СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИРА В ЖИДКОЕ ТОПЛИВО
METHOD OF PROCESSING FAT INTO LIQUID FUEL

Изобретение относится к способу получения сложных эфиров жирных кислот из жиров и может быть использовано при производстве жидкого топлива.
Известен способ получения сложных эфиров жирных кислот путем переэтерификации рафинированных или нерафинированных натуральных растительных масел, содержащих свободные жирные кислоты, низшими одноатомными спиртами при перемешивании в присутствии в качестве катализатора гидроокиси или алкоголята щелочного или щелочноземельного металла при температуре окружающей среды и атмосферном давлении с последующим отстоем, удалением тяжелой глицериновой фазы, добавлением воды для удаления оставшихся в сложноэфирной фазе примесей, смешением, отстоем, удалением водной фазы, процесс переэтерификации при смешении с последующим отстоем, отделением тяжелой фазы, добавлением воды для удаления примесей при смешении, отстоем и удалением водной фазы осуществляют в установке для перемешивания в емкости с переменным уровнем заполнения, в которой исключена зона отстоя из процесса взаимодействия компонентов, а катализатор и спирт подают в режиме циркуляции, причем удаление тяжелой фазы и водной фазы осуществляют через дренажное отверстие в емкости с уклоном в ее нижней части, при этом соотношение исходных триглицеридов жирных кислот натурального масла и низшего одноатомного спирта берут в молях равным 1:3 соответственно [Патент 2366646, С07С 67/03, С11С 3/10, С11С 3/00].
Недостатками данного способа являются значительная трудоемкость и применение дорогостоящей аппаратуры.
Наиболее близким, по технической сущности, к заявляемому изобретению является способ переработки животного жира в жидкое топливо, включающий подготовку сырья с содержанием свободных жирных кислот 10-40%, которое нагревают при температуре 55-60°С, затем отделяют влагу, примеси и осветляют, обработку подготовленного сырья осуществляют в два этапа при температуре 55-60°С, на первом из которых сырье дважды смешивают с концентрированной серной кислотой в количестве 5% или 10% к массе жирового сырья и этанолом или метанолом в течение 1 ч при перемешивании, причем после первого смешивания осуществляют отделение воды и спирта, а после второго - смесь выдерживают в течение 24 ч, при этом концентрированную серную кислоту и метанол или этанол берут в соотношении 20:1 при первом смешивании с сырьем, а при втором - в соотношении 40:1 соответственно, на втором этапе сырье обрабатывают смесью 0,82% метилата натрия и метанола при соотношении 6:1 соответственно в течение 1 ч при перемешивании, с последующим выдерживанием в течение 8-12 ч для разделения алкиловых эфиров жирных кислот, являющихся топливом, и глицерина, получение топлива [Патент №2381262, С11C 3/04].
Данный способ переработки животного жира в жидкое топливо имеет следующие недостатки: высокая себестоимость, значительная трудоемкость процесса.
Технический результат изобретения заключается в снижении себестоимости жидкого топлива, снижении трудоемкости технологического процесса.
Технический результат достигается тем, что способ переработки жира в жидкое топливо, включающий нагревание сырья, дважды смешивание сырья с концентрированной серной кислотой и этанолом или метанолом при перемешивании в течение 1 ч, выдерживание смеси в течение 24 ч и получение топлива, дополнительно проводят ферментативный гидролиз с использованием липазы, в качестве сырья берут жиры с содержанием свободных жирных кислот от 0,1 до 50%, нагревание жира до температуры 30-40°С, количество концентрированной серной кислоты составляет 1-3% к массе жирового сырья, соотношение жир:спирт составляет 6:1 при первом смешивании, при втором смешивании - 12:1 соответственно, дважды смешивание осуществляют при температуре 60-70°С.
Использование в качестве сырья жиров с содержанием свободных жирных кислот от 0,1 до 50%, нагревание жира до температуры 30-40°С, проведение ферментативного гидролиза с использованием липазы, уменьшение количества концентрированной серной кислоты до 1-3% к массе жира позволяет снизить себестоимость жидкого топлива.
Проведение дважды смешивания при температуре 60-70°С обеспечивает интенсивность прохождения процесса, что снижает трудоемкость.
Способ переработки жира в жидкое топливо осуществляют следующим способом:
Пример 1. Берут 1000 кг жиров, например растительный жир с кислотным числом 2,24 мг КОН/г (СЖК - 1,12%), нагревают до температуры 32°С. Берут 104 г сухого порошка липазы, смешивают со 100 литрами воды. Полученный раствор с рН=8,1 добавляют в подогретый растительный жир. Смесь перемешивают при температуре 32°С в течение 1 часа. Кислотное число полученной смеси составляет 135,22 мг КОН/г (СЖК=67,61%). Смесь перекачивают в емкость для отстаивания и отделения раствора липазы.
После отделения раствора липазы жир нагревают до 60°С для метанола (до 70°С для этанола), смешивают с 166,6 кг метанола (этанола) - соотношение жир:спирт составляет 6:1, добавляют 10 кг концентрированной серной кислоты (количество серной кислоты составляет 1% по отношению к массе жира) при постоянном перемешивании в течение 1 часа. Для удаления воды и повышения выхода эфиров к полученной смеси добавляют сухой порошок силиката. Смесь выдерживают в течение 24 ч для выделения глицерина. Отделяют глицерин.
