Πιλοτική μονάδα παραγωγής βιοντίζελ στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Ανάδοχος	:	ΓΓΕΤ / Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο
Τοποθεσία	:	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών
Τεχνολογία	:	Κλασική μέθοδος παραγωγής βιοντίζελ

Περιγραφή του έργου:

Με σκοπό την εφαρμοσμένη έρευνα στην παραγωγή βιοντίζελ σε εργαστηριακές και πραγματικές συνθήκες, η καρδιά της επιστημονικής ομάδας της AGROENERGY σχεδίασε, κατασκεύασε, εγκατέστησε και λειτούργησε την πρώτη μονάδα παραγωγής βιοντίζελ στην Ελλάδα και μοναδική πιλοτική, στην Εργαστηριακή Μονάδα Μηχανικής Διεργασιών Υδρογονανθράκων και Βιοκαυσίμων της Σχολής Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ, δυναμικότητας 200 kg βιοντίζελ την ημέρα.

Παράλληλα, ανέπτυξε αναλυτικό εργαστήριο προσδιορισμού των ιδιοτήτων του παραγόμενου βιοντίζελ.

Η αυξανόμενη κατανάλωση βιοκαυσίμων απαιτεί τη συνεχιζόμενη έρευνα για την αποτελεσματική παραγωγή τους, προσαρμοσμένη στις τοπικά διαθέσιμες πρώτες ύλες και στις τοπικές συνθήκες χρήσης.

Οι πιλοτικές μονάδες γενικής χρήσης παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για την κλιμάκωση μεγέθους και την παραγωγή επαρκών ποσοτήτων πειραματικών προϊόντων.

Η χρήση πιλοτικών μονάδων αποσκοπεί στη διερεύνηση παραγωγής πειραματικών προϊόντων και δειγμάτων σε πραγματικές συνθήκες για τον έλεγχο των ιδιοτήτων τους και την κλιμάκωση μεγέθους.

Οι πιλοτικές μονάδες στοχεύουν στην αξιολόγηση της δυνατότητας χρήσης νέων πρώτων υλών, στη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων, στη μείωση του κόστους παραγωγής, στην ασφάλεια του προσωπικού και στον έλεγχο ή την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.

Επίσης, στοχεύουν στη συλλογή δεδομένων σχεδιασμού, στην επίλυση προβλημάτων κλιμάκωσης μεγέθους και στην εξοικείωση με τη λειτουργία και την εκπαίδευση του προσωπικού.

Τέλος, ένας από τους κύριους στόχους των πιλοτικών μονάδων αποτελεί ο έλεγχος εφικτότητας και αξιοποίησης, βελτιστοποίησης διεργασιών παραγωγής.

Η συγκεκριμένη μονάδα έχει τη δυνατότητα να παράγει βιοντίζελ από κάθε είδος φυτικού ελαίου και ζωικού λίπους. Τα δεδομένα από τη λειτουργία της μονάδας μπορούν να συνδυαστούν με τις υπάρχουσες τεχνολογικές λύσεις για την κλιμάκωση μεγέθους, τον σχεδιασμό, την ολοκλήρωση και την υποστήριξη οποιασδήποτε βιομηχανικής μονάδας παραγωγής βιοντίζελ. Παράλληλα, η συγκεκριμένη πιλοτική μονάδα παραγωγής βιοντίζελ μπορεί να βοηθήσει στη διεξαγωγή πιλοτικών πειραμάτων κάθετης αξιοποίησης ενεργειακών καλλιεργειών ελαιούχων φυτών.

Η πιλοτική αυτή εφαρμογή ξεκίνησε τον Μάρτιο του 2005 στο Εργαστήριό μας στο ΕΜΠ και πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια σχετικού ερευνητικού προγράμματος της Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ), του πρώτου ερευνητικού προγράμματος κάθετης παραγωγής βιοντίζελ στη χώρα μας, στο οποίο συμμετείχαν το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ), το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών (ΓΠΑ), το Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ), τα ΕΛΠΕ, η ΜΟΤΟΡ ΟΙΛ, η ΜΙΝΕΡΒΑ, οι ΜΥΛΟΙ ΣΟΓΙΑΣ και η ΔΕΗ, με ανάδοχο του έργου το Εργαστήριό μας και επιστημονικό υπεύθυνο του έργου τον καθηγητή κ. Νίκο Παπαγιαννάκο.

