СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
METHOD OF PRODUCING BIODIESEL FUEL

Изобретение относится к производству (получению) биотоплива из возобновляемого сырья.
Известен способ получения биодизельного топлива (заявка №2007120876/13), включающий культивирование мицелиальных грибов рода Cunninghamella на питательной среде, содержащей глюкозу, дрожжевой экстракт, соли калия и магния в течение 116-120 ч с последующим отделением биомассы. Из биомассы экстрагируют липиды и направляют их на стадию щелочного метанолиза с получением биодизельного топлива, соответствующего показателям европейского стандарта EN 14214, а обезжиренную биомассу - на стадию получения хитина.
Недостатком способа является использование дорогостоящей питательной среды сложного состава для получения биомассы, из которой получают биодизельное топливо, длительное время инкубации (в течение 5 суток), недостаточное содержание липидов в биомассе.
Известен способ получения биодизельного топлива из растительных масел (патент №2346027), включающий смешение растительного масла с водородсодержащим газом, нагрев полученной смеси в трубчатой печи до 250-350°С, подачу нагретой смеси в реактор гидрокрекинга, в котором поддерживается давление 2-5 МПа, а в нижний слой катализатора подается холодный водород, отделение в сепараторе высокого давления водородсодержащего газа, часть которого отводится из установки, а остальной циркуляционным компрессором подается на смешение с растительным маслом, жидкость из сепаратора дросселируется в трехфазный разделитель, откуда отводится углеводородный газ, а жидкость разделяется на воду и жидкую углеводородную фракцию, из которой в ректификационной колонне выделяются дизельная и бензиновая фракции, а также тяжелый остаток.
Недостатком способа является сложная технологическая схема получения целевого продукта и необходимость использования разнообразной, часто труднодоступной, аппаратуры.
За прототип выбран способ получения метиловых (этиловых) эфиров жирных кислот (ГОСТ Р 51486-99 «Получение метиловых эфиров жирных кислот»). ГОСТ Р 51486-99 «Получение метиловых эфиров жирных кислот» устанавливает методы получения метиловых (этиловых) эфиров жирных кислот, предназначенных для аналитических целей. Данный ГОСТ предназначен для определения метиловых (этиловых) эфиров жирных кислот в готовом продукте - в растительных маслах и животных жирах, например, в пищевой промышленности при определении качества продукта (анализ продукта).
Метиловые (этиловые) эфиры жирных кислот, полученные из растительных масел или животных жиров, представляют собой биодизельное топливо (Сергеева Я.Э., Галанина Л.А., Андрианова Д.А., Феофилова Е.П. Липиды мицелиальных грибов как основа для получения биодизельного топлива // Прикладная биохимия и микробиология, 2008, Т.44, №5, С.576-581).
3
Способ по ГОСТ Р 51486-99 включает подготовку испытуемой пробы (продукта) - растительного масла или животных жиров - путем ее нагрева (п.5.2 ГОСТ Р 51486-99 «Получение метиловых эфиров жирных кислот»). Нагрев производят выше точки плавления продукта (растительного масла). После нагрева проводят щелочной этанолиз, в процессе которого образуются этиловые эфиры жирных кислот. Щелочной этанолиз производят внесением этанольного раствора гидроокиси калия в растительное масло, встряхиванием (перемешиванием) смеси с последующим ее отстаиванием (п.5.4 ГОСТ Р 51486-99 «Получение метиловых эфиров жирных кислот»). Этанольный раствор гидроокиси калия приготавливают с молярной концентрацией 2 моль/дм (п.5.3.2 ГОСТ Р 51486-99 «Получение метиловых эфиров жирных кислот»). При этом оптимальной температурой нагрева является нагрев до 80°С (Дворецкий С.И., Королев В.Н., Нагорнов С.А., Таров В.П. Техника и технологии псевдоожижения: процессы термообработки и вулканизации. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2006. С.32; сайт: http://www.bioethanol.ru), так как если к нагретому до данной температуры растительному маслу или животному жиру добавить спирт, в котором растворена щелочь, то из образовавшегося раствора в виде отдельной фазы образуется глицерин. В спиртовом растворе над слоем глицерина оказываются этиловые эфиры жирных кислот с небольшим количеством глицеридов. Катализатором в данном случае является этилат калия, образующийся в спиртовом растворе. После отстаивания слой, содержащий этиловые эфиры, декантируют (отделяют).
