагована суміш гліцерину/біодизеля перекачується в центрифугу, де вона розділяється на фракції біодизеля та гліцерину. Подальша обробка включає відновлення метанолу, миття та сушіння і також може проводитися безперервно.
Ця конфігурація усуває необхідність у партіях реактора для біодизеля, звичайних мішалках та великих резервуарах для розділення.
Швидкість реакції переетерифікації біодизеля
Діаграми нижче показують типові результати переетерифікації ріпакової олії (промислового сорту) з натрій метоксидом (ліворуч) та калій гідроксидом (праворуч). Для обох тестів контрольний зразок (синя лінія) піддавався інтенсивному механічному змішуванню. Червона лінія представляє зразок, оброблений ультразвуком, з ідентичною рецептурою щодо об’ємного співвідношення, концентрації каталізатора та температури. Горизонтальна вісь показує час після змішування або ультразвукової обробки відповідно. Вертикальна вісь показує об’єм гліцерину, що осів на дні. Це простий спосіб вимірювання швидкості реакції. На обох діаграмах зразок, оброблений ультразвуком (червоний), реагує значно швидше, ніж контрольний зразок (синій).
Порівняння ультразвукової (червоний графік) та звичайної (синій графік) методів змішування для виробництва біодизеля – з використанням натрій метоксиду (ліворуч) та калій гідроксиду (праворуч) як каталізаторів.
Посилання на постачальників обладнання для біодизеля
Хімічна та інформація щодо безпеки
Будь ласка, уважно прочитайте наведену нижче інформацію, щоб уникнути ускладнень та негативних впливів на здоров’я.
Хімікати для біодизеля
Метанол токсичний. Тривале використання може призвести до погіршення стану нервів. Він також може адсорбуватися шкірою. Якщо він потрапить в очі, це може спричинити сліпоту, а при ковтанні метанол може бути смертельним. З цієї причини при роботі з метанолом слід вживати необхідних заходів безпеки. Рекомендується використовувати якісний респіратор, фартух і гумові рукавички.
Калій гідроксид (KOH) токсичний і при контакті спричиняє опіки шкіри. Необхідна хороша вентиляція.
Переконайтеся, що робоче місце рясно та ретельно вентилюється, щоб випари могли виходити. Респіратори з паровими картриджами неефективні проти випарів метанолу. Система подачі повітря (SCBA – Self-Contained Breathing Apparatus) забезпечує кращий захист від парів метанолу.
Біодизель і гумові деталі
Робота на 100% біодизелі протягом тривалого часу може спричинити ускладнення для гумових деталей, що контактують із рідиною (насоси, шланги, O-подібні кільця), у двигуні. Заміна на сталеві деталі або гуму важкого режиму роботи може усунути цю проблему. Альтернативно, ви можете додати приблизно 25% звичайного (викопного) дизельного палива до вашого біодизеля, щоб запобігти ускладненням.
Література / Посилання
- 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 виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.