ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР Российский патент 2017 года по МПК C10L1/02 C10L1/18 

Изобретение относится к области топливной энергетики и может быть использовано для производства биодизельного топлива, в частности из рапсовых семян, которое применяется для дизельных двигателей, турбин и энергетических установок.

Предсказание о скором истощении запасов нефти и борьба за экологию окружающей среды побуждают все активнее искать альтернативные виды топлива.

Рапс вряд ли заменит нефтепродукты, но попытки использовать органику в качестве горючего не прекратились.

Возрастание популярности рапса обусловлено рядом причин: его семена содержат 38-50% масла, 16-29% белка, 6-7% клетчатки, 24-26% безазотных экстрактивных веществ.

Масло рапса используется как в пищевой промышленности, так и для технических потребностей.

Пищевое масло вырабатывают из тех сортов рапса, в которых содержание эруковой кислоты не превышает 5% в общем количестве жирных кислот. В настоящее время этот показатель снижен до 2%.

Рапс как масличная культура не истощает почву и является прекрасным предшественником для большинства зерновых культур, в том числе и для озимой пшеницы. В структуре посевных площадей масличных культур рапс занимает 2-е место после сои, уступая подсолнечнику. И с каждым годом площади под рапс увеличиваются, увеличиваются и сбор семян, и объем их переработки.

К сожалению, 85% семян экспортируют за границу из-за недостатка перерабатывающих предприятий.

Поэтому для более эффективного использования природотехнологического потенциала рапса целесообразно развивать предприятия комплексной переработки этой культуры на пищевые, технические и кормовые потребности.

Известна линия для производства биодизельного топлива, которая включает приемный бункер, устройство для очистки семян, пресс первичного отжима масла, пресс конечного отжима масла, емкость для масла, емкость для отстаивания масла, пластинчатый фильтр, эжектор, емкость для биодизельного топлива, холодильный компрессор с емкостью для охлаждения масла, дополнительный фильтр грубой очистки соединен с дроссельным кавитатором, эжектором, реактором и баком-отстойником, верхняя часть которого снабжена распылителем биодизельной смеси и распылителем воды, а в нижней части бака-отстойника размещен барботер, при этом эжектор соединен с нижней частью десольвера, верхняя часть которого соединена с емкостью для метанола и емкостью для щелочи, верхняя часть реактора соединена с гидродинамическим ультразвуковым излучателем, а нижняя часть - с резервной емкостью (Патент №85297 C10L 1/02 Украина. Заявл. 28.04.2007. Опубл. 12.01.2009. «Промислова власнiсть» Бюл. - №1, 2009).

Такая линия очень сложна по конструкции, имеет очень много компоновочных узлов, что делает ее металлоемкой, неэкономичной, требует больших трудозатрат, неэффективна в работе и сложна в обслуживании. За счет всего этого повышена себестоимость продукции.

Известна линия для производства биодизельного топлива, которая включает приемный бункер, вертикальный подавальный шнек, устройство для очистки семян, которое установлено под выходом вертикального подавального шнека, шнековый пресс для измельчения семян и подогрева мякоти, который размещен под устройством очистки семян и соединен с прессом для выжимания масла, который, в свою очередь, оснащен шнеком для удаления макухи, емкость для приема масла, а также насос для подачи масла и фильтр, отличающаяся тем, что она дополнительно оснащена эжектором, первый вход которого через насос подачи дизельного топлива, соединенный с емкостью для дизельного топлива, второй вход эжектора соединен с емкостью для приема масла, а выход эжектора соединен с емкостью для биодизельного топлива (Патент на п.м. №16883 C10L 1/18 Украина. Заявл. 16.05.2006. Опубл. 15.08.2006. «Промислова власнiсть» Бюл. - №8, 2006).

Известна также мини-линия для производства биодизельного топлива, которая включает приемную емкость, устройство для очистки семян, устройство для выжимания масла, размещенное под устройством для очистки семян, емкость для приема отжатого масла, которая установлена под устройством для выжимания масла, а также насос подачи масла и фильтр, которая отличается тем, что она дополнительно снабжена эжектором, первый вход которого через насос подачи дизельного топлива соединен с емкостью для дизельного топлива, второй вход эжектора соединен с емкостью для приема масла, а выход эжектора соединен с емкостью для дизельного топлива, при этом устройство для очистки семян выполнено в виде вибросита, а устройство для выжима масла выполнено в виде двухшнекового пресса с электроподогревом (Патент на п.м. №18129 C10L 1/18 Украина. Заявл. 31.05.2006. Опубл. 16.10.2006. «Промислова власнiсть» Бюл. - №10, 2006).