Проводят второе смешивание. Полученные после отделения глицерина 860 кг жира нагревают до 60°С для метанола (до 70°С для этанола), смешивают с 71,6 кг метанола (этанола) - (соотношение жир:спирт составляет 12:1) и 8,6 кг концентрированной серной кислоты (количество серной кислоты составляет 1% по отношению к массе жира). К полученной смеси добавляют сухой порошок силиката. Смесь выдерживают в течение 24 ч для выделения глицерина. Отделяют глицерин от жидкого топлива.
Выход полученного жидкого топлива составляет 85,4%.
Пример 2. Берут 1000 кг жиров, например растительный жир с кислотным числом 82,2 мг КОН/г (СЖК - 41,1%), нагревают до температуры 35°С. Берут 286 г сухого порошка липазы, смешивают со 100 л воды. Полученный раствор с рН=7,0 добавляют в подогретый растительный жир. Смесь перемешивают при температуре 35°С в течение 1 часа. Кислотное число полученной смеси составляет 144,22 мг КОН/г (СЖК=72,11%). Смесь перекачивают в емкость для отстаивания и отделения раствора липазы.
После отделения раствора липазы жир нагревают до 60°С для метанола (до 70°С для этанола), смешивают с 166,6 кг метанола (этанола) - (соотношение жир:спирт 6:1) и добавляют 20 кг концентрированной серной кислоты - (количество серной кислоты составляет 2% по отношению к массе жира). Для удаления воды и повышения выхода эфиров к полученной смеси добавляют сухой порошок силиката. Смесь выдерживают в течение 24 ч для выделения глицерина. Отделяют глицерин.
Проводят второе смешивание. Полученные, после отделения глицерина, 860 кг жира нагревают до 60°С для метанола (до 70°С для этанола) смешивают с 71,6 кг метанола (этанола) - (соотношение жир:спирт 12:1) и 8,6 кг концентрированной серной кислоты (количество серной кислоты составляет 1% по отношению к массе жира). К полученной смеси добавляют сухой порошок силиката. Смесь выдерживают в течение 24 ч для выделения глицерина. Отделяют глицерин от жидкого топлива.
Выход жидкого топлива составляет 89,6%.
Пример 3. Берут 1000 кг жиров, например, животного происхождения с кислотным числом 12,6 мг КОН/г (СЖК - 6,3%), нагревают до температуры 35°С. Берут 104 г сухого порошка липазы, смешивают со 100 литрами воды. Полученный раствор с рН=7,4 добавляют в подогретый до 35°С животный жир. Смесь перемешивают в течение 1 часа. Кислотное число полученной смеси составляет 166,6 мг КОН/г (содержание СЖК=83,3%). Смесь перекачивают в емкость для отстаивания и отделения раствора липазы.
После отделения раствора липазы жир нагревают до 60°С для метанола (до 70°С для этанола), смешивают с 166,6 кг метанола (этанола) - (соотношение жир:спирт составляет 6:1), добавляем 30 кг концентрированной серной кислоты - (количество серной кислоты составляет 3% по отношению к массе жира) при постоянном перемешивании в течение 1 часа. Для удаления воды и повышения выхода эфиров к полученной смеси добавляют сухой порошок силиката. Смесь выдерживают в течение 24 ч для выделения глицерина. Отделяют глицерин.
Проводят второе смешивание. Полученные, после отделения глицерина, 860 кг жира нагревают до 60°С для метанола (до 70°С для этанола), смешивают с 71,6 кг метанола (этанола) - (соотношение жир:спирт составляет 12:1) и 8,6 кг концентрированной серной кислоты (количество серной кислоты составляет 1% по отношению к массе жира). К полученной смеси добавляют сухой порошок силиката. Смесь выдерживают в течение 24 ч для выделения глицерина. Отделяют глицерин от жидкого топлива.
Выход жидкого топлива составляет 82,8%.
Предлагаемый способ переработки жира в жидкое топливо позволяет использовать жиры животного и растительного происхождения с содержанием свободных жирных кислот от 0,1 до 50%.
Использование в качестве сырья жиров с содержанием свободных жирных кислот от 0,1 до 50%, нагревание жира до температуры 30-40°С, проведение ферментативного гидролиза с использованием липазы, уменьшение количества концентрированной серной кислоты до 1-3% к массе жира снижает себестоимость жидкого топлива на 10%.
Увеличение температуры нагревания жира до 60-70°С при проведении дважды смешивания обеспечивает повышение интенсивности получения жидкого топлива, вследствие чего снижается трудоемкость процесса на 20%.
Полученное жидкое топливо по предлагаемому способу не уступает дизельному топливу.
Предложенный способ апробирован в лаборатории кафедры «Агроинженерия» факультета технического сервиса в агропромышленном комплексе ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А.Столыпина.
Источники информации
1. Патент №2366646, С07С 67/03, С11С 3/10, С11C 3/00.
2. Патент №2381262, С11С 3/04 (прототип).