Жидкое биотопливо

Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 100 °С, что позволяет назвать биотопливо относительно безопасным веществом.

Производство

Под производство сырья для биодизеля отчуждаются большие земельные площади, на которых нередко используют повышенные дозы средств защиты растений. Это приводит к биодеградации грунтов и снижению качества почв.

С другой стороны, жмых, получаемый в процессе производства растительного масла, используется в качестве корма для скота, что позволяет более полно утилизировать биомассу растения.

Производство биодизеля позволяет ввести в оборот неиспользуемые с/х земли, создать новые рабочие места в сельском хозяйстве, машиностроении, строительстве и т. д. Например, в России с 1995 г. по 2005 г. посевные площади сократились на 25,06 млн. гектаров. США на свободных землях ежегодно могут выращивать 1,3 млрд тонн биомассы.

При производстве биодизеля в результате реакции этерификации получается смесь, которой дают отстояться. Легкие верхние фракции продукта и являются рапсовым метил-эфиром, или биодизельным топливом. Нижние фракции являются так называемой глицериновой фазой, которую часто неправильно называют глицерином. На самом деле до чистого глицерина её ещё нужно «довести», без чего её хранение и утилизация представляют серьёзную проблему из-за повышенной щелочности и содержания метанола. Те же проблемы возникают при использовании для этерификации этанола. Впрочем, биодизель на этаноле производить менее выгодно из-за большей плотности.

Многие публикации энтузиастов альтернативных видов топлива посвящены производству биодизеля кустарным способом — буквально в гараже. Но такие технологии, кроме проблемы вышеупомянутой глицериновой фазы, не могут также гарантировать надлежащего качества топлива, а, следовательно, и сохранности двигателя. Это объясняется недостаточным очищением такого топлива от различных примесей, которые просто забивают мотор. Кроме того, в случае кустарного производства проблематично закупать метанол, который производят немногие крупные химзаводы. Метанол производится из природного газа, поэтому цена одного из ингредиентов для производства биотоплива оказывается жестко привязанной к ценам на газ, хотя сырьем для метанола может служить также шахтный газ (метан), биогаз и даже водород.

 

 

 

2.3 Достоинства  и недостатки

Достоинства

• Хорошие смазочные характеристики. Минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.
• Более высокое Цетановое число (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения)
• 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. Точка воспламенения для биодизеля превышает 150°С, что делает биогорючее сравнительно безопасным веществом.
• Побочный продукт производства — глицерин, имеющий широкое применение в промышленности. Очищенный глицерин используют для производства технических моющих средств (например, мыла). После глубокой очистки получают фармакологический глицерин, тонна которого на рынке стоит порядка 1 тыс. евро. При добавлении фосфорной кислоты к глицерину можно получить фосфорные удобрения.

Недостатки

• В холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки марки В20.
• Долго не хранится (около 3 месяцев)
• Производство топлива из растений занимает сельскохозяйственные площади.

3. Другие виды жидкого биотоплива

3.1 Биометанол

Промышленное культивирование и биотехнологическая конверсия морского фитопланктона рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений в области получения биотоплива.

В начале 80-х рядом европейских стран совместно разрабатывался проект, ориентированный на создание промышленных систем с использованием прибрежных пустынных районов. Осуществлению этого проекта помешало общемировое снижение цен на нефть.

Первичное производство биомассы осуществляется путём культивирования фитопланктона в искусственных водоемах, создаваемых на морском побережье.

Вторичные процессы представляют собой метановое брожение биомассы и последующее гидроксилирование метана с получением метанола.

Основными доводами в пользу использования микроскопических водорослей являются следующие:

• высокая продуктивность фитопланктона (до 100 т/га в год);
• в производстве не используются ни плодородные почвы, ни пресная вода;
• процесс не конкурирует с сельскохозяйственным производством;
• энергоотдача процесса достигает 14 на стадии получения метана и 7 на стадии получения метанола;

С точки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии.