Эта линия близка по технической сути с предлагаемой для рассмотрения.

Однако целью заявляемого изобретения линии для производства биодизеля из семян масличных культур является упрощение конструкции, снижение металлоемкости и энергоемкости, повышение производительности, экономия трудозатрат за счет сокращения продолжительности процесса, повышение эффективности в работе путем быстродействия системы, удобство в эксплуатации за счет надежности в работе линии, а в конечном итоге улучшение качества и снижение себестоимости готовой продукции за счет удешевления и ускорения процесса, а также создание условий экологии окружающей среды.

Эта цель решается тем, что в линии для производства биодизельного топлива из семян масличных культур, которая включает приемный бункер для семян, маслопресс, накопительную емкость для отжатого масла, линию фильтрации, соединенные между собой системой технологических трубопроводов, емкость для отстаивания, емкость для биодизеля и глицерина, которая отличается тем, что она снабжена смонтированной над маслопрессом жаровней, емкостью для жмыха, расположенной рядом с прессом и блоком подготовки сырья, расположенным за блоком фильтрации масла, который соединен с гомогенизатором и кавитатором, соединенными технологическими трубопроводами с отстойником, где отделяют глицерин, и блоком отгонки метанола, который соединен с дополнительными отстойником и линией фильтрации биодизеля, соединенными с емкостью для готового биодизельного топлива, а блок подготовки сырья включает ротаметр, десольвер, склад метанола и склад щелочи, связанные трубопроводами между собой.

Эта линия предусматривает вариант переработки уже очищенных (обрушенных) семян с помощью отдельных семяочистительных машин, т.к. в процессе переработки семян рапса из их оболочек в масло и жмых переходят вредные вещества, содержащиеся в них. Удаление семенной оболочки перед прессованием семян позволяет снизить содержание клетчатки, остаточного масла, глюкозинолатов в масле и жмыхе и повысить их стойкость при хранении.

Для получения высококачественных масел и жмыхов обрушивание и выделение из рушанки оболочек семян является важными и необходимыми операциями при переработке семян рапса. Так семеобрушивающая машина производительностью 300 кг/час обеспечивает выход более 85% ядра с содержанием шелухи менее 4%.

Поэтому предлагаемая линия работает уже на очищенных от шелухи семенах рапса. Именно такая компоновка линии и позволяет получить качественное биодизельное топливо, экологически чистое.

Линия для производства биодизельного топлива схематично представлена на чертеже.

Линия включает приемный бункер 1, жаровню 2 для подсушивания или досушивания семян, расположенную над маслопрессом 3, емкость 4 для жмыха (макухи), расположенную рядом с маслопрессом 3, который соединен с накопительной емкостью 5 для выжатого масла и линией 6 для фильтрации его, которая соединена с блоком 7 подготовки сырья, за ним смонтированы гомогенизатор 8, кавитатор 9, отстойник 10, устройство 11 для отгонки метанола, соединенные с дополнительными отстойником 12 и линией 13 фильтрации, а за ним расположена емкость 14 для глицерина и емкость 15 для биодизеля.

Такая компоновка линии позволяет упростить конструкцию, снизить металлоемкость и энергоемкость, т.к. сокращает продолжительность технологического процесса, повышает эффективность и надежность в работе, удобство в эксплуатации, повышает качество конечного продукта, снижает его себестоимость и выпускает экологически чистый продукт - биодизель. Этот биодизель не загрязняет почву и воздух в отличие от дизельного топлива, полученного из нефти.

Линия для производства биодизеля из семян масличных культур, в частности из рапса, работает следующим образом.

Семена рапса подаются в приемный бункер 1, например шнековым подъемником (на чертеже не показан), откуда они подаются на жаровню 2 для досушивания. Задается определенное время для этого, затем семена поступают в маслопресс 3, маслопресс срабатывает и отжатое масло поступает в накопительную емкость 5, а жмых поступает в емкость 4, и удаляют его, например, по наклонному транспортеру (на чертеже не показан). Из накопительной емкости 5 масло поступает по трубопроводу в систему фильтрации 6, а затем в блок 7 подготовки сырья, где срабатывают ротаметр 16 и десольвер 17. Из склада 18 метанола и склада 19 щелочи все поступает в блок 7 подготовки сырья, затем смесь гомогенизируют с помощью гомогенизатора 8, и через кавитатор 9 смесь поступает в отстойник 10.

