СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖИДКОГО БИОТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTINUOUS COMPONENT DISPENSING DURING LIQUID BIOFUEL PRODUCTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области топливной энергетики и касается приготовления биотоплива на основе растительных или животных масел, а также продуктов их этерификации. Биотопливо может быть использовано во всех типах дизельных двигателей как самостоятельно, так и в смеси с обычным дизтопливом.
Известен способ получения биодизельного топлива по патенту [RU 2412236 С2, C11C 3/04, 15.12.2008], в котором рапсовое масло обрабатывают путем переэтерификации этиловым спиртом, при объемном соотношении 0,5-1,0:10-15 до гомогенного состояния. Полученную смесь направляют в реактор, в котором осуществляют переэтерификацию при температуре 250-280°C, давлении 15-20 МПа, в течение 5-10 минут, охлаждают смесь и подают в экстрактор. Затем осуществляют экстракцию диоксидом углерода в сверхкритических условиях при расходе диоксида углерода 20-35 л/ч, температуре 240-260°C и давлении 15-20 МПа. Полученную гомогенную смесь подают в первый сепаратор для отделения глицерина от целевого продукта при давлении 0,5 МПа и температуре 20-30°C. Целевой продукт подают во второй сепаратор для отделения этилового эфира жирной кислоты от диоксида углерода при давлении 0,2-0,3 МПа и температуре 5-10°C. Целевой продукт подают во второй сепаратор для отделения от диоксида углерода при давлении 0,1-0,15 МПа и температуре 10-20°C. Выделенный во втором сепараторе диоксид углерода целесообразно направлять на рецикл.
Недостатки вышеуказанного способа заключаются в том, что компонентом в качестве алкоголголятора используется этиловый спирт, при использовании которого наблюдается неполнота протекания реакции. Рабочая смесь подвергается высоким температурам, что приводит к повышенным энергозатаратам.
Известен способ получения биодизельного топлива по патенту [RU 2393006 C1, B01F 5/00, 29.12.2008], который включает смешивание растительного масла, спирта и катализатора, кавитационную обработку смеси до получения однородной эмульсии и разделение эмульсии на биодизель и глицерин, которое осуществляют воздействием центробежного поля. Затем полученный биодизель смешивают с дизельным топливом и отработанным моторным маслом в следующем объемном соотношении: биодизель до 50%, дизельное топливо до 65%, отработанное моторное масло до 5%. Смесь повторно подвергают кавитационной обработке с дальнейшей ее очисткой от механических примесей воздействием центробежного поля. Кроме того, после кавитационной обработки эмульсии перед ее разделением на биодизель и глицерин обеспечивают процесс перемещения эмульсии для завершения реакции этерификации.
Известно устройство для осуществления данного способа, включающее емкость с катализатором, емкость со спиртом, емкость с очищенным растительным маслом, накопительную емкость для биодизеля, насосы, дозаторы, кавитатор, центробежный очиститель, камеру смешивания, накопительную емкость для глицерина и биодизельного топлива.
По свойствам и признакам этот способ и устройство для его реализации наиболее близок с предлагаемым техническим решением и принят за прототип.
В качестве недостатков этого способа и устройства следует отметить: использование в процессе этерефикации метанолового спирта, что ухудшает протекание реакции, использование в конструкции установки нескольких дозаторов, которые усложняют процесс смешивания компонентов реакции, что приводит к увеличению потребляемых энергоресурсов.
Задачей изобретения является снижение энергозатрат при производстве биотоплива и упрощение установки для его получения.
Поставленная задача достигается тем, что в процессе смешивания дозирование исходных компонентов осуществляется непрерывно посредством изменения количества подаваемого спирта и определения массового соотношения масло/спирт за счет контролируемого падения температуры рабочей жидкости в пределах Δt=8…10°C на входе и на выходе кавитатора; штоковый дозатор, соединенный посредством гидролинии с емкостью со спиртом с щелочью, установлен на корпусе кавитатора, с возможностью его регулировки для обеспечения непрерывного дозирования различного количества спирта, емкость для масла соединена гидролинией через насос с входным патрубком кавитатора, для подачи растительного масла с постоянным расходом, выходной патрубок кавитатора соединен с накопительной емкостью отстойником для биотоплива, при этом на гидролинии перед входным патрубком и после выходного патрубка установлены датчики температуры, соединенные в сеть с прибором измерителем-регистратором, для обеспечения контроля значений температуры смеси.
Предлагаемое изобретение поясняется схемой устройства для осуществления способа непрерывного дозирования компонентов при производстве жидкого биотоплива фиг.1.
