Биотопливо из отходов
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Поиск новых источников энергии — сейчас актуальная тема, как для России, так и для всего мира. При правильном подходе из биотоплива может получиться фактически неиссякаемый источник энергии. Во многих странах уже законодательно закреплены добавки биодизеля в петродизель. При этом основным сырьем для биодизеля являются сельскохозяйственные культуры: рапс, кукуруза, сахарный тростник. Ученые из Института биофизики СО РАН (Красноярск) предложили новый источник сырья для производства биодизеля — природные илы и осадок очистных сооружений.
Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2011 в номинации «Лучшее новостное сообщение».
Недостаток сельскохозяйственных культур в качестве сырья для получения биотоплива очевиден. Продовольствия в мире и так не хватает (два миллиарда людей из почти семи регулярно недоедает).
Рисунок 1. Заместитель директора Института биофизики СО РАН профессор, доктор биологических наук Михаил Иванович Гладышев
«Во-первых, чем меньше организм, тем он быстрее растет, — поясняет заместитель директора Института биофизики СО РАН профессор, доктор биологических наук Михаил Иванович Гладышев. — Бактерия растет быстрее слона, а микроводоросль растет быстрее кукурузы. Соответственно, это очень перспективные культуры, кроме того, с высоким содержанием липидов, из которых собственно и производят биодизель.
Поэтому РАН этим и занялась. Существует Программа Президиума РАН, где есть Проект № 19 „Химические аспекты энергетики“. Наша тема в нем № 10: „Исследование липидов микроводорослей и черных илов на предмет их использования как сырья для получения биотоплива“» .
Но для России выращивание микроводорослей — достаточно энергозатратный процесс. Хорошо заниматься этим, например, в Израиле, где много бесплатного тепла и солнца. В Сибири выращивать микроводоросли можно только в лаборатории. Что, естественно, отразится на цене получаемого из них биодизеля.
«В связи с этим мы обратили внимание на бесплатный склад микроводорослей, которые выращиваются без затрат электричества с нашей стороны — это собственно илы, которые состоят из отмерших микроводорослей и продуктов их жизнедеятельности
Каждые 15–20 лет для восстановления водной экосистемы положено вычерпывать и убирать донные осадки. Убрать их достаточно проблемно, потому что получается, что озеро очистили, а окружающую территорию загрязнили. Нам пришло в голову: а нельзя ли этот осадок, который является побочным продуктом природоохранных мероприятий, использовать в качестве сырья для биотоплива? Мы исследовали липидный состав полученного биодизеля: он оказался достаточно хорошим, по качеству соответствующим Евро-4 и Евро-5».Именно эта работа красноярских ученых недавно была причиной шумихи в СМИ. Результаты исследования донных илов были опубликованы в научном журнале Biomass and Bioenergy [2], где ее рассматривали крупнейшие мировые эксперты в этой области. Нужно отметить, что статья научных сотрудников СО РАН вышла достаточно быстро, а сама тема исследования была принята с оптимизмом. Во-первых, потому что в первую очередь решается экологическая проблема — утилизация илов, а, во-вторых, во всем мире 70–80% стоимости биодизеля составляет сырье.
Разработка потенциального источника бесплатного сырья, которое, кроме того, является побочным продуктом экологических мероприятий, было воспринято мировым сообществом с оптимизмом.
«Работа хорошая, но есть одно маленькое „но“, — замечает Гладышев. — Вопрос, который и мы себе задавали, и наши коллеги: сколько раз можно вычерпать из озера ил и за какой промежуток? Понятно, что одно озеро нужно чистить раз в 15–20 лет; в пригородах Красноярска, конечно, много озер, но возобновляемым этот источник не назовешь: илы образуются десятилетиями. Поэтому нам пришло в голову, что нужно поискать другой возобновляемый источник в таком же роде. Мы, конечно, сразу вспомнили про активный ил очистных сооружений, которые работают круглогодично, круглосуточно, непрерывно и в большом количестве. Мы связались с нашими коллегами из ООО „КрасКом“ — коммунальной службы. Они сказали, что самая главная проблема — это осадок первичных отстойников очистных сооружений. Они раскладывают их на поля вокруг города, и эти поля на десятилетия выводятся из сельскохозяйственного оборота.
Сейчас в Красноярске строится завод, чтобы механически отжимать их этих отходов воду с целью уменьшить их конечный объем. Руководство «КрасКом» попросило Институт биофизики проверить эти осадки.
Рисунок 2. Стоки очистных сооружений
«Поскольку мы хотим жить в чистой стране и в чистом городе, а программа РАН подразумевает поиск нетрадиционных источников биотоплива, то мы взяли для исследования эти отходы, которые по генезису похожи на донные осадки. Мы провели эксперимент, получили первые 15 мл биодизеля и установили выход биодизеля в лабораторных условиях — 0,6 г/л жидких первичных осадков. Когда мы проанализировали этот осадок, мы пришли в восторг, потому что содержание липидов в нем — 14%. Для сравнения, в сое эта цифра равна 18%. Из-за того, что очистные сооружения работают почти постоянно, осадка за сутки получается очень много, и, соответственно, недостатка сырья для производства биотоплива не будет», — рассказывает Гладышев.
