Νέες διεργασίες παραγωγής βιοντίζελ

Το βασικό αντικείμενο της έρευνας, που πραγματοποίησε η καρδιά της επιστημονικής ομάδας της AGROENERGY στην Εργαστηριακή Μονάδα Μηχανικής Διεργασιών Υδρογονανθράκων και Βιοκαυσίμων της Σχολής Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ ήταν, εκτός των άλλων, η ανάπτυξη και αριστοποίηση νέων, οικονομικά αποδοτικών και ευέλικτων διεργασιών παραγωγής βιοντίζελ δεύτερης γενιάς, με τη χρήση διαφόρων νέων καταλυτών (στερεών ετερογενών καταλυτών), με σκοπό το χαμηλό κόστος παραγωγής, χρησιμοποιώντας ως πρώτες ύλες κάθε είδος φυτικού ελαίου και ζωικού λίπους.

Μία από τις νέες διεργασίες, που αφορά στην απ΄ ευθείας παραγωγή βιοντίζελ σε ένα στάδιο από οποιαδήποτε πρώτη ύλη που περιέχει τριγλυκερίδια, οποιασδήποτε ποιότητας και μορφής, όπως φυτικά λάδια [μπρούτα, όξινα (π.χ. 10 wt.%), υπερόξινα (π.χ. 60 wt.%), απόβλητα λάδια κακής ποιότητας, χρησιμοποιημένα και τηγανισμένα λάδια κ.ά.] και απόβλητα ζωικά λίπη, με τη βοήθεια ενός συγκεκριμένου ετερογενούς στερεού βασικού καταλύτη ο οποίος δεν επηρεάζεται από την παρουσία οξύτητας και υγρασίας σε οποιεσδήποτε συγκεντρώσεις στην πρώτη ύλη, και το σχηματισμό αμέσως μετά την αντίδραση σχετικά καθαρών προϊόντων [βιοντίζελ και διαυγούς υψηλής ποιότητας γλυκερίνης σε σχέση με τη γλυκερίνη που προκύπτει

ως απόβλητο από τις συμβατικές διεργασίες], αποτελεί μοναδική περίπτωση παγκοσμίως. Η διεργασία αυτή αναπτύχθηκε στις αρχές του 2003 στο εργαστήριο μας στο ΕΜΠ και έχει ήδη σχεδιαστεί σε ημιπιλοτική κλίμακα με σκοπό την άμεση κατασκευή πιλοτικής μονάδας δυναμικότητας 1000 τόνων βιοντίζελ το χρόνο, ώστε να είμαστε σε θέση να περάσουμε στη βιομηχανική της εφαρμογή.

Ο ετερογενής στερεός βασικός καταλύτης, που χρησιμοποιήθηκε με ιδιαίτερη επιτυχία, είναι ένας τυπικός καταλύτης στον οποίο δόθηκε το κωδικό όνομα HAS. Ενώ όλοι οι βασικοί ετερογενείς καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν έδειξαν πολύ καλή συμπεριφορά στα ραφιναρισμένα έλαια, αλλά όχι στα όξινα, με τα οποία σε ορισμένους μάλιστα παρατηρήθηκε σημαντική μείωση της δραστικότητάς τους, ο HAS ήταν ο μόνος που παρουσίασε αυξημένη δραστικότητα με την παρουσία των ελεύθερων λιπαρών οξέων στο λάδι. Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιήθηκε κυρίως ραφιναρισμένο και εργαστηριακά παραγόμενο όξινο βαμβακέλαιο. Σε κάθε περίπτωση, ο HAS ήταν ο μόνος βασικός ετερογενής καταλύτης που έδωσε πλήρη μετατροπή των τριγλυκεριδίων, σε χρόνο μάλιστα μικρότερο των τριών (3) ωρών, η συμπεριφορά του δε αυτή παρέμεινε αμετάβλητη ακόμα και παρουσία σημαντικών ποσοτήτων νερού στο λάδι. Επιπλέον, τόσο οι μεθυλεστέρες όσο και η γλυκερίνη παράγονται σε κατάσταση υψηλής καθαρότητας αμέσως μετά την αντίδραση, οπότε δεν χρειάζεται να υποστούν περαιτέρω όλη εκείνη την επεξεργασία που απαιτούν οι κλασικές διεργασίες. Αποτέλεσμα όλων αυτών είναι, το συνολικό κόστος της παραγωγής του βιοντίζελ και διαχείρισης των παραπροϊόντων της παραγωγικής διαδικασίας να είναι πολύ μικρότερο από το αντίστοιχο κόστος των κλασικών διεργασιών.