Недостатком прототипа является то, что в процессе проведения способа недостаточен выход биодизельного топлива.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение количества получаемого биодизельного топлива.
3
Технический результат достигается способом, включающим подготовку растительного масла с нагревом до 80°С, проведением щелочного этанолиза при помощи гидроокиси калия в этаноле молярной концентрации 2 моль/дм с получением эфирно-глицериновой смеси, которую сепарируют с образованием двух фракций - глицерина и смеси эфиров, смесь эфиров (биодизельное топливо) подвергают фильтрованию, сорбционной очистке и обезвоживанию, полученное биодизельное топливо складируют, в котором согласно изобретению, подготовку растительного масла осуществляют так, что перед нагревом растительное масло смешивают с 1%-м водным раствором энзимопробиотического препарата серии «Экофрэнд» и выдерживают полученную смесь в течение 24 ч при температуре 23-27°С, затем по истечении 24 ч выдерживания смесь растительного масла с этим препаратом нагревают до вышеуказанной температуры нагрева, причем продукты берут в следующем соотношении, мас/ч:
растительное масло - 5;
1%-ый водный раствор энзимопробиотического препарата серии «Экофрэнд» - 5;
гидроокись калия в этаноле - 5.
Изобретение отличается от прототипа тем, «что подготовку растительного масла осуществляют так, что перед нагревом растительное масло смешивают с 1%-м водным раствором энзимопробиотического препарата серии «Экофрэнд» и выдерживают полученную смесь в течение 24 ч при температуре 23-27°С, затем по истечении 24 ч выдерживания смесь растительного масла с этим препаратом нагревают до вышеуказанной температуры нагрева, причем продукты берут в следующем соотношении, мас/ч: растительное масло - 5; 1%-ый водный раствор энзимопробиотического препарата серии «Экофрэнд» - 5; гидроокись калия в этаноле - 5.
Способ осуществляют следующим образом. До момента проведения способа подготавливают:
- емкость, в которой осуществляют смешение растительного масла с раствором энзимопробиотического препарата серии «Экофрэнд»: резервуар из нержавеющей стали;
3
- емкость, в которой приготавливают гидроокись калия в этаноле молярной концентрации 2 моль/дм: подают 5 мас/ч этанола и 0,56 мас/ч гидроокиси калия и производят их перемешивание мешалкой до полного растворения;
- пластинчатый теплообменный аппарат;
- емкость, в которой получают биодизельное топливо: блок этерификации;
- сепаратор.
Для осуществления способа берут один из препаратов серии «Экофрэнд». Серия препаратов «Экофрэнд» относится к энзимопробиотическим препаратам (Блинов В.А., Буршина С.Н., Белов Р.Ф., Матвеева И.Ю. Особенности ферментативной активности препаратов серии «Экофрэнд» // Вавиловские чтения-2006. Материалы конференции, посвященной 119-ой годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова - Саратов, 2006, С.10-11) и включает следующие препараты:
1. Очиститель коровьих сосков;
2. Очиститель коровьих ног;
3. Универсальный стабилизатор стойла;
4. Универсальный очиститель стойла.
3
В резервуар из нержавеющей стали подают 5 мас/ч растительного масла и 5 мас/ч заранее приготовленного 1%-го водного раствора препарата серии «Экофрэнд» и перемешивают. Полученную смесь (10 мас/ч) выдерживают в течение 24 ч при температуре 23-27°С. По истечении 24 ч выдерживания смесь масла с раствором препарата серии «Экофрэнд» подогревают до 80°С с помощью пластинчатого теплообменника и направляют в блок этерификации для проведения щелочного этанолиза. Для этого на вход блока этерификации подают 5 мас/ч гидроокиси калия в этаноле молярной концентрации 2 моль/дм и 10 мас/ч смеси масла с раствором препарата серии «Экофрэнд» и перемешивают с получением эфирно-глицериновой смеси. Эфирно-глицериновую смесь далее обрабатывают по известной технологии (сайт: http://www.bioethanol.ru): указанную смесь подают в сепаратор, в котором осуществляют осаждение более плотной глицериновой фазы под действием силы тяжести с получением двух фракций: глицерина и смеси эфиров. Далее смесь эфиров (биодизельное топливо) подвергают фильтрованию, сорбционной очистке и обезвоживанию. Фильтр задерживает механические загрязнения и удаляет из эфира щелочь. Полученное биодизельное топливо складируют.