Генеральный директор ООО «КрасКом» Анатолий Иванович Матюшенко поддержал эту идею, было решено заключить договор и довести исследование до производства: построить завод по производству биодизеля и использовать его в качестве добавки для собственных машин предприятия. У этого метода утилизации осадков есть и другое достоинство: после проведения метанолиза в нём не остается ни одной болезнетворной бактерии. Таким образом, сразу решаются две проблемы: утилизации отходов и получения биодизеля.
«Сейчас мы находимся в стадии заключения договора, — комментирует этот проект М. И. Гладышев. — Мы сотрудничаем не только с „КрасКомом“, но и с Сибирским федеральным университетом, потому что там есть и экономисты, и инженеры, и специалисты по моторному топливу, которые нужны для этого проекта. То есть, это комплексный проект: нужно будет конструировать завод, испытывать, в каких количествах и как добавлять биодизель в петродизель, рассчитывать экономические эффекты. Если нужно будет, мы подключим и другие институты, — например, если катализаторы понадобятся, то мы обратимся в Институт катализа СО РАН.
Мы еще не оптимизировали этот процесс для поточного производства, только получили биодизель. Самое главное — нужно исследовать, что остается после метанолиза. Тут еще большой объем научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы. Самое интересное, что мы не бегали, не искали заказчика, а он сам на нас вышел, и поэтому существуют достаточно неплохие перспективы внедрения этой разработки. Я считаю, что мы хорошо выполнили предназначение программы президиума РАН — нашли нетрадиционный источник биотоплива. Хотя хотелось бы уже, конечно, скорее увидеть реализацию этого проекта, когда опасные отходы превращаются в биотопливо, и в городе становится чище. Это, собственно, и есть наша задача».
- Бактерии для водородной энергетики;
- A.Yu. Kuchkina, M.I. Gladyshev, N.N. Sushchik, E.S. Kravchuk, G.S. Kalachova. (2011). Biodiesel production from sediments of a eutrophic reservoir.
Биодизельное топливо: как сделать биодизель своими руками в домашних условиях
Главная страница » Биодизельное топливо: как сделать биодизель своими руками в домашних условиях
Жидкое моторное топливо, полученное, к примеру, из растительного масла – реальность вполне очевидная для бытовых условий производства. При этом следует отметить, что биодизель, приготовленный на основе масел, естественно содержащих антиоксидант токоферол, а также витамин «Е» (например, в рапсовом масле), имеет срок годности больший, чем биодизель на основе растительных масел иных видов. В любом случае, стабильность топлива заметно снижается спустя 10 суток. Полная негодность наступает спустя два месяца.
СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :
Производство биодизеля из растительного масла
Дизельное топливо допустимо изготовить путём взаимодействия растительного масла (кулинарного жира) и широко распространенных химических компонентов.Полученный в чистом виде продукт – биодизель, подходит к любому дизельному автомобильному мотору.
Также допускается применение в смеси с традиционным дизельным топливом. Никаких модификаций при этом не требуется.
Рассмотрим технологию приготовления биодизеля своими руками на основе свежего растительного масла. Однако не исключается также производство биодизеля на основе отработанного растительного масла.
Правда, этот процесс выглядит несколько сложнее. Поэтому для начала рассмотрим базовый (простой) вариант.
Ресурсы на изготовление биодизеля
На объём одного литра чистого растительного масла (рапсовое, кукурузное, соевое) потребуется 3,5 грамма гидроксида натрия. Гидроксид натрия (каустическая сода) широко применяется в составе очистительных жидкостей.
Однако нельзя путать это вещество с другим веществом — гипохлоритом кальция, которое также содержится в составе некоторых чистящих средств. Также потребуется 200 миллилитров метанола (метилового спирта).
МЕТАНОЛ
Химический (токсичный) компонент – метанол, одна из составляющих списка компонентов, необходимых для производства биодизеля своими руками в домашних условияхИз механического «производственного» оборудования нужен блендер.
Оптимальный вариант – аппарат, где есть режим тихого хода. Следует отметить, что приёмной ёмкостью блендера для приготовления биодизеля следует использовать стеклянную, не пластиковую.
Метанол, применяемый для изготовления биодизеля, способен вступать в реакцию с пластиком. Кроме того, потребуются:
- цифровые весы для точного измерения,
- стеклянный контейнер на 200 миллилитров (маркированный по уровням),
- стеклянный (пластиковый) контейнер (1 л) с маркировкой по уровням,
- открытый стеклянный (пластиковый) сосуд (1,5 литра),
- очки защитные,
- перчатки с фартуком.
Меры предосторожности для производства биодизеля
Внимание! Применяемые вещества — гидроксид натрия и метанол, при попадании на кожу приводят к плачевным результатам. Также опасными являются пары этих химических компонентов, учитывая степень токсичности.
Метанол легко и быстро впитывается в организм через кожу, поэтому необходимо исключить попадание вещества на руки.
Гидроксид натрия относится к едким химическим компонентам, способен вызвать химический ожог.
ГИДРООКСИД
Ещё один важный компонент, который требуется под приготовление биодизеля на основе растительного масла – гидроксид натрия или в простой интерпретации – каустическая содаОтсюда вывод — готовить биодизель своими руками следует в условиях хорошо проветриваемого помещения. Если случайно пролит любой из химических компонентов с попаданием на кожу, нужно немедленно промыть место контакта водой.
