9.3: Різні процеси, що використовуються для виготовлення біодизеля

Last updated
Save as PDF

Page ID: 31888

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

9.3 Різні процеси, що використовуються для виготовлення біодизеля

Деякі процеси, що використовуються при виготовленні біодизеля, відрізняються від того, що ми обговорювали. Перший з цих процесів, які ми обговоримо, - це екстракція розчинником.

У процесі виготовлення біодизеля шляхом переетерифікації ми зазначили, що біодизель та гліцерин є продуктами, з деяким утворенням води та небажаним потенційним утворенням мила. Так, продукти рідкі, але вони також не змішуються (не розчиняються один в одному) і мають відмінності в питомій вазі. Питома вага виробів наведено в табл. 9.2.

Таблиця 9.2: Питома вага продуктів і невикористаних реагентів при переетерифікації біодизеля.

Матеріал	Питома вага (г/см ³)
Гліцерин (чистий)	1.26
Гліцерин (сирий)	1.05
Біодизель	0,88
Метанол	0.79

При періодичній обробці використовується гравітаційне розділення, а продукти залишаються в реакторі; реактор потім стає відстійником або декантером. Після того, як реакція закінчена, суміш продукту сидить без збудження. Через 4-8 годин гліцериновий шар осідає на дні (оскільки має більшу гравітацію) і біодизель осідає вгорі. Однак, якщо використовується пристрій безперервного потоку, продукти відокремлюються занадто повільно у відстійнику, тому використовується центрифуга. Центрифуга буде обертати рідини з дуже високою швидкістю, що допомагає сприяти поділу щільності. На малюнку 9.12 показано кілька різних типів промислових центрифуг, які можуть бути використані для поділу біодизеля.

Різні центрифуги промислового розміру для поділу біодизеля, синій циліндр з білим конусом — Малюнок 9.12: Центрифуги різних промислових розмірів для поділу біодизеля.

*Кредит: дельфін поділ блог*

Однією з проблем, яка може статися під час поділу, є формування шару, що містить воду та мило, між гліцерином та біодизелем. Це буде перешкоджати розлуці. Інша проблема полягає в тому, що гліцерин містить 90% каталізатора і 70% надлишку метанолу. Іншими словами, гліцеринова фракція є свого роду «сміттєвим» шаром процесу. Шар біодизеля також містить деякі забруднюючі речовини, включаючи мило, залишковий метанол, вільний гліцерин та залишковий каталізатор. Каталізатор в біодизелі вкрай проблематичний, якщо його вводити в паливні системи. Одним із способів поліпшення поділу є промивання водою гарячою водою, оскільки забруднюючі речовини розчинні у воді, але біодизель - ні. Промивання водою видалить такі забруднення, як мило, залишки метанолу, вільний гліцерин та каталізатор. Вода повинна бути пом'якшеною (видалена іонами) і бути гарячою (як біодизель, так і вода повинні бути при 60° C). Ретельне змішування з промивною водою необхідно, щоб можна було видалити всі забруднення, але інтенсивність змішування також слід контролювати, щоб між біодизелем і водою не утворювалися емульсії. Іноді кислоту додають в процесі прання, щоб відокремити мило. Однак остання порція прання повинна бути без кислоти, тому може знадобитися додати крок, щоб нейтралізувати гліцерин.

Існує не один спосіб здійснити процес промивання. Для періодичних процесів двома методами є: а) верхнє розпилення і б) барботаж повітря (див. Рис. Для верхнього розпилення дрібний туман води розпорошується зверху вниз у дрібному тумані. Краплі води контактують з біодизелем, коли вода стікає вниз, відокремлюючи домішки. Барботаж повітря - це метод, який використовує повітря як рухливу фазу. Повітряні бульбашки крізь шар води і несуть з собою воду на шляху вгору. Коли бульбашки повітря лопаються на шляху вгору, краплі води виділяються і опускаються вниз на біодизель внизу, контактуючи з біодизелем і вимиваючи домішки. Це може бути відносно повільний процес; комбінація двох також можлива.

двома методами промивання водою є: а) верхній розпилювач і б) барботаж повітря, як описано в тексті — Малюнок 9.13: Для періодичних процесів двома методами промивання водою є: а) верхнє розпилення та б) барботаж повітря.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Для безперервних процесів використовується різне обладнання, яке, як правило, включає якийсь процес протікання протікання. Легший біодизель вводиться внизу, а важча вода вводиться вгорі, і коли вони протікають рідини, контактують один з одним так, що біодизель у верхній частині має видалені домішки, а вода, що стікає вниз, містить забруднювачі. На малюнку 9.14 показані два типи протиточних агрегатів: а) протиточна система промивання і б) обертається дискова витяжка. Обидва агрегати містять матеріали для збільшення взаємодії між водою та біодизелем. Для системи зустрічного потоку упаковка збільшує взаємодію, тоді як для обертового дискового екстрактора диски обертаються навколо, коли рідина протікає. Ці типи обладнання, як правило, використовуються в промислових масштабах і потребують точної механічної конструкції та управління процесом; ці агрегати коштують набагато дорожче, ніж інший тип системи.

Малюнок 9.14: Два типи протиточних агрегатів: а) протиточна система промивання і б) обертається дискова витяжка.

