Содержание:
В биодизель Это топливо природного происхождения, получаемое в результате реакции растительных масел или животных жиров с низкомолекулярными спиртами. Эта реакция называется переэтерификацией; то есть новые сложные эфиры жирных кислот (также называемые сложными моноалкиловыми эфирами) образуются из исходных триглицеридов.
В других контекстах, вместо использования слова «переэтерификация», говорят, что биомасса подвергается алкоголизу, потому что она обрабатывается спиртами; среди них и преимущественно метанол и этанол. Использование метанола для производства этого биотоплива настолько распространено, что это почти его синоним.
Биодизель – это экологически чистая альтернатива использованию дизельного топлива, дизельного топлива или нефтедизеля (еще больше подчеркивая, что его состав состоит из нефтяных углеводородов). Однако их свойства и качество с точки зрения производительности в дизельных двигателях не сильно различаются, так что оба топлива смешиваются в разных пропорциях.
Некоторые из этих смесей могут быть богаче биодизелем (например, B100) или богаче нефтедизелем (всего лишь 5-20% биодизеля). Таким образом, потребление дизельного топлива увеличивается по мере появления на рынке биодизеля; не без предварительного решения ряда этических, производственных и экономических проблем.
С простой точки зрения, если можно получить масло как жидкость, способную сжигать и генерировать энергию для движения машин, почему бы не масло природного происхождения? Однако одного этого недостаточно: вы должны пройти химическую обработку, если хотите конкурировать или не отставать от ископаемого топлива.
Когда эта обработка проводится водородом, говорят о рафинировании растительного масла или животного жира; степень его окисления низкая или его молекулы фрагментированы. Тогда как в биодизеле вместо водорода используются спирты (метанол, этанол, пропанол и др.).
Методы производства
Сверхкритический процесс
Альтернативный метод переэтерификации без катализатора сверхкритический метанол при высоких температурах и давлениях в непрерывном процессе. В сверхкритическом состоянии масло и метанол находятся в одной фазе, и реакция происходит спонтанно и быстро. Процесс может допускать попадание воды в сырье, свободные жирные кислоты превращаются в метиловые эфиры вместо мыла, поэтому можно использовать широкий спектр исходного сырья. Также исключается стадия удаления катализатора.Требуются высокие температуры и давление, но затраты энергии на производство такие же или меньше, чем у каталитических способов производства.
Поточные реакторы со сверх- и высокой скоростью сдвига или реакторы периодического действия позволяют производить биодизельное топливо непрерывно, полунепрерывно и в периодическом режиме. Это резко сокращает время производства и увеличивает объем производства.[нужна цитата]
Реакция происходит в зоне высокоэнергетического сдвига смесителя со сверх- и высоким сдвиговым усилием за счет уменьшения размера капель несмешивающихся жидкостей, таких как масло или жиры и метанол. Следовательно, чем меньше размер капель, тем больше площадь поверхности, тем быстрее может реагировать катализатор.[нужна цитата]
Метод ультразвукового реактора
В методе ультразвукового реактора ультразвуковые волны заставляют реакционную смесь постоянно производить и схлопывать пузырьки; эта кавитация одновременно обеспечивает перемешивание и нагревание, необходимое для проведения процесса переэтерификации.[нужна цитата] Использование ультразвукового реактора для производства биодизеля может значительно сократить время реакции, температуру и энергозатраты.[нужна цитата] При использовании таких реакторов процесс переэтерификации может выполняться в режиме реального времени, а не требует длительной периодической обработки.[нужна цитата] Ультразвуковые устройства промышленного масштаба позволяют перерабатывать несколько тысяч баррелей в сутки.[требуется разъяснение][нужна цитата]
Липазно-катализируемый метод
В последнее время большое количество исследований было сосредоточено на использовании ферментов в качестве катализатора переэтерификации. Исследователи обнаружили, что очень хороший выход может быть получен из сырых и отработанных масел с использованием липазы. Использование липаз делает реакцию менее чувствительной к высокому содержанию свободных жирных кислот, что является проблемой при стандартном процессе производства биодизеля. Одна из проблем липазной реакции состоит в том, что метанол нельзя использовать, поскольку он инактивирует липазный катализатор после одной партии. Однако, если вместо метанола используется метилацетат, липаза не активируется и может использоваться для нескольких партий, что делает липазную систему гораздо более рентабельной.