Στα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτες ύλες

οι χειρότερες ελαιούχες ύλες, όπως

εξευγενισμένο βαμβακέλαιο με οξύτητα ≤ 0,5% και

όξινο βαμαβακέλαιο με οξύτητα 9,5%,

χρησιμοποιημένα και απόβλητα φυτικά λάδια

κακής ποιότητας (με σημαντική περιεκτικότητα σε νερό),

ακατέργαστα και απόβλητα ζωικά λίπη,

τεχνικά παρασκευασμένο υπερόξινο βαμβακέλαιο

με μεγάλη ποσότητα περιεχομένου νερού κ.ά..

Ως αλκοόλη χρησιμοποιήθηκε η μεθανόλη αναλυτικής καθαρότητας.

Η μεθανόλη προστέθηκε σε περίσσεια

(συνήθης μοριακή αναλογία μεθανόλης/ελαίου = 6/1 molmol^-1).

Η συγκέντρωση καταλύτη ήταν συνήθως ίση με το

1% της ποσότητας του ελαίου.

Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν

σε θερμοκρασιακό εύρος 170 - 210^οC.

Η πίεση στον αντιδραστήρα ήταν 20 - 27 bar,

λόγω της περίσσειας της μεθανόλης

στις θερμοκρασίες των πειραμάτων.

Ο αντιδραστήρας ήταν διαλείποντος έργου υψηλής πίεσης.

Ο καταλύτης που χρησιμοποιήθηκε ήταν o HT-2.

(Το όνομα HAS-2 είναι κωδικό όνομα).

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΜΕΤΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ

ΜΕ ΤΟΝ HAS (ή ΗΤ-2)

Συνεργική δράση οξύτητας και βασικού καταλύτη.

Ανεκτικότητα του καταλύτη στο H₂O

ακόμα και σε υψηλές συγκεντρώσεις.

Καταλύει τη μετεστεροποίηση και την εστεροποίηση.

Ικανοποιητικοί χρόνοι αντίδρασης.

Η γλυκερίνη, που παράγεται, είναι

υψηλής ποιότητας (glass clean) και αξίας.

Δεν απαιτείται πλύση του τελικού προϊόντος (βιοντίζελ).

Η συγκεκριμένη διεργασία δίνει προϊόν προδιαγραφών.

Οποιαδήποτε ελαιούχος πρώτη ύλη,

ανεξάρτητα από την ποιότητάς της,

μπορεί να μετατραπεί σε βιοντίζελ.

Στον επόμενο πίνακα αναφέρονται επιγραμματικά τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της νέας διεργασίας με καταλύτη τον HAS σε σύγκριση με τις κλασικές διεργασίες παραγωγής βιοντίζελ που εφαρμόζονται έως σήμερα.

Πρώτες ύλες	Κλασικές διεργασίες	Κλασικές διεργασίες με προ-επεξεργασία	Νέα διεργασία
Ραφινέ έλαια	Ναι	Ναι	Ναι
Τηγανέλαια (1% οξύτητα)	Ναι (μικρή απόδοση)	Ναι	Ναι
Τηγανέλαια (2-5% οξύτητα)	Όχι	Ναι	Ναι
100% ζωικό λίπος	Όχι	Ναι (ασύμφορο οικονομικά)	Ναι
50% ζωικό λίπος	Όχι	Ναι (απώλειες σε σαπούνι)	Ναι
10% ζωικό λίπος	Όχι	Ναι (απώλειες σε σαπούνι)	Ναι
<10% FFAs	Όχι	Ναι (απώλειες σε σαπούνι)	Ναι
>30% FFAs	Όχι	Όχι	Ναι
100% FFAs	Όχι	Όχι	Ναι
Μεθανόλη 99,9%	Ναι	Ναι	Ναι
Αιθανόλη 98%	Όχι	Όχι	Ναι
Βιοαιθανόλη (95%)	Όχι	Όχι	Ναι
5% υγρασία	Όχι	Όχι	Ναι
>5% υγρασία	Όχι	Όχι	Ναι
Καθαρή γλυκερίνη	Όχι	Όχι	Ναι
Μη επικίνδυνος καταλύτης	Όχι	Όχι	Ναι
Εξουδετέρωση καταλύτη	Ναι	Ναι	Όχι

περισσότερα...

