Từ UCO sang nhiên liệu sinh học bằng cách sử dụng các thiết bị phản ứng siêu âm

Dầu ăn đã qua sử dụng (UCO) đã trở thành một trong những nguyên liệu hấp dẫn nhất cho sản xuất diesel sinh học bền vững. Việc chuyển đổi UCO thành diesel sinh học, hay este metyl từ dầu ăn đã qua sử dụng, giúp giảm thiểu chất thải, hạ thấp chi phí nguyên liệu thô và thúc đẩy nền kinh tế nhiên liệu tuần hoàn. Đối với các nhà sản xuất diesel sinh học đang tìm kiếm công nghệ xử lý hiệu quả, các bình phản ứng diesel sinh học siêu âm của Hielscher mang đến một giải pháp mạnh mẽ để tăng cường các quá trình transester hóa và este hóa.

Các lò phản ứng sinh học diesel siêu âm Hielscher được sử dụng rộng rãi để nâng cao hiệu quả chuyển hóa dầu và mỡ giá rẻ thành sinh học diesel chất lượng cao. Bằng cách tạo ra sự khuấy trộn mạnh mẽ ở cấp độ vi mô, hiện tượng xâm thực siêu âm giúp đẩy nhanh các phản ứng hóa học, cải thiện quá trình truyền khối giữa các pha không hòa tan, đồng thời hỗ trợ các nhà sản xuất đạt được quy trình sản xuất sinh học diesel nhanh chóng, đáng tin cậy và có thể mở rộng quy mô.

UCOME – Dầu diesel sinh học từ dầu thải

UCOME là viết tắt của "methyl ester từ dầu ăn đã qua sử dụng". Đây là một loại nhiên liệu diesel sinh học được sản xuất bằng cách chuyển hóa dầu ăn thải thành este methyl axit béo thông qua phản ứng hóa học với methanol. Do dầu ăn thải (UCO) là nguyên liệu tái chế, UCOME đặc biệt hấp dẫn cả về mặt kinh tế lẫn môi trường.
So với các loại dầu thực vật nguyên chất, dầu ăn đã qua sử dụng (UCO) mang lại những lợi thế rõ rệt về chi phí, nhưng cũng đặt ra những thách thức trong quá trình chế biến. Dầu ăn đã qua sử dụng thường chứa:

• Axit béo tự do (FFA)
• Nước
• Dư lượng thực phẩm và các chất gây ô nhiễm
• Các sản phẩm oxy hóa
• Thành phần thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc và lịch sử sử dụng

Những yếu tố này khiến hiệu quả quy trình và hiệu suất của bình phản ứng trở nên đặc biệt quan trọng. Đây chính là điểm mà các bình phản ứng sinh học diesel sử dụng sóng siêu âm mang lại những lợi thế đáng kể.

 

 

Cách các lò phản ứng siêu âm sản xuất diesel sinh học cải thiện quá trình chuyển đổi dầu cặn (UCO) thành dầu diesel sinh học (UCOME)

Quá trình sản xuất diesel sinh học truyền thống thường dựa vào khuấy cơ học và nhiệt để tạo điều kiện cho dầu, cồn và chất xúc tác tiếp xúc với nhau. Do dầu và methanol không hòa tan tốt với nhau, các bình phản ứng thông thường có thể gặp phải các vấn đề như tốc độ phản ứng chậm, quá trình chuyển hóa không hoàn toàn, tiêu thụ hóa chất cao hơn và thời gian lưu giữ dài hơn.
Các thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher sử dụng sóng siêu âm cường độ cao để tạo ra hiện tượng xâm thực trong chất lỏng. Hiện tượng xâm thực tạo ra các vùng trộn vi mô với lực cắt cực lớn. Điều này làm phân tán methanol thành các giọt cực nhỏ trong pha dầu và tạo ra diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn nhiều cho phản ứng.

Kết quả là một quy trình sản xuất diesel sinh học được tối ưu hóa cao, mang lại những lợi ích đáng kể:

• Quá trình chuyển ester và este hóa diễn ra nhanh hơn
• Nâng cao hiệu suất chuyển đổi
• Sử dụng methanol và chất xúc tác hiệu quả hơn
• Thời gian phản ứng được rút ngắn
• Khả năng xử lý liên tục theo dòng
• Dễ dàng mở rộng quy mô từ giai đoạn thử nghiệm sang sản xuất công nghiệp

Đối với các nguyên liệu thô UCO có hàm lượng axit béo tự do (FFA) cao, sóng siêu âm mang lại lợi ích đặc biệt vì nó giúp tăng cường cả hai quá trình este hóa xúc tác bằng axit và transeste hóa xúc tác bằng bazơ.