Летучие жирные кислоты в результате анаэробного переваривания стоков
Липиды привлекают большое внимание в качестве субстрата для производства биодизельного топлива из-за их устойчивости, нетоксичности и энергоэффективности. Однако по причинам стоимости следует сосредоточить внимание на непищевых источниках липидов, в частности на маслянистых микроорганизмах
Такие микробы обладают способностью ассимилировать источники углерода из среды и превращать углерод в материалы для хранения липидов. Липиды, накопленные этими маслянистыми клетками, затем могут быть переэтерифицированы с образованием биодизеля.
Производство топливных брикетов
Технология изготовления топливных брикетов во многом напоминает производство пеллет. Различие в форме готового продукта. Отходы сельскохозяйственного и деревообрабатывающего производства также мелко рубятся и при высоком давлении прессуются.
Некоторые виды сырья для производства брикетов необходимо нагревать до очень высокой температуры – до 350 градусов. В древесном сырье очень много лигнина, поэтому прессование идет отлично. При использовании однолетних растений лигнина не хватает, поэтому производство топливных брикетов из соломы идет с добавлением связующих веществ.
При высокой температуре больше всего оплавляется поверхность брикетов, что делает их прочными
Это очень важно, так как транспортировка может существенно травмировать биотопливо
Цилиндрические брикеты получают с помощью ударных механизмов, длина производимых брикетов может быть бесконечна, нарезка на куски производится по желанию. Различают цельные брикеты и брикеты с отверстием внутри. Плотность прессовки очень высока, близка к каменному углю. Объем произведенного брикета в 10 раз меньше, чем объем первоначального сырья, взятого для производства.
Преимущества биодизеля перед соляркой из нефти
Биодизель не загрязняет планету.
Если речь идет о покупке готового топлива, то с экономической точки зрения обычная солярка, которую делают из нефти, будет выгоднее, так как она дешевле. Если делать биодизель в домашних условиях из покупного масла, то это тоже дорого. Единственный вариант, когда биотопливо производить выгодно – наличие собственного масла. Если этого нет – покупайте обычную солярку и топите ею.
Сильные стороны использования биотоплива для обогрева дома:
- запас энергоносителя хранить намного безопаснее – температура воспламенения 100 градусов, в то время как обычная солярка загорается при 60 градусах;
- биодизель не засоряет природу, минимальное содержание серы;
- биодизель выделяет мало углекислого газа.
То, что хранить биотопливо безопаснее – это хорошо, но и здесь не все идеально. Через три месяца биодизель начинает распадаться на составляющие части, а это накладывает некоторые ограничения.
Карманный Linux-компьютер
Компания SolidRun выпустила полноценный настольный компьютер CuBox-M, занимающий меньше места, чем большая часть настольных часов. Это решение выполнено в форме куба размерами 51х51х51 мм, и в нем нет Windows – вместо ОС Microsoft на него можно установить Android или Linux.
На момент публикации материала CuBox-M поддерживал Android 10, но разработчики трудились над переносом на него Android 11. Для тех, кто предпочитает Linux, есть сборки дистрибутивов Debian и Yocto Project. У разработчиков имеется собственный профиль на GitHub, где они выкладывают все необходимое для установки и запуска этих операционных систем.
CuBox-M доступен для заказа с 10 февраля 2021 г. в двух комплектациях, различающихся объемом оперативной памяти стандарта LPDDR4 и набором интерфейсов. Младшая оценивается в $99 (7310 руб. по курсу ЦБ на 11 февраля 2021 г.), а старшая – в $160 (11,8 тыс. руб.). Сроки поставки составляют в пределах восьми недель с момента оформления заказа.
Минимальная конфигурация неттопа CuBox-M поставляется всего с 1 ГБ оперативной памяти, тогда как в более дорогой версии ее объем увеличен до 4 ГБ. Также в ПК за $99 не будет модулей беспроводной связи – только заплатившие за CuBox-M $160 смогут пользоваться Wi-Fi 802.11ac (Wi-Fi 5, диапазоны 2,4 и 5 ГГц) и Bluetooth 5.0.
ARM-неттоп CuBox-M
Как пишет портал Liliputing, CuBox-M способен выполнять роль настольного ПК начального уровня, воспроизводить видео или даже решать некоторые базовые ИИ-задачи, например, распознавать изображения (при подключении к нему камеры).
Производство топливных гранул (пеллет)
Пеллеты, топливные гранулы, как и топливные брикеты, производятся из опилок, других древесных отходов, шелухи подсолнечника, соломы. Растительная масса помещается в биоустановки, то есть емкости, где происходит измельчение. Получается практически мука из отходов растительного производства. Эта масса поступает в сушилку, где выпаривается жидкость. Именно этот процесс подготавливает массу к качественной прессовке.
