Наукові конференції, Научные конференции » Наука і життя: сучасні тенденції (29-31.05.2014) » Поліщук О. В., Козак Н. І., кандидат технічних наук Поліщук В. М. "МОКРІ" СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ БІОДИЗЕЛЯ

Поліщук О. В., Козак Н. І., кандидат технічних наук Поліщук В. М. "МОКРІ" СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ БІОДИЗЕЛЯ

Категорія: Наука і життя: сучасні тенденції (29-31.05.2014), Технічні науки

УДК 662.767.3

 

"МОКРІ" СПОСОБИ ОЧИЩЕННЯ БІОДИЗЕЛЯ

Поліщук О. В., Козак Н. І., кандидат технічних наук, Поліщук В. М.

Національний університет біоресурсів і природокористування України

 

Доведена необхідність очищення біодизеля від лужного каталізатора. Констатована необхідність нейтралізації біодизеля лимонною кислотою. Проведений аналіз "сухих" і "мокрих" способів очищення біодизеля. Оценені переваги та недоліки бульбашкового, аерозольного і об'ємного промивання біодизеля.

Ключові слова: біодизель, промивання, краплина, бульбашка, мішалка, нейтралізація, метиловий ефір, каталізатор

 

Полищук А. В., Козак Н. И., Полищук В. Н. "МОКРЫЕ" СПОСОБЫ ОЧИСТКИ БИОДИЗЕЛЯ / Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины. Украинa, г. Киев

Доказана необходимость очистки биодизеля от щелочного катализатора. Констатирована необходимость нейтрализации биодизеля лимонной кислотой. Проведен анализ "сухих" и "мокрых" способов очистки биодизеля. Оценены преимущества и недостатки пузырькового, аэрозольного и объемного промывания биодизеля

Ключевые слова: биодизель, промывка, капля, пузырь, мешалка, ней-трализация, метиловый эфир, катализатор

 

Polishchuk A. V., Kazak N. I., Polishchuk V. N. "WET" METHOD OF PURIFYING BIODIESEL / National University of life and environmental sciences of Ukraine. Ukraina, Kiev

The necessity of purifying biodiesel from alkali catalyst. Stated the necessity of biodiesel citric acid neutralization. The analysis of the "dry" and "wet" cleaning methods biodiesel. Evaluated the advantages and disadvantages of the bubble, and aerosol surround washing biodiesel

Keywords: biodiesel, flushing, drop, bubble, mixer, neutralization, methyl ester, catalyst

 

Вступ

В зв’язку із виникненням глобальних енергетичної та економічної світових криз, людство активно здійснює пошук альтернативних викопним джерел енергії. Особливо велику увагу приділяється пошукам замінників світлих нафтопродуктів, адже без автомобілів, літаків, поїздів людство не бачить свого подальшого існування. Велика частина автомобілів, більшість тракторів та інших мобільних та стаціонарних машин мають привід від дизельних двигунів, які на сучасному етапі, в основному, працюють на нафтовому дизельному паливі, одним із замінників якого є біодизель.

При виробництві біодизеля за традиційною технологією для прискорення реакції метанолізу обов’язково застосовується кислотний або лужний каталізатор. Гетерогенний каталізатор при виробництві біодизеля використовується рідко, в основному слугує гомогенний каталізатор. У разі застосування кислотного каталізатора тривалість реакції становить від однієї до 45 годин, лужного  від декількох десятків хвилин до 8 годин (залежно від температури і тиску), По причині більш швидкого проходження реакції метанолізу головним чином використовується лужний каталізатор (гідроксид калію або натрію), розчин якого в метанолі додається до жирів для отримання біодизеля. Однак сам каталізатор не вступає в реакцію метанолізу, а тільки її прискорює. Тому у виготовленому біодизелі він залишається повністю, викликаючи корозію двигуна. Продукти корозії, потрапляючи в зазор між циліндром та поршнем, викликають їх абразивне зношення. В разі потраплянні їх в паливну систему, вони можуть забивати паливні фільтри, або зовсім блокувати роботу паливної апаратури внаслідок неможливості розпилення палива через форсунки.

Аналіз останніх досліджень. Для очищення біодизеля від залишків каталізатора розроблені різні способи, основними серед яких так звані, "мокре" і "сухе" очищення біодизеля [1]. Останнім часом почала з'являтись інформація про розробку ферментного способу очищення біодизеля [2].

При сухій очистці використовується адсорбент, який відокремлює домішки від біодизеля. У деяких системах використовуються іонообмінні смоли, в інших - силікат магнію, мінерал, один з видів якого продається під маркою Mаgnеsоl, компанією Dаllаs Grоup оf Аmеriса Inс [1], або інші неорганічні адсорбенти, такі як вибільні глини [3].