Вся посуда, используемая в эесперименте, по умолчанию становится «токсичной», а потому может применяться исключительно для производства биодизеля.
Пошаговое приготовление биологически чистого топлива
Процедура приготовления биодизеля требует температуры окружающей среды не ниже 21ºC. Если температура внутри рабочего помещения ниже указанного значения, существует риск деактивации химической реакции.
Шаг #1: получение метоксида натрия
На первом этапе стеклянная ёмкость блендера заполняется 200 миллилитрами метанола.
Установить режим работы блендера на самое низкое значение и неспешно добавить 3,5 грамма гидроксида натрия (щёлочь).
В результате этой реакции образуется метоксид натрия, который необходимо использовать сразу после получения. Подобно гидроксиду натрия, метоксид натрия допустимо хранить, но при условиях полного отсутствия контакта с воздухом и влагой.
Для домашних условий такие условия создать достаточно проблематично. Поэтому выход – использование вещества сразу по факту приготовления (то есть выполнение процедуры, описанной шагом #2).
Шаг #2: получение глицерина и биодизеля
Смешивать метанол с гидроксидом натрия до полного растворения гидроксида натрия. По времени этот процесс занимает примерно 2-3 минуты. Полученную смесь залить 1 литром растительного масла. Продолжать смешивать компоненты ещё 20-30 минут по времени на малой скорости работы блендера.
Далее смесь аккуратно перелить в стеклянный контейнер. Обычно при этом можно наблюдать, как жидкость разделяется слоями.
Процессом разделения внизу контейнера остаётся глицерин, а на верхнем уровне собирается биодизель.
Шаг #3: Слив готового продукта
Выждать не менее 2-3 часов до момента, пока смесь полностью не разделится по слоям. Затем необходимо сохранить жидкость верхнего слоя, представляющую биологическое дизельное топливо.
Продукт, полученный вторым слоем – глицерин, тоже может пригодиться под какие-то другие проекты. Чтобы аккуратно слить биодизель, удобно применить насос или аналогичную машину для откачки верхнего слоя жидких компонентов.
Использование биологического дизельного топлива на практике
Обычным делом является использование чистого биологически дизельного топлива. Также допустимо подмешивать продукт к стандартному нефтяному дизельному топливу для дизельных двигателей.
Есть факторы практического применения, когда определённо рекомендуется смешивать биологический продукт, с продуктом на нефтяной основе.
- Для условий работы автомобильного мотора при температуре ниже 10-12ºC, рекомендовано смешивать биологическое дизельное топливо с нефтяным продуктом. Такая смесь в соотношении 50/50 надёжнее работает в холодных погодных условиях.
- Практика показывает — чистому биологически дизельному топливу присуща критическая температура 12ºC. При такой температуре топлива возможно засорение топливной магистрали с последующей остановкой мотора автомобиля. Чистый нефтяной продукт имеет критическую температуру минус 24ºC.
Такая смесь в соотношении 50/50 надёжнее работает в холодных погодных условиях.Чем ниже температура относительно критической границы биодизеля, тем выше значение процента нефтяного дизельного топлива в соотношении. При температуре выше 12ºC, допустимо без проблем применять чистое биологическое дизельное топливо.
Оба типа дизельного топлива возвращаются в нормальное состояние, как только температура превышает критическую границу.
МАСЛО
Смешанное топливо, где выдержано соотношение 20% биодизеля и 80% нефтяного продукта, редко, но можно встретить на городских заправках. Этот вид продукта официально называется «Биодизель B20»Чистое биологическое дизельное топливо разлагает детали на основе натурального каучука.
На некоторых автомобилях используются каучуковые шланги. Однако смесь в сочетании 20% биодизеля и 80% нефтяного топлива вполне подходит для таких машин.
Биодизель — сроки годности и стабильность продукта
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
Производство биодизеля
Для получения биодизеля используют любые виды растительных масел — подсолнечное, рапсовое, льняное и т.д. При этом биодизели, произведенные из разных масел, имеют некоторые отличия. К примеру, биодизель, полученный из рапсового масла, имеет наибольшую калорийность, но и самую высокую температуру фильтруемости и застывания. Биодизель, приготовленный из рапса, уступает пальмовому по калорийности, но зато легче переносит холод, а потому более всего подходит для холодного климата.
Содержание статьи
Как делают биодизель
Суть процесса приготовления биодизеля заключается в уменьшении вязкости растительного масла, чего можно достичь различными способами. Любое растительное масло — это смесь триглицеридов (эфиров, соединенных с молекулой глицерина) с трехатомным спиртом. Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Поэтому, чтобы получить биодизель, необходимо удалить глицерин, заместив его на спирт.
Этот процесс называется трансэтерификацией.
В качестве первичного сырья может использоваться и отработанное растительное масло. В этом случае необходима предварительная фильтрация для удаления примесей и воды. Если воду не удалить, то вместо реакции трансэтерификации произойдет гидролиз триглицеридов. В результате получим не биодизель, а соли жирных кислот.
В процессе реакции масло вначале нагревается до определенной температуры (для ускорения реакции), а затем в него добавляется катализатор и спирт. Если применяется метанол – образуется метиловый эфир, если этанол – этиловый эфир. Для ускорения реакции также может применяться кислота. Смесь определенное время перемешивается и отстаивается. После отстаивания смесь расслаивается, образуя биодизель в верхнем слое (называемый химически «эфир»), затем слой мыла и на дне остается глицерин.