В прессе-грануляторе при сжатии растительной муки повышается температура массы. В растительных частицах содержится лигнин, по составу схожий со смолой. Он растапливается и склеивает высушенные частички растений, получаются гранулы того размера, который задан при настройке оборудования.
Для гранулирования используют специальные пресс-формы, так называемые кольцевые штампы. Они вращаются с помощью роторных вальцов, и при вращении растительная масса поступает в круглые отверстия пресс-формы, то есть в фильеры. Схема аппарата напоминает обычную мясорубку с ножом, который снаружи срезает цилиндрики гранул.
Это простое описание технологии, которое завершается охлаждением и упаковкой. Объем одной упаковки минимум 2 кг, но каждый завод, как правило, продает гранулы и врассыпную, это удобно покупателям – промышленным предприятиям.
Меры безопасности
Биотопливо нужно использовать с осторожностью, ведь небрежное обращение может привести к ожогам и даже к пожару. Перед изготовлением горючего и его использованием нужно хорошо изучить правила эксплуатации:
Когда в топливный блок заливается горючее, камин должен быть холодным.
При не потушенном пламени доливать смесь категорически запрещено.
Лучше, если блок будет заполнен на 1/3, не стоит наполнять его до края, иначе может загореться весь камин. Лучше в процессе эксплуатации потушить пламя, долить жидкость и зажечь заново.
Чтобы разжечь огонь, нужно использовать приспособления, которые входят в комплект с камином. При использовании зажигалки можно случайно получить ожог. Помните, что во время загорания биоэтанол может вспыхнуть
Для розжига используют инструменты с длинной ручкой, чтобы себя обезопасить.
Никогда не используйте бумагу для разжигания, это также касается дерева и прочих горючих материалов, их использование целесообразно только для дровяных каминов, а для блока биокамина они не подходят.
Если по неосторожности горючая смесь разлилась, её нужно насухо вытереть, какая бы поверхность ни была.
Разжигать биокамин противопоказано детям, лучше хранить горючее в недоступном для них месте.
Когда установка не используется, то жидкость для биокамина не должна находиться в топливном баке.
Перед покупкой или изготовлением биокамина стоит проконсультироваться с врачом, есть ли у членов семьи заболевания дыхательных путей.
Убирать из горелки остатки биоэтанола необходимо постоянно, чтобы спиртовые пары не накапливались в квартире.
Нельзя хранить топливо около камина.
Ни в коем случае не разбавляйте биоэтанол керосином или другими горючими смесями, в противном случае может произойти отравление организма продуктами горения.
При использовании камина для ароматерапии, эфирных масел в блок добавляйте совсем немного. Если добавить масло в большом количестве, пламя не будет равномерно гореть, и испарения могут плохо повлиять на самочувствие человека.
Биокамины, которые работают на биоэтаноле, заняли свою нишу в создании современного интерьера. У такой установки есть много преимуществ перед газовыми и электрическими аналогами. Цены на биокамины очень разные, а их изготовление не является сложным, поэтому сделать такой камин можно и своими руками, имея необходимый чертеж. Благодаря большому разнообразию отделочных материалов можно самому сделать уникальный камин, который впишется в интерьер и будет радовать и согревать семью по вечерам.
>
Правильная установка в сокет (для моделей без распределительной крышки)
Первым делом убедитесь, что модифицированный биос успешно прошит. Желательно также выполнить «сброс биоса» нажав соответствующую кнопку или замкнув соответствующий джампер на плате. Вставляем процессор в сокет, прижимаем его пальцем так, чтоб он «сел» в разъём, контролируем визуально чтобы не было перекосов. Сверху накладываем новую рамку процессора, ловим момент когда штырьки рамки войдут в отверстие подложки. Вкручиваем комплектные 3 винтика так, чтобы они вкрутились ровно на свободную длину, но пока НЕ прижимали рамку к плате. Закручиваем каждый винтик ровно на полтора оборота. Наносим термопасту и аккуратно устанавливаем охлаждение. Закреплять его пока не нужно, сейчас мы должны просто проверить, запустится ли система. Включаем плату с 1 модулем памяти. Первый старт занимает как правило около 1 минуты (максимум до 2 минут) в течении которых плата сама перезагрузится несколько раз — это нормально, просто ждем. Если на плате есть светодиоды или индикатор пост-кодов — отлично, это добавит информативности. Если плата не стартанула за 2-3 цикла включения — подкручиваем каждый винтик рамки сокета ровно на четверть оборота. Как правило всё выходит либо с первого, либо со второго раза. После удачного старта можно установить остальные модули памяти, затем проверяем, что плата видит всю установленную RAM и pci-e устройства. «Склейки» чувствительны к прижиму и малейший перекос может привести к отвалу каналов памяти или линий pci-e. Если всё прошло удачно — переходим к крепежу охлаждения
Важно не допускать перекосов, закручивая винты\клипсы крест-накрест. Завинчивать следует равномерно, потихоньку подтягивая каждый винт. После установки охлаждения еще раз проверяем работоспособность системы
Если всё хорошо — запускаем какой-либо стресс-тест и смотрим на температуру ядер. Если ядра разогреваются равномерно — процесс установки можно считать успешным.