Іонообмінні смоли  це високотехнологічні штучні смоли, здатні захоплювати молекули мила на поверхні частинок смоли. Різні смоли працюють по різному і використовують різні методи очищення біодизеля. Всі вони призводять до виникнення нового виду відходів  відпрацьованих смол. В даний час випускаються наступні види іонообмінних смол: Аmbеrlitе bd10dry виробництва компанії "Rоhm аnd Hаss Сhеmiсаl Со" ( розроблена для видалення з біодизеля метанолу, лужний каталізатор вона не видаляє), Dоwеx DR-G8 виробництва компанії "Dоw Сhеmiсаl" (розроблена для видалення солей, мила, гліцерину та іншої органіки із сирого біодизеля; крім того, висушена смола також служить для сушіння біодизеля, оскільки вловлює і утримує воду), PD206 виробництва компанії "Purоlitе" (розроблена для видалення мила і гліцерину з біодизеля), Lеwаtit GF 202 виробництва компанії "Lаnxеss", Tulsiоn T-45 BD виробництва компанії "Thеrmаx" (видаляє і гліцерин, і мило з біодизеля) [4].

Використання неорганічних матеріалів звичайно включає добавлляння твердої речовини до біодизелю та їх перемішування. Утворюється суспензія, а після перемішування розчину протягом необхідного часу, відбувається очищення за допомогою фільтра. При використанні іонообмінних смол, виробники звичайно встановлюють колону, наповнену сухою смолою; біодизель проходить через смолу потоком до її насичення. У ряді випадків один літр іонообмінної смоли може обробити до 2000 літрів біодизеля [3].

"Сухі" методи очищення досить ефективні, однак вартість магнезолу і іонообмінних смол досить висока, що значно підвищує собівартість виробленого біодизеля. Крім того, виробники іонообмінних смол рекомендують не перевищувати концентрацію 500 г/т мила в неочищеному біодизелі, інакше якість очищення знижується. Тому для зменшення затрат рекомендується проводити попереднє очищення біодизеля іншими методами. Крім того, якщо біодизель сильно забруднений, іонообмінні смоли швидко втрачають свої властивості і погано піддаються регенерації [4].

Результати досліджень. Найпоширенішим методом видалення водорозчинних домішок є "мокре" очищення біодизеля, яке ще називають водяним промиванням. У цьому процесі використовується вода, яка служить розчинником, що вимиває домішки, залишаючи чистий біодизель [1]. Водяне промивання підрозділяється на бульбашкове (пінне), аерозольне і об'ємне.

Пінне промивання полягає в обережному змішуванні 1/3 води і 2/3 біодизеля (вода осідає на дно, а біодизель залишається на поверхні) і барботуванні повітря через шар води. Бульбашки повітря забезпечують непряме перемішування обох рідин  вони захоплюють невелику кількість води і переносять її через біодизель, відбираючи мило та інші домішки. Коли бульбашка розривається на поверхні, вода опускається вниз і відбирає ще більше мила і домішок по дорозі вниз. Приблизно через 6 годин промивки потік повітря перекривається і вода зливається, додається свіжа вода і процес повторюється. Ці заміни води відбуваються тричі, поки вода не стане абсолютно прозорою, а рН води не буде нейтральним. Промивна води може бути використана багато разів для промивання наступних порцій.

Переваги даної технології полягають в тому, що використовується менша кількість води порівняно з іншими технологіями, а також в застосуванні порівняно дешевого обладнання. Процес не вимагає постійного спостереження. До недоліків технології відноситься неефективне очищення біодизеля поганої якості а також малих об’ємів біодизеля за рахунок того, що бульбашки можуть перемішати воду і біодизель дуже енергійно, що призведе до формування емульсії двох рідин. Утворення емульсії є основною проблемою промивання, однак воно також є своєрідною формою оцінки якості процесу.

Аерозольне промивання було розроблене як спосіб вирішення проблем з формуванням емульсії. У цьому процесі використовується більша кількість води і більш складне устаткування. Разом із тим, даний метод також маскує проблеми з якістю – можна візуально отримати "хорошу промивку", але не завжди мати уявлення про те, що ж вийшло в результаті. При аерозольному промиванні використовується система розпилювачів, розміщених над шаром біодизеля, з можливістю стоку води після її протікання крізь паливо. Аерозольне промивання у меншій мірі перемішує біодизель, ніж бульбашкове, і видаляє мило поступово. Більш м'яке перемішування означає меншу ймовірність формування емульсії мила, моно- і дигліцеридів. Багато користувачів такої системи додатково проводять і бульбашкове промивання в якості фінального етапу  після видалення мила вже не так активно емульгують воду і паливо, тому використання бульбашкового промивання після аерозольного дає хороший результат. До недоліків аерозольного промивання відноситься підвищене споживання води, більш складне устаткування і маскування потенційних проблем. На жаль, моно- і дигліцериди не видаляються з біодизеля незалежно від методу промивання  вони не розчиняються у воді і не вимиваються нею, і при аерозольній мийці слід додатково контролювати якість палива.

При об'ємному промиванні змішуються рівні кількості води та біодизеля, після чого вони перемішуються, відстоюються, вода зливається, і процес повторюється багато разів. Цей метод більш трудомісткий, використовує більше води і не може бути автоматизований так, як бульбашковий [5, 6].

Однак у водяного промивання є свої недоліки. Це довгий процес, який вимагає багато часу для повного очищення біодизеля. Іноді для досягнення повної прозорості може знадобитися сім чи вісім циклів промивання. Крім того, існує проблема утилізації стічної води з небезпечними домішками [1].