Устройство содержит насос 1 (фиг. 1), кавитатор 2, емкость для масла 3, емкость 4 для спирта с щелочью, штоковый дозатор 5, датчики температуры ОВЕН ДТПL 011-0,5/1,5, 6 и 7, прибор измеритель-регистратор 8 ОВЕН ТРМ200, а также накопительную емкость 9 отстойник для биотоплива.
Способ непрерывного дозирования компонентов при производстве жидкого биотоплива осуществляется следующим образом.
Предварительно очищенное растительное масло смешивают со спиртом и небольшим количеством катализатора, например гидроокиси калия (KOH), в определенном соотношении в зависимости от типа используемого масла и спирта. Смешивание исходных компонентов происходит в кавитаторе проточного типа. В процессе смешивания дозирование исходных компонентов осуществляется непрерывно посредством изменения количества подаваемого спирта и определении массового соотношения масло/спирт, находящихся в пределах между максимально допустимым значением (6:1), и стехиометрическим значением для реакции этирификации растительных масел (9:1). Определение массового соотношения масло/спирт осуществляется за счет контролируемого падения температуры смеси в пределах Δt=8…10°C на входе и на выходе кавитатора. В этом диапазоне достигается наилучшее соотношение масло/спирт для конкртеного типа растительного масла, для конкретного спирта, катализатора и для данной в этот момент температуры исходных компонентов.
После кавитационной обработки смесь попадает в накопительную емкость-отстойник для биотоплива.
Устройство для осуществления способа непрерывного дозирования компонентов при производстве жидкого биотоплива работает следующим образом.
Емкость для масла 3, в которую загружают растительное масло, соединена с насосом 1 посредством гидролинии, подключенной к входному патрубку кавитатора 2. При прохождении масла через кавитатор 2 в его эжекторной части создается разрежение. Под действием разряжения спирт подается из емкости 4 для спирта с щелочью через штоковый дозатор 5 в кавитатор 2, в котором происходит интенсивное смешивание всех компонентов и протекает реакция этерификации. Массовое соотношение масло/спирт устанавливается непрерывно в процессе дозирования компонентов изменением положения штока дозатора 5. В зависимости от показаний, датчиков температуры ОВЕН ДТПL 011-0,5/1,5 6 и 7, фиксирующих температуру, соединенных в сеть с прибором измерителем-регистратором 8, ОВЕН ТРМ200, который имеет функции вычисления разности измеряемых величин, и позволяют фиксировать значения смеси на входе и выходе кавитатора. При достижении момента контролируемого падения температуры смеси в пределах Δt=8…10°C обеспечивается наилучшее соотношение масло/спирт для конкретного типа растительного масла, спирта, катализатора и для данной в этот момент температуры исходных компонентов. Далее смесь попадает в накопительную емкость 9 отстойник для биотоплива.
Пример конкретного выполнения.
3
3
3
2
Заявляемый способ реализован с помощью устройства для непрерывного дозирования компонентов при производстве жидкого биотоплива производительностью 600 л/час. Исходными сырьевыми компонентами для получения биотоплива являлись: рапсовое подсолнечное масло и спирт. Кроме того, в качестве катализатора использована гидроокись калия (KOH) в количестве 1% от массы используемого масла. Устройство содержит емкость для растительного масла объемом 0,3 м, емкость для раствора спирта с щелочью объемом 0,2 м, и накопительную емкость-отстойник для полученного биотоплива объемом 0,6 м. Исходные компоненты попадают в кавитатор. Растительное масло через насос под давлением 4 кгс/см. Спирт с щелочью подается через штоковый дозатор, установленный на корпусе кавитатора, в котором происходит интенсивное смешивание всех компонентов и начинает протекать реакция этерификации. Массовое соотношение масло/спирт устанавливается непрерывно в процессе дозирования компонентов изменением положения штока дозатора. В зависимости от показаний датчиков температуры ОВЕН ДТПL 011-0,5/1,5, фиксирующих температуру, соединенных в сеть с прибором измерителем-регистратором, ОВЕН ТРМ200, который имеет функции вычисления разности измеряемых величин, и позволяют фиксировать значения смеси на входе и выходе кавитатора. При достижении момента контролируемого падения температуры смеси в пределах Δt=8…10°C (определено экспериментально), обеспечивается наилучшее соотношение масло/спирт для конкретного типа растительного масла, спирта, катализатора и для данной в этот момент температуры исходных компонентов. Далее смесь попадает в накопительную емкость отстойник для биотоплива.
Применение предложенного способа и устройства для его осуществления позволит осуществлять непрерывное дозирование компонентов при производстве жидкого биотоплива, основанное на учете влияния разности температур смеси на входе и выходе кавитатора, при изменении количества подаваемого спирта и позволяет получить биотопливо с наилучшими эксплуатационными показателями, а также обеспечить снижение энергозатрат на 20-30% за счет уменьшения количества технологических операций.