Στόχοι του προγράμματος ήταν η ανάπτυξη τεχνογνωσίας παραγωγής και διάθεσης βιοντίζελ κυρίως από ελληνικές πρώτες ύλες που είναι διαθέσιμες ή μπορούν να παραχθούν, η δυνατότητα εφαρμογών ευρείας έκτασης του ελληνικού βιοντίζελ και η διερεύνηση της οικονομικότητας και του κόστους παραγωγής βιοντίζελ στην Ελλάδα. Το παραγόμενο στην πιλοτική μονάδα βιοντίζελ χρησιμοποιήθηκε ως πρόσθετο καύσιμο κίνησης και ως πρόσθετο καύσιμο στατικής μονάδας ηλεκτροπαραγωγής της ΔΕΗ, στα πλαίσια του έργου. Περισσότερα από 25 βαρέλια βιοντίζελ διατέθηκαν στα ελληνικά διυλιστήρια, σε ινστιτούτα, σε ερευνητικά εργαστήρια και σε άλλους ενδιαφερόμενους. Ως πρώτες ύλες χρησιμοποιήθηκαν βαμβακέλαιο προερχόμενο από τη Μινέρβα, ηλιέλαιο και σογιέλαιο προερχόμενα από τους Μύλους Σόγιας και χρησιμοποιημένα λάδια από τη Μινέρβα. Το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο πραγματοποίησε δύο πιλοτικές καλλιέργειες ηλίανθου σε δύο διαφορετικές περιοχές της χώρας μας συνολικής έκτασης δεκαπέντε (15) στρεμμάτων, ο ελαιούχος σπόρος οδηγήθηκε σε πολυσπορικό σπορελαιουργείο και το λάδι που παρήχθη μετατράπηκε σε βιοντίζελ στην πιλοτική μονάδα.

Όλες οι ιδιότητες του παραγόμενου στην πιλοτική μονάδα βιοντίζελ προσδιορίστηκαν σύμφωνα με τα Ευρωπαϊκά Πρότυπα ΕΝ 14214, ΕΝ 116 και ΕΝ 590 από ένα δίκτυο που ανέπτυξαν οι περισσότεροι φορείς του έργου και όλες οι ιδιότητες πληρούσαν τις ευρωπαϊκές προδιαγραφές που επιβάλλουν τα πρότυπα αυτά.

Παράλληλα, στα πλαίσια του προγράμματος, ερευνήθηκαν και αναπτύχθηκαν δύο νέες διεργασίες παραγωγής βιοντίζελ από πρώτες ύλες χαμηλού ή και αρνητικού κόστους, δηλ. από χρησιμοποιημένα φυτικά έλαια, φυτικά έλαια υψηλής οξύτητας και απόβλητα ζωικά λίπη.

Οι πρώτες ποσότητες βιοντίζελ, που παρήχθησαν στην πιλοτική μονάδα, μεταφέρθηκαν στα ΕΛΠΕ και τη ΜΟΤΟΡ ΟΙΛ, όπου δοκιμάστηκαν σε μίγματα με το συμβατικό ντίζελ. Συγκεκριμένα, τα ΕΛΠΕ ανέμιξαν βιοντίζελ από την πιλοτική μονάδα (12 βαρέλια) με συμβατικό ντίζελ σε ποσοστό 2 % v/v (βιοντίζελ στο μίγμα) και προώθησαν το μίγμα (diesel κίνησης - Β2), συνολικής ποσότητας 120.000 lt, στην αγορά (τελικούς καταναλωτές) μέσω πρατηρίου υγρών καυσίμων της ΕΚΟ. Η ΜΟΤΟΡ ΟΙΛ ανέμιξε βιοντίζελ (5 βαρέλια), επίσης από την πιλοτική μονάδα, με συμβατικό ντίζελ σε ποσοστό 2,5% v/v (βιοντίζελ στο μίγμα) και διέθεσε το μίγμα σε δικά της βυτιοφόρα διανομής καυσίμων. Άλλες ποσότητες δοκιμάστηκαν σε κινούμενο όχημα στο κέντρο της Θεσσαλονίκης από το ΕΚΕΤΑ , το οποίο έκανε τις σχετικές μετρήσεις. Παράλληλα, έγιναν δοκιμές του παραγόμενου βιοντίζελ (μετρήσεις καυσαερίων, συμπεριφορά μιγμάτων βιοντίζελ-ντίζελ σε πρότυπες πετρελαιομηχανές) στο Εργαστήριο Μηχανών Εσωτερικής Καύσεως της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ.