Từ UCO đến nhiên liệu sinh học: Tổng quan về quy trình

Quá trình chuyển đổi dầu ăn đã qua sử dụng thành nhiên liệu sinh học thường bao gồm nhiều giai đoạn xử lý. Các lò phản ứng nhiên liệu sinh học siêu âm Hielscher có thể được tích hợp vào các quy trình một bước hoặc hai bước tùy thuộc vào chất lượng nguyên liệu đầu vào.

Một quy trình điển hình để sản xuất biodiesel từ dầu thực vật bao gồm:

• Thu gom và lưu trữ dầu ăn đã qua sử dụng
• Lọc để loại bỏ các chất rắn và mảnh vụn thực phẩm
• Sấy khô hoặc tách nước để giảm độ ẩm
• Phân tích FFA để xác định lộ trình phản ứng cần thiết
• Quá trình este hóa các axit béo tự do khi nồng độ axit béo tự do (FFA) cao
• Phản ứng chuyển este với metanol để tạo thành este metyl
• Tách dầu diesel sinh học và glycerol
• Rửa hoặc tinh chế khô dầu diesel sinh học
• Công đoạn đánh bóng cuối cùng để đạt các tiêu chuẩn về chất lượng nhiên liệu

Khi nồng độ axit béo tự do (FFA) cao, người ta thường áp dụng quá trình tiền xử lý este hóa để chuyển đổi axit béo tự do thành este trước khi tiến hành bước chuyển este chính. Công nghệ xử lý bằng sóng siêu âm có thể đẩy nhanh cả hai giai đoạn này và nâng cao năng suất tổng thể của nhà máy. Tìm hiểu thêm về quy trình chuyển đổi diesel sinh học hai giai đoạn với sự hỗ trợ của sóng siêu âm!

Tại sao các lò phản ứng siêu âm Hielscher lại rất phù hợp cho sản xuất nhiên liệu sinh học UCOME

Các thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher được thiết kế dành cho quá trình xử lý chất lỏng công nghiệp và đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng sản xuất diesel sinh học, nơi quá trình trộn chất lỏng-chất lỏng quyết định tốc độ phản ứng. Thay vì chỉ dựa vào sự khuấy trộn toàn bộ, sóng siêu âm tạo ra năng lượng cục bộ mạnh mẽ chính xác tại vị trí cần thiết.
Điều này mang lại cho các nhà sản xuất một số lợi ích thiết thực.

• Sự pha trộn hoàn hảo giữa dầu và methanol
  Một trong những hạn chế chính trong sản xuất diesel sinh học là khả năng hòa trộn kém giữa dầu và methanol. Các thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher tạo ra một hỗn hợp nhũ tương rất mịn, giúp cải thiện đáng kể sự tiếp xúc giữa các chất phản ứng. Sự tiếp xúc tốt hơn đồng nghĩa với tốc độ phản ứng nhanh hơn và hiệu suất chuyển hóa cao hơn.
• Hiệu suất cao khi xử lý các nguyên liệu khó
  UCO không phải là một loại nguyên liệu đồng nhất. Hàm lượng nước, hàm lượng axit béo tự do (FFA) và mức độ nhiễm bẩn của nó có thể thay đổi giữa các mẻ. Các bình phản ứng Hielscher giúp bù đắp những biến động này bằng cách tăng cường môi trường phản ứng, giúp quy trình trở nên ổn định và linh hoạt hơn.
• Thời gian lưu trú ngắn hơn
  Do sóng siêu âm giúp đẩy nhanh quá trình este hóa và chuyển este, các nhà sản xuất thường có thể đạt được tỷ lệ chuyển hóa mục tiêu trong thời gian ngắn hơn so với các hệ thống khuấy truyền thống. Điều này có thể giúp giảm yêu cầu về thể tích bể phản ứng và tăng công suất xử lý.
• Hoạt động liên tục trong dây chuyền
  Các lò phản ứng siêu âm sản xuất diesel sinh học của Hielscher là giải pháp lý tưởng cho quy trình sản xuất liên tục. Thiết kế lò phản ứng tích hợp trong dây chuyền sản xuất giúp duy trì quá trình sản xuất ổn định với chất lượng ổn định, điều này mang lại giá trị rất lớn cho các nhà máy sản xuất diesel sinh học quy mô thương mại.
• Mở rộng quy mô một cách đơn giản
  Một ưu điểm nổi bật của công nghệ Hielscher là khả năng mở rộng quy mô tuyến tính. Các thông số quy trình được xác định trong các thử nghiệm phòng thí nghiệm hoặc thử nghiệm quy mô nhỏ có thể được áp dụng vào các hệ thống sản xuất quy mô lớn một cách chính xác hơn. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro phát triển và đơn giản hóa việc lập kế hoạch mở rộng.
• Độ tin cậy trong công nghiệp
  Các hệ thống của Hielscher được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe trong môi trường công nghiệp. Đối với các nhà sản xuất nhiên liệu sinh học, điều này đồng nghĩa với hiệu suất lò phản ứng ổn định, kết quả có thể tái tạo và khả năng tương thích với các dây chuyền sản xuất tự động.
• Sản xuất dầu diesel sinh học theo tiêu chuẩn ASTM D6751 và EN 14214
  Các nhà sản xuất nhiên liệu sinh học diesel thương mại thường tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu như ASTM D6751 và EN 14214. Các tiêu chuẩn này quy định các đặc tính quan trọng bao gồm hàm lượng este, độ nhớt, điểm chớp cháy, chỉ số axit, hàm lượng nước, độ ổn định oxy hóa, giới hạn tạp chất và hàm lượng glycerin.