Σε συνδυασμό με τη διεργασία αυτή αναπτύχθηκε και

η θερμική μετεστεροποίηση σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις

απουσία καταλύτη (Θερμική - μη καταλυτική μέθοδος).

Στα περισσότερα πειράματα χρησιμοποιήθηκε

εξευγενισμένο βαμβακέλαιο με οξύτητα ≤ 0,5% και

όξινο βαμαβακέλαιο με οξύτητα 9,5%.

Ως αλκοόλη χρησιμοποιήθηκε η μεθανόλη αναλυτικής καθαρότητας.

Η μεθανόλη προστέθηκε σε περίσσεια

(μοριακή αναλογία μεθανόλης/ελαίου = 6/1 molmol^-1).

Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασιακό εύρος

170 - 200^οC.

Η πίεση στον αντιδραστήρα ήταν 20 - 27 bar,

λόγω της περίσσειας της μεθανόλης στις θερμοκρασίες

των πειραμάτων.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΜΕΤΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ

Το συγκριτικό πλεονέκτημα της θερμικής μετεστεροποίησης είναι

η απουσία καταλύτη από το σύστημα, με αποτέλεσμα την εύκολη επεξεργασία και καθαρισμό των τελικών προϊόντων (βιοντίζελ και γλυκερίνης).

Η γλυκερίνη που παράγεται από τη μη-καταλυτική διεργασία είναι υψηλής ποιότητας και αξίας.

Η παρουσία των ελευθέρων λιπαρών οξέων στην αντίδραση αποδείχτηκε ευεργετική για την αντίδραση, αφού τα λιπαρά οξέα λειτούργησαν ως καταλύτης της αντίδρασης μετεστεροποίησης.

περισσότερα...

Άλλη διεργασία, η οποία έχει ήδη αναπτυχθεί σε πιλοτική και σχεδιαστεί σε βιομηχανική κλίμακα, αφορά στην εστεροποίηση των ελεύθερων λιπαρών οξέων (παραγωγή μεθυλεστέρων, δηλαδή βιοντίζελ) όξινων και υπερόξινων χρησιμοποιημένων και αποβλήτων φυτικών ελαίων και ζωικών λιπών, αποβλήτων λιπών, ολεϊνών, ελεύθερων λιπαρών οξέων κ.ά. με τη βοήθεια ενός ετερογενούς όξινου στερεού καταλύτη.

Η διεργασία αυτή μπορεί να λειτουργήσει:

α) Ως στάδιο προεπεξεργασίας των κλασικών διεργασιών παραγωγής βιοντίζελ από τα όξινα και υπερόξινα φυτικά έλαια και ζωικά λίπη,

τα οποία μετά την εστεροποίηση της οξύτητας θα οδηγούνται στις υπάρχουσες - συμβατικής τεχνολογίας - μονάδες παραγωγής βιοντίζελ.

β) Ως αυτόνομη μονάδα επεξεργασίας, η οποία θα έχει ως τελικά προϊόντα το βιοντίζελ και το εξευγενισμένο έλαιο ή λίπος για οποιαδήποτε

τεχνική χρήση.

γ) Ως αυτοτελή μονάδα παραγωγής βιοντίζελ, η οποία θα έχει ως τελικά προϊόντα το βιοντίζελ και τη γλυκερίνη.

Οι πρώτες ύλες που θα μπορούν να επεξεργαστούν στη μονάδα είναι οι ακόλουθες:

α) Φυτικά έλαια και ζωικά λίπη με οξύτητες πάνω από 5%.

β) Ελεύθερα λιπαρά οξέα που προκύπτουν από απόσταξη

(οξύτητες από 5% - 100%).

γ) Ελεύθερα λιπαρά οξέα (ολεΐνες) που προκύπτουν από τη διάσπαση

της σαπουνόπαστας.

δ) Μίγμα ελεύθερων λιπαρών οξέων που προκύπτουν από τη διάσπαση

της ακατέργαστης (crude) γλυκερίνης.