3.2 Биобутанол

Бутанол – C4H10O — бутиловый спирт. Бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности. В США ежегодно производится 1,39 млрд литров бутанола приблизительно на $1,4 млрд.

Бутанол начал производиться в начале XX века с использованием бактерии Clostridia acetobutylicum. В 50-х годах из-за падения цен на нефть начал производиться из нефтепродуктов.

Бутанол не обладает коррозионными свойствами, может передаваться по существующей инфраструктуре. Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, и как сырьё для производства водорода.

Сырьём для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, маниока, а в будущем и целлюлоза. Технология производства биобутанола разработана компанией DuPont Biofuels. Компании Associated British Foods (ABF), BP и DuPont строят в Великобритании завод по производству биобутанола мощностью 20 млн литров в год из различного сырья.

 

3.3 Диметиловый  эфир

Диметиловый эфир (ДМЭ) — C2H6O.

Может производиться как из угля, природного газа, так и из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозо-бумажного производства. Сжижается при небольшом давлении.

Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Департамент транспорта и связи Москвы подготовил проект постановления городского правительства «О расширении применения диметилового эфира и других альтернативных видов моторного топлива».

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания SAIC Motor.

 

 

 

Патент №2385900 (способ получения жидкого биотоплива)

	РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ    ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА  ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,  ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (19) RU (11) 2385900 (13) C1   (51)  МПК C11C3/04   (2006.01) (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 28.09.2010 - действует

(21), (22) Заявка: 2008126414/13, 01.07.2008 (24) Дата начала отсчета  срока действия патента:  01.07.2008 (46) Опубликовано: 10.04.2010 (56) Список документов, цитированных  в отчете о  поиске: RU 2006120083 А, 10.01.2008. WO 2007127059 А2, 08.11.2007. RU 2058298 C1, 20.04.1996. Адрес для переписки:  109316, Москва, ул. Талалихина, 26, ВНИИМП, Центр интеллектуальной собственности, М.В.Трифонову

(72) Автор(ы):  Бабурина Марина Ивановна (RU),  Горохов Дмитрий Германович (RU),  Иванкин Андрей Николаевич (RU) (73) Патентообладатель(и):  Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности имени В.М. Горбатова Российской академии сельскохозяйственных наук (RU)

 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО БИОТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области переработки промышленных отходов. Способ включает подготовку сырья, нагревание с последующей обработкой и получение топлива. Нагревание подготовленного сырья ведут при температуре 55-60°С с последующим отделением влаги и примеси, а обработку подготовленного сырья проводят в реакционном котле путем одновременной реакции этерификации и трансэтерификации при смешивании сырья со спиртом в соотношении 5:1-7:1 соответственно и добавлением гетерогенного кислотного катализатора в количестве 5-10% к массе, при этом процесс ведут при температуре 120-150°С в течение 60-120 мин при турбулентном перемешивании при 1200-1500 оборотов в минуту и атмосферном давлении, за 15 минут до окончания процесса добавляют глицерин 5%, останавливают процесс и извлекают гетерогенный катализатор, помещают полученный субстрат в отстойный бак на 6 часов, разделяют биодизель и глицерин в отстойном баке путем слива образовавшейся нижней фазы глицерина, отгоняют избыток спирта, очищают биодизель силикатом магния в течение 30 минут, извлекают силикат магния и его восстанавливают. В качестве сырья используют жировое сырье с содержанием свободных жирных кислот 10-100% и/или растительное сырье масленичных культур, а в качестве гетерогенного кислотного катализатора дифосфат лантанума, и/или силикат магния, и/или дифосфат алюминия, и/или сульфатированный цирконий. Изобретение позволяет повысить выход продукта с улучшенными экологическими показателями. 1 ил.

Изобретение относится к области переработки промышленных отходов, в частности пищевой промышленности, переработки скота, и может быть использовано при производстве жидкого биотоплива для агропромышленных и коммунально-бытовых нужд.

