Спосіб одержання біопалива

Спосіб одержання біопалива, що включає змішування та гідродинамічну обробку вуглеводневого палива і олієвмісного компонента в роторно-пульсаційному апараті, який відрізняється тим, що як олієвмісний компонент використовують насіння олійних культур, змішане з водою, яку беруть у кількості 30-50% від маси насіння, вуглеводневе паливо беруть у кількості 20-40% від маси насіння і тверду фракцію вилучають з суспензії, одержаної в результаті гідродинамічної обробки, яку здійснюють при частоті коливань 2,0×1043,5×104Гц. (19) (21) a200802530 (22) 27.02.2008 (24) 10.03.2009 (46) 10.03.2009, Бюл.№ 5, 2009 р. (72) СУРГАЙ ВІТАЛІЙ ГРИГОРОВИЧ, UA, КЛІШИН ОЛЕКСІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, U A (73) СУРГАЙ ВІТАЛІЙ ГРИГОРОВИЧ, UA, КЛІШИН ОЛЕКСІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, U A (56) UA 14612, A, 25.04.1997 UA 74986, C2, 15.02.2006 RU 2270232, C2, 01.01.2000 DE 10302226, A1, 29.07.2004 JP 2003013076, A, 13.01.2003 JP 2003013073, A, 13.01.2003 3 85978 10мас.% та вмістом вологи 0,5-5мас.% [патент України №74986; кл. С10L1/02; опубл. 2006p.]. Недоліком способу за прототипом є потреба в готовій олії з певної рослинної сировини з наперед визначеним вмістом ерукової кислоти і вологи. Окрім того, готовий продукт, одержаний способом згідно з прототипом, має невисокі експлуатаційні характеристики, а саме - високу температур у спалаху (+62°С) при недостатньо високій теплотворній здатності (теплота згоряння 42,2МДж/кг), а також відносно високу температуру застигання (-10°С). В основу винаходу поставлено технічну задачу удосконалення способу одержання біопалива шляхом змішування насіння олійних культур з водою і вуглеводневим паливом в заданих пропорціях і подальшої обробки суміші при раціональних режимних параметрах, що дозволяє одержувати біопаливо з високими експлуатаційними характеристиками без здійснення додаткових операцій з одержання рослинної олії і без обмежень щодо виду олійних культур і параметрів насіння. Для вирішення поставленої технічної задачі в способі одержання біопалива, котрий передбачає змішуванння і гідродинамічну обробку вуглеводневого палива і олієвмісного компонента в роторнопульсаційному апараті, згідно з винаходом, в якості олієвмісного компонента використовують насіння олійних культур, яке змішують з водою, взятою у кількості 30-50мас.%, вугле водневе паливо беруть у кількості 20-40мас.%, і видаляють тверду фракцію з суспензії, отриманої в результаті гідродинамічної обробки, яку здійснюють при частоті коливань 2,0×104-3,5×104Гц. Обробка насіння олійних культур водою в кількості 30-50мас.% з додаванням вуглеводневого палива в кількості 20-40мас.% з гідродинамічною обробкою суспензії при частоті на рівні ультразвукових коливань дозволяє одержати речовину у вигляді композиції органічних і неорганічних речовин, що містить вільні високоактивні радикали СН, іони ОН - і Н+, атомарний кисень, молекулярний водень. Основу цієї речовини складають нові молекулярні сполуки з активними вуглеводневими радикалами, утворені в результаті розкладення води на іони ОН- і Н+, що зумовлює високі експлуатаційні характеристики біопалива. Речовина, одержана пропонованим способом, як вважають автори, є похідною речовиною кисневмісних сполук, у котрих водень гідроксильної групи заміщений вуглеводневим радикалом жирних кислот (складні ефіри) і похідним води, у якої обидва водні заміщені вуглеводневими радикалами, однаковими чи різними (прості ефіри). При цьому оптимальний рівень насиченості суспензії гідроксильними групами досягається при додаванні води в кількості 30-50мас.%. При кількості води менш ніж 30% недостатнє насичення суспензії гідроксильними групами погіршує експлуатаційні характеристики біопалива: різко зменшується питома теплота згоряння (до 37,5МДж/кг), зростає температура застигання до 10°. При кількості води більш ніж 50% надлишок іонів ОН- і Н+ призводить до зворотного процесу їх об'єднання і утворення води. Це неминуче спри 4 чинить розшаровування біопалива внаслідок більшої густини води, яку потрібно буде вилучати з готового продукту. Введення вуглеводневого палива в кількості менш ніж 20мас.% призводить до зменшення кількості активних радикалів СН, що порушить процес одержання продукту. Для збільшення вмісту активних радикалів СН потрібно підвищити температуру процесу понад 100°С, що є неприпустимим, оскільки в цьому разі кипіння і випаровування води унеможливлює утворення іонів ОН - і Н+ в необхідній кількості, внаслідок чого зменшується питома теплота згоряння палива. Надлишок вуглеводневого палива понад 40мас.