СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА НА ОСНОВЕ РАПСОВОГО МАСЛА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
METHOD OF PRODUCING BIOFUEL BASED ON RAPESEED OIL FOR DIESEL CAR AND TRACTOR ENGINES

Ресурсосберегающий способ производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей относится к сельскохозяйственному производству и может найти применение при изготовлении из семян рапса биотоплива с последующим использованием его в автотракторных двигателях.
Известны технологии получения биодизельного топлива на основе рапсового масла для использования в автотракторных двигателях (Аблаев А.Р. Производство и применение биодизеля: справочное пособие / А.Р.Аблаев и др. - М:. АПК и ППРО, 2006. - 31 с., прототип), в которых с целью нейтрализации жирных кислот рапсового масла используют метанол.
Недостатком данного способа является использование метанола, который является сильным ядом, взрыво- и пожароопасным веществом, вследствие чего происходит усложнение конструкции перерабатывающего оборудования. После получения конечного продукта - биотоплива - из него выпаривают метанол и растворитель. В итоге себестоимость получаемого биотоплива оказывается высокой, а технология его получения экологически опасной и требующей больших материальных затрат.
Задачей нового способа является снижение себестоимости биотоплива и экологической опасности производства.
Технический результат, в отличие от прототипа, достигается за счет того, что для нейтрализации жирных кислот рапсового масла используют 20%-ный раствор едкого калия в количестве 0,25%-ный от объема рапсового масла, после чего отделяют выпавший осадок жирных кислот, а очищенное рапсовое масло смешивают с дизельным топливом в соотношении 2,5:1.
На фиг.1 показана зависимость выпадения количества осадка от концентрации едкого калия. На фиг.2 показана зависимость времени и количества осадка от объема едкого калия. На фиг.3 - изменение вязкости чистого рапсового масла и биотоплива после нейтрализации жирных кислот. На фиг.4 - реакция щелочной нейтрализации жирных кислот рапсового масла. На фиг.5 - схема способа производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей.
Пример.
С целью определения наиболее оптимальной концентрации едкого калия при нейтрализации жирных кислот в рапсовом масле проводились опыты: в пробирки (ГОСТ 1770-74), емкостью 100 мл, заливалось отфильтрованное и очищенное механическим способом (согласно технологии) рапсовое масло, полученное в результате отжима семян рапса (урожай 2008 года), после чего в пробирки добавлялся раствор едкого калия в концентрациях 10%, 20%, 30%, 40% в количестве 0,3% от объема масла. Далее проводилось смешивание в течение 10 минут путем перемешивания двух жидкостей в пробирке с помощью механической мешалки. После проводилось отстаивание масла в течение 1 часа для определения количества получившегося осадка. Опыты проводились с трехкратной повторностью при температуре масла 55°С, результаты представлены в таблице 1.
По результатам опытов видно, что при концентрации едкого калия свыше 20% (фиг.1, табл.1) объем выпавшего осадка увеличивается незначительно, что свидетельствует о целесообразности использования данной концентрации как наиболее оптимальной с точки зрения эффективности и незначительных материальных затрат на приготовление раствора едкого калия.
Таблица 1
Результаты опытов по определению оптимальной концентрации едкого калия
Концентрация КОН, %
Выпавший осадок, мл
1 опыт
2 опыт
3 опыт
Среднее значение
10
6
6,2
6
6,07
20
8
8,5
8,4
8,3
30
8,4
8,4
8,7
8,6
40
8,5
8,8
8,9
8,73
Для определения оптимального количества едкого калия, которое добавляется в рапсовое масло для нейтрализации жирных кислот, проводились опыты с добавлением 0,05%, 0,1%, 0,15%, 0,25%, 0,5%, 1%, 1,5% от объема масла 20%-ного раствора едкого калия. После проводилось смешивание в течение 10 минут путем перемешивания двух жидкостей в пробирке с помощью механической мешалки. Время выпадения осадка определялось по формированию отчетливо видной границы между маслом и выпавшим осадком на дне пробирки. Опыты проводились с трехкратной повторностью при температуре масла 55°С.
Из результатов опытов (фиг.2, табл.2) видно, что увеличение объема едкого калия свыше 0,25% не увеличивает объем выпавшего осадка и мало влияет на время выпадения, что позволяет принять данное значение как оптимальное.
3
Результатом щелочной нейтрализации (фиг.3) является снижение плотности рапсового масла на 2-3% (с 915 до 890 кг/м при 20°С), вязкости 8-10% (с 66 до 60 сСт при 20°С), что положительно повлияет на прокачиваемость биотоплива по системе питания двигателя, кроме того, отделение жирных кислот от масла позволит снизить нагарообразование в цилиндрах дизельного двигателя при сгорании.
Таблица 2
Результаты нейтрализации жирных кислот рапсового масла
Количество КОН от объема масла, %
Осадок, мл
Время выпадения осадка (среднее значение), мин
1 опыт
2 опыт
3 опыт
Среднее значение
0,05
4
4,08
4,04
4,04
21,3
0,1
6,05
6,11
6,18
6,11333
18,6
0,15
7,34
7,38
7,45
7,39
16,2
0,25
8,12
8,15
8,13
8,13333
13,4
0,5
8,18
8,2
8,17
8,18333
12,2
1
8,21
8,22
8,25
8,22667
11,6
1,5
8,3
8,31
8,28
8,29667
10,4
На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что наиболее рациональный объем едкого калия для нейтрализации жирных кислот рапсового масла является 0,25% от объема масла при концентрации 20%
Приведена реакция щелочной нейтрализации жирных кислот рапсового масла, в результате которой получено очищенное рапсовое масло (фиг.4).
Приводится технологическая схема производства биотоплива из рапсового масла с минимально возможными технологическими затратами (фиг.5). После отжима масла и предварительной его механической очистки (фильтрация, центрифугирование) от продуктов отжима масло поступает в реактор, где приводится нейтрализация жирных кислот. Процесс нейтрализации происходит в нейтрализаторе - разделителе, где масло смешивается с 20-процентным раствором едкого калия, который добавляется в количестве 0,25% от объема рапсового масла. В реакторе происходит реакция щелочной нейтрализации с выпадением осадка солевых кислот. Приготовление раствора едкого калия осуществляется в специальном смесителе с мешалкой, после чего через дозатор добавляется в масло. После слива осадка очищенное рапсовое масло насосом перекачивается в смеситель, где смешивается с дизельным топливом в соотношении 2,5:1 соответственно.
Снижение себестоимости и экологической опасности производства достигнуто использованием 20%-ного раствора едкого калия, который является более дешевым и менее агрессивным, чем метанол (прототип), нейтрализатором жирных кислот. Предложенный способ производства может быть легко реализован в промышленных объемах в условиях сельскохозяйственного производства.