 
Hãy tìm hiểu cách thức hoạt động của nhiên liệu sinh học được sản xuất bằng công nghệ siêu âm trên động cơ đốt trong chạy diesel!

Các lò phản ứng siêu âm sản xuất diesel sinh học của Hielscher được sử dụng trong các quy trình sản xuất diesel sinh học nhằm đạt được chất lượng nhiên liệu phù hợp với tiêu chuẩn ASTM D6751 và EN 14214. Trong nghiên cứu được công bố năm 2020, Bastante-Saez và các đồng nghiệp đã chứng minh rằng diesel sinh học được sản xuất từ chất béo thải từ thịt nướng kebab bằng lò phản ứng siêu âm Hielscher mang lại năng suất este metyl axit béo (FAME) cao. Năng suất FAME cao hơn (97,42% w/w đối với mỡ gà và 96,98% đối với mỡ bò-cừu) so với ngưỡng tối thiểu được quy định bởi tiêu chuẩn châu Âu EN 14214 (tức là tối thiểu 96,5% w/w).

 

 

Dầu diesel sinh học quy mô nhỏ dành cho các trang trại và người dùng không nối lưới

Ở một số quốc gia hoặc khu vực, các quy định về nhiên liệu sinh học diesel có phạm vi hạn chế hoặc không được áp dụng đối với các hộ sử dụng tư nhân quy mô nhỏ. Nông dân và chủ sở hữu thiết bị có thể sản xuất một lượng nhỏ nhiên liệu sinh học diesel từ dầu ăn đã qua sử dụng để sử dụng tại chỗ cho máy kéo, máy phát điện, lò sưởi hoặc các thiết bị nông nghiệp chạy bằng diesel khác.
Trong những trường hợp này, mục tiêu thường là thay thế nhiên liệu một cách thực tiễn hơn là bán thương mại có chứng nhận. Các lò phản ứng sản xuất diesel sinh học bằng sóng siêu âm cũng có thể là lựa chọn hấp dẫn cho hình thức sản xuất phi tập trung như vậy vì chúng mang lại:

• Thời gian phản ứng nhanh
• Chuyển đổi hiệu quả với thiết bị nhỏ gọn
• Phù hợp với các loại nguyên liệu dầu thải khác nhau
• Giảm sự phụ thuộc vào các bể khuấy cỡ lớn
• Tiềm năng cho các hệ thống xử lý mô-đun

Đồng thời, cần phải nhấn mạnh rõ ràng rằng nhiên liệu sinh học diesel không đạt tiêu chuẩn có thể không phù hợp với tất cả các loại động cơ, có thể không tuân thủ các quy định pháp lý địa phương, và có thể gây ra các vấn đề liên quan đến bảo quản, tính tương thích vật liệu, khí thải hoặc bảo hành động cơ. Ở những nơi có tiêu chuẩn về nhiên liệu sinh học diesel, nhiên liệu cần được kiểm tra và sản xuất theo đúng tiêu chuẩn trước khi sử dụng trong các ứng dụng được quy định hoặc trên các phương tiện giao thông đường bộ.

