Спосіб одержання біопалива для дизелів

Спосіб одержання біопалива для дизелів, що полягає в тому, що з рослинних олій і їхніх похідних шляхом етерифікації одержують спиртові ефіри ненасичених жирних кислот, який відрізняється тим, що рослинні олії зі спиртами і каталізатором змішують, нагрівають та синтезують ефіри одночасно за допомогою явища кавітації з утворенням при цьому вуглеводневих радикалів. (19) (21) u200607258 (22) 30.06.2006 (24) 15.12.2006 (46) 15.12.2006, Бюл. № 12, 2006 р. (72) Столяренко Геннадій Степанович, Мислюк Євген Васильович, Криворот Віталій Анатольович, Демченко Олег Миколайович, Щуров Олександр Миколайович (73) Столяренко Геннадій Степанович 3 В основу корисної моделі поставлено задачу спростити технологію процесу етерифікації і максимально інтенсифікувати процеси змішування, нагрівання і синтезу вуглеводневих радикалів ефірів шляхом використання явища кавітації, забезпечити прискорення утворення цих радикалів. Суть винаходу полягає в тому, що з рослинних олій і їхніх похідних шляхом етерифікації одержують спиртові ефіри ненасичених жирних кислот, і відповідно до винаходу, рослинні олії зі спиртами і каталізатором змішують, нагрівають та синтезують ефіри одночасно за допомогою явища кавітації з утворенням при цьому вуглеводневих радикалів. Поставлена задача вирішується за допомогою кавітації, яка відома в літературі [„Новый политехнический словарь". - Μ.: Научное издание БСЭ, 2000. - с.199]. Це - явище виникнення в крапельній рідині розривів суцільності у вигляді порожнин, або пухирців, які заповнені газом і парою, при тиску в рідині нижче деякого критичного значення - тиску насиченої пари при даній температурі. Кавітаційні пухирці здійснюють згасаючі коливання і захлопуються з великою швидкістю, що супроводжується ударними хвилями. Завдяки кавітаційному явищу в суміші двох рідин (олія зі спиртом) здійснюється миттєве і ретельне їх змішування, одночасне нагрівання і створення вуглеводневих радикалів в реакції етерифікації. Порівняльний аналіз з прототипом дозволяє зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, відрізняється від прототипу наявністю явища кавітації з прискоренням утворення вуглеводневих радикалів. Це спрощує технологію процесу етерифікації за рахунок її інтенсифікації, а також знижує капітальні витрати на обладнання і стримує розвиток шкідливих мікроорганізмів в біопаливі. Спосіб полягає в наступному. За своєю сутністю технологія побудована на фізичній (змішування і нагрівання) і хімічній (реакція синтезу) переробці олії у ефіри. За так званою „холодною” технологією, за якою процес проходить при температурі 20-60°С на протязі 1-2 годин з застосуванням лужних каталізаторів КОН або NaOH. Реакція етерифікації полягає в додаванні одновалентного метилового спирту в тригліцериди при наявності каталізатора, розчиненого в спирті. При використанні NaOH необхідне підігрівання олії до температури 60-100°С, КОН - до температури 20-50°С, але зі значно більшим часом. В залежності від методу, що застосовується, одержують суміш ефірів, а також гліцеролові фракції з різним вмістом гліцерину. Одержаний метиловий ефір і гліцеролова фракція практично не змішується, тому після закінчення реакції відбувається гравітаційне розділення суміші на два шари у розподільнику. Процес може мати періодичний або безперервний характер і здійснюється в установці, яка включає стадію синтезу ефірів, регенерацію непрореагованого спирту і стадію розподілення одержаних продуктів. Приклад конкретного виконання способу. Технологічна схема містить ємкість для спирту, бункер для каталізатору з дозатором, ємкість 19494 4 для розчинення каталізатору, ємкість для спиртового розчину каталізатора, ємкість для олії, ємкість для кислоти, кавітаційний пристрій з циркуляційним насосом, конденсатор спирту, вакуум-насос, компресор, насос, фільтр для відділення твердої фракції, розподільник, ємкість для води, вентилятор з підігрівачем повітря, фільтр для відділення відходів, ємкості для одержаних ефіру і гліцеролу. Кавітаційний пристрій містить резервуар, трубу, що обладнана на вході прискорюючою завиткою, а на виході - звуженою ділянкою, вібраційною пластиною і отвором, вхідний патрубок, вихідний патрубок, байпасні вхід і вихід, термодатчик та вібродатчик. Згідно способу на установці працюють наступним чином. Каталізатор КОН дозують за допомогою дозатора на сітку ємкості, де також подають спирт для приготування спиртового розчину каталізатору. У відношенні 2:1 подають олію і спиртовий розчин на стадію синтезу, а саме у кавітаційний пристрійде змішують, нагрівають та синтезують ефіри та подають кислоту для нейтралізації каталізатору, а потім - на стадію розподілення одержаних продуктів, а саме через фільтр для відділення твердої фракції (мило) в два розподільника, де подають воду з ємкості для відмивки одержаних продуктів і просушування гарячим повітрям. Одержаний ефір через фільтр для відділення відходів збирають у ємкості, а гліцерол - у іншій ємкості. Непрореаговані пари спирту відсмоктують за допомогою вакуум-насосу, а компресором подають в конденсатор спирту, а потім спирт повертають в ємність для спирту. В кавітаційному пристрої рідини, потрапляючи у вхідний патрубок під тиском 0,5МПа, а потім в прискорюючу завитку, швидко прискорюються та закручуються в вихровому русі і потрапляють в трубу. Закручений потік у трубі переміщується по гвинтовій спіралі у стінках труби до протилежного кінця, що закінчується звуженою ділянкою з отвором. Перед отвором симетрично осі труби вмонтована вібраційна пластина, що виконує роль камертона, з метою вібрування і швидкого гальмування вихрового потоку. Кавітація, що виникає при цьому призводить до миттєвого і ретельного змішування рідин і необхідного підвищення температури. За вказаними розмірами пропонована установка з об'ємом 100л резервуару, що нагріває рідини з швидкістю 0,53°С за хв. [наприклад, за патентом України №67099, кл. F 25 В 29/00 "Пристрій для нагрівання рідини" Столяренко Г.С., Мислюк Є.В.]. Відповідно до дослідних результатів під час руху рідини через звужену ділянку зі швидкістю 15м/с отримана кавітація з ударною хвилею, де абсолютний тиск в рідині досягає до 120МПа, який розриває суцільність менш міцної органічної рідини, що дорівнює тиску насиченої пари органічних рідин (спирт і олія) при даній температурі. Відбувається інтенсивне пароутворення, місцеве кипіння і виділення газів у вигляді бульбашок, тобто кавітаційних пухирців. Розміри зони кавітації розширюються в разі збільшення тиску на вхідному патрубку від 0,5 до 0,7МПа, а звужена ділянка з вібраційною пластиною при цьому допомагають створити акустичні 5 19494 коливання у паро-рідинній суміші з частотою 1030кГц вже при інтенсивності порядку 0,5-3,0Вт/см2. Явище кавітації супроводжується генеруванням вільних радикалів ОН*, НО2*, вуглеводневих радикалів Н2С*, а також кінцевих продуктів їхньої рекомбінації Н2O2. Радикали є дуже реакційне можливими, а пероксиди водню в присутності комплексних сполук олій можуть утворювати додаткову кількість вуглеводневих радикалів і можуть ініціювати повільні ланцюгові реакції етерифікації. Тому проблеми створення короткочасних імпульсів, при яких у системі утворюються вуглеводневі радикали, не існує. Отже складність - реєстрація активних часток, які утворилися за час одного імпульсу. Внаслідок того, що в експериментальній установці використовували частоти не менш 10кГц, за один період коливання в системі утворювалась відносно велика кількість активних часток. Поки можна вважати надійно встановленим присутність у кавітаційних пухирцях збуджених вуглеводневих радикалів. Удосконалення запропонованого способу органічного синтезу дозволяє швидше одержувати в даний час практично всі спиртові ефіри для біопалива, так як застосування явища кавітації дозволяє швидше утворювати вуглеводневі радикали та одержувати ті ж сполуки, що й при звичайному синтезі. В цьому випадку мова йде не про нові хімічні сполуки, а про принципово новий технологічний процес, що дозволяє здійснити синтез ради 6 калів більш простим і економічним способом з більшою швидкістю і селективністю. Крім того, кавітація стримує розвиток мікроорганізмів (бактерій, грибів, дріжджів) в біопаливі при його тривалому зберіганні (за прототипом - в біопаливо з цією метою додають фунгіциди). В таблиці 1 наведено значення температури нагрівання і кожного з параметрів біопалива в залежності від часу протікання процесу синтезу за допомогою кавітації. Показники якості одержаного біопалива відповідають діючим нормам для біопалив цього класу. Залежності ступеня перетворення спиртових ефірів (крива 1) і температури (крива 2) від часу представлено на графіку (фіг.1). Як видно з графіку процес етерифікації відбувається швидко і закінчується приблизно через 30 40 хв. Ступінь перетворення при цьому складає x=92 95%. Технічне рішення, що заявляється дозволяє створити установку для одночасного змішування, нагрівання і синтезу вуглеводневих радикалів при проведенні реакції етерифікації з метою одержання біопалива та його зберігання більше шести місяців. Дослідний зразок у вигляді пілотної установки виготовлений і випробуваний в Черкаському державному технологічному університеті, а дослідна партія біопалива передана замовнику - фірмі „Екотех” м. Черкаси. Таблиця 1 Залежність температури і якості біопалива (зразок партії 1) від часу протікання процесу при частоті 15кГц Час синтезу, хв. Температура, °С Густина, кг/м3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 17 21 25 29 34 39 44 49 54 59 64 70 930 930 927 915 908 895 880 876 866 866 860 860 В'язкість,40°С, мм2/с 64 60 48 45 20 20 17 15 10 7 4,2 4,2 Йодне число, КОН/г 130 130 127 125 125 122 120 120 120 118 118 117 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 19494 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