Сроки годности и стабильность биодизеля
Независимо от вида, любое топливо имеет срок годности. Этот срок напрямую связан с химическим составом продукта и условиями хранения. Стоит отметить: химическая стабильность биологически чистого дизеля напрямую зависит от вида масла, на основе которого продукт получен.
Продукт на основе масел, естественно содержащих антиоксидант токоферол, а также витамин «Е», остаётся пригодным для использования дольше, чем продукт, полученный на основе прочих видов растительных масел.
По мнению специалистов, стабильность топливного продукта на основе растительных масел заметно снижается через 10 дней. Срок годности истекает через два месяца. Также оказывает влияние на стабильность продукта температура, учитывая насколько критические температуры способны денатурировать топливо.
При помощи информации: ThoughtCo
Ссылки [ править ]
- ^ Анастопулос, Джордж; Заннику, Ипатия; Стурнас, Стамулис; Каллигерос, Стаматис (2009). «Переэтерификация растительных масел этанолом и характеристика основных топливных свойств этиловых эфиров» . Энергии . 2 (5 июня 2009 г.): 362–376. DOI : 10.3390 / en20200362 .
- ↑ Брайан, Том (1 июля 2005 г.). «Чисто и просто» . Журнал Биодизель (онлайн) . Проверено 18 декабря 2019 года .
Волга, Южная Дакота, Южная Дакота, переработчики сои, теперь предлагает SoyPure, предварительно обработанное соевое масло первого отжима под торговой маркой, специально предназначенное для производства биодизельного топлива.
Тем временем в соседней Миннесоте скоро появится крупный заказчик.
- ^ C Пирола, Ф. Маненти, Ф. Галли, К.Л. Бьянки, Д.К. Боффито, М. Корбетта (2014). «Гетерогенно катализируемая этерификация свободных жирных кислот в (однофазной жидкости) / реакторах с твердым слоем насадки (PBR)». Сделка химической инженерии 37: 553-558. AIDIC
- ^ Дубэ, Марк А. и др. (2007). «Катализируемая кислотой переэтерификация масла канолы в биодизельное топливо в условиях одно- и двухфазной реакции». Энергия и топливо 21: 2450–2459. Американское химическое общество. Проверено 1 ноября 2007.
- ^ Бункьякиат, Кунчана; и другие. (2006). «Непрерывное производство биодизельного топлива путем переэтерификации из растительных масел в сверхкритическом метаноле». Энергия и топливо . Американское химическое общество. 20 (2): 812–817. DOI10.1021 / ef050329b .
- ^ Вера, CR; SA D’Ippolito; CL Pieck; JMParera (14 августа 2005 г.). «Производство биодизеля с помощью двухступенчатого сверхкритического реакционного процесса с адсорбционной очисткой» . 2-й Конгресс МЕРКОСУР по химической инженерии, 4-й Конгресс МЕРКОСУР по разработке технологических систем . Рио де Жанейро. Архивировано из оригинального 05 февраля 2009 года . Проверено 20 декабря 2007 .
- ^ Kusdiana, Dadan; Сака, Широ. «Биодизельное топливо для заменителя дизельного топлива, приготовленное из сверхкритического метанола без катализатора» . Проверено 20 декабря 2007 .
- ^ Ду, Вэй; и другие. (2004). «Сравнительное исследование катализируемой липазой трансформации соевого масла для производства биодизельного топлива с различными акцепторами ацила». Журнал молекулярного катализа B: энзиматический . 30 (3–4): 125–129. DOI10.1016 / j.molcatb.2004.04.004 .