ε) Όλα τα μίγματα ελαίων, λιπών και βιοντίζελ, με οποιαδήποτε περιεκτικότητα

σε ελεύθερα λιπαρά οξέα και υγρασία.

Μετά την επιτυχημένη πιλοτική εφαρμογή της νέας αυτής διεργασίας στην πιλοτική μας μονάδα στο ΕΜΠ και τα ιδιαίτερα ενθαρρυντικά αποτελέσματά της, έχουμε περάσει στη βιομηχανική εφαρμογή της.

Η AGROENERGY έχει πραγματοποιήσει τον αρχικό - βασικό βιομηχανικό σχεδιασμό και βρίσκεται στην ανεύρεση συνεργασίας με επενδυτές, οι οποίοι θα υποστηρίξουν την εγκατάσταση αρχικά μιας πιλοτικής βιομηχανικής μονάδας, με δυνατότητα επεξεργασίας 5 - 10 Mt ακατέργαστης πρώτης ύλης ημερησίως.

Η πρότυπη αυτή μονάδα μπορεί να ενσωματωθεί, ως στάδιο προεπεξεργασίας, σε υπάρχουσες ή νέες, συμβατικής τεχνολογίας, μονάδες παραγωγής βιοντίζελ, στις οποίες και θα πραγματοποιείται ο τελικός εξευγενισμός (purification) του παραγόμενου βιοκαυσίμου.

Στόχος της συγκεκριμένης εφαρμογής, εκτός από το εμπορικό κέρδος που εξασφαλίζεται από την παραγωγική λειτουργία της μονάδας, αποτελεί η επιχειρηματική εκμετάλλευση της τεχνογνωσίας που ήδη υπάρχει και έχει αναπτυχθεί από την εταιρεία μας αλλά και αυτής που θα προκύψει από τη συγκεκριμένη πρότυπη εφαρμογή της. Όπως αναφέραμε και στις τηλεφωνικές μας επικοινωνίες, ενδιαφερόμαστε για την εξέλιξη - ανάπτυξη του προγράμματος και τη διαμόρφωση συνεργασιών με εταιρείες οι οποίες μπορούν και ενδιαφέρονται να στηρίξουν και να προωθήσουν το έργο αυτό.

Στόχος της εταιρείας μας είναι να κατασκευάσουμε, το συντομότερο δυνατόν, τη συγκεκριμένη παραγωγική μονάδα και στη συνέχεια να προωθήσουμε τη Νέα Διεργασία σε παγκόσμιο επίπεδο, μέσα από συνεργασίες με εταιρείες κατασκευής εξοπλισμού αλλά και γραμμών παραγωγής βιοντίζελ, με τις οποίες είμαστε ήδη σε επαφή, ή άλλες εταιρείες και ομίλους που ενδιαφέρονται να επενδύσουν σε νέες τεχνολογίες.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ

Με τη χρήση της υπερόξινης ρητίνης (ο όξινος ετερογενής καταλύτης) επιτυγχάνονται ικανοποιητικές αποδόσεις της αντίδρασης.

Πρώτες ύλες με υψηλή αλλά και χαμηλότερη οξύτητα μπορούν εύκολα να επεξεργαστούν σε επίπεδα αποδεκτά από τη βιομηχανία .

Η μέθοδος της εστεροποίησης μπορεί να λειτουργήσει ως μέθοδος προεπεξεργασίας όξινων και υπερόξινων ελαίων και λιπών στα ήδη υπάρχοντα εργοστάσια κλασικής παραγωγής βιοντίζελ, με στόχο την παραγωγή ποιοτικού βιοντίζελ από χαμηλής ποιότητας, απόβλητης και υπολειμματικής ελαιούχου πρώτης ύλης.

Ικανοποιητική απόδοση και μικρό κόστος ανάκτησης του καταλύτη.

Η AGROENERGY έχει εκπονήσει τεχνικοοικονομικές μελέτες βιωσιμότητας μονάδων και εργοστασίων παραγωγής βιοντίζελ διαφόρων δυναμικοτήτων, με πρώτες ύλες τηγανέλαια και ραφιναρισμένα φυτικά έλαια, χωρίς και με το στάδιο εστεροποίησης ως στάδιο προεπεξεργασίας, συγκρίνοντας την καταλυτική συμπεριφορά του πυκνού θειικού οξέος και της υπερόξινης ρητίνης καθώς και την οικονομικότητα των δύο διεργασιών εστεροποίησης (της κλασικής με το θειικό οξύ και της νέας με τη ρητίνη).

