Пользовательского поиска

 ПРОИЗВОДСТВО БИОТОПЛИВА ДВУХСТАДИЙНЫМ СПОСОБОМ
ПРОИЗВОДСТВО БИОТОПЛИВА ДВУХСТАДИЙНЫМ СПОСОБОМ Мировое производство биотоплива уже достигло десятков миллионов тонн и ежегодно растет на 20%. Совершенствуются и технологии по его получению. Примером может служить производство биотоплива из растительных масел и этанола двухстадийным способом, который имеет ряд преимуществ. Это - использование более безопасного для здоровья этилового спирта, высокий выход конечного продукта, низкие энергозатраты и т. д.
В настоящее время для производства биотоплива применяют метанол. Связано это с относительной простотой проведения процесса. Но метанол и его пары - это сильный яд (смертельной дозой для человека является 40 г). Использование метанола требует специальных мер безопасности, соответствующего оснащения и оборудования.
Применение же более безопасного этилового спирта для получения биодизеля связано с рядом технологических трудностей. Дело в том, что для ведения процесса требуется только абсолютный (безводный) этиловый спирт - даже незначительное содержание в нем воды (доли %) ведет к снижению выхода этиловых эфиров (биодизеля) до 60% или вообще прекращению реакции.

ОСОБЕННОСТЬ ПОЛУЧЕНИЯ
БИОТОПЛИВА С АБСОЛЮТНЫМ
СПИРТОМ

Получение абсолютного спирта требует применения дополнительного специального оборудования.
Предлагается двухстадийный способ получения этиловых эфиров жирных кислот, который исключает возможность протекания обратной реакции за счет разделения протекающих процессов.
На первой стадии происходит гидролиз триглицеридов с образованием жирных кислот и глицерина. На второй стадии проводится реакция этерификации образовавшихся жирных кислот этанолом, которая приводит к образованию смеси этиловых эфиров (биодизеля).
Чтобы обеспечить раздельное прохождение процесса, используются два колонных реактора, заполненных природным цеолитом, содержащим окислы Са и Mg (CaO, MgO). Количество этих природных цеолитов в реакторах, их тип, размер частиц и условия проведения процесса подобраны так: в первом реакторе происходит быстрая реакция гидролиза триглицеридов, а во втором полученные жирные кислоты вступают в реакцию этерификации с этанолом. Отличительной особенностью данного процесса является то, что благодаря выбранным цеолитам процесс гидролиза проходит при температуре около 60 оС и нормальном атмосферном давлении, в отличие от существующих процессов, которые требуют температуру более 200 оС.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

Растительное масло смешивается с водой (эмульгируется) в аппарате 3, нагревается до температуры около 60 оС и подается путем разбрызгивания в верхнюю часть колонного реактора 1, где на поверхности цеолитов происходит быстрая реакция гидролиза (2 - 2,5 сек). Образовавшиеся жирные кислоты, глицерин и вода осаждаются на дне колонны. Разделение образовавшейся смеси происходит за счет различной плотности полученных продуктов. Отделенные жирные кислоты подаются в аппарат 4, где смешиваются с гидратированным этиловым спиртом в соотношении не менее 1 : 2. Далее смесь разбрызгивается в верхней части колонного реактора 2, в котором обеспечивается реакция этерификации. В результате этого образуются этиловые эфиры, растворенные в избытке этилового спирта, и вода.
На дне колонны раствор этиловых эфиров отделяется от воды и подается в колонну фракционной ректификации 5. В результате перегонки происходит разделение этиловых эфиров и спирта. Спирт возвращается для последующего использования в процессе этерификации, а смесь эфиров (биодизель) поступает в емкость для хранения.
Преимущества двухстадийного процесса получения биодизеля:
использование более безопасного, чем метанол, этилового спирта;
применение гидратированного этилового спирта;
высокий выход конечного продукта, даже по сравнению с использованием абсолютного спирта (до 98 %);
низкие энергозатраты;
применение более дешевых природных цеолитов.
Важно, что данный процесс может быть использован на существующих спиртозаводах: технологическая линия получения спирта может быть продолжена предлагаемой линией получения биотоплива. Таким образом, предприятию обеспечено перепрофилирование на производство моторных топлив.

