Производство биодизеля

    Производство  Биодизеля 

    Биодизель — биотопливо на основе растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации.

    Для получения качественного продукта необходимо выдержать ряд требований:

1. После прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %.
2. Для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него.
3. Использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления недопустимо. Мыло засорит фильтр и образует нагар, смолы в камере сгорания. При этом сепарации и центрифугирования недостаточно. Для очистки необходима вода или сорбент.
4. Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных кислот. Так как вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей.
5. Хранить биодизель более 3 месяцев не рекомендуется — разлагается

    Применяется на автотранспорте в чистом виде и  в виде различных смесей с дизельным топливом. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B; число после буквы означает процентное содержание биодизеля. В2 — 2 % биодизеля, 98 % дизельного топлива. В100 — 100 % биодизеля.

Производство  масла из различного сырья с одного гектара земли в год

    Для биодизеля Европейской организацией стандартов разработан стандарт EN14214. Кроме него существуют стандарты EN590 (или EN590:2000) и DIN 51606. Первый описывает физические свойства всех видов дизельного топлива, реализуемого в ЕС, Исландии, Норвегии и Швейцарии. Этот стандарт допускает содержание 5 % биодизеля в минеральном дизеле; в некоторых странах (например, во Франции) все дизтопливо содержит 5 % биодизеля. DIN 51606 — германский стандарт, разработанный с учетом совместимости с двигателями почти всех ведущих автопроизводителей, поэтому он является самым строгим. Большинство видов биодизеля, производимых для коммерческих целей на Западе, соответствует ему или даже превосходит 

    Биодизель, как показали опыты, при попадании  в воду не причиняет вреда растениям  и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озёр.

    Сокращение  выбросов СО₂. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. Это хорошо с точки зрения экологии.

    Высокая температура воспламенения. Точка  воспламенения для биодизеля превышает 100 °С, что позволяет назвать биотопливо относительно безопасным веществом 

    Под производство сырья для биодизеля  отчуждаются большие земельные  площади, на которых нередко используют повышенные дозы средств защиты растений. Это приводит к биодеградации грунтов и снижению качества почв.

    С другой стороны, жмых, получаемый в процессе производства растительного масла, используется в качестве корма для скота, что позволяет более полно утилизировать биомассу растения.

    Производство  биодизеля позволяет ввести в  оборот не используемые с/х земли, создать  новые рабочие места в сельском хозяйстве, машиностроении, строительстве  и т. д. Например, в России с 1995 г. по 2005 г. посевные площади сократились на 25,06 млн. гектаров. США на свободных землях ежегодно могут выращивать 1,3 млрд тонн биомассы.

    При производстве биодизеля в результате реакции этерификации получается смесь, которой дают отстояться. Легкие верхние фракции продукта и являются рапсовым метил-эфиром, или биодизельным топливом. Нижние фракции являются так называемой глицериновой фазой, которую часто неправильно называют глицерином. На самом деле до чистого глицерина её ещё нужно «довести», без чего её хранение и утилизация представляют серьёзную проблему из-за повышенной щелочности и содержания метанола. Те же проблемы возникают при использовании для этерификации этанола. Впрочем, биодизель на этаноле производить менее выгодно из-за большей плотности.

    Многие  публикации энтузиастов альтернативных видов топлива посвящены производству биодизеля кустарным способом — буквально в гараже. Но такие технологии, кроме проблемы вышеупомянутой глицериновой фазы, не могут также гарантировать надлежащего качества топлива, а, следовательно, и сохранности двигателя. Это объясняется недостаточным очищением такого топлива от различных примесей, которые просто забивают мотор. Кроме того, в случае кустарного производства проблематично закупать метанол, который производят немногие крупные химзаводы. Метанол производится из природного газа, поэтому цена одного из ингредиентов для производства биотоплива оказывается жестко привязанной к ценам на газ, хотя сырьем для метанола может служить также шахтный газ(метан), биогаз и даже водород. 

    Достоинство биодизеля. 

• Хорошие смазочные  характеристики. Минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.
• Более высокое Цетановое число
• Для минерального дизтоплива 42-45,
• Для биодизеля (метиловый эфир) не менее 51.
• Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60 %. Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель.
• Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 150°С, что делает биогорючее сравнительно безопасным веществом.
• Побочный продукт производства — глицерин, имеющий широкое применение в промышленности. Очищенный глицерин используют для производства технических моющих средств (например, мыла). После глубокой очистки получают фармакологический глицерин, тонна которого на рынке стоит порядка 1 тыс. евро. При добавлении фосфорной кислоты к глицерину можно получить фосфорные удобрения.

    Недостатки  биодизеля. 

    · В холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки марки В20.