περισσότερα...

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον αποτελεί η ενζυμική παραγωγή βιοντίζελ, στα πλαίσια της οποίας η καρδιά της επιστημονικής ομάδας της AGROENERGY έχει διεξάγει στο ΕΜΠ πειράματα μετεστεροποίησης ραφιναρισμένων και μη ραφιναρισμένων φυτικών ελαίων και ζωικών λιπών με τη χρήση ειδικού ενζύμου ως βιοκαταλύτη, σε χαμηλές θερμοκρασίες (35^ο- 40^οC) και με στοιχειομετρικές μοριακές αναλογίες μεθανόλης/ελαίου (1:1 σε κάθε στάδιο της αντίδρασης). Το ένζυμο που χρησιμοποιήθηκε ήταν η λιπάση Β του μικροοργανισμού Candida Αntarctica. Οι λιπάσες ανήκουν στη κατηγορία των υδρολυτικών ενζύμων (υδρολάσες) και συγκεκριμένα στις υδρολάσες των καρβοξυλεστέρων. Δηλαδή, τα ένζυμα αυτά επιδρούν στους εστερικούς δεσμούς των γλυκεριδίων (μονο-, δι- και τργλυκεριδίων) των ελαίων και λιπών υδρολύοντάς τους. Σε συστήματα όπου η περιεκτικότητα σε νερό είναι πολύ χαμηλή (μη συμβατικά συστήματα) και παρουσία οργανικών διαλυτών έχει διαπιστωθεί ότι οι λιπάσες μπορούν να καταλύουν αποδοτικά αντιδράσεις μετεστεροποίησης γλυκεριδίων και εστεροποίησης λιπαρών οξέων με κάποια αλκοόλη. Στη βιβλιογραφία αναφέρονται περιπτώσεις ενζυμικής μεθανόλυσης φυτικών ελαίων και χωρίς τη χρήση οργανικών διαλυτών, με ή χωρίς την προσθήκη νερού. Μάλιστα, η πραγματοποίηση της αντίδρασης αυτής χωρίς την παρουσία κάποιου οργανικού διαλύτη είναι μεγάλης βιομηχανικής σημασίας, καθώς στο τελικό στάδιο αποφεύγονται οι δαπανηρές διεργασίες διαχωρισμού και ανάκτησης του διαλύτη.

Τα πλεονεκτήματα της διεργασίας αυτής είναι η χρήση μεθανόλης σε στοιχειομετρικές αναλογίες οπότε δεν απαιτείται ανάκτηση της όποιας περίσσειας, η αντίδραση σε χαμηλές θερμοκρασίες, η παραγωγή προϊόντων υψηλής καθαρότητας, η δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης του καταλύτη κ.ά..

Τα πιο σημαντικά μειονεκτήματα είναι η υψηλή τιμή του ενζύμου και γενικά των ενζύμων και η απαίτηση χρήσης εξευγενισμένων ελαίων ως πρώτη ύλη για την αποφυγή της αποδραστικοποίησης του βιοκαταλύτη.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΝΖΥΜΙΚΗΣ ΜΕΤΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ

Η ενζυμική διεργασία φαίνεται ως μία αρκετά υποσχόμενη διεργασία παραγωγής βιοντίζελ, χαμηλών ενεργειακών απαιτήσεων και φιλική προς τον χρήστη.

Ικανοποιητική απόδοση του βιοκαταλύτη.

Προβλήματα σχετικά με το υψηλό κόστος του ακινητοποιημένου καταλύτη και τη σταθερότητα σε έλαια και λίπη με υψηλά ποσοστά επιμολύνσεων (χρωστικών, οξύτητας, ξένων υλών).

περισσότερα...

Γλώσσα Undefined

category:

Βιοντίζελ

Κύριο μενού

Secondary Menu

Homepage Slider

Είστε εδώ

Νέες διεργασίες παραγωγής βιοντίζελ

Page Back

Εταιρεία

Τομείς

Τομείς

Τεχνογνωσία

Επικοινωνία

Επικοινωνία

Footer