Производство биодизеля

Содержание:

Такой термин, как «биодизель», большинству понятен чисто интуитивно. Но зачастую при этом происходит определенная путаница. Ничего страшного, но все-таки лучше обойтись без нее и разобраться, что же такое биодизель.

Немного теории

При работе в его цилиндрах происходит сгорание бензина или дизельного топлива. То и другое является продуктом переработки нефти, запасы которой ограничены, кроме того, при сжигании этих видов горючего образуются вещества, наносящие вред людям и окружающей среде. Одним из вариантов, позволяющим избежать подобного, является применение биодизеля как топлива для двигателей.

Надо пояснить, что оно собой представляет. Дело в том, что производство биодизеля основано на использовании животных жиров и растительного масла как исходного сырья. Можно провести простую аналогию – из нефти получают бензин и солярку, из масла или жира возможно получение топлива для работы ДВС.

Небольшое уточнение – в качестве горючего для работы моторов могут применяться разные вещества, например тот же самый спирт, получаемый из опилок, но в данном случае мы рассматриваем топливо именно для дизельных двигателей, а сырьем для биодизеля, так называется этот вид горючего, служат масло или остатки жира.

Как использовать биотопливо?

Использование жира и масла в качестве горючего может осуществляться такими способами:

✔ Напрямую, заливая масло в бак. Недостатком такого подхода будет неполное его сгорание, смешивание со смазкой и ухудшение ее смазочных свойств, а также появление отложений на форсунках, кольцах, поршнях из-за повышенной вязкости растительного топлива.

✔ Смешивая его с керосином или дизельным топливом.

✔ Путем преобразования растительного масла, источником получения которого может быть рапс, кукуруза, подсолнечник и т.д., и в итоге получение биодизеля.

Наиболее сложной из упомянутых считается технология преобразования масла, но тем не менее, она настолько проста, что легко реализуется, благодаря чему можно получить биодизель в домашних условиях.

Что такое биодизель?

Фактически биодизель является смесью эфиров, в основном это метиловый эфир, как результат химической реакции. К его достоинствам следует отнести:

✔ растительное происхождение, благодаря возможности выращивания растений мы получаем возобновляемый источник топлива;

✔ биологическая безопасность, биодизель является экологически безвредным, его попадание в окружающую среду не наносит ей никакого вреда;

✔ меньший уровень выбросов двуокиси углерода и других отравляющих веществ;

✔ незначительное содержание серы в выхлопных газах моторов, использующих биодизель;

✔ хорошие смазочные характеристики.

По сути дела, растительное масло – это смесь эфиров с глицерином, который придает ему вязкость. Процесс производства биодизеля основан на том, что надо удалить глицерин и заменить его спиртом. Стоит отметить, что недостатком такого топлива является необходимость его подогрева при низких температурах или применения смеси биодизеля и обычной солярки.

Технология производства

Технология производства биодизеля достаточно проста. Обычно его изготовление осуществляется из различных сортов растительного масла. Для этого может быть использован рапс, соя, кукуруза и т.д., общий список веществ, пригодных для получения исходного сырья достаточно значителен. Для производства биодизеля также подходит масло, оставшееся после приготовления пищи. Схему подобного процесса можно увидеть на приведенном рисунке.

Раз мы рассматриваем топливо растительного происхождения, то и технология его изготовления должна охватывать процесс выращивания исходного сырья. Наиболее подходящим для этого считается рапс, как требующий меньших затрат на получение. Хотя сейчас появляются большие перспективы у биодизеля из водорослей. При этом не занимается земля для выращивания культуры на топливо, и величина себестоимости биодизеля будет ниже, чем в других случаях.

Так вот, семена (рапс, соя, подсолнечник и т.д.) после проверки качества поступают на маслобойку. Оставшийся после производства масла шрот может быть использован комбикормовой промышленностью, а полученное масло, как предусматривает технология, идет на дальнейшую обработку. Она называется этерификацией, и после ее проведения, метиловых эфиров в составе биодизеля должно содержаться более девяноста шести процентов.

Сама технология проста, что делает возможным организацию производства биодизеля в домашних условиях. К маслу добавляется метанол (9:1), и в качестве катализатора – небольшое количество щелочи. Метанол может быть получен из опилок, а также вместо него допускается применять изопропиловый спирт или этанол. Процедура этерификации проходит в условиях повышенной температуры и занимает до нескольких часов. После окончания реакции в емкости наблюдается расслоение жидкости – сверху биодизель, внизу глицерин.