 

 

Lợi ích kinh tế của việc sản xuất diesel sinh học bằng công nghệ siêu âm từ dầu cặn thực vật (UCO)

Chi phí nguyên liệu thô là một trong những yếu tố biến động lớn nhất trong mô hình kinh tế của nhiên liệu sinh học diesel. Do dầu ăn đã qua sử dụng thường rẻ hơn dầu thực vật tinh luyện, nên nó mang lại tiềm năng tiết kiệm chi phí đáng kể. Tuy nhiên, những khoản tiết kiệm này có thể bị mất đi nếu quy trình sản xuất diễn ra chậm chạp, kém hiệu quả về mặt hóa học hoặc không thể thích ứng với sự biến động của nguyên liệu thô.
Các lò phản ứng sinh học diesel siêu âm Hielscher giúp bảo đảm lợi nhuận bằng cách nâng cao hiệu suất phản ứng và năng suất của nhà máy. Các lợi ích kinh tế tiềm năng bao gồm:

• Tận dụng hiệu quả hơn các nguyên liệu thô UCO giá rẻ
• Tăng công suất
• Thời gian phản ứng được rút ngắn
• Nhu cầu năng lượng cho quá trình trộn thấp hơn so với các phương án khuấy trộn khối lượng lớn kém hiệu quả
• Tăng cường tính nhất quán của quy trình
• Tích hợp dễ dàng hơn vào các dây chuyền sản xuất liên tục

Đối với các nhà sản xuất mong muốn mở rộng quy mô sản xuất diesel sinh học từ dầu thải, sự kết hợp giữa tính linh hoạt về nguyên liệu đầu vào và việc tăng cường quy trình sản xuất có thể mang lại giá trị rất lớn.

Chuyển đổi UCO thành nhiên liệu sinh học UCOME một cách hiệu quả với các thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher!

Việc chuyển đổi dầu ăn đã qua sử dụng thành UCOME là một phương pháp thông minh để tạo ra nhiên liệu tái tạo từ chất thải, đồng thời nâng cao tính bền vững và giảm chi phí nguyên liệu đầu vào. Do dầu ăn đã qua sử dụng thường khó xử lý hơn so với dầu nguyên chất, nên công nghệ lò phản ứng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản xuất biodiesel hiệu quả và đáng tin cậy.
Các lò phản ứng sinh học diesel siêu âm Hielscher tăng cường phản ứng giữa dầu và methanol thông qua quá trình trộn và truyền khối do hiện tượng xâm thực tạo ra. Điều này giúp đẩy nhanh quá trình este hóa và chuyển este, xử lý hiệu quả hơn các nguyên liệu thô có hàm lượng carbon không este (UCO) thay đổi, đồng thời cho phép sản xuất sinh học diesel theo dây chuyền với quy mô linh hoạt.
Đối với các nhà sản xuất thương mại, hệ thống siêu âm Hielscher được ứng dụng trong các quy trình sản xuất diesel sinh học nhằm tạo ra nhiên liệu đáp ứng các tiêu chuẩn ASTM D6751 và EN 14214. Đối với nông dân và người sử dụng quy mô nhỏ tại các quốc gia chưa có quy định về diesel sinh học, các thiết bị phản ứng siêu âm cũng có thể hỗ trợ sản xuất quy mô nhỏ với lượng diesel sinh học hạn chế để sử dụng cho thiết bị tại địa phương; tuy nhiên, cần lưu ý rằng nhiên liệu không đạt tiêu chuẩn nên được sử dụng một cách thận trọng và tuân thủ các yêu cầu địa phương cũng như đảm bảo tính tương thích với động cơ.
Nếu mục tiêu của bạn là sản xuất UCO thành UCOME một cách hiệu quả, các lò phản ứng siêu âm sản xuất diesel sinh học của Hielscher cung cấp một nền tảng công nghệ mạnh mẽ và có khả năng mở rộng cho quy trình sản xuất diesel sinh học hiện đại.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn thông tin về công suất xử lý xấp xỉ của các phản ứng viên diesel sinh học siêu âm Hielscher:

Tốc độ dòng chảy	Sức mạnh
20 – 100L / giờ	1kW
80 – 400L / giờ	4x1kW
0.3 – 1,5m³/giờ	4x4kW
2 – 10m³ / giờ	6x16kW
20 – 100m³/giờ	62x16kW

Tại sao Hielscher lại là sự lựa chọn hàng đầu cho các nhà sản xuất nhiên liệu sinh học?