Το βιοντίζελ αυτό ήταν το πρώτο βιοντίζελ που παράχθηκε και διακινήθηκε στη χώρα μας.

Η αναγκαιότητα της κατασκευής της συγκεκριμένης πιλοτικής μονάδας παραγωγής βιοντίζελ είναι άμεσα συνδεδεμένη με την αξιολόγηση της δυνατότητας χρήσης πρώτων υλών προσαρμοσμένων στις Ελληνικές συνθήκες, με τροποποιήσεις σε υπάρχουσες μεθόδους παραγωγής βιοντίζελ, με δοκιμές πρώτων υλών σε πραγματικές συνθήκες και με τη διερεύνηση ανάπτυξης νέων μεθόδων παραγωγής βιοντίζελ.

Ο σχεδιασμός της πιλοτικής μονάδας παραγωγής βιοντίζελ βασίστηκε στην κλασική μέθοδο παραγωγής βιοντίζελ. Η κλασική μέθοδος χρησιμοποιεί ως καταλύτες κυρίως τα υδροξείδια του καλίου (ΚΟΗ) και νατρίου (NaOH) που διαλύονται στη μεθανόλη. Λόγω του συγκεκριμένου καταλύτη οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην αντίδραση πρέπει να πληρούν ορισμένες προδιαγραφές. Το φυτικό έλαιο πρέπει να είναι απαλλαγμένο από ελεύθερα λιπαρά οξέα και υγρασία. Τα ελεύθερα λιπαρά οξέα αντιδρούν με τον καταλύτη και σχηματίζονται σαπούνια. Αυτά είναι ανεπιθύμητα στα επόμενα στάδια επεξεργασίας του βιοντίζελ γιατί δυσχεραίνουν την διαδικασία καθαρισμού του. Επίσης, το φυτικό έλαιο και η μεθανόλη θα πρέπει να είναι απαλλαγμένα από υγρασία. Η υγρασία υδρολύει τους εστέρες και σχηματίζει λιπαρά οξέα τα οποία με τη σειρά τους μετατρέπονται σε σαπούνια. Για να μην υπάρχουν ιδιαίτερα προβλήματα κατά τη διαδικασία παραγωγής, τα επιθυμητά επίπεδα των ελεύθερων λιπαρών οξέων στην πρώτη ύλη πρέπει να είναι κάτω του 0,5 % κ.β., ενώ το επίπεδο της υγρασίας τόσο στο λάδι όσο στη μεθανόλη κάτω από τα 500 ppm.

Τα διάφορα τμήματα της πιλοτικής μονάδας σχεδιάστηκαν στη βάση των δεδομένων που απαιτεί η κλασική διεργασία της ομογενούς βασικής κατάλυσης. Η μονάδα ελέγχεται από κεντρικό πίνακα διανομής του ηλεκτρικού ρεύματος, διαθέτει πίνακα χειρισμού των πνευματικών οργάνων και αντλιών, μονάδα απιονισμού του νερού έκπλυσης και δίκτυο διανομής του ρεύματος, του πεπιεσμένου αέρα και του απιονισμένου νερού, και αποτελείται από τέσσερα βασικά τμήματα:

Το τμήμα υποδοχής και προετοιμασίας των πρώτων υλών, το οποίο αποτελείται από:

Το δοχείο ανάμιξης της μεθανόλης με τον καταλύτη, χωρητικότητας 250 lt., το οποίο είναι κατασκευασμένο από πολυπροπυλένιο και έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να γίνεται ανάμιξη της μεθανόλης με τον καταλύτη χωρίς τη ανάγκη ηλεκτρικού ρεύματος (για λόγους ασφάλειας).
Το δοχείο αποθήκευσης του ελαίου.
Το δοχείο προσμέτρησης του μεθανολικού διαλύματος (ομογενές μίγμα καταλύτη - μεθανόλης), το οποίο είναι κατασκευασμένο από ανοξείδωτο χάλυβα SS316.
Το δοχείο προσμέτρησης του φυτικού ελαίου, το οποίο είναι κατασκευασμένο επίσης από ανοξείδωτο χάλυβα SS316. Το δοχείο αυτό διαθέτει αντιστάτη και διασπορέα αζώτου.