Глицерин удаляется (сливается снизу) и может использоваться в качестве сырья в каких-то других процессах. Получившийся биодизель надо очистить, порой вполне достаточно бывает выпаривания, отстаивания и последующей фильтрации. Подробней промышленный процесс производства приведен на видео.

Биодизель в домашних условиях

Как видно из представленного описания, технология производства достаточно проста и позволяет изготавливать биодизель своими руками, вплоть до того, что в домашних условиях можно получать топливо, и порой не только для собственных нужд. Причины, по которым можно взяться за подобную работу, у каждого могут быть разными, но не касаясь их, стоит отметить, что во всем мире потребление биодизеля только растет.

Когда в домашних условиях изготавливают биодизель своими руками, главной проблемой будет не вопрос его производства, а обеспечение качества готовой продукции. Поставщиками сырья могут стать предприятия общественного питания, у которых в достаточном объеме есть использованное масло, и его можно купить по доступной цене. Выращиванием рапса стоит заниматься при потреблении биодизеля в большом количестве, например, для реализации на сторону или наличия большого парка техники.

При организации производства в домашних условиях наиболее актуальными будут проблемы:

✔ Плохой выход, т.е. из первоначального сырья получается не более девяноста трех процентов готовой продукции. Обусловлено это может быть особенностями используемой в домашних условиях установки или режимами переэтерефикации.

✔ Некачественная фильтрация. Подобный процесс достаточно сложный, и для получения в домашних условиях качественного биодизеля, ему надо уделить особое внимание. Для этого используются специальные технологии или адсорбенты.

Непосредственно с установкой по производству подобного топлива, можно ознакомиться на видео.

Биодизель за 5 минут своими руками - видео

Существуют и другие варианты установок для производства в домашних условиях биодизеля, изготавливаемые промышленным способом.

Перспективы

Как уже отмечалось, производство такого топлива только растет. И хотя сырьем для этого служит растительное масло, его получают в разных местах из разных культур. В Европе – рапс, в Индонезии – пальмовое масло, в Америке – соя, и т.д.

Однако наиболее перспективным считается получение биодизеля из водорослей. Для их выращивания могут использоваться как отдельные пруды, так и специальные биореакторы, а также участки морского побережья. Кроме того, при этом не только растет производство топлива, но и освобождаются земли для выращивания продуктов питания.

Хотя биодизель изготавливается из растительного масла, а не из опилок, он является отличным заменителем обычной солярки. Особенно в условиях ограниченных запасов нефти. И кроме того, нельзя исключать такого его достоинства, как возможность производства в домашних условиях. Несмотря на то, что при промышленном производстве он получается дороже солярки, тем не менее, является отличным альтернативным видом топлива для дизелей.

Химический процесс получения биодизеля

Для получения биодизеля используют любые виды растительных масел — подсолнечное, рапсовое, льняное и т.д. При этом биодизель полученный из разных масел имеет некоторые отличия. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но и самую высокую температуру фильтруемости и застывания. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод, потому более всего подходит для европейских стран и России.

Химически биодизель - это метиловый эфир, являющийся продуктом реакции этерификации растительного масла при температуре около 50 C в присутствии катализатора.

Сам процесс, в принципе, достаточно прост. Нужно уменьшить вязкость растительного масла, чего можно достичь различными способами. Любое растительное масло — это смесь триглицеридов, т. е. эфиров, соединенных с молекулой глицерина с - трехатомным спиртом (C3H8O3). Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Задача при приготовлении биодизеля - удалить глицерин, заместив его на спирт. Этот процесс называется трансэтерификацией.

Реакция в целом выглядит так:

CH2OC=OR1
|
CHOC=OR2 + 3 CH3OH > (CH2OH)2CH-OH + CH3COO-R1 + CH3COO-R2 + CH3OC=O-R3
|
CH2COOR3
|

Триглицериды+метанол> глицерол+эфиры, МА «Навигатор» Технологии и оборудование по производству биодизельного топлива 10 Где R1, R2, R3 : алкильные группы.

В результате применения метанола образуется метиловый эфир, в результате использования этанола - этиловый эфир.

Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.

