Спосіб приготування біопалива для дизеля

Спосіб приготування біопалива для дизеля з жирів рослинного та тваринного походження, що включає змішування останніх з розчином, наприклад, метилового спирту та каталізатора, і розділення отриманої суміші на фракції - біопаливо та домішки, який відрізняється тим, що визначають жирнокислотний склад жирних кислот у відходах рафінації олій та розщепленого тваринного жиру, змішувані інгредієнти беруть у співвідношеннях, %: метиловий спирт 10,32-14,91 каталізатор 1,26-1,41 жирні кислоти решта до 100, причому кількість метилового спирту у розчині метиловий спирт-каталізатор беруть відповідно до жирнокислотного складу жирних кислот у відходах рафінації олії та розщепленого тваринного жиру, визначаючи її таким чином: i n 1 M Mc qi , Mм жк i i 1 Корисна модель відноситься до техніки виготовлення біопалив з жирів рослинного та тваринного походження для поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) з запалюванням від стиснення. Біопаливо придатне для використання в усіх типах зазначених двигунів, незалежно від їх призначення (мобільні, пересувні, стаціонарні, тощо). В даний час дуже актуальними є розробки та дослідження, що стосуються виготовлення та використання біопалива на основі олій та жирів в якості альтернативи дизельному паливу, що реально сприятиме збереженню викопних енергетичних ресурсів та поліпшенню екологічного стану навколишнього середовища. Проблема полягає в тому, що викопні енергетичні ресурси і, зокрема нафта, стрімко вичерпуються. Розвіданих запасів нафти по прогнозах вистачить на 45-50 років. Використання нафтопродуктів пов'язано з забрудненням довкілля. Викидні гази з ДВЗ, у своєму складі мають велику кількість шкідливих речовин (СО, СО2, СnНm, NOx, SO2, сажу та ін.). Накопичення в атмосфері SO2 призводить до так званого парникового ефекту, а SO3 до випадання кислотних дощів. Досвід ряду розвинених Європейських країн (Німеччина, Франція, Голландія, Італія, Чехія, Словаччина, Польща та ін.) та багатьох країн світу (Америка, Індія, Малайзія, Країни Латинської Америки) показує, що при використанні біопалива на основі олій та жирів можна зберегти викопні енергоносії, а також зменшити шкідливі викиди ДВЗ. Відомі способи приготування біопалива для дизелів на основі олій. Приготування рідкого палива шляхом змішуванням вуглеводневого палива і олії [1]. В якості вуглеводневого палива використовують дизельне, в якості олії - ріпакову олію у кількості 10-30об.% від загальної, яку змішують і піддають гідродинамічній кавітаційній обробці. Недоліком даного способу є те, що біопаливо містить гліцерин та інші домішки, які присутні в олії і негативно впливають на паливну апаратуру та процес згоряння. (19) UA (11) 15715 (13) U де: М - кількість метилового спирту, потрібного для стехіометричного молярного співвідношення жирні кислоти-спирт 1:1 у реакції етерифікації; Мс = 32,04 кг/кмоль - молекулярна маса метилового спирту; ММЖК1 - молекулярна маса і-ої жирної кислоти, кг/кмоль; qi - відсоток і-ої жирної кислоти у суміші жирних кислот відходів рафінації олії та розщепленого тваринного жиру. 3 15715 4 Спосіб приготування рідкого палива шляхом qi - відсоток і-ої жирної кислоти у суміші жирзмішування вуглеводневого палива і олії [2]. В них кислот відходів рафінації олії та розщепленого якості компонентів палива беруть азеотропну тваринного жиру. суміш етилового спирту і води, а також рицинову Суть корисної моделі полягає у тому, що: олію. Вказане паливо використовують в дизельних 1. Каталізатор - гідроокис калію визначають ДВЗ. експериментальним [5] або розрахунковим [6] Недоліком даного способу є те, що азеотропна шляхом, при цьому його відсоток у суміші складає суміш етилового спирту і води не в повній мірі ви1,26-1,41%. даляє гліцерин та інші домішки олії. Виготовлення 2. Кількість спирту, метилового або етилового, такого біопалива потребує великих енергетичних розраховують по стехіометричному (молярному) та матеріальних витрат. відношенню жирна кислота - спирт 1:1. Для метиПаливо для поршневих двигунів із запалюванлового