Το τμήμα μετεστεροποίησης, το οποίο αποτελείται από:

Τον αντιδραστήρα μετεστεροποίησης, ο οποίος είναι πλήρους ανάδευσης και διαλείποντος έργου, χωρητικότητας 110 lt και κατασκευασμένος από ανοξείδωτο χάλυβα SS316. Ο αντιδραστήρας λειτουργεί αξιόπιστα και με ασφάλεια σε πίεση μέχρι 3,5 bar και διαθέτει σύστημα τριών αντιστάσεων στον πυθμένα του, ισχύος 700 W η κάθε μία. Η σχεδόν αδιαβατική λειτουργία του αντιδραστήρα επιτυγχάνεται με τη χρήση μονωτικών υλικών που βρίσκονται γύρω από την επιφάνειά του. Η ανάδευση των αντιδρώντων επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ηλεκτροκίνητου αναδευτήρα αντιεκρηκτικού τύπου, ισχύος 1 hp. Στον πυθμένα του υπάρχουν βάνες δειγματοληψίας. Στο κέντρο του έχει τοποθετηθεί γυάλινη θυρίδα παρατήρησης.

Το τμήμα εξευγενισμού του τελικού προϊόντος, το οποίο αποτελείται από:

Την μονάδα έκπλυσης του βιοντίζελ, η οποία έχει τις ίδιες διαστάσεις, το ίδιο σύστημα θέρμανσης και το ίδιο υλικό κατασκευής με αυτά του αντιδραστήρα.
Δύο δοχεία χωρητικότητας 35 lt το καθένα, στα οποία προσμετρούνται και αποθηκεύεται απιονισμένο νερό και διάλυμα οξέος. Αυτά τροφοδοτούν τη μονάδα έκπλυσης με τις κατάλληλες ποσότητες νερού και οξέος για τον εξευγενισμό του βιοντίζελ.
Αντλία κενού και σύστημα απογύμνωσης αζώτου.

Το τμήμα αποθήκευσης του βιοντίζελ.

Η πιλοτική μονάδα παραγωγής βιοντίζελ έχει δυνατότητα παραγωγής ενός βαρελιού (200 kg) βιοντίζελ ημερησίως. Όμως, μία τυπική ημερήσια παραγωγή περιελάμβανε δύο παρτίδες με τελικό προϊόν 74,5 lt βιοντίζελ ανά παρτίδα.

Η πιλοτική μονάδα σχεδιάσθηκε έτσι ώστε να λειτουργεί ως μονάδα διαλείποντος έργου παρέχοντας με τον τρόπο αυτόν και τη δυνατότητα, όταν χρειάζεται, της ξεχωριστής λειτουργίας των επί μέρους λειτουργικών μονάδων για την μελέτη των διεργασιών (αντίδραση, διαχωρισμοί κλπ).

Για την λειτουργία της πιλοτικής μονάδας και τον έλεγχο της παραγωγής βιοντίζελ έχουν συνταχθεί αντίστοιχα εγχειρίδια λειτουργίας (production instructions) και φύλλο ελέγχου παραγωγής (production datasheet).

Οι προοπτικές χρήσης της μονάδας εστιάζονται στη διερεύνηση νέων πρώτων υλών και αξιοποίηση αποβλήτων για παραγωγή βιοντίζελ, καθώς και στην ανάπτυξη νέων διεργασιών παραγωγής που βελτιώνουν το κόστος παραγωγής του βιοντίζελ.

Το συγκεκριμένο έργο:

Παρήγαγε την πρώτη γνώση στη χώρα μας για το βιοντίζελ.
Βοήθησε καθοριστικά τα ελληνικά διυλιστήρια στη διαχείριση του βιοντίζελ, το οποίο ξεκίνησαν να υποδέχονται αργότερα από την ελληνική βιομηχανία παραγωγής βιοντίζελ.
Αποτέλεσε τη βάση διαμόρφωσης της πολιτικής για την ανάπτυξη των ενεργειακών φυτών και γενικότερα των πρώτων υλών παραγωγής βιοντίζελ.
Βοήθησε την πολιτεία στη θεσμοθέτηση του νομοθετικού πλαισίου προώθησης του βιοντίζελ για τις μεταφορές.

Language Undefined

category:

Έργα Βιοντίζελ

gallery: