СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ СЫРЬЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C10L5/44 B01J19/00 

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.

Изобретение описывает способ получения биодизельного топлива из сырья растительного происхождения, включающий обработку смеси растительного масла, спирта и щелочи физическим воздействием, при этом обработку проводят потоком СВЧ-энергии, а в качестве спирта используют изопропанол, 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 и в процессе получения биодизельного топлива обрабатываемую смесь перекачивают по замкнутому контуру. Технический результат заключается в ускорении процесса при одновременном улучшении потребительских характеристик готового продукта - биодизельного топлива и исключении из процесса метанола. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения биодизельного топлива из сырья растительного происхождения, включающий обработку смеси растительного масла, спирта и щелочи физическим воздействием, отличающийся тем, что обработку проводят потоком СВЧ-энергии, а в качестве спирта используют изопропанол, 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют термостатированный резонатор.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание изопропилового спирта в смеси составляет от 20,0 до 35,0% мас. от массы растительного масла.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание щелочи в смеси составляет от 0,7 до 1,4% мас. от массы смеси.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс этерификации контролируют по изменению температуры обрабатываемой смеси.