Глицерин и мыльный слой впоследствии отделяются, а биодизель промывается различными способами для удаления остатков мыла, катализатора и других возможных примесей.
После промывок он осушается для удаления остатков воды, например, сульфатом магния. Затем осушитель удаляется простой фильтрацией. 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.
После завершения реакции на дне осаждается глицерин. Биодизель должен быть цвета меда, глицерин – более темного цвета. При поддержании температуры около 38 градусов глицерин остается в жидком состоянии и может быть легко удален снизу смесителя отдельным шлангом. Глицерин, полученный из отработанных масел, обычно коричневый и твердеет при температуре 38 градусов, глицерин из свежего масла остается в жидком состоянии при более низких температурах. Его можно использовать как побочный продукт, предварительно выпарив из него метанол нагреванием до 65,5 градусов.
Схема получения биодизеля и его преимущества
Схема получения биодизеляКачество получившегося продукта определяется, прежде всего, визуально и проверкой рН.
На вид биодизель должен выглядеть как чистое подсолнечное масло. Не допускается наличие никаких взвесей, примесей, частиц или замутнений. Мутность означает присутствие воды, которая удаляется нагреванием. После первого применения биодизеля обязательно следует проверить топливные фильтры.
Требования к биодизелю
В марте 2009 года Комитетом Всемирной Топливной Хартии (WWFC) были представлены Руководства по биодизелю и биоэтанолу. Быстрый рост использования этанола и биодизеля вызвал потребность в большей информации об этих важных возобновляемых видах топлива. Так же как и для обычных бензина и дизельного топлива, качество биотоплива должно соответствовать потребностям и характеристикам двигателей и других систем автомобиля. Это особенно актуально в свете грядущих стандартов сверчистых выбросов.
Учитывая различия в производстве и методах измерения биотопливных смесей, руководство сосредоточено на качестве исходного биодизеля, используемого для изготовления готовых смесей биотоплива.
Этот документ содержит рекомендации изготовителям, которые производят и используют 100% биодизельное (В100) и ДТ на нефтяной основе для получения 5% смеси биодизеля (В5). Получающееся топливо должно соответствовать рекомендациям WWFC для различных категорий рынков топлива, как и обычное ДТ.
Использование этанола и биодизеля является важным фактором для увеличения поставок бензина и дизельного топлива. В качестве возобновляемых видов топлива они имеют потенциал чтобы сократить уровень выбросов парниковых газов. Правильная рецептура также может помочь обеспечить более низкий уровень выбросов обычных загрязнителей. Ключ к достижению низких выбросов состоит в производстве сырья хорошего качества, а также смешивание и реализация готового топлива способом, который сохраняет его качество до конечного потребителя.
Этот документ выражает коллективное мнение на сегодняшний день, основанное на опыте производства биодизеля из обычного сырья, таких как рапс и соя и с учетом комментариев от всех заинтересованных сторон.
Однако, техническая информация будет продолжать развиваться, так что этот документ также будет меняться.
Содержание статьи
Интересен рынка к биотопливу
Цель Всемирной топливной хартии состоит в продвижении высококачественных и гармонизированных видов топлива на глобальной основе для оптимизации работы двигателя и автомобиля в целом, повышения их долговечности и обеспечения наиболее чистой работы двигателей и автомобилей. Решение этой задачи принесет пользу потребителям, упростит топливные рынки, облегчит торговлю и поможет правительствам в выполнении целей государственной политики.
Биотопливо представляет особый интерес сегодня из-за их потенциала в сокращении использования топлива на основе нефти, повышения энергетической безопасности и уменьшения выбросов парниковых газов. Биодизель является одним из таких видов топлива, которое уже используется, а также другие перспективные виды топлива, такие как гидроочищенное растительное масло (НВО) и топливо, полученное из биомассы (BTL).
Хорошее качество биодизеля имеет фундаментальное значение для его дальнейшего использования. Данное руководство содержит рекомендации для изготовителей, касающиеся качества биодизеля, необходимого для его использования в двигателях.
Рекомендуемые нормы в данном руководстве установлены для 100% биодизеля (B100), который предназначен для смешивания с дизельным топливом на нефтяной основе для получения смеси, содержащей не более 5% биодизеля по объему (B5), пригодной для использования в автомобилях с ДВС. Для смесей, содержащих более высокий процент биодизеля, необходимы другие спецификации, маркировка и контроль защиты потребителей. Готовые биодизельные смеси должны отвечать требованиям, установленным хартией для соответствующей категории дизельного топлива.
Свойства биодизеля
Биодизелю свойственно изменение качества с течением времени. С момента производства в нем начинаются реакции окисления. Температура воздуха, а также вода и кислород, содержащиеся в нем, оказывают влияние на скорость окисления.
Антиоксидантные добавки могут помочь замедлить этот процесс ухудшения качества и до некоторой степени улучшить топливную стабильность. Их эффективность зависит от того, добавлены они во время производства биодизеля, либо сразу же после его окончания. Чрезмерное использование антиоксидантов может привести к дополнительному образованию осадка. Таким образом, необходимо соблюдать осторожность при выборе типа и количества антиоксидантов. Не рекомендуется хранить готовые смеси длительное время или в неблагоприятных условиях.