ПРОИЗВОДСТВО
АБСОЛЮТНОГО СПИРТА
КАК ДОБАВКИ К МОТОРНОМУ
ТОПЛИВУ

Этанол - химическое название этилового спирта. Получают его двумя путями.
Синтетический. Химическая реакции продуктов переработки нефти. Синтетический этанол имеет повышенное содержание пропилового спирта (пропанола).
Брожение (ферментация) сахаро- и крахмалосодержащего растительного сырья. Полученный жидкий продукт содержит этанол и другие примеси.
Последующей перегонкой продукта ферментации получают так называемый спирт-ректификат, содержащий 96 % объемных этанола, воду и следы примесей. В связи с тем, что этанол при данной концентрации образует азеотропную смесь с водой, получить более концентрированный спирт обычной перегонкой неозможно.
В последнее время этанол, получаемый из растительного сырья, часто называют биоэтанолом.
Этанол, применяемый как добавка к моторному топливу, получил название топливный этанол. Топливный этанол используется как кислородосодержащая добавка, которая уменьшает образование окиси углерода за счет полного сгорания топлива и заменяет такие добавки, как триэтилсвинец, МТБЭ, ЭТБЭ, которые загрязняют окружающую среду.
Этанол может быть смешан в различных пропорциях с бензином (обычно 5 - 10 %). В Бразилии эта смесь содержит до 24 % этилового спирта. Этанол также может быть добавлен к дизельному топливу. Обычно его содержание составляет 3 %, хотя испытания показали, что оно может быть увеличено до 10 %.
Основное требование к топливному этанолу - содержание воды не должно превышать 1 % об. Топливный этанол имеет следующие названия:
абсолютный спирт,
безводный спирт,
дегидратированный спирт,
энергетический спирт.
Требования к топливному этанолу в соответствии с требованиями стандарта ASTM D 4806 (США) представлены в таблице.
Топливный этанол, или абсолютный спирт, получают дегидратацией спирта-ректификата или синтетического этанола.
В настоящее время для этой цели применяются три основных технологических процесса:
технология с использованием молекулярных сит;
мембранные технологии;
азеотропная перегонка (дистилляция).
Технология с использованием молекулярных сит. Для этих целей используются синтетические цеолиты типа 3 А (Ангстрем) цеолит, изготовленные на основе кристаллических алюмосиликатов. Они поглощают воду в холодных условиях и десорбируют ее при нагреве. Технологически это обычно две или три колонны, заполненные цеолитом: пока в одной идет адсорбция воды, в другой происходит ее удаление путем пропускания горячего пара.
Эта технология характеризуется высокими исходными капиталовложениями, но имеет более низкие энергетические затраты по сравнению с перегонкой. Проблема в том, что эти цеолиты периодически надо менять, а они имеют очень высокую стоимость (более 700 дол./кг).
Мембранные технологии основаны на использовании гидрофильных мембран, через которые пропускается этанол-водная смесь. В результате получается высокоочищенный этанол (более 99,2 %) и вода, содержащая небольшое количество спирта, который в дальнейшем должен извлекаться перегонкой. Так как мембраны могут разрушаться механически или химически ("отравление мембран"), затраты на их ремонт и замену довольно существенны.
Азеотропная дистилляция основана на том, что перед перегонкой спиртоводная смесь смешивается с третьим компонентом (циклогексан, бензол, толуол, кетоны и т. п.), который сдвигает температуру кипения азеотропной смеси и позволяет произвести отгонку спирта. Технологически это две колонны: колонна дегидратации и колонна извлечения (декантер). Этот процесс позволяет получить 99,5 %-ный спирт, а вводимый компонент регенерируется и снова используется в процессе. По данной технологии для производства 1000 л абсолютного спирта требуется:
спирт-ректификат - 1064 л;
пар - 1,8 МТ;
электроэнергия - 60 кВт;
холодная вода - 4 куб. м;
вводимый компонент - 1,8 кг.
В среднем затраты на получение 1 л абсолютного спирта из спирта-ректификата составляют 0,3 - 0,35 доллара.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ПОДДЕРЖКА

