СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ СЫРЬЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING BIODIESEL FUEL FROM VEGETABLE MATERIAL

Изобретение относится к области производства моторных топлив, а именно - области производства дизельного топлива из продуктов переработки растительного сырья, и может быть использовано при производстве биодизельного топлива из растительных масел.
Биодизельное топливо представляет собой вид экологически чистого топлива для дизельных двигателей из возобновляемого источника, в частности, растительного сырья - масла рапса, подсолнечника, льна, сои, и предназначено для замещения обычного дизельного топлива.
Биодизель - это альтернативное экологически чистое, относительно дешевое дизельное топливо, вырабатываемое из местного растительного сырья. Биодизель получают из растительных масел (самое дешевое - рапсовое) путем реакции переэтерификации. Основные реагенты: растительное масло и метанол с добавлением незначительного количества катализатора - щелочи (КОН). В известных технологических схемах производства биодизеля на установках циклического действия с применением щелочного катализатора продолжительность реакции достигает 8 часов. Такое длительное время реакции не дает возможности создания установок большой производительности и требует больших производительных площадей.
С химической точки зрения биодизель представляет собой смесь эфиров жирных кислот. При его производстве, в процессе переэтерификации, масла и жиры вступают в реакцию с метиловым или этиловым спиртом в присутствии катализатора (KOH, NaOH).
Основным недостатком технологий получения биодизеля с использованием катализатора являются вопросы удаления катализатора и продуктов омыления после реакции, что имеет весьма важное значение для чистоты получаемого продукта.
Известен (UA, патент 20901, опубл.) способ получения биологического дизельного топлива. Согласно известному способу подготовленную массу сырья загружают в резервуар и разогревают, затем добавляют к массе сырья метанол и катализатор, смешивают в резервуаре сырье, метанол и катализатор до образования однородной массы, обеспечивая при этом в результате химического процесса переход всей массы смешанных компонентов в продукт реакции (метиловый эфир и глицерин). Затем готовый продукт отстаивают в резервуаре для разделения его на фракции, удаляют из резервуара загрязняющие составляющие, побочные продукты химического процесса и компоненты, которые не принимают участия в реакции, подогревают резервуар. Готовое биологическое дизельное топливо получают в процессе реакции переэтерефикации необработанного биологического дизельного топлива в вакууме. Из резервуара извлекают осевший глицерин, после чего повторяют перечисленные выше технологические операции до полного вступления веществ в реакцию.
Однако известный способ реализуют при нагреве масла до 65-70°С. Это требует значительных энергозатрат, так как процессы рекуперации излишнего метанола (необходимое условие прохождения реакции в традиционных технологиях), дополнительной переэтерификации, а также вакуумная сушка происходят при значительном энергопотреблении. Кроме того, способ предусматривает наличие дорогостоящего оборудования, что увеличивает себестоимость получаемого продукта.
Известен (Jp, патент 200103, 1991) способ непрерывного производства сложных эфиров и глицерина, включающий непрерывную подачу жиров и масел и спирта в нагреватель, нагревание компонентов, взаимодействие подогретых жиров и масел с подогретым спиртом в отсутствии катализатора в реакторе, охлаждение продукта реакции и снижение давления, удаление излишков спирта от смеси и отделение сложных эфиров от глицерина, причем температура нагревания спирта и температура смеси в реакторе ниже температуры критической температуры спирта, давление в нагревателе и давление в реакторе менее 0,7 МПа.
Недостатком данного способа является то, что процесс неоправданно затянут по времени и требует к тому же больших реакционных объемов.
Известен (RU, патент 2393006, опубл. 27.06.2010) способ получения биодизельного топлива, включающий смешивание рапсового масла, метанола и едкого кали, кавитационную обработку смеси до получения однородной эмульсии и разделение эмульсии на биодизельное топливо и глицерин, причем разделение эмульсии на биодизель и глицерин осуществляют воздействием центробежного поля, затем полученное биодизельное топливо смешивают с дизельным топливом и отработанным моторным маслом в следующем объемном соотношении: биодизельное топливо до 50%, дизельное топливо до 65%, отработанное моторное масло до 5%, а для получения биодизельного топлива смесь повторно подвергают кавитационной обработке, полученное биодизельное топливо очищают от механических примесей воздействием центробежного поля.
Недостатком известного способа, принятого в качестве ближайшего аналога, следует признать длительность процесса, не полное соответствие потребительских характеристик полученного биодизельного топлива стандартам для дизельного топлива, полученного путем переработки нефти, а также использование ядовитого соединения - метанола.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в обеспечении возможности получения биодизельного топлива, потребительские характеристики которого соответствуют потребительским характеристикам дизельного топлива, полученного путем переработки нефти.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в ускорении процесса при одновременном улучшении потребительских характеристик готового продукта - биодизельного топлива и исключении из процесса метанола.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ получения биодизельного топлива из сырья растительного происхождения, включающий обработку потоком СВЧ-энергии смеси растительного масла, изопропанола и щелочи, причем смесь помещают в резонатор, выполняющий функцию реакционной емкости, над резонатором размещают магнетрон, между резонатором и магнетроном устанавливают с возможностью перемещения в вертикальной плоскости волновод, причем в процессе получения биодизельного топлива обрабатываемую смесь перекачивают по замкнутому контуру.
В предпочтительном варианте реализации разработанного способа используют термостатированный резонатор.
Предпочтительно содержание изопропанола в смеси составляет от 20,0 до 35,0% мас. от массы растительного масла, щелочи (гидроксид калия или гидроксид натрия) в смеси составляет от 07 до 1,4% мас. от массы растительного масла.
Предпочтительно процесс этерификации контролируют по изменению температуры обрабатываемой смеси.
Для реализации разработаного способа может быть использована установка, блок-схема которой приведена на рисунке, при этом использованы следующие обозначения: магнетрон 1, блок 2 питания магнетрона 1, волновод 3, резонатор 4, термодатчик 5, измерительный прибор 6, насос 7.
Способ в базовом варианте реализуют следующим образом.
Реакционную смесь (предпочтительно, растительное масло, спирт и катализатор, в качестве которого используют щелочь) помещают в резонатор 4. Включают насос 7 и проводят перекачивание реакционной смеси по замкнутому контуру. Включают магнетрон 1. Генерируемое электромагнитное излучение разогревает перемещаемую по замкнутому контуру до температуры свыше 80°С. Контроль температуры, а также прохождение реакции осуществляют с использованием термодатчика 5 и измерительного блока 6. При указанной реакции активно проходит реакции этерификации реакционной смеси с получением в качестве конечного продукта биодизельного топлива.