В качестве щелочи берется гидроксид калия КОН или гироксид натрия — NaOH. Для начинающих рекомендуется использовать именно NaOH.

Преимущества биодизельного топлива

Главное преимущество биодизеля – это то, что его производят из ресурсов, которые быстро восстанавливаются (запасы нефти, например, практически невосстановимы). К примеру, данный вопрос является очень актуальным для коллективных хозяйств, которые занимаются переработкой масла, у всех встает больной вопрос, где взять солярку к началу сезона. Ответ прост, сделать биодизель из своего же сырья и быть полностью автономными в потреблении топлива.

Растительное происхождение. Подчеркнем, что биодизель не обладает бензоловым запахом и изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: подсолнечное, рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, хлопковое, льняное, кокосовое, кукурузное, горчичное, касторовое, конопляное, кунжутное, отработанные масла (использованные, например, при приготовлении пищи), а также животные жиры.

Экология. Сильной стороной биодизеля так же является то, что он при сгорании выбрасывает в атмосферу гораздо меньше вредных газов (биодизель в сравнении с минеральным аналогом почти не содержит серы (< 0,001 %, тогда как минеральное дизтопливо < 0,2 %)). В мировой практике лимитируется ряд компонентов выхлопных газов, среди них: монооксид углерода СО, несгоревшие углеводороды, окислы азота NOX и сажа. Очевидны преимущества биодизеля по показателям продуктов сгорания: монооксида углерода, углеводородов, остаточных частиц и сажи. В ЕС производство биодизеля давно получило поддержку правительства, так как рассматривается как стратегическое направление развития топливной отрасли.

Биологическая безвредность. По сравнению с минеральным маслом, 1 литр которого способен загрязнить 1 млн литров питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, биодизель, как показывают опыты, при попадании в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за месяц перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на альтернативное топливо.

Меньше выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни. Тем не менее, следует заметить, что назвать биодизель экологически чистым топливом было бы неверно. Он дает меньшее количество выбросов углекислого газа в атмосферу, чем обычное дизтопливо, но все таки это не нулевой выброс.

Хорошие смазочные характеристики. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель же, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами. Это обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.

Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%. Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель.

Высокая температура воспламенения. Еще один технический показатель, интересный для организаций, хранящих и транспортирующих ГСМ: точка воспламенения. Для биодизеля, ее значение превышает 150°С, что позволяет назвать биогорючее относительно безопасным веществом. Тем не менее, это не означает, что к нему можно относиться с халатностью.

Рентабельность производства биодизеля

Со 150 га. можно собрать 400 тонн рапса из которого получится 180 тонн масла, 210 тонн жмых.

После переработке 180 тонн масла в биодизель образуется побочный продукт - глицерин в количестве 27,5 тонн.

Биодизеля получаем в количестве 198 000 литров.

Для производства потребуется 20 000 литров спирта, 2 160 кг. катализатора.

28 000 литров биодизеля оставляем на собственные нужды.

170 000 топлива реализуем по цене 20 руб. за 1 литр = 3 400 000 руб.
210 тонн жмых реализуем по цене 5 руб. за 1 кг. = 1 050 000 руб.
27,5 тонн глицерина реализуем по цене 25 руб за кг. = 687 500 руб.

выручка составит в размере 5137500 руб.

затраты:
20 000 литров спирта по цене 49 руб. за 1 литр = 980 000 руб.
2 160 кг. катализатора по цене 23 руб за 1 кг. = 49 680 руб.
з/п 3 чел. по 15 000 руб. в месяц за год = 540 000 руб.
электроэнергии 32 000 кВт по цене 4,5 руб за 1 кВт = 144 000 руб.

итого: 1 713 680 руб.

Заключение

Биодизель и его производство - это одно из самых перспективных и выгодных
направлений для малого бизнеса, оно позволяет получать высокие прибыли, при этом сохраняется благоприятная экологическая среда. Цикл производства
практически безотходный, сырье может выращиваться на используемых землях. После производства биотоплива остается жмых, который используют в качестве корма для животных и глицериновая фаза, которая при очистке превращается в чистый глицерин.

Доходность этого производства весьма велика, прибыль составляет разницу между затратами на сырье и суммой, полученной от реализации топлива. Рентабельность этого вида бизнеса высокая, ведь спрос на биотопливо возрастает день ото дня.

Получение биотоплива - видео