Эти рекомендации основаны на опыте использования биодизеля из обычного сырья производителями двигателей и автомобилей на различных рынках по всему миру. По мере появления новых видов сырья, свойства и нормы, указанные здесь, могут потребовать пересмотра.
Биодизель и биодизельные смеси должны иметь однородные свойства, для обеспечения надлежащего качества как до, так и после смешивания. Высокоскоростное впрысковое смешивание предпочтительнее смешивания разбрызгиванием, так как при этом обеспечивается лучшее качество топлива.
Содержание эфира (не менее 96,5 %) в топливе показывает количество сложного метилового эфира жирной кислоты (FAME) в нем, и, следовательно, является показателем качества топлива. Низкое количество эфира может означать, что не прореагировавшие соединения, такие как триглицериды, или используемые в процессе производства компоненты, такие как катализаторы (KOH/NaOH) или метанол, остались в топливе. Низкий уровень также может указывать на загрязнение не FAME соединениями. Эти примеси могут вызвать засорение топливного фильтра, отложения в двигателе и другие проблемы. Государства могут законодательно устанавливать содержания эфира в топливе.
Окислительная стабильность: (индукционный период 10 мин). Устойчивость к окислению очень важна. Устойчивость к окислению является одним из наиболее важных свойств поскольку FAME окисляется легче по сравнению с нефтяным дизельным топливом и производит продукты реакции, которые могут повредить двигателю или автомобилю. Топливо с большим числом молекул метиленовых групп, прилегающих к двойным связям, особенно восприимчивы к окислению.
Процесс окисления начинается, как только растительное масло создается и продолжается до начала переэтерификации. Окисление производит пероксиды (гидропероксиды), которые подвергаются дальнейшей реакции с образованием кислоты. Молекулы могут также полимеризоваться и образуют смолы, осадок и другие нерастворимые соединения. В отличие от пероксидов, которые обычно исчезают в какой-то момент во время переэтерификации, полимеры, образующиеся при окисления не исчезают и остаются в смеси. Индукционный период – это время, в течение которого топливо может храниться до появления кислоты, что указывает на то, что топливо становится неустойчивым.
Общее кислотное число (не более 0,50 мг КОН / г)Кислотное число является мерой кислот в топливе. Эти кислоты исходит из двух источников: (I) кислоты, используемые в производстве биодизельного топлива, которые не полностью удаляются в процессе производства, и (II) кислоты, образующиеся в качестве побочного продукта в процессе окисления. Кислотное число измеряется количеством КОН (гидроксида калия), необходимого для нейтрализации одного грамма FAME.
Кислотное число биодизеля будет меняться вследствие нормального процесса окисления с течением времени, и недавние исследования показали, что это изменение является хорошим индикатором B100 стабильности. Наличие кислот в топливе может нанести вред системам впрыска и другим металлическим деталям.
Цетановое число (не менее 51) является мерой воспламенения топлива и характеристик сгорания качества. Топливо с низким цетановым числом приводит к затрудненному пуску, жесткой работе двигателя, повышенному шуму и дымности выхлопных газов.
Биодизель — Biodiesel — Gaz.wiki
Для более широкого освещения этой темы см. Биотопливо . Модель, заполняющая пространство метиллинолеата или метилового эфира линолевой кислоты, обычного метилового эфира, полученного из соевого или канолового масла и метанола. Модель, заполняющая пространство этилстеарата или этилового эфира стеариновой кислоты, этилового эфира, полученного из соевого или канолового масла и этанола Биодизель — это разновидность дизельного топлива, получаемого из растений или животных и состоящего из сложных эфиров длинноцепочечных жирных кислот .
Обычно его получают путем химической реакции липидов, таких как животный жир ( жир ), соевое масло или какое-либо другое растительное масло, со спиртом с образованием метилового , этилового или пропилового эфира.
В отличие от растительных масел и отработанных масел, используемых в преобразованных дизельных двигателях, биодизель является биотопливом , который можно использовать только в качестве топлива , что означает, что он совместим с существующими дизельными двигателями и инфраструктурой распределения. Биодизель можно использовать отдельно или в смеси с нефтяным дизелем в любых пропорциях. Смеси биодизеля также можно использовать в качестве топочного мазута .
США Национальный совет биодизеля определяет «биодизель» как моно-алкил сложный эфир.
Смеси
Образец биодизеля Смеси биодизеля и обычного дизельного топлива на углеводородной основе чаще всего распространяются для использования на розничном рынке дизельного топлива.
В большинстве стран мира для определения количества биодизеля в любой топливной смеси используется система, известная как фактор «B»:
- 100% биодизель обозначается как B100.
- 20% биодизеля, 80% бензина маркируются B20.
- 5% биодизель, 95% петродизель имеют маркировку B5
- 2% биодизеля, 98% петродизеля имеет маркировку B2
Смеси с содержанием биодизеля 20% и ниже могут использоваться в дизельном оборудовании без каких-либо модификаций или с незначительными модификациями, хотя некоторые производители не расширяют гарантийное покрытие, если оборудование повреждено этими смесями. Смеси от B6 до B20 подпадают под спецификацию ASTM D7467. Биодизель также можно использовать в чистом виде (B100), но может потребоваться определенная модификация двигателя, чтобы избежать проблем с обслуживанием и производительностью. Смешивание B100 с нефтяным дизельным топливом может осуществляться посредством:
- Смешивание в резервуарах на производственном участке перед доставкой в автоцистерну
- Смешивание брызг в автоцистерне (добавление определенных процентов биодизеля и нефтяного дизельного топлива)
- Поточное смешивание, два компонента одновременно поступают в автоцистерну.