После того как смесь устоялась, устройство 11 отделяет метанол и снова смесь отстаивается в дополнительном отстойнике 12. Там происходит ее разделение уже через 10-15 минут на биодизельную смесь и глицерин из-за их разной плотности, и через систему 13 фильтруется и поступает в емкость 14 для глицерина и емкость 15 для биодизеля.

Биодизельную смесь, которая осталась после отделения глицерина, обрабатывают адсорбентом, что значительно улучшает кислотную стабильность биодизельной смеси в сравнении с отмыванием водой.

Для очищения биодизельной смеси от остатков мыла, серы, фосфора и остатков свободных жирных кислот, а также неосевшего глицерина ее обрабатывают абсорбирующим материалом, например магнезолом, глинами, которые отбеливают, активированным углем, силикагелем, силикатами магния, кальция, натрия, бикарбонатом натрия, фосфатом магния и другими.

Очищенное биодизельное топливо имеет большую стабильность от окисления и отвечает требованиям стандартов и технических условий.

Руководство автоматикой и электроустройсвами осуществляют через пульт управления (на чертеже не показано). Предусмотрен склад 20 готовой продукции.

Таким образом, наличие отличительных признаков в совокупности существенных признаков находится в причинно-следственной связи с достигнутыми техническими результатами, а именно создание линии для производства биодизельного топлива из семян масличных культур с такой компоновкой позволяет осуществить переход к инновационным технологиям и дает аграриям возможность выращивать рапс во всех районах Крыма и не вывозить семена за границу, а использовать здесь в Крыму для производства биодизельного топлива, получать доход в своих хозяйствах, особенно это касается фермерских хозяйств, сохраняя экологию Крыма как кукортной Зоны.

Линия для производства биодизельного топлива из семян масличных культур, например из рапса, была разработана в ГБУ РК «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма» и испытана в Опытном хозяйстве Крымского института агропромышленного производства, с. Клепинино, Красногвардейского района, Республика Крым.

Неисчерпаемые источники энергии в будущем должны составлять значительную долю в энергетическом балансе большинства районов Крыма. Возможности производства и использования биомассы в Крыму определяются в первую очередь выращиванием масличных культур, рапса, кориандра, сои, кукурузы и других маслосодержащих культур.

Экономическая эффективность производства биодизеля зависит от многих факторов. Самым важным фактором рентабельности производства для сельхозпроизводителей Крыма есть закупочная цена на семена рапса, пока в недалеком прошлом она составляла в пределах 3000 грн за тонну, при стоимости дизельного топлива 9 тыс. за тонну. Поэтому продажа семян выгоднее, чем их переработка.

В Опытном хозяйстве Крымского института при проведении научно-производственного опыта себестоимость 1 тонны семян рапса вышла 1270 грн, а себестоимость биодизельного топлива без учета стоимости жмыха и глицерина составила 12061 грн за тонну. Этот вид топлива как раз очень экономичен для использования в Крыму, где всегда тепло, особенно для фермеров, которые испытывают финансовые затруднения.

В настоящее время имеются позитивные решения технологических и экономических проблем распределения глицерина и метанола на стадии глицериновой фазы производства биодизеля из рапсового масла.

Мировое производство семян рапса уже превышает 47 млн. тонн, и часть стран ЕС составляет 38,5%. Основные посевные площади рапса размещены в Китае, Индии, Канаде, США, Австралии и некоторых странах Европы. Масло рапса используют главным образом пищевой промышленностью, вырабатывается также корм для скота, биотопливо и много других технологических материалов с высокой стойкостью: смазочные охлаждающие, антикоррозийные, адгизивные смазки, моторные и трансмиссионные масла и другие.

Однако прогнозы использования масла для переработки на биодизельное топливо в регионах Крыма в настоящее время являются актуальными и проблемными вопросами, т.к. нет достаточного количества перерабатывающих заводов.