Як правило, при промиванні біодизеля використовують комбінацію способів промивання: попереднє аерозольне промивання з кінцевим бульбашковим; одночасне аерозольне і об'ємне промивання. Наприклад, технологія виробництва біодизеля на американській установці ВР-190 передбачає двократне комбіноване промивання біодизеля аерозольним і об'ємним способами [7; 8, с. 94-95].

Однак в будь-якому випадку, проведенню промивання передує операція нейтралізації і передбачає проходження через шар біодизеля води, змішаної із невеликою кількістю кислоти. Кислота, реагуючи із лужним каталізатором, викликає утворення солей лимонної кислоти, які потім вимиваються промивною водою.

 

Висновки

1. Очищення біодизеля від гомогенного каталізатора проводиться "сухим" і "мокрим" способами.

2. Продуктивність "сухого" способу вища, однак і вартість адсорбентів досить висока. "Мокрий" спосіб передбачає використання великої кількості води, від якої необхідно звільняти очищений біодизель, однак вартість цього способу очищення менша.

3. Водяне промивання біодизеля проводиться бульбашковим, аерозольним і об'ємним способами. При бульбашковому промиванні можливе утворення емульсії біодизеля і солей каталізатора, а аерозольне і об'ємне промивання характеризуються застосуванням більшої кількості води і складнішого обладнання.

4. Проведенню "мокрого" очищення біодизеля передує його нейтралізація.

 

Література:

1. Voegele Erin. Report outlines global biodiesel production / Erin Voegele // Biodiesel Magazine.  2011.  August 31.  Р. 4.

2. Kram Jerry W. Cleaner and Clearer / Jerry W. Kram // Biodiesel Magazine.  2008.  January 01.  Р. 8-10.

3. Schultz Al. Biodiesel Purification Options / Al Schultz // Biodiesel Magazine.  2010.  March 23.  Р. 6.

4. Очистка биодизеля ионообменными смолами / Recscling – повторное использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора [Eлeктронний рeсурс] / 2013. Рeжим доступу до журн.: http://recyclingforum.ru/showthread.php/228-Очистка-биодизеля-ионообменными-смолами. Дата доступу: 27/08/2013.

4. Пузырьковая промывка биодизеля / Recscling – повторное использование или возвращение в оборот отходов производства или мусора [Eлeктронний рeсурс] / 2013. Рeжим доступу до журн.: http://recyclingforum.ru/showthread.php/250-Пузырьковая-промывка-биодизеля?s=4077b58b0ba1b77a0d26ea9b5a19bb42. Дата доступу: 27/08/2013.

6. Alovert М. Collaborative biodiesel tutorial. "Appleesid" processor / Maria Alovert // Biodiesel Magazine.  2005.  6 p.

7. БП-190.  New York: FIA  12 c.

8. Технології виробництва біодизеля: [курс лекцій для студ. сільськогосп. вузів зі спец. 8.092900 – "Екобіотехнологія"] / В.Г. Мироненко, В.О. Дубровін, В.М. Поліщук, С.В. Драгнєв.  К.: Холтех, 2009.  100 с.

 

References:

1. Voegele Erin. Report outlines global biodiesel production / Erin Voegele // Biodiesel Magazine.  2011.  August 31.  Р. 4.

2. Kram Jerry W. Cleaner and Clearer / Jerry W. Kram // Biodiesel Magazine.  2008.  January 01.  Р. 8-10.

3. Schultz Al. Biodiesel Purification Options / Al Schultz // Biodiesel Magazine.  2010.  March 23.  Р. 6.

4. Ochystka byodyzelya ionoobmеnnymy smolamy / Recscling–povtornoe yspolzovanye yly vozvrashhenye v oborot otxodov proyzvodstva yly musora [Elektronnyj resurs] / 2013. Rezhym dostupu do zhurn.: http://recyclingforum.ru/showthread.php/228-Очистка-биодизеля-ионообменными-смолами. Data dostupu: 27/08/2013.

5. Puzіrkovaya promіvka byodyzelya / Recscling–povtornoe yspolzovanye yly vozvrashhenye v oborot otxodov proyzvodstva yly musora [Elektronnyj resurs] / 2013. Rezhym dostupu do zhurn.: http://recyclingforum.ru/showthread.php/250-Пузырьковая-промывка-биодизеля?s=4077b58b0ba1b77a0d26ea9b5a19bb42. Data dostupu: 27/08/2013.6. Alovert М. Collaborative biodiesel tutorial. "Appleesid" processor / Maria Alovert // Biodiesel Magazine.  2005.  6 p.

7. BP-190.  New York: FIA  12 c.

8. Texnologiyi vyrobnycztva biodyzelya: [kurs lekcij dlya stud. silskogosp. vuziv zi specz. 8.092900 – "Ekobiotexnologiya"] / V.G. Myronenko, V.O. Dubrovin, V.M. Polishhuk, S.V. Dragnyev.  K.: Xoltex, 2009.  100 s.

 

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Добавление комментария

Имя:*
E-Mail:
Коментар:
Введите код: *

Карта сайту

^