- ^ Сингх, Гунджан; Джейсилан, Кристина; Bandyopadhyay, KK; Пол, Дебарати (октябрь 2018 г.). «Сравнительный анализ биодизеля, полученного путем кислотной переэтерификации липидов, экстрагированных из маслянистых дрожжей Rhodosporidium toruloides» . 3 Biotech . 8 (10): 434. DOI10.1007 / s13205-018-1467-9 . ISSN 2190-572X . PMC 6170317 . PMID 30306003 .
Реакции
Переэтерификация
Животные и растительные жиры и масла состоят из триглицеридов , которые представляют собой сложные эфиры, образованные реакциями трех свободных жирных кислот и трехатомного спирта, глицерина . В процессе переэтерификации добавленный спирт (обычно метанол или этанол ) депротонируется основанием, чтобы сделать его более сильным нуклеофилом . Как видно, в реакцию не поступают другие входы, кроме триглицерида и спирта. В нормальных условиях эта реакция будет протекать либо чрезвычайно медленно, либо не протекает совсем, поэтому для ускорения реакции используются тепло, а также катализаторы ( кислота и / или основание )
Важно отметить, что кислота или основание не расходуются в реакции переэтерификации, поэтому они являются не реагентами, а катализаторами. Обычные катализаторы переэтерификации , включают гидроксид натрия , гидроксид калия и метоксид натрия .
Почти все биодизельное топливо производится из первичных растительных масел с использованием технологии базового катализатора, поскольку это наиболее экономичный процесс обработки первичных растительных масел, требующий только низких температур и давлений и обеспечивающий выход конверсии более 98% (при условии, что исходное масло имеет низкое содержание влаги. и свободные жирные кислоты). Однако биодизельное топливо, произведенное из других источников или другими методами, может потребовать кислотного катализа, который протекает намного медленнее. Поскольку это преобладающий метод для производства в промышленных масштабах, будет описан только процесс переэтерификации, катализируемый основанием.
Триглицериды ( 1 ) реагируют со спиртом, таким как этанол ( 2 ), с образованием этиловых эфиров жирных кислот ( 3 ) и глицерина ( 4 ):
- R 1 , R 2 , R 3 : алкильная группа
Спирт реагирует с жирными кислотами с образованием сложного моноалкилового эфира (биодизель) и сырого глицерина. Реакция между биолипидом (жиром или маслом) и спиртом является обратимой реакцией, поэтому для обеспечения полной конверсии необходимо добавить избыток спирта.
Механизм переэтерификации, катализируемый основанием
Реакция переэтерификации катализируется основанием. Подойдет любое сильное основание, способное депротонировать спирт (например, NaOH, КОН, метоксид натрия и т. Д.), Но гидроксиды натрия и калия часто выбирают из-за их стоимости. Присутствие воды вызывает нежелательный гидролиз оснований , поэтому реакция должна быть сухой.
В механизме переэтерификации карбонильный углерод исходного сложного эфира (RCOOR 1 ) подвергается нуклеофильной атаке поступающим алкоксидом (R 2 O – ) с образованием тетраэдрического промежуточного соединения, которое либо возвращается в исходный материал, либо переходит в переэтерифицированный продукт ( RCOOR 2 ). Различные частицы существуют в равновесии, и распределение продукта зависит от относительной энергии реагента и продукта.
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 (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.
Шаги процесса [ править ]
Основные шаги, необходимые для синтеза биодизеля, следующие:
Предварительная обработка сырья править
Обычное сырье, используемое в производстве биодизеля, включает желтый жир (переработанное растительное масло), «чистое» растительное масло и жир . Переработанное масло обрабатывается для удаления примесей, образующихся при приготовлении, хранении и обращении, таких как грязь, обугленные продукты и вода. Масла первого отжима очищаются, но не до пищевого уровня. Дегуммирование для удаления фосфолипидов и других растительных веществ является обычным явлением, хотя способы очистки варьируются. необходим лучший источник Вода удаляется, потому что ее присутствие во время переэтерификации, катализируемой основанием, приводит к омылению (гидролизу) триглицеридов с образованием мыла вместо биодизельного топлива. цитата необходима
Затем образец очищенного сырья тестируется титрованием против стандартизированного основного раствора для определения концентрации свободных жирных кислот, присутствующих в образце растительного масла. необходима цитата Кислоты либо удаляются (обычно путем нейтрализации), либо этерифицируются для получения биодизеля необходима цитата (или глицеридов требуется цитата ).