спирту ням від стиснення на основі жирних кислот [3], CnH2nO2 (CnH2n 2O2, CnH2n 4O2 та CnH2n 6O2 ) містить жирні кислоти рослинного чи тваринного КОН СH3O Cn 1H2n 2O2 (або походження та етиловий спирт при еквімолярному (1) співвідношенні жирних кислот та етилового спирту Cn 1H2nO2, Cn 1H2n 2O2 та Cn 1H2n 4O2 ) H2O ; від 1:2 до 1:3,5. Недоліком даного способу є те, що етиловий Для етилового спирту спирт не забезпечує повного видалення домішок з C nH2n O 2 (C nH2n 2 O 2 , C nH2n 4 O 2 та C nH2n 6 O 2 ) джерел жирних кислот та має високу собівартість. KOH (2) За найближчий аналог взятий спосіб приготуС 2H5 OH C n 2H2n 4 O 2 (або вання біопалива для дизельних двигунів шляхом C n 2H2n 2 , C n 2H2n та C n 2H2n 2 O 2 ) H2 O. етерифікації фракцій жирних кислот, яка містить У таблицях наведено склад жирних кислот, які C7-C9 або С10-С16, метиловим спиртом при нагрізнаходяться у відходах рафінації олії та розщепванні та підвищеному тиску, температура 125лених тваринних жирах. В таблиці опису корисної 135°С і тиску 7-10 аті [4]. моделі наведені кількості метилового і етилового До недоліків найближчого аналогу відноситься спирту, які розраховані по стехіометричним (монаступне: лярним) співвідношенням жирна кислота - метидля приготування біопалива ловий або етиловий спирт 1:1. Виходячи з жирновикористовується дорогі жирні кислоти; кислотного складу наведених у таблиці прикладів - процес приготування біопалива відбувається олій та тваринних жирів, можна записати розрапротягом тривалого часу в результаті розділення хункову формулу для визначення кількості метийого в полі гравітаційних сил. лового або етилового спирту, необхідного для Задачею корисної моделі є розробка способу проходження реакції етерифікації по приготування біопалива для дизеля на основі, настехіометричному (молярному) співвідношенню приклад, відходів виробництва олій та розщеплежирна кислота - метиловий або етиловий спирт них тваринних жирів при мінімальних витратах 1:1. часу на розділення біопалива та домішок. Наприклад, як розрахувати кількість метиловоПоставлена задача вирішується наступним го або етилового спирту при реакції етерифікації чином. У відомому способі приготування біопалива жирної кислоти стеаринової та метилового спирту для дизеля на основі жирних кислот, що включає KOH C18 H36 O 2 CH 3 OН C19 H 38 O 2 H2 O змішування останніх з розчином, наприклад метиловий спирт та каталізатор, і розділення отриманої метиловий кислота метиловий кислота суміші на фракції біопаливо та домішки, відповідно ефір кислоти стеаринова спирт стеаринова корисної моделі жирнокислотний склад жирних стеариново ї кислот у відходах рафінації олій та розщепленого 284,47 кг тваринного жиру, змішувані інгредієнти беруть у М.м.С18 Н36 О 2 співвідношеннях, % 1кг жк кмоль метиловий спирт 10,32-14,91%; 32,04 кг каталізатор 1,26-1,41%; М.м.СН3ОН х кг CH3 OH кмоль жирні кислоти решта до 100%, Запишемо співвідношення причому кількість метилового спирту у розчині метиловий спирт-каталізатор беруть у відповідно32,04 284,47 кг кг , сті до жирнокислотного складу жирних кислот у х кг CH3 OH кмоль 1кг жк кмоль відходах рафінації олії та розщепленого твариннотоді го жиру, визначаючи її таким чином: кг i n 1кг жк 32,04 1 M Mc qi, кмоль 0,1126кг х кг CH 5 OH CH3OH . i 1 Mм жк i кг 284,47 де М - кількість метилового спирту, потрібного кмоль для стехіометричного молярного співвідношення Для етилового спирту жирні кислоти - спирт 1:1 у реакції етерифікації; KOH C18 H 36 O 2 C 2H 5 OН C 20 H 40 O 2 H2 O Мс = 32,04кг/кмоль - молекулярна маса метиметиловий лового спирту; кислота етиловий кислота Мм жкі - молекулярна маса і-ої жирної кислоти, ефір кислоти ; стеаринова спирт стеаринова кг/кмоль; стеариново ї 5 М.м.С2Н5ОН 46,07 кг / моль; тоді кг кмоль 0,1620кг х кг C 2H5 OH C2H5OH . кг 284,47 кмоль Оцінку інтервалу змінення кількості, наприклад, метилового спирту у суміші інгредієнтів проводять по максимальному (мінімальному) значен1кг жк 46,07 i n 1 qi Mм жк i 1 ню i для рослинних та тваринних жирів (див. таблицю, стовпчики 24 та 10). Решта до 100% реакційної суміші - жирні кислоти, які знаходяться у відходах рафінації рослинних олій та розщепленого тваринного жиру. Розділення отриманої реакційної суміші (емульсії) проводять відразу після змішування в полі відцентрових сил. За рахунок цього можна отримати біопаливо з максимально можливою теплотворною здатністю (QН), забезпечити максимальне виділення гліцерину та інших домішок з нього і виключити вміст залишків метилового або етилового спирту в біопаливі, прискорити процес його виготовлення та зменшити енерговитрати. Більш глибоке виділення гліцерину та інших домішок з відходів рафінації олії та розщепленого тваринного жиру, виключення вмісту залишків метилового спирту в біопаливі та досягнення максимально можливої теплотворної здатності (QН) дає змогу наблизити фізико-хімічні властивості виготовленого біопалива для дизельних двигунів до традиційного нафтового палива. Приготування біопалива для дизельних двигунів на основі олій та жирів за даним способом реалізується таким чином. В змішувачреактор заливаються відходи рафінації олії та розщеплений тваринний жир з попередньо визначеним жирнокислотним складом і розчин метиловий або етиловий спирт-каталізатор у відповідних пропорціях. Кількість, наприклад, метилового спирту беремо з наведених вище залежностей, що забезпечує максимальне відділення від неочищеного гліцерину і виключає можливий вміст непрореагувавшого метилового спирту. Утворена емульсія йде у відцентровий розділювач, відбувається розділення на біопаливо та неочищений гліцерин. Приклад. Розглядається спосіб приготування біопалива на основі суміші жирних кислот, притаманні відходам рафінації олії ріпакової С22:1>5% (див. таблицю). При вказаному жирнокислотному складі визначаємо кількість метилового або етилового 15715 6 спирту в розчині з каталізатором за розрахунковою залежністю: i n MCH3OH 32,04 i 1 1 qi Mм жк i 32,04 1 1 0,031 0,132 254,4 282,45 1 1 1 1 0,133 0,092 0,068 0,544 280,44 278,42 310,5 338,56 0,0039 0,0150 0,015 0,0106 0,0070 0,0515 0,1032кгCH3OH . i n MC2H5OH 46,07 i 1 1 qi Mм жк i 46,07 1 1 0,031 0,132 254,4 282,45 1 1 1 1 0,133 0,092 0,068 0,544 280,44 278,42 310,5 338,56 0,0056 0,0216 0,0219 0,0152 0,0101 0,0741 0,1484кгC2H5OH . Тобто, при такому жирнокислотному складі олії з ріпаку ерукового сорту у розчині метиловий або етиловий спирт-каталізатор (гідроокис калію) має бути 103,2г метилового спирту або 148,4г етилового спирту. При цьому буде забезпечуватись найбільш ефективна реакція відділення неочищеного гліцерину та інших домішок від змішаної емульсії і буде відсутній непрореагувавший залишок метилового або етилового спирту в біопаливі. Зразу після змішування відходів рафінації олії та розщепленого тваринного жиру проводять розділення суміші в полі відцентрових сил на сепараторі з швидкістю обертання 800015000об/хв, що забезпечує максимально ефективне розділення змішаної емульсії на біопаливо та гліцерин, що покращує якість біопалива та прискорює процес розділення в декілька разів. Спосіб простий в реалізації і дозволяє використовувати відходи рафінації олій та розщепленого тваринного жиру для виготовлення біопалива з максимальним відділенням неочищеного гліцерину та виключає присутність у ньому залишків, наприклад, метилового спирту, що підвищує якість палива. Джерела інформації: 1. Патент України №14612А. кл, C10L1/00, опубл. 25.04.1997. 2. Патент США №4229252. кл, C10L1/02, опубл. 29.05.1990. 3. Патент України №40323А. кл, C10L1/18, опубл. 16.07.2001. 4. Патент SU №671223A1 кл. С07С69/24, C07C67/08, опубл. 23.10.92 /прототип/. 5. М. Pilar Dorado, Evaristo Ballesteros, Francisco J. Lopes and Martin Mit-telbach. Optimization of Alkali-Catalyzed Transesterification of Brassica Carinata Oil For Biodiesel Production. - Energy & Fuels. 2003. - 6p. 6. Optimization of batch type ethyl ester process. - Biodiesel Made from Ethanol.-2003.-7p. 7. Хімія жирів: Підручник / За редакцією Ф.Ф. Гладкого. - Харків: НТУ «ХПІ», 2002.-452с. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 15715 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601