- Дозируемый насос для смешивания, счетчики нефтяного дизельного топлива и биодизеля настроены на X общий объем,
Приложения
Targray Biofuels — железнодорожный вагон для перевозки биодизеля. Биодизель может использоваться в чистом виде (B100) или может быть смешан с нефтяным дизельным топливом в любой концентрации в большинстве дизельных двигателей с ТНВД. Новые двигатели с системой Common Rail для экстремально высокого давления (29000 фунтов на кв. Дюйм) имеют строгие заводские ограничения B5 или B20, в зависимости от производителя. Биодизельное топливо имеет свойства растворителя, отличные от нефтодизеля, и ухудшает качество прокладок и шлангов из натурального каучука в транспортных средствах (в основном транспортных средствах, выпущенных до 1992 года), хотя они, как правило, изнашиваются естественным образом и, скорее всего, уже были заменены на FKM , который не реагирует на биодизель. Биодизель, как известно, разрушает отложения остатков в топливных магистралях, в которых использовалось нефтяное дизельное топливо.
В результате топливные фильтры могут забиться твердыми частицами, если будет произведен быстрый переход на чистый биодизель. Поэтому рекомендуется заменять топливные фильтры на двигателях и обогревателях вскоре после первого перехода на смесь биодизеля.
Распределение
После принятия Закона об энергетической политике 2005 года использование биодизеля в США увеличивалось. В Великобритании Обязательство по возобновляемому транспортному топливу обязывает поставщиков включать 5% возобновляемого топлива во все транспортное топливо, продаваемое в Великобритании к 2010 году. Для дорожного дизельного топлива это фактически означает 5% биодизеля (B5).
Использование транспортных средств и принятие производителем
В 2005 году компания Chrysler (в то время входившая в состав DaimlerChrysler) выпустила на европейский рынок дизельные двигатели Jeep Liberty CRD с 5% -ным содержанием биодизеля, что свидетельствует о по крайней мере частичном признании биодизеля в качестве приемлемой добавки к дизельному топливу.
В 2007 году DaimlerChrysler заявил о своем намерении увеличить гарантийное покрытие до 20% биодизельных смесей, если качество биотоплива в Соединенных Штатах может быть стандартизировано.
Volkswagen Group выпустила заявление о том , что некоторые из своих автомобилей совместимы с B5 и B100 сделаны из семян рапса масла и совместимы с EN 14214 стандартом. Использование биодизеля указанного типа в автомобилях не отменяет никаких гарантийных обязательств.
Mercedes Benz не разрешает использование дизельного топлива, содержащего более 5% биодизеля (B5), из-за опасений по поводу «производственных недостатков». Ограниченная гарантия Mercedes-Benz не распространяется на любой ущерб, вызванный использованием такого неразрешенного топлива.
Начиная с 2004 года, город Галифакс, Новая Шотландия, решил обновить свою автобусную систему, чтобы парк городских автобусов мог работать полностью на биодизельном топливе на основе рыбьего жира. Это вызвало в городе некоторые начальные механические проблемы, но после нескольких лет доработки весь флот был успешно преобразован.
В 2007 году британский McDonald’s объявил о начале производства биодизеля из отработанного масла в своих ресторанах. Это топливо будет использоваться для работы его флота.
Chevy Cruze Clean Turbo Diesel 2014 года, поставляемый напрямую с завода, будет рассчитан на совместимость с биодизелем до B20 (смесь 20% биодизеля / 80% обычного дизельного топлива).
Железнодорожное использование
Британская железнодорожная компания Virgin Trains West Coast заявила, что запустила первый в Великобритании «поезд на биодизеле», когда класс 220 был переоборудован для работы на 80% нефтяном и 20% биодизельном топливе.
Британский Королевский поезд 15 сентября 2007 года завершил свой первый когда — либо путешествие работать на 100% биодизельного топлива , поставляемого Green Fuels Ltd. Принц Чарльз и Грин Топлива управляющий директор Джеймс Hygate были первыми пассажирами на поезде топливе полностью биодизельного топлива. С 2007 года Royal Train успешно работает на B100 (100% биодизель).
Аналогичным образом, государственная железная дорога с короткой веткой в Восточном Вашингтоне провела испытание смеси 25% биодизеля и 75% бензина летом 2008 г., закупив топливо у производителя биодизеля, расположенного вдоль железнодорожных путей. Поезд будет работать на биодизельном топливе, частично сделанном из канолы, выращиваемой в сельскохозяйственных регионах, через которые проходит короткая ветка.
Также в 2007 году в Диснейленде начали курсировать парковые поезда на B98 (98% биодизеля). Программа была прекращена в 2008 году из-за проблем с хранением, но в январе 2009 года было объявлено, что все поезда парка будут работать на биодизельном топливе, произведенном из собственных отработанных кулинарных масел. Это переход от работы поездов на биодизеле на основе сои.