Hielscher được biết đến với công nghệ siêu âm công nghiệp được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng quy trình thực tế. Trong sản xuất diesel sinh học, các thiết bị phản ứng siêu âm của Hielscher mang lại một giải pháp thiết thực để tăng cường quá trình chuyển hóa dầu thải (UCO), cải thiện quá trình trộn methanol với dầu, đồng thời hỗ trợ sản xuất diesel sinh học hiệu quả từ dầu và mỡ thải.

Các lý do chính khiến các nhà sản xuất lựa chọn Hielscher bao gồm:

• Kinh nghiệm dày dặn trong lĩnh vực siêu âm
• Các thiết kế lò phản ứng dòng chảy liên tục cho quá trình sản xuất biodiesel liên tục
• Khả năng thích hợp cho quá trình este hóa và transeste hóa
• Quy trình mở rộng quy mô hiệu quả từ phòng thí nghiệm sang sản xuất
• Thiết bị bền bỉ dành cho môi trường công nghiệp
• Xử lý hiệu quả các nguyên liệu thô khó xử lý như dầu ăn đã qua sử dụng

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

---

---

Văn học / Tài liệu tham khảo

• 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).

Các câu hỏi thường gặp

Có thể sử dụng dầu diesel sinh học cho máy móc nông nghiệp không?

Đúng vậy. Thiết bị nông nghiệp trang bị động cơ diesel đốt trong bằng áp suất thường có thể sử dụng các hỗn hợp nhiên liệu sinh học diesel, và nhiều nhà sản xuất đã phê duyệt các hỗn hợp như B5 hoặc B20; việc sử dụng các hỗn hợp có tỷ lệ cao hơn phụ thuộc vào loại động cơ cụ thể, vật liệu của hệ thống nhiên liệu và hướng dẫn của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM).

Những loại động cơ nào có thể chạy bằng dầu diesel sinh học?

Dầu diesel sinh học được thiết kế dành cho động cơ diesel, đặc biệt là các động cơ đốt trong bằng nén được sử dụng trong phương tiện giao thông, máy phát điện và máy móc nông nghiệp. Trên thực tế, hầu hết các động cơ diesel đều có thể hoạt động với các hỗn hợp dầu diesel sinh học nồng độ thấp, trong khi việc sử dụng các hỗn hợp có nồng độ cao hơn hoặc dầu diesel sinh học nguyên chất (B100) đòi hỏi động cơ phải tương thích và phải có sự chấp thuận của nhà sản xuất.

Tiêu chuẩn ASTM D6751 của Hoa Kỳ là gì?

Tiêu chuẩn ASTM D6751 là tiêu chuẩn của Hoa Kỳ dành cho nguyên liệu pha trộn nhiên liệu diesel sinh học (B100) dùng để pha trộn với các loại nhiên liệu chưng cất trung bình. Tiêu chuẩn này quy định các tính chất bắt buộc của nhiên liệu và áp dụng cho các loại S15 và S500, tương ứng với hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 15 ppm và 500 ppm.

UCOME Biodiesel là gì?

UCOME là viết tắt của Used Cooking Oil Methyl Ester (Este metyl từ dầu ăn đã qua sử dụng). Đây là loại nhiên liệu sinh học dạng este metyl axit béo được sản xuất bằng cách chuyển hóa dầu ăn thải thành este metyl, thường được sử dụng làm nhiên liệu thay thế diesel hoặc thành phần pha trộn.

UCOME có phù hợp để làm thành phần pha trộn cho nhiên liệu sinh học từ nguồn gốc biển không?

Đúng vậy. UCOME hiện đã được sử dụng trên thị trường như một thành phần pha trộn trong các công thức nhiên liệu sinh học hàng hải, ví dụ như trong các hỗn hợp với dầu nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp (VLSFO). Tính phù hợp của nó phụ thuộc vào chất lượng nhiên liệu, độ ổn định, khả năng tương thích, cũng như việc tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật về nhiên liệu hàng hải và các yêu cầu về xử lý liên quan.