No title

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАН Украины

 

+(38044) 424-13-96

+(38044) 424-98-86

 

НА ГЛАВНУЮ    О ЛАБОРАТОРИИ    ТЕХНОЛОГИИ   ПРОЕКТЫ    СТАТЬИ    ВНЕДРЕНИЯ    КОНТАКТЫ

 

 

 

Оборудование для косметической отрасли и фармацииОборудование для ветеринарииОборудование для пищевой промышленностиоборудование для производства топлив, масел, ГСМ 

 

 

Статьи:

 English

Оборудование для:

 

Оборудование для:

 • Фармации и косметической отрасли

 • Пищевой промышленности

 • Ветеринарии

 • Производства топлив, масел, ГСМ

 

Рекламные проспекты:

reclama-01.JPG

reclama-02.JPG

 

УДК 662.758

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИ-ВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПОВ ДИВЭ И ТЕПЛОНАСОСНОГО ЦИКЛА

А.А. Долинский, академик НАН Украины, Л.Н. Грабов, канд. техн. наук, О.И. Шматок

_____________________________________________

 Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. Желябова, 2а, Киев-57, 03057, Украина

 

Розроблена технологія неперервної дії для отримання біодизельного палива, яка ґрунтується на принципах дискретно-імпульсного введення енергії (ДІВЕ). Запропонована схема рекуперації теплоти отримуваних продуктів з метою підвищення енергоефективності біоенергоконверсії.

Разработана непрерывная технология получения биодизельного топлива, основанная на принципах дискретно-импульсного введения энергии (ДИВЭ). Предложена схема рекуперации теплоты получаемых продуктов с целью повышения энергоэффективности биоэнергоконверсии.

The continuous technology of reception of the biodiesel fuel, based on principles of discrete-pulse introduction of energy (DPIE) is developed. The scheme of recuperation of warmth of received products for the purpose of increase energyeefficiency of bioenergyconvercion is offered.

Ключевые слова: дискретно-импульсный ввод энергии, энергоэффективность, интенсификация, био-энергоконверсия.

Применение биотоплива на транспорте является важным способом сокращения выбросов вред-ных веществ в атмосферу.

Общее производство жидкого биотоплива в мире возросло с 16 млрд. л в 2000 году до 100 млрд. л в 2010 году [1]. Сегодня жидкие биотоплива составляют около 3 % всего топлива для транспорта, а так-же достигают существенной доли в некоторых странах, наиболее активно развивающих данный сектор.

По оценкам Международного энергетического агенства (МЭА), проведенным в 2011 году, к 2050 году доля биотоплив в транспортной сфере может увеличиться до 750 млн. т.н.э. (по сравнению с теку-щим уровнем в 55 млн. т.н.э.) и составить 27 % всего транспортного топлива, позволяя уменьшить объе-мы вредных выбросов транспорта на 20 % и сократить мировую зависимость от ископаемых видов топ-лива [2].

Технологии получения биодизельного топлива из растительных масел основаны на процессе пе-реэстерификации масел метиловым или этиловым спиртом, с использованием катализаторов щелочного типа. Для проведения процесса, как правило, используют емкостные аппараты с механическим переме-шиванием, в которых невозможно эффективное проведение тепломассообменных и физико-химических процессов переэстерификации. Недостатком такой технологии является значительный расход энергии на проведение технологических операций.

Важным показателем производства и использавания топлив является коэффициент энергетической рентабильности (Energy Return On Investment (EROI)), который показывает соотношение энергии, полу-чаемой при сжигании топлива, и энергии, затраченной на его получение.

На рисунке 1 показаны три основных этапа производства биодизельного топлива из рапса мето-дом переэстерификации масла метиловым спиртом. Показана энергия затрачиваемая на переработку на каждом этапе, общие затраты энергии и энергетическая емкость продуктов переработки [3]. Соотноше-ние общих энергозатрат на производство масла и полученной от масла энергии составляет 1:2,3 (EROI=2,3), то есть энергетическая прибыль при использовании масла в качестве топлива равна 130 %. Как видно из рис. 1, при переработке масла в биодизельное топливо методом переэстерификации масла метиловым спиртом затрачивается значительное количество энергии, что снижает энергетическую при-быль по сравнению с использованием необработанного масла до 50 % (EROI=1,5). Из этого следует, что для эффективного получения биодизельного топлива на основе растительных масел необходимо умень-шать энергозатраты на этапе переработки масел, повышая таким образом энергетическую рентабель-ность производства биодизеля. Данная задача является приоритетной на современном этапе разработки технологий получения биодизельного топлива из растительных масел.

Рис. 1 – Энергетический баланс производства биодизельного топлива из рапса (при урожайно-сти 3,2 т/га):    - энергозатраты на данном этапе обработки;    - общие энергозатраты;    - энергетическая емкость целевых продуктов;   - энергетическая емкость побочных продуктов.

В ИТТФ НАН Украины предложена технология получения биодизельного топлива с использова-нием принципа дискретно-импульсного введения энергии (ДИВЭ), реализованного в роторно-пульсационном аппарате (РПА), которая позволяет снизить необходимые температурные параметры и сократить время протекания процесса переэстерификации.

Экспериментальные исследования проводились с использованием для переэстерификации расти-тельных масел метилового и этилового спиртов при оптимальных экспериментально определенных зна-чениях избытка спирта в реакционной смеси и количества катализатора. Результаты исследований пред-ставлены в виде графических зависимостей времени выхода биодизеля от температуры проведения пере-эстерификации в сравнении с зависимостями, полученными при аналогичных параметрах с использова-нием объемного реактора (рис. 2). На графиках выход биодизеля показан в процентах от теоретически возможного.

а)                                                      б)

Рис. 2 – Зависимости выхода биодизеля с использованием разных технологий и оборудования: а) переэстерификация метанолом; б) переэтерификация етанолом;    – переэстерификация в объемном реакторе;   – переэстерификация с помощью метода ДИВЭ, реализованного в РПА.

Сравнительный анализ кривых показывает, что при использовании метода ДИВЭ для проведения переэстерификации растительных масел метиловым спиртом процесс проходит значительно интенсив-нее, чем при применении объемного реактора. При температуре реакционной смеси масло-метанол на уровне 60 °С, полное прохождение процесса (выход эфиров – 99…100 %) удается достичь менее чем за 1 мин. при однократном пропускании смеси через рабочий объем РПА. При аналогичных условиях при использовании для проведения переэстерификации объемного реактора с перемешивающим устройством для полного прохождения процесса необходимо около 10 минут. При температуре проведения процесса 30 °C на стенде с использованием РПА удается достичь полного завершения процесса за 3…4 мин., в то время как в объемном реакторе при такой же температуре выход эфиров не превышает 30...50 % при про-ведении процесса на протяжении нескольких часов.

Анализ кривых переэстерификации рапсового масла этиловым спиртом показывает уменьшение времени полного прохождения процесса переэстерификации с 150 мин при применении объемного реак-тора, до 60 мин при использовании для проведения процесса РПА при температуре  80 °C, а так же по-зволяет добиться полного выхода эфиров при температуре 60 °С.

На основе проведенных экспериментальных исследований переэстерификации растительных ма-сел метиловым и этиловым спиртами с использованием РПА были определены рациональные теплофи-зические параметры проведения процесса (табл. 1).

Для переэстерификации растительных масел метиловым спиртом были выбраны параметры про-ведения процесса, которые дают возможность организовать непрерывную технологию получения биоди-зельного топлива.

Для переэстерификации растительных масел этиловым спиртом критериями выбора рациональ-ных параметров были: уменьшение времени проведения процесса и снижение температуры ниже точки кипения этилового спирта.

Табл. 1. Параметры проведения процесса переэстерификации растительных масел метиловым и этиловым спиртами в объемном реакторе и с использованием РПА

 

С метанолом

С этанолом

В объеме

В РПА

В объеме

В РПА

Температура, °С

50-60

45-50

80-90

65-70

Давление, МПа

0,1

0,1

0,12 - 0,18

0,1 - 0,14

Время реакции, мин

10-15

< 1

150 - 170

50-70

Избыток спирта, %

10-20

10-20

15-30

15-30

Тип катализатора

щелочной

щелочной

щелочной

щелочной

 На основе обобщенных данных экспериментальных исследований в ИТТФ НАН Украины разра-ботана технология получения биотоплива непрерывного действия с использованием принципа ДИВЭ, реализо-ванного в роторно-пульсационном аппарате.

Непрерывность процесса позволяет осуществить полную автоматизацию производства биотопли-ва и использовать теплонасосное оборудование для рекуперации тепла выходных продуктов (биодизель и глицерин) с передачей его исходным компонентам (растительное масло и метанол), что значительно повышает общую эффективность биоэнергоконверсии исходных компонентов.

Принципиальная схема получения биодизельного топлива в непрерывном режиме с рекуперацией теп-ла выходных продуктов представлена на рис. 3.

Для реализации технологии подготовлена конструкторская документация на научно-техническую продукцию «Станция приготовления биотопливных смесей» производительностью 1000 кг/час. Разрабо-тана конструкторская документация на новый дисково-цилиндрический диспергатор-гомогенизатор, ко-торый является основным узлом разработанной установки. Предлагаемая технология может быть ис-пользована, как на производствах небольшой мощности на фермерских хозяйствах, так и при организа-ции крупномасштабных производств.

Рис. 3 – Схема получения биодизельного топлива в непрерывном режиме с рекуперацией тепла: РС – реактор-смеситель; БЕ – буферная емкость; РПА – роторно-пульсационный аппарат; РТ – реактор трубчатый; В1, В2 – испарители; Т1, Т2 – теплообменники рекуператоры; Н1, Н2, Н3 – насосы.

Выводы:

1. Предложена технология и оборудование непрерывного действия на основе реализованного в роторно-пульсационном аппарате принципа ДИВЭ, который позволяет снизить температуру проведения процесса переэстерификации и, соответственно, повысить общую эффективность биоэнергоконверсии растительного сырья.

2. Организация непрерывного получения биодизеля в потоке позволяет осуществить полную ав-томатизацию производства и организовать рекуперацию тепловой энергии, затрачиваемой на нагрев ис-ходных компонентов, что дает возможность снижения общих энергетических затрат производства био-дизеля на 40…60 % по сравнению с традиционными технологиями.

ЛИТЕРАТУРА:

1.      Eric L. Garza The Energy Return on Invested of Biodiesel in Vermont/ Runstein School of Environment and Natu-ral Resources Gund Institute for Ecological Economics, University of Vermont Burlington? April 24, 2011, c. 23

2.      Technology Roadmap Biofuels for Transport, МЭА 2011 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.iea.org/papers/2011/biofuels_roadmap.pdf

3.      Хохотва О.П. Зелене паливо: Європейський досвід / О.П. Хохотва // Нафтовий огляд «Термінал». – 2006. – №35. – С. 8-11.

 

Лаборатория Гигротермических Процессов

Лаборатория Гигротермических Процессов

ИТТФ НАНУ

Все права защищены ® 2009-2015