В 2007 году исторический памятник Mt. Washington Cog Railway пополнила свой парк паровозов первым биодизельным локомотивом. Флот поднимался по западным склонам горы Вашингтон в Нью-Гэмпшире с 1868 года с максимальным вертикальным подъемом 37,4 градуса.
8 июля 2014 года тогдашний министр железных дорог Индии Д.В. Садананда Говда объявил в железнодорожном бюджете, что 5% биодизеля будет использоваться в дизельных двигателях индийских железных дорог.
Использование самолета
Испытательный полет совершил чешский реактивный самолет, полностью работающий на биодизеле. Однако в других недавних полетах реактивных самолетов с использованием биотоплива использовались и другие виды возобновляемого топлива.
7 ноября 2011 года United Airlines совершила первый в мире рейс коммерческой авиации на биотопливе, полученном из микробов, с использованием Solajet ™, возобновляемого реактивного топлива Solazyme на основе водорослей. Самолет Eco-skies Boeing 737-800 заправлялся 40% топлива Solajet и 60% реактивного топлива, полученного из нефти. Коммерческий рейс 1403 Eco-skies вылетел из аэропорта Хьюстона IAH в 10:30 и приземлился в аэропорту ORD Чикаго в 13:03.
В сентябре 2016 года национальный авиаперевозчик Нидерландов KLM заключил контракт с AltAir Fuels на поставку биотоплива на все рейсы KLM, вылетающие из международного аэропорта Лос-Анджелеса.
В течение следующих трех лет калифорнийская компания Paramount будет перекачивать биотопливо прямо в аэропорт со своего ближайшего нефтеперерабатывающего завода.
Как топочный мазут
Биодизель также можно использовать в качестве топлива для отопления в бытовых и коммерческих котельных, смесь топочного мазута и биотоплива, которая стандартизирована и облагается налогом несколько иначе, чем дизельное топливо, используемое для транспорта. Биотопливо представляет собой запатентованную смесь биодизельного топлива и традиционного топочного мазута. Bioheat является зарегистрированным товарным знаком Национального совета по биодизелю [NBB] и Национального исследовательского альянса по нефтяному теплу [NORA] в США и Columbia Fuels в Канаде. Отопительный биодизель доступен в различных смесях. ASTM 396 признает смеси, содержащие до 5 процентов биодизеля, как эквивалент чистого нефтяного печного топлива. Многие потребители используют смеси с более высоким содержанием биотоплива до 20%.
В настоящее время проводятся исследования, чтобы определить, влияют ли такие смеси на производительность.
Старые печи могут содержать резиновые детали, на которые могут повлиять свойства растворителя биодизеля, но в противном случае биодизель может сжигаться без необходимости какой-либо конверсии. Однако следует проявлять осторожность, так как лаки, оставленные бензином, будут высвобождены и могут забить трубы — требуется фильтрация топлива и быстрая замена фильтра. Другой подход состоит в том, чтобы начать использовать биодизельное топливо в качестве смеси, и уменьшение доли нефти с течением времени может позволить лаку соскальзывать более постепенно и снизить вероятность засорения. Однако благодаря своим свойствам сильного растворителя печь очищается и в целом становится более эффективной. В документе о технических исследованиях описывается проект лабораторных исследований и полевых испытаний с использованием чистого биодизеля и смесей биодизеля в качестве топочного топлива в мазутных котлах.
Во время выставки Biodiesel Expo 2006 в Великобритании Эндрю Дж. Робертсон представил результаты своих исследований по биодизельному топливу на основе своей технической статьи и предположил, что биодизель B20 может сократить выбросы CO 2 в домашних хозяйствах Великобритании на 1,5 миллиона тонн в год.
Закон, принятый губернатором штата Массачусетс Девалем Патриком, требует, чтобы все дизельное топливо для домашнего отопления в этом штате составляло 2% биотоплива к 1 июля 2010 г. и 5% биотоплива к 2013 г. Нью-Йорк принял аналогичный закон.
Очистка разливов нефти
Поскольку 80–90% затрат на разливы нефти инвестируются в очистку береговой линии, ведется поиск более эффективных и экономичных методов удаления разливов нефти с берега. Биодизель продемонстрировал свою способность значительно растворять сырую нефть, в зависимости от источника жирных кислот. В лабораторных условиях загрязненные отложения, имитирующие загрязненную береговую линию, были обработаны одним слоем биодизеля и подверглись воздействию имитированных приливов.
Биодизельное топливо является эффективным растворителем нефти из-за его компонента сложного метилового эфира, который значительно снижает вязкость сырой нефти. Кроме того, у нее более высокая плавучесть, чем у сырой нефти, что позже способствует ее удалению. В результате 80% нефти было удалено из булыжника и мелкого песка, 50% — из крупного песка и 30% — из гравия. После выхода нефти с береговой линии смесь нефти и биодизеля вручную удаляется с поверхности воды с помощью скиммеров. Любая оставшаяся смесь легко разрушается из-за высокой способности биодизеля к биологическому разложению и увеличенной площади поверхности смеси.
Биодизель в генераторах
Биодизель также используется в арендованных генераторах. В 2001 году UC Riverside установила резервную систему энергоснабжения мощностью 6 мегаватт, которая полностью работает на биодизельном топливе. Резервные генераторы, работающие на дизельном топливе, позволяют компаниям избежать аварийных отключений критически важных операций за счет высокого уровня загрязнения и выбросов.
