Процес виробництва біодизеля на установках EXON, TT GROUP ltd
Біодизель (biodiesel) - це метиловий ефір, що отримується в результаті хімічної реакції з будь-яких рослинних олій та тваринних жирів. Біодизель хімічно є сумішшю метилових (або етилових) ефірів жирних кислот. Початкова сировина (жири) хімічно є гліцериновими ефірами жирних кислот.
Відомо, що молекули жиру складаються з про триглицеридов: сполук триатомного спирту гліцерину з трьома жирними кислотами. Для отримання метилового ефіру до семи масових одиниць олії додається одна масова одиниця метанолу (тобто дотримується співвідношення 7:1). Необхідно замінити в гліцеринових ефірах гліцерин метанолом (етанолом). Заміна (переетерифікація) здійснюється шляхом реакції між жиром і спиртом з утворенням метилового ефіру і випадання більш щільного і нерозчинного в метиловому ефірі гліцерину. Отримати прийнятну швидкість реакції та ступінь перетворення можна шляхом підвищення температури, введення надлишку спирту та застосування каталізаторів. В якості каталізаторів використовуються луги NaOH, KOH, що утворюють спирти алкоголяти. Істотно уповільнює процес переетерифікації обмежена взаємна розчинність спирту та жиру, що зумовлює суттєво гетерогенний (двофазний) характер реакції. Ця скрута, втім, легко долається інтенсивним перемішуванням і диспергуванням. Кількість каталізатора та надлишок спирту визначається за властивостями сировини та результатами проведення тестових реакцій. Отримана після поділу продуктів реакції гліцеринмістя фаза і ефірна фаза потребують очищення від непрореагував спирту і каталізатора. В результаті хімічної реакції утворюється, в першу чергу, бажаний метиловий ефір, а також гліцерин (95%), широковикористовується у фармацевтичній та лакофарбовій промисловостях. Отриманий ефір відрізняється гарною займистістю, що забезпечується високим цетановим числом. Якщо для мінерального дизпалива цетанове число 42-45, цетанове число біодизеля (метиловий ефір) не менше 51. Це дозволяє використовувати його в дизельних двигунах без інших стимулюючих запалення речовин. Завдяки такій властивості метиловий ефір, що отримується з рослинних олій та жирів, і був названий біодизелем.
Біодизель може використовуватися у звичайних двигунах внутрішнього згоряння, як самостійно, так і в суміші із звичайним дизпаливом, без внесення змін до конструкції двигуна.
Попереднє перемішування олії та метоксиду здійснюється в робочому колесі вихрового насоса та проточному турбулентному змішувачі. Вирівнювання концентрацій відбувається у ємності синтезу при перемішуванні ежекційної мішалкою. Для інтенсифікації перебігу реакції переетерифікації використовується кавітаційний змішувач-диспергатор - спеціальний дросель через який під високим тиском пропускається підготовлена суміш реагентів.
Склад установки EXON: блок приготування та дозування метоксиду (розчину NaOH у метанолі), блок дозування олії, блок теплообмінників та конденсаторів, блок трансетерифікації, сепаратор, рекуперативні випарні апарати (біодизеля та гліцерину), блок фільтрів-сорберів.
Блок приготування та дозування метоксиду складається із змішувача-дозатора, буферної ємності та об'ємного дозатора (мірника) з фільтром коливань потоку. Метанол подається насосом в ємність змішувача-дозатора в кількості, що задається датчиками рівня. Туди ж із бункера шнековим живильником подається каталізатор. Доза каталізатора відмірюється автоматичним ваговим дозатором таскидається у метанол. Після відмірювання реагентів проводиться їхнє перемішування (розчинення) мішалкою протягом заданого часу. Готовий розчин подається насосом буферну ємність. Автоматизація приготування метоксиду дозволяє уникнути помилок та значно зменшити витрати праці. З буферної ємності за допомогою насоса та системи електромагнітних клапанів метоксид періодично подається в мірник, циліндричний посуд з датчиками рівня. Задаючи об'єм мірника та частоту наповнення можна отримати необхідну величину середньої об'ємної витрати метоксиду з високою точністю. З мірника метоксид направляється у фільтр коливань потоку - ємність з поплавцевим регулятором витрати. Фільтр коливань потоку дозволяє перетворити періодичний потік після мірника на безперервний з невеликими варіаціями, необхідний для оптимальної роботи теплообмінних і випарних апаратів.