% призводить до зниження питомої теплоти згоряння палива менш ніж 40МДж/кг, зростання температури спалахування до +35°С, зростання температури застигання до -10°С, зростання кінематичної в'язкості до 1,8мм 2/с. Проведення технологічного процесу в роторно-пульсаційному апараті забезпечує інтенсифікацію перемішування насіння, води і вуглеводневого палива, що сприяє покращенню характеристик біопалива, в тому числі питомої теплоти згоряння, температури спалахування, температури застигання і кінематичної в'язкості. Установлено дослідним шляхом, що краща інтенсифікація процесу гідродинамічної обробки зазначеної суміші в роторно-пульсаційному апараті забезпечується ультразвуковою кавітацією при частоті коливань 2,0·104-3,5·104Гц. Ультразвукова кавітація, як вважають автори, приводить до зміни конфірмаційної структури молекул, розщеплення високомолекулярних сполук на низькомолекулярні сполуки та утворює нові біохімічні з'єднання. При частоті коливань 2,0·104-3,5·104Гц в оброблюваному середовищі підтримується в необхідній кількості вміст високоактивних радикалів СН, іонів ОН- і Η і одночасно заміщується один або два атоми водню на радикали СН. При значенні частоти коливань нижче від 2,0×104Гц зменшується вміст високоактивних радикалів СН, іонів ОН- і Н+, що негативно впливає на експлуатаційні характеристики біопалива. При значенні частоти коливань понад 3,5×104Гц виникає потреба в додатковому охолодженні роторнопульсаційного апарата і значно підвищується енергоємність процесу при незначній зміні ефективності Спосіб одержання біопалива здійснюється таким чином. Насіння олійних культур, наприклад, соняшника, рапсу тощо чи суміш насіння різних олійних культур завантажують у робочу камеру роторнопульсаційного апарата, у яку додають також воду в кількості 30-50мас.% і вуглеводневе паливо в кількості 20-40мас.%. В якості роторнопульсаційного апарата може бути використаний, наприклад, пристрій за [патентом України №9718 А; опубл. 1996]. В якості вуглеводневого палива може бути використане рідке паливо нафтового походження без обмежень, або відходи газоліну, рідкого пічного палива, або відпрацьовані вуглеводневі масла, або їх суміші. Гідродинамічну обробку проводять ультразвуковою кавітацією при частоті коливань 2,0·104-3,5·104Гц. З одержаної 5 85978 після гідродинамічної обробки суспензії видаляють, наприклад, фільтрацією, тверду фракцію, яка може бути використана, наприклад, як суха домішка до пічного палива. Колоїдна масляна субстанція, що залишилась, являє собою готовий продукт і може бути використана в якості біопалива, або як високо енергетична добавка до біодизеля та рідкого палива нафтового походження. Нижче наведені приклади конкретного виконання способу. Приклад 1. У роторно-пульсаційний апарат завантажують 10кг насіння олійних культур (наприклад, соняшника, рапсу, кукур удзи тощо або суміші насіння різних культур), 4л або 40мас.% води і 3кг або 30мас.% вуглеводневого палива, наприклад, пічного палива (мазут). Одержану суміш компонентів піддають гідродинамічній обробці при частоті коливань 3,0×104Гц протягом 20 хвилин при температурі 90°С. З утвореної в результаті гідродинамічної обробки суспензії видаляють тверду фракцію, а високогомогенізований продукт, що залишився, використовують як біопаливо з наступними параметрами: - кінематична в'язкість 0,989 мм 2/с при 40°С, - температура застигання -27°С, - температура спалахування +30°С, - питома теплота згоряння 44,9МДж/кг. Приклад 2. Спосіб здійснюється аналогічно прикладу 1, але відрізняється тим, що на 10кг насіння олійних культур в апарат завантажують 2,5л або 25мас.% води і 1,5кг або 15мас.% вуглеводневого палива. В результаті погіршуються характеристики біопалива: температура застигання зростає до -10°С, зменшується питома теплота згоряння до 37,5МДж/кг. Приклад 3. Спосіб здійснюється аналогічно прикладу 1, але відрізняється тим, що на 10кг насіння олійних культур в апарат завантажують 5,2л або 52мас.% води. Одержана в результаті паливна композиція є нестійкою до розшарування. Приклад 4. Спосіб здійснюється аналогічно прикладу 1, але відрізняється вмістом вуглеводне Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 вого палива понад 40мас.%. В результаті зростають кінематична в'язкість до 1,8мм 2/с, температура спалахування до +35°С, температура застигання до -10°С і знижується питома теплота згоряння до 40МДж/кг. Результати порівняльного аналізу основних характеристик цільового продукту, одержаного способом-прототипом і пропонованим способом наведені в таблиці. Таблиця Характеристики біопалива Кінематична в'язкість, мм 2/с при 40°С Температура застигання, °С Температура спалахування, °С Питома теплота згоряння, МДж/кг Спосібпрототип Пропонований спосіб 4,4 0,989 -10°С -27°С +62°С +30°С 42,2 44,9 Результат порівняльного аналізу доводить, що застосування пропонованого способу одержання біопалива дозволяє одержувати паливну композицію з високими порівняно з прототипом експлуатаційними характеристиками. Проведені авторами дослідження підтверджують, що одержана високогомогенізована стійка до розшарування паливна композиція з високою насиченістю радикалами ОН- здатна до сполучення з автомобільним бензином та дизельним паливом. Спосіб є простим в реалізації, дозволяє використовувати широкий спектр насіння олійних культур, його суттєвою відмінністю від існуючи х те хнологій є виключення потреби в додаткових операціях з попереднього одержання олії. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601