Используя B100, эти генераторы смогли по существу устранить побочные продукты, которые приводят к выбросам смога, озона и серы. Использование этих генераторов в жилых районах вокруг школ, больниц и среди населения приводит к значительному сокращению ядовитого монооксида углерода и твердых частиц.
Историческая справка
Рудольф ДизельПереэтерификация растительного масла была проведена еще в 1853 году Патриком Даффи, за четыре десятилетия до того, как первый дизельный двигатель заработал. Лучшая модель Рудольфа Дизеля , одиночный железный цилиндр 10 футов (3,05 м) с маховиком в основании, впервые заработала на собственном ходу в Аугсбурге , Германия, 10 августа 1893 года, работая только на арахисовом масле . В память об этом событии 10 августа объявлено « Международным днем биодизеля ».
Часто сообщается, что Дизель сконструировал свой двигатель для работы на арахисовом масле, но это не так. Дизель заявил в своих опубликованных статьях: «На Парижской выставке 1900 года ( Exposition Universelle ) компания Отто продемонстрировала небольшой дизельный двигатель, который по просьбе французского правительства работал на арахиде (земляном или арахисовом).
) масло (см. биодизель), и работал так плавно, что лишь немногие люди знали об этом. Двигатель был сконструирован для использования минерального масла, а затем работал на растительном масле без каких-либо изменений. Правительство Франции в то время считало испытания применимости к производству энергии арахида или земляного ореха, который растет в значительных количествах в их африканских колониях и может быть легко выращен там ». Сам Дизель позже провел соответствующие испытания и, похоже, поддержал эту идею. В речи 1912 года Дизель сказал: «Использование растительных масел в качестве моторного топлива сегодня может показаться незначительным, но со временем такие масла могут стать такими же важными, как нефть и каменноугольные продукты в настоящее время».
Несмотря на широкое использование дизельного топлива, полученного из нефти, интерес к растительным маслам в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания отмечался в нескольких странах в течение 1920-х и 1930-х годов, а затем во время Второй мировой войны .
Сообщалось, что Бельгия , Франция, Италия, Великобритания, Португалия , Германия, Бразилия , Аргентина , Япония и Китай в это время тестировали и использовали растительные масла в качестве дизельного топлива. Сообщалось о некоторых эксплуатационных проблемах из-за высокой вязкости растительных масел по сравнению с нефтяным дизельным топливом, что приводит к плохому распылению топлива в топливной струе и часто приводит к отложению и закоксовыванию форсунок, камеры сгорания и клапанов. Попытки преодолеть эти проблемы включали нагревание растительного масла, его смешивание с дизельным топливом, полученным из нефти или этанолом, пиролиз и крекинг масел.
31 августа 1937 г. Г. Шаванн из Университета Брюсселя (Бельгия) получил патент на «Процедуру преобразования растительных масел для их использования в качестве топлива» (фр. « Procédé de Transformation d’Huiles Végétales en Vue de Leur Utilization Com Carburants »), патент Бельгии 422 877. В этом патенте описан алкоголиз (часто называемый переэтерификацией) растительных масел с использованием этанола (и упоминается метанол) для отделения жирных кислот от глицерина путем замены глицерина короткими линейными спиртами.
Это, по-видимому, первый отчет о производстве того, что сегодня известно как «биодизель». Это похоже (копия) на запатентованные методы, используемые в 18 веке для изготовления лампового масла, и в некоторых местах может быть вдохновлено некоторыми старинными историческими масляными лампами.
Совсем недавно, в 1977 году, бразильский ученый Expedito Parente изобрел и представил на патент первый промышленный процесс производства биодизеля. Этот процесс классифицируется как биодизельное топливо по международным нормам, что дает «стандартизованные характеристики и качество. Никакое другое предлагаемое биотопливо не было одобрено автомобильной промышленностью». С 2010 года компания Tecbio , принадлежащая Паренте, работает с Boeing и NASA над сертификацией биокеросина (биокеросина), еще одного продукта, произведенного и запатентованного бразильским ученым.
Исследования по использованию переэтерифицированного подсолнечного масла и его переработке до стандартов дизельного топлива были начаты в Южной Африке в 1979 году.
К 1983 году процесс производства биодизельного топлива топливного качества, испытанного двигателем, был завершен и опубликован на международном уровне. Австрийская компания Gaskoks получила технологию от южноафриканских инженеров сельского хозяйства; Компания построила первую пилотную установку по производству биодизеля в ноябре 1987 г. и первую промышленную установку в апреле 1989 г. (производительностью 30 000 тонн рапса в год).
На протяжении 1990-х годов предприятия были открыты во многих странах Европы, включая Чехию , Германию и Швецию . Франция начала местное производство биодизельного топлива (называемого диэфиром ) из рапсового масла, которое смешивается с обычным дизельным топливом на уровне 5%, и с дизельным топливом, используемым некоторыми внутренними автопарками (например, общественным транспортом ), на уровне 30%. Renault , Peugeot и другие производители сертифицировали двигатели для грузовых автомобилей для использования с частичным биодизелем до этого уровня; эксперименты с 50% биодизелем продолжаются.
В тот же период страны