Блок дозуванняолії складається з мірника і фільтра коливань потоку, пристрій їх аналогічно таким для метанолу, на виході виходить заданий об'ємний витрата масла. Система регулювання витрати компонентів за допомогою мірників проста, надійна, забезпечує високу точність завдання витрат компонентів, достатню для дотримання будь-якої заданої рецептури. Олія підігрівається до температури реакції пластинчастих теплообмінниках і направляється в модуль трансетерифекації. Модуль трансетерифікації складається з блоку послідовно з'єднаних об'ємів реакційних оснащених мішалками. На вхід модуля подається метоксид та олія. Послідовно з'єднані обсяги забезпечують неможливість проникнення компонентів, що не прореагували на вихід модуля при безперервному перемішуванні і проточному характері роботи модуля. Отримана в модулі ефірно-гліцеринова суміш подається до гравітаційного сепаратора.
Сепарація здійснюється шляхом осадження щільнішої гліцеринової фази під дією сили тяжіння в довгій горизонтальній циліндричній ємності - сепараторі. Суміш подається із вхідного торця ємності через розподільник-заспокійник потоку. Місткість сепаратора така, що рух суміші від одного торця циліндра до іншого займає близько 12 годин, за цей час суміш поділяється на гліцериновий та ефірний шар. На вихідному торці сепаратора встановлені поплавкові регулятори рівня, через які відводяться продукти поділу. У порівнянні з відцентровими, гравітаційний сепаратор простий, не має частин, що рухаються, надійний і відрізняється передбачуваним поділом. Горизонтальний сепаратор працює в проточному режимі і відрізняється чіткішим поділом у порівнянні з вертикальними ємностями-відстійниками періодичної дії. Гліцеринова та ефірна фази направляються в рекуперативні апарати для видалення розчиненого надлишкового метанолу.
У рекуперативних випарних апаратахплівкового типу плівка розчину стікає по поверхні, що обігрівається, температура якої зростає по ходу руху зверху вниз. Гарячий гліцерин або ефір після випарювання по спеціальних каналах в поверхні, що обігрівається, рухається знизу вгору віддаючи придбану теплову енергію розчину, що випаровується (рекуперація тепла). Гліцерин і ефір виходять з випарного апарату з практично такою ж температурою як у вихідних розчинів, тобто енергія витрачається практично тільки на випаровування метанолу, на відміну від нерекуперативних випарних апаратів і кип'ятільних ємностей, в яких енергія виноситься гарячою рідиною, що виходить з апарату. Конструкція плівкового випарного апарату із зустрічними потоками рідини та пари дозволяє працювати в безперервному режимі та отримати високий ступінь очищенняпродуктів від метанолу. Застосування випарних апаратів дозволяє використовувати будь-яке співвідношення спирту і олії необхідне оптимального перебігу реакції трансетерифікації, т.к. надлишок спирту буде видалено. Після випарювання метанолу гліцерин прямує на склад.
Ефір (біодизель) прямує в пластинчастий теплообмінник, де віддає теплову енергію зустрічному потоку олії (це дозволяє скоротити споживання електроенергії в 5-6 разів). Пари метанолу конденсуються у теплообміннику-конденсаторі, віддаючи теплоту конденсації потоку олії. Таким чином, здійснюється рекуперація тепла, зовнішня енергія на підігрів олії не витрачається. Несконденсовані пари метанолу остаточно конденсуються у водяному конденсаторі.
Далі ефір піддається фільтруванню та сорбційному очищенню в блоці фільтрів-сорберів. Блок складається з двох ємностей заповнених сорбентом. Фільтр-сорбер затримує механічні забруднення та видаляє з ефіру каталізатор (луг) та інші домішки. Відпрацьований сорбент періодично замінюють новим через люки. Для заміни сорбенту один із апаратів відключають. Застосування сорбентів дозволяє гарантувати високу якість очищення біодизеля. Отриманий біодизель прямує складу. Усіми процесами керує мікроконтролер, програма якого визначає параметри технологічного процесу. Ручна праця необхідна тільки для завантаження лугу в бункер змішувача-дозатора блоку приготування метоксиду та заміни сорбенту у фільтрах-сорберах.