Известен способ получения топлива для дизельного двигателя, содержащий: этап первой очистки отходов масла, содержащих рыбий жир (неиспользованное масло или отходы рыбьего жира) или отфильтрованной смеси рыбьего жира и растительного масла (неиспользованное масло или отходы растительного масла) (именуемых далее "исходный материал"), с очисткой с перемешиванием с введением озона для разделения, состава указанного исходного материала и тонкой пульверизации исходного материала, этап фильтрации материала, полученного в первой очистке, этап второй очистки смеси отфильтрованного материала с введением озона для дальнейшей тонкой пульверизации указанного фильтрата и этап введения противокристаллизационного средства в материал, полученный на этапе второй очистки, в котором на этапе первой очистки добавляются окислительно-восстановительное средство и ингибитор полимеризации, в результате чего исходный материал не окисляется так сильно (см. заявка РФ 2003113558, C10L 1/08, 2003 г.).

Известен способ превращения исходного сырья, по меньшей мере, в один полезный материал, включающий приготовление взвеси из указанного исходного сырья, вступление взвеси в первую реакцию для получения реакционного сырья, включающего, по меньшей мере, один твердый реакционный продукт, по меньшей мере, один жидкий реакционный продукт и воду, отделение указанного, по меньшей мере, одного твердого продукта, указанной воды и указанного, по меньшей мере, одного жидкого продукта от указанного реакционного сырья и превращение указанного, по меньшей мере, одного жидкого реакционного продукта, например один жидкий продукт включает, по меньшей мере, одно производное жира или одну жирную кислоту, по меньшей мере, в один полезный материал во второй реакции (см. заявка 2005133203, C05G 1/00, 2006 г.).

Наиболее близким к заявленному известен способ переработки животных жиров и/или другого сырьевого материала в жидкое топливо, включающий следующие стадии: подачу материала, включающего животные жиры, в жидком виде в перегонный куб извлечение объема материала из перегонного куба, нагревание извлеченного материала до температуры расщепления, возвращение извлеченного материала в перегонный куб, разделение соединений с более низкой молекулярной массой из подвергнутого расщеплению материала на небольшую фракцию летучих головных погонов и вторичную смесь жидкого топлива на дистилляционной колонне, сбор вторичной смеси жидкого топлива при помощи конденсатора (см. заявка 2006120083, C10G 9/00, 2006 г.).

Известные способы позволяют получить жидкое топливо, однако приемы трудоемки.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение выхода продукта с улучшенными экологическими показателями, сокращение затрат на очистку биодизеля и глицерина.

Поставленная задача решается в способе получения жидкого биотоплива, включающем подготовку сырья, нагревание с последующей обработкой и получение топлива, отличающемся тем, что нагревание подготовленного сырья ведут при температуре 55-60°С с последующим отделением влаги и примеси, а обработку подготовленного сырья проводят в реакционном котле путем одновременной реакции этерификации и трансэтерификации при смешивании сырья со спиртом в соотношении 5:1-7:1 соответственно и добавлением гетерогенного кислотного катализатора в количестве 5-10% к массе, при этом процесс ведут при температуре 120-150°С в течение 60-120 мин при турбулентном перемешивании в 1200-1500 оборотов в минуту и атмосферном давлении, за 15 мин до окончания процесса добавляют глицерин 5%, останавливают процесс и извлекают гетерогенный катализатор, помещают полученный субстрат в отстойный бак на 6 часов, разделяют биодизель и глицерин в отстойном баке путем слива образовавшейся нижней фазы глицерина, отгоняют избыток спирта, очищают биодизель силикатом магния в течение 30 мин, извлекают силикат магния и его восстанавливают, причем в качестве сырья используют жировое сырье с содержанием свободных жирных кислот 10-100% и/или растительное сырье масленичных культур, а в качестве гетерогенного кислотного катализатора дифосфат лантанума, и/или силикат магния, и/или дифосфат алюминия, и/или сульфатированный цирконий.