Безусловно, внедрение технологии производства биотоплива двухстадийным способом, как, впрочем, и известных других, требует определенных инвестиций. При этом достоинства биотоплива очевидны, и в его получении, в первую очередь, должно быть заинтересовано государство. Например, в развитых странах Европы и США власти выделяют миллиарды долларов в год на разработку и совершенствование технологий по производству биотоплива. Фермеры получают прямые субсидии на выращивание пригодных для переработки сельхозкультур (в Европе - 46 долларов на гектар рапса). Переработчикам законодательно вменено в обязанность смешивать нефтяное топливо с "зеленым" продуктом; используя биотопливо, они нередко получают частичное освобождение от налогов или даже прямые субсидии. Заправки обязаны иметь биотопливо, применение которого, помимо всего прочего, поддерживается налоговыми послаблениями и даже полным освобождением от фискальных поборов (в Германии биотопливо не считается топливом и не облагается соответствующими налогами). А в Швеции, например, машины, работающие на биотопливе, освобождают от платы за парковку в центре города.
Конечно, биотопливо существенно потеснить нефть не сможет. Но если не будет придумано что-то кардинально новое, биотопливо может занять нишу в десять, максимум пятнадцать процентов рынка моторных топлив.

СТОИМОСТЬ СПИРТОВ НА 01.08.2007

1.Стоимость метилового спирта в Украине 6,5-7,0 долларов США за 10
литров (без НДС);
2.Стоимость продукции на условиях ВАГ - граница Украины:
спирта этилового ректифицированного из мелясы - 3,9 долларов США за 10
литров;
спирта этилового ректифицированного из зерна:
- 5,0 доллара США за 10 литров - "высшая очистка";
- 5,4 доллара США за 10 литров - "экстра";
- 5,6 доллара США за 10 литров - "люкс";
спирта этилового технического (96 %) - 460 долларов США за тонну;
спирта этилового технического (99 %) - 500 долларов США за тонну;
ВКД - 510 долларов США за тонну.
В случае получения продукции на заводе (ЕХУ) стоимость уменьшается ориентировочно на 0, 2 доллара США за 10 литров, или 24 доллара США за тонну.
На условиях ГОВ стоимость увеличивается на 0,083 доллара США за 10 литров, или 10 долларов США за тонну.



Биодизель - это смесь метиловых или этиловых эфиров жирных кислот. Эти кислоты получают
путем реакции переэтерификации триглицеридов, образующих растительные масла,
соответственно, с метиловым или этиловым спиртом.

CH2OC=OR1
|
CHOC=OR2 + 3 R- OH (CH2OH)2CH-OH + CH3COO-R1 + CH3COO-R2 + CH3OC=O-R3
|
CH2COOR3


Триглицериды + спирт ---> глицерин + смесь эфиров жирных кислот,
где R1, R2 и R3 - высшие насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты от С10 до С22,
R-OH одноатомный спирт (метиловый, этиловый).
В качестве побочного продукта образуется глицерин.
Реакция переэтерификации является обратимой, поэтому большую роль при ее проведении
играет катализатор, который образуется смешением щелочей (в основном гидроокиси калия -
КОН или натрия - NaOH) с образованием соответствующего алкоголята по реакции
KOH + ROH - ROK + H2O
или
NaOH + ROH - RONa + H2O.
Активной частью этого катализатора является анион алкоголята RO, который
и обеспечивает протекание реакции переэтерификации.
Образование этого аниона очень чувствительно к содержанию воды в спирте,
особенно это влияние сказывается при использовании этилового
и изопропилового спирта.



Удачный выбор, № 60 от 01.12.2007
Дмитрий ТУРЧЕНКО
PageRank Button Яндекс цитирования