А ведь выращивание рапса в Крыму очень рентабельно, притом планируется еще больше площадей засеивать рапсом, а его переработка на биодизельное топливо в пределах 75% решает проблему стабильного снабжения энергоресурсами всего полуострова, особенно в аграрном секторе экономики.

И главное, в рапсовое масло входят ненасыщенные жирные кислоты, которые обладают лечебными свойствами, а по вкусовым качествам масло приравнивается к оливковому маслу, долго сохраняет прозрачность, у него не бывает неприятного запаха, как, например, у соевого. И ученые стараются выводить сорта, которые содержат незначительную долю еруковой кислоты и глюкозинолатов.

Использование рапсового масла в качестве биодизельного топлива позволит частично заменить органические запасы природной нефти, снизить нагрузку CO₂ на окружающую среду. Охрана окружающей среды требует замены всех минеральных масел растительными маслами. Применение традиционного дизельного топлива в двигателях внутреннего сгорания автомобилей и тракторов привело к загрязнению земли тяжелыми металлами, негативно влияет даже на климат планеты, в частности и на климат Крыма, что нельзя допускать, т.к. Крым - это здравница.

Таким образом, в Республике Крым почвенно-климатические условия благоприятны для нормального роста и развития растений рапса как озимого, так и ярового и отвечают его биологическим требованиям. И в то же время посевы рапса улучшают структуру почвы, ее фитосанитарное состояние, значительно уменьшают уровень загрязнения полей сорной растительностью, благоприятствуют накоплению органических веществ в почве, являются хорошим предшественником для зерновых колосовых культур. Благодаря способности рапса аккумулировать значительное количество радионуклидов он способствует очищению территорий от радиоактивного загрязнения, что важно для снижения фитотоксичности почвы и повышения урожайности зерновых культур.

Валовый сбор семян достигает почти 3000 тонн и выше в некоторых районах, поэтому можно спланировать необходимость производства биодизеля для каждого региона, в которых нужно принять срочные меры для строительства перерабатывающих заводов, с мощностью 1200 тонн биодизеля в год, а для других районов существует потребность в строительстве мини-заводов с иной производительностью, что также рентабельно для этих районов. Также необходимо создание сетей заправочных станций для машин. Но это требование времени, и надо срочно решать эти проблемы.

Изобретение раскрывает линию для производства биодизельного топлива из семян масличных культур, которая включает приемный бункер для семян, маслопресс, накопительную емкость для отжатого масла, линию фильтрации, соединенные между собой системой технологических трубопроводов, емкость для отстаивания, емкость для биодизеля и глицерина, при этом дополнительно линия снабжена жаровней, смонтированной над маслопрессом, емкостью для жмыха, расположенной рядом с маслопрессом и блоком подготовки сырья, расположенным за блоком фильтрации масла, который соединен с гомогенизатором и кавитатором, соединенными технологическими трубопроводами с отстойником, где отделяют глицерин, и блоком отгонки метанола, который соединен с дополнительными отстойником и линией фильтрации биодизеля, соединенными с емкостью для готового биодизельного топлива, а блок подготовки сырья включает ротаметр, десольвер, склад метанола и склад щелочи, связанные трубопроводами между собой. Технический результат заключается в упрощении конструкции, снижении металлоемкости и энергоемкости, повышении производительности, экономии трудозатрат за счет сокращения продолжительности процесса повышения эффективности в работе путем быстродействия системы в целом, удобство в эксплуатации и обслуживании за счет надежности в работе линии, что улучшает качество готовой продукции, а также экологию окружающей среды. 1 ил.

Линия для производства биодизельного топлива из семян масличных культур, которая включает приемный бункер для семян, маслопресс, накопительную емкость для отжатого масла, линию фильтрации, соединенные между собой системой технологических трубопроводов, емкость для отстаивания, емкость для биодизеля и глицерина, отличающаяся тем, что она снабжена жаровней, смонтированной над маслопрессом, емкостью для жмыха, расположенной рядом с маслопрессом и блоком подготовки сырья, расположенным за блоком фильтрации масла, который соединен с гомогенизатором и кавитатором, соединенными технологическими трубопроводами с отстойником, где отделяют глицерин, и блоком отгонки метанола, который соединен с дополнительными отстойником и линией фильтрации биодизеля, соединенными с емкостью для готового биодизельного топлива, а блок подготовки сырья включает ротаметр, десольвер, склад метанола и склад щелочи, связанные трубопроводами между собой.