Из уровня техники неизвестно, что можно достигнуть технический результат при помощи предлагаемого изобретения, а именно увеличить количество получаемого биодизельного топлива, за счет той стадии его получения, на которой мы вносим раствор одного из препаратов серии «Экофрэнд», несмотря на то, что известны следующие свойства препаратов данной серии:
- способность ферментов препаратов серии «Экофрэнд» влиять на степень расщепления жиров (Блинов В.А., Буршина С.Н., Белов Р.Ф., Матвеева И.Ю. Особенности ферментативной активности препаратов серии «Экофрэнд» // Вавиловские чтения-2006. Материалы конференции, посвященной 119-ой годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова. - Саратов, 2006, С.10-11);
- свойство готового биодизеля (смесь этиловых эфиров насыщенных и ненасыщенных жирных кислот) увеличивать свою продолжительность горения и повышать свою теплотворную способность при его обработке растворами препаратов серии «Экофрэнд» (Блинов В.А., Ковалева С.В. Характеристика пробиотического препарата «Экофрэнд» и его применение в агропромышленном комплексе // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И.Вавилова. - 2009, №6 - С.9-13).
В таблице 1 приведена сравнительная характеристика показателей количества полученного биодизельного топлива при различных концентрациях препаратов серии «Экофрэнд».
Таблица 1
Сравнительная характеристика показателей количества полученного биодизельного топлива при различных концентрациях препаратов серии «Экофрэнд»
Концентрация водного раствора препарата серии«Экофрэнд», %
Выход полученного биодизельного топлива, %
Очиститель коровьих сосков
Очиститель коровьих ног
Универсальный стабилизатор стойла
Универсальный очиститель стойла
0,5
86
89
87
90
0,9
90
91
92
92
1,0
97
97
97
97
1,2
97
97
97
97
1,5
97
97
97
97
Как видно из таблицы, при 1%-й концентрации водного раствора любого из препаратов серии «Экофрэнд», самый максимальный выход биодизельного топлива.
В таблице 2 приведена сравнительная характеристика показателей количества полученного биодизельного топлива по способу прототипа и предлагаемому способу.
Таблица 2
Сравнительная характеристика показателей количества полученного биодизельного топлива по способу прототипа и предлагаемому способу
Выход полученного биодизеля из 5 мас./ч растительного масла, %
прототип
Предлагаемый способ
80
97
Как видно из таблицы, по предлагаемому способу выход этиловых эфиров жирных кислот больше на 17%.
Пример 1. Соединили 5 кг растительного масла и 5 кг 1%-го водного раствора препарата серии «Экофрэнд» (универсальный очиститель стойла), перемешали, выдержали в течение 24 ч при температуре 23°С. Нагрели полученную смесь до 80°С, провели щелочной этанолиз, получили эфирно-глицериновую смесь, из которой путем разделения на фракции получили биодизельное топливо в количестве 9, 7 кг.
Пример 2. Соединили 5 кг растительного масла и 5 кг 1%-го водного раствора препарата серии «Экофрэнд» (универсальный очиститель стойла), перемешали, выдержали в течение 24 ч при температуре 25°С. Нагрели полученную смесь до 80°С, провели щелочной этанолиз, получили эфирно-глицериновую смесь, из которой путем разделения на фракции получили биодизельное топливо в количестве 9,8 кг.
Пример 3. Соединили 5 кг растительного масла и 5 кг 1%-го водного раствора препарата серии «Экофрэнд» (универсальный очиститель стойла), перемешали, выдержали в течение 24 ч при температуре 27°С. Нагрели полученную смесь до 80°С, провели щелочной этанолиз, получили эфирно-глицериновую смесь, из которой путем разделения на фракции получили биодизельное топливо в количестве 9,9 кг.