*Кредит: BEEMS модуль B4*

Однак найбільш проблемним етапом у виробництві біодизеля є промивання водою. Він вимагає нагрітої, пом'якшеної води, деякого способу очищення стічних вод та поділу води/метанолу. Відновлення метанолу з води є дещо дорогим за допомогою ректифікації метанол-води. Воду також можна видалити вакуумною сушінням. Одним з альтернативних методів видалення води є використання абсорбуючих матеріалів, таких як силікат магнію. Однією з компаній, яка забезпечує процес для цього, є Magnesol, який виробляється Dallas Group. Після того, як силікат магнію видаляє воду, її можна регенерувати, нагріваючи її та випаровуючи воду. Метанол також повинен бути видалений з біодизеля; одним із методів для цього є спалах випаровування метанолу.

Отже, який тип процесу слід використовувати? Чи повинна це бути система періодичного або безперервного потоку? Менші рослини, як правило, партії (< 1 мільйон галонів/рік). Вони не вимагають безперервної роботи 24 години на добу протягом 7 днів на тиждень. Пакетна система забезпечує кращу гнучкість, і процес може бути налаштований на основі конкретної сировини. Однак у комерційних, промислових умовах, швидше за все, буде використовуватися система безперервного потоку через збільшення виробництва та систем розділення великих обсягів, що збільшить пропускну здатність. Існує автоматизація та управління технологічними процесами, але це також означає більш високі капітальні витрати та використання навченого персоналу. Можливо також мати гібридні системи.

Основним побічним продуктом є гліцерин (він же гліцерин, гліцерин). Це багатоатомний спирт, який іноді називають тріолом. Структура показана на малюнку 9.2. Це безбарвна рідина без запаху, яка є в'язкою (густою текучою) і солодкої на смак. Він нетоксичний і водорозчинний. Параметри якості тесту - це чистота, колір та запах. Властивості гліцерину і хімічна інформація наведені в таблиці 9.3.

Таблиця 9.3: Хімічна інформація та властивості гліцерину. (Кредит: BEEMS модуль B4)
Хімічна назва	Пропан-1,2,3-тріол
Хімічна формула	З ₃ Ч ₅ (ОН) ₃
Молекулярна маса, г/моль	92.09
Щільність, г/см³ @20° C	1.261
В'язкість, МПа. С, @ 20° C (93% з водою)	1500 (400)
Температура плавлення,° C (° F)	17.9 (64.2)
Температура кипіння,° C (° F)	290 — 297 (554-567)
Самозаймання, °C (° F)	370 (700)
Температура спалаху,° C (° F)	188 - 199 (370 - 290)
Харчова енергія, кДж/г	18

Існує кілька різних застосувань, для яких можна використовувати гліцерин, включаючи виготовлення ліків, засоби догляду за порожниною рота, засоби особистої гігієни, тютюну та полімерів. Медичні та фармацевтичні препарати використовують гліцерин як засіб для поліпшення гладкості, змащення та зволоження — його використовують у сиропах від кашлю, відхаркувальних, проносних та еліксирах. Його також можна замінити спиртом, як розчинник, який створить лікувальну трав'яну екстракцію.

Гліцерин можна використовувати в багатьох предметах особистої гігієни; він служить пом'якшувальним засобом, зволожуючим кремом, розчинником і мастилом - використовується в зубній пасті, ополіскувачах для порожнини рота, засобах для догляду за шкірою, кремі для гоління, засобах по догляду за волоссям та милі. Гліцерин конкурує з сорбітом в якості добавки; гліцерин має кращий смак і більш високу розчинність.

Оскільки його можна використовувати в медичних засобах та засобах особистої гігієни, гліцерин також можна використовувати в продуктах харчування та напоях. Його можна використовувати як розчинник, зволожувач та підсолоджувач. Його можна використовувати як розчинник для ароматизаторів (ваніль) і харчового барвника. Є пом'якшувальним засобом для цукерок і тортів. Його можна використовувати в складі оболонок для м'яса і сирів. Він також використовується при виготовленні укорочення і маргарину, наповнювача для нежирної їжі, а також загущувача в лікерах.

Гліцерин також використовується для виготовлення різноманітних полімерів, зокрема поліефірних поліолов. До полімерів відносяться гнучкі піни і жорсткі піни, алкільні смоли (пластмаси) і целофан, поверхневі покриття і фарби, а також як пом'якшувач і пластифікатор.

На жаль, для ринку гліцерину виробляється вже достатньо гліцерину. Споживання гліцерину в традиційному використанні становить 450 мільйонів фунтів/рік, а традиційна потужність - 557 мільйонів фунтів/рік. Якщо ми виробляємо гліцерин з виготовлення біодизеля, він має потенціал виробництва 1900 мільйонів фунтів/рік. Тому нам потрібно знайти новий ринок гліцерину, інакше він буде витрачений даремно.

Проводяться дослідження для пошуку нових застосувань гліцерину. Це включає використання в додаткових полімерів в якості проміжного продукту, перетворення в пропіленгліколь для антифризу, отримання водню шляхом газифікації, як котельне паливо (доводиться видаляти луг), в анаеробному варочному котлі добавки, а також для бродіння водоростей з отриманням поліненасичених жирних кислот Омега-3.