|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 03/2005
Wytwarzanie biodiesla z mieszaniny oleju rzepakowego oraz przepracowanych tłuszczów
|
|
Wśród odnawialnych nośników energii znaczną rolę odgrywają paliwa silnikowe, wytwarzane z olejów roślinnych oraz przepracowanych tłuszczów i kwasów tłuszczowych pochodzenia zwierzęcego oraz roślinnego.
|
Estry metylowe kwasów tłuszczowych – pod nazwą biodiesla – szybko znalazły zastosowanie w motoryzacji, w istniejących silnikach Diesla. Można to biopaliwo stosować wprost w tych silnikach lub w dowolnej mieszaninie z olejem napędowym z przerobu ropy. Z uwagi jednak na ochronę środowiska szczególnie racjonalne są mieszaniny obu tych paliw, gdyż dzięki atomom tlenu w cząsteczkach estrów metylowych kwasów tłuszczowych nie ma sadzy w spalinach, a w dodatku tego typu mieszanina ma wyższą liczbę cetanową.
Produkcja biodiesla szybko rozwija się w skali światowej: 10 tys. t w 1991 r., 500 tys. t w 1996 r. oraz 741 tys. t w 1998 r. Jakość biodiesla jest regulowana w Niemczech normą DIN-E 51 606, a od 2002 r. normą europejską EN-14214.
W warunkach europejskich bazą wytwórczości biodiesla jest olej rzepakowy. Maksymalnie możliwa produkcja tego paliwa może pokryć ok. 10 proc. zapotrzebowania i stąd najlepszym wariantem jest mieszanie powyższego z olejem napędowym, wytwarzanym z ropy. Ten wariant jest już powszechnie stosowany we Francji.
Na terenie Niemiec można zebrać prawie 380 tys. t/rok przepracowanych tłuszczów roślinnych i zwierzęcych, które dają się przetworzyć wspólnie z olejem rzepakowym do biodiesla.
Wspólne przetwarzanie oleju rzepakowego po jego wytłoczeniu z ziarna z przepracowanymi tłuszczami zwierzęcymi oraz roślinnymi wymaga innych technologii od stosowanych dla czystego, rafinowanego surowca. Wynika to z faktu, że przepracowane tłuszcze zwierzęce oraz roślinne zawierają: zanieczyszczenia, wolne kwasy tłuszczowe, niewielki udział antyutleniaczy, co czyni je chemicznie niestabilnymi w czasie magazynowania.
Te właściwości fizykochemiczne mieszanin czystego oleju rzepakowego z przepracowanymi tłuszczami zwierzęcymi oraz roślinnymi wymagają nie tylko wielostopniowego oczyszczania mechanicznego tych ostatnich, ale również destylacyjnego, końcowego produktu, tj. estrów metylowych kwasów tłuszczowych. Do nich – po rektyfikacji – trzeba dodać antyutleniaczy oraz depresatora, obniżającego temperaturę blokady filtra silnika Diesla.
Istnieje kilka technologii przetwarzania rafinowanego oleju rzepakowego wspólnie z przepracowanymi tłuszczami zwierzęcymi oraz roślinnymi, ale zdaniem autora najefektywniejszą i najbardziej selektywną opracowano w RFN wspólnie w Institut für Technische Chemie und Umweltchemie w Friedrich-Schiller-Uniwersität w Jenie oraz w Institut für Energietechnik und Chemieingenieurwesen TU we Freibergu (T. Dittmar, T. Dimming, B. Ondurschka, B. Heyn, J. Haupt i M. Lauterbach; Chemie Ingenieur Technik, 595, 75, 2003; 601, 75, 2003 oraz 787, 75, 2003 r.).
Decydującym o ekonomice procesu elementem jest katalizator, który winien spełniać następujące warunki:
-
dobrze rozpuszczać się w fazie estrów metylowych kwasów tłuszczowych,
-
wykazywać wysoką kwasowość,
-
nie wchodzić w żadne reakcje z metanolem,
-
nie oddziaływać utleniająco,
-
nie może tworzyć emulsji w strefie reakcji, tzn. nie powinien utrudniać wydzielania się gliceryny, jako oddzielnej fazy,
-
winien się dobrze rozpuszczać w fazie gliceryny po ukończeniu reakcji reestryfikacyjnej i estryfikacyjnej (wolnych kwasów),
-
powinien się ilościowo dobrze wydzielać z fazy gliceryny dla pełnego zawrotu do wtórnego procesu,
-
powinien być tani i łatwo dostępny.
Te warunki najlepiej spełniają sulfokwasy aromatyczne o następującym składzie:
Ich aktywność sprawdzono w czasie procesu reestryfikacji omawianego surowca przy identycznej koncentracji protonów kwasowych w temperaturze 80 st. C, przy stosunku kwasów tłuszczowych do metanolu 1:1,2, co ilustruje rys. 1. Dla porównania podano aktywność kwasu siarkowego w omawianym procesie, uzyskując bardzo niskie stopnie przemiany.
Temperaturę procesu reestryfikacji oraz estryfikacji (wolnych kwasów tłuszczowych) utrzymywano się w granicach 80-120 st. C.
Jak widać z zaprezentowanego wykresu na rys. 1 najefektywniejszym katalizatorem okazał się kwas dodecylobenzenosulfonowy. Kwas siarkowy – na tle wszystkich kwasów sulfonowo-aromatycznych – wykazuje bardzo niską aktywność. W badaniach autora równie słabym okazał się kwas fosforowy.
Ważne jest ponadto ustalenie optymalnego czasu prowadzenia reestryfikacji i estryfikacji oleju rzepakowego w mieszaninie z odpadowymi tłuszczami zwierzęcymi oraz roślinnymi z udziałem metanolu. Z tym wiąże się określenie liczebności reaktorów, pracujących w układzie kaskadowym.
Wyniki tych badań ilustruje rys. 2. Widać z niego, że optymalnym czasem trwania reestryfikacji w temperaturze 80 st. C jest 180 minut w układzie trzech szeregowo pracujących reaktorów.
Schemat blokowy instalacji reestryfikacji i estryfikacji mieszaniny oleju rzepakowego i przepracowanych tłuszczów zwierzęcych oraz roślinnych (zawierających wolne kwasy) przedstawiono na rys. 3. Widać z tego schematu, że przepracowane tłuszcze są poddawane mechanicznemu oczyszczaniu, a odprowadzane szlamy kieruje się do opału. Następnie jest ich mieszanie z rafinowanym olejem rzepakowym, a potem przeprowadza się trójstopniową reestryfikację oraz estryfikację wolnych kwasów (wg rys. 4). Po każdym reaktorze znajduje się separator dla odprowadzenia wytworzonej, surowej gliceryny. Z ostatniego separatora odpływa mieszanina estrów metylowych kwasów tłuszczowych z nadmiarowym metanolem. Zostaje on wydzielony i zawrócony do procesu w ramach klasycznej destylacji. Surowe estry metylowe kwasów tłuszczowych poddaje się następnie próżniowej rektyfikacji. Pozostałość podestylacyjną kieruje się do opału, a rektyfikat po zmieszaniu z antyutleniaczem oraz depresatorem temperatury blokady filtra jest biodieslem, zgodnym z niemiecką normą DIN-E 51 606 oraz normą europejską EN-14214.
Natomiast surowa gliceryna przepływa do destylacji dla usunięcia metanolu, który zawraca się do procesu. Potem dodaje się do tej gliceryny stosowny komponent dla wytrącenia katalizatora, który zostaje również – jak metanol – zawrócony do procesu.
Surową glicerynę można oczyścić do jakości farmaceutycznej znanymi operacjami, opisanymi w literaturze specjalistycznej.
Instalacja – jak widać z rys. 3 i 4 jest relatywnie prosta i niezawodna w ciągłym ruchu. Brak osadów, jak i korozji zapewniają wysoki stopień niezawodności eksploatacyjnej, przewyższającej wskaźnik 0,92.
Przepracowane tłuszcze – z uwagi na wysoką lepkość – są magazynowane i oczyszczane na gorąco.
Reaktory wyposażono w mieszadła obrotowe, chłodnice zwrotne oraz płaszcze grzewcze. Po każdym z reaktorów jest separator, w którym gliceryna jako cięższa tworzy dolną fazę i bywa odprowadzana w sposób ciągły. Surowa gliceryna zawiera określone ilości wody, nieprzereagowany metanol oraz katalizator.
W kraju wciąż jeszcze nadwyżki oleju rzepakowego – po zaspokojeniu potrzeb przemysłu spożywczego – są niewielkie, dziś wynoszą zaledwie 200 tys. t/rok. natomiast przepracowanych tłuszczów roślinnych oraz zwierzęcych mamy w kraju prawie 160 tys. t/rok i pora najwyższa, by zagospodarować je racjonalnie, a przy okazji chronić środowisko.
Dokończenie znajdziesz w wydaniu papierowym. Zamów prenumeratę miesięcznika ENERGIA GIGAWAT w cenie 108 zł za cały rok, 54 zł - za pół roku lub 27 zł - za kwartał. Możesz skorzystać z formularza, który znajdziesz tutaj
Zamów prenumeratę
|
|
|
|