    ·  Долго не хранится (около 3 месяцев)

    ·  Производство топлива из растений занимает сельскохозяйственные площади, при этом для более высокого урожая применяют большее количество пестицидов, гербицидов и удобрений, делая невозможным дальнейшее выращивание на этой площади любых других растений, годных для использования в пищу 

    Пример: Оборудование непрерывного действия 

1. Блок метоксида - приготовление и дозирование  метоксида в автоматическом режиме.
2. Блок масла - дозирование масла в автоматическом режиме.
3. Теплообменник рекуперативный - рекуперация тепла остывающего биодизеля для нагрева входящего масла.
4. Блок гравитационной сепарации - разделение биодизеля и глицерина.
5. Реактор синтеза биодизеля
6. Блок конденсатора - конденсация паров метанола
7. Комплекс рекуперации метанола из глицерина
8. Комплекс рекуперации метанола из биодизеля
9. Блок фильтров - фильтрация готового бидизеля
10. Насосы

    Согласно  евростандарту EN 14214, биодизель должен соответствовать 25 различным параметрам. Однако в стандартах стран восточной Европы для чистого биодизельного топлива обычно указывают только 15 параметров. Существует три возможных вида биодизеля, которые предложат к продаже автолюбителям, — это 100-процентное биодизельное топливо, смесь 30-процентного чистого биодизельного топлива с традиционным дизельным топливом и, наконец, смесь, в которой удельный вес биодизельного топлива составляет не более 5%, остальное — обычный дизель. При этом если о биодизельном топливе, равно как и о смеси с 30% биодизельного топлива, потребитель должен быть извещен соответствующими табличками на автозаправке, то для 5-процентной смеси биодизеля — никакой дополнительной наружной информации не предусмотрено. Часто в стандартах биодизеля отсутствует такой жизненно важный показатель для любого дизельного топлива как "точка помутнения". В странах ЕС "точка помутнения" дизельного топлива (CFPP) напрямую привязана к возможности использования безопасных для двигателя видов топлива, в зависимости от климатических условий конкретной страны. В Германии, например, национальный стандарт для биодизельного топлива включает в себя "точку помутнения" для лета — 0 градусов, для осени-весны — -10 градусов по Цельсию, а для зимы — -20 градусов по Цельсию. Для производства осенне-зимних видов биодизеля в Европе используют специальные присадки. Необходимость выпуска разных видов топлива в соответствии с сезоном объясняется просто — если применять зимой летнее или смешанное топливо, не подходящее по своим показателям к температурному режиму окружающей среды, то топливо может помутнеть и загустеть (температура собственно загустевания топлива — на 5—10 градусов ниже) и выпадающие кристаллы будут забивать систему питания, подача топлива в двигатель нарушится или полностью прекратится. Исправить сложившуюся ситуацию владельцу автомобиля своими силами уже не удастся. 

    О стоимости биодизельного топлива. В странах Евросоюза производство биодизеля имеет существенную государственную  поддержку. В Германии биотопливо не облагается минеральными и экологическими налогами, существует система дотирования выращивания рапса, во Франции налоговая скидка составляет 0,35 евро/л биодизельного топлива, в Испании автомобилистам, использующим биотопливо, разрешена бесплатная внутригородская парковка. В целом по Европе 1 л биодизеля на 0,1-0,15 евро дешевле, чем дизельное топливо. В Украине, по различным данным, себестоимость 1 л биодизеля составляет от 2,2 до 3 грн. Стоимость биодизельного топлива зависит от ряда факторов : урожайность рапса, эффективность использования соломы и шрота, стоимость химических ингредиентов (метанола и щелочи), глубина переработки глицериновой воды, качество технологического процесса получения биодизеля.

    В ряде зарубежных публикаций содержится информация о том, что при проведении сравнительных испытаний дизелей  на дизельном топливе и биодизеле не отмечено каких-либо существенных различий поведения двигателя при смене вида топлива, что можно объяснить хорошим качеством испытываемого биотоплива, которое обеспечивается жесткими требованиями к его химмотологическим показателям, заложенными в национальных стандартах на биодизельное топливо. Поэтому, как отмечалось выше, для успешного продвижения биодизеля в АПК Украины необходимо разработать и утвердить государственные стандарты на биодизель и его бинарные смеси с дизельным топливом. Первые шаги в этом направлении сделаны в НТУ "ХПИ" (г. Харьков).

    Вкратце рассмотрим влияние некоторых физико-химических показателей биодизеля, определяемые стандартом EN 14214:2004, на параметры дизеля и его эколого-эксплуатационные характеристики. Повышенные по сравнению с дизельным топливом плотность на 10% и кинематическая вязкость в 1,5 раза способствуют некоторому увеличению (на 14%) дальнобойности топливного факела и диаметра капель распыленного топлива, что может привести к увеличенному попаданию биодизеля на стенки камеры сгорания и гильзы цилиндра. Меньшие значения коэффициента сжимаемости биодизеля приводят к увеличению действительного угла опережения впрыскивания топлива и максимального давления в форсунке. Высокое цетановое число биодизеля 51 и более способствует сокращению периода задержки воспламенения и менее "жесткой" работе дизеля. Повышенная почти в 3 раза, температура вспышки биодизеля в закрытом тигле 120°С и более обеспечивает высокую пожаробезопасность. Кислород (~10%) в молекуле метилового эфира действует по следующим направлениям. Наличие окислителя непосредственно в молекуле топлива позволяет интенсифицировать процесс сгорания и обеспечить более высокую температуру в цилиндре дизеля, что, с одной стороны, способствует повышению индикаторного и эффективного кпд двигателя, а с другой - приводит к некоторому увеличению оксида азота NO_x в отработавших газах. Меньшая доля углерода (~77%) в молекуле биодизеля приводит к уменьшению его низшей теплоты сгорания на 13-15% и увеличению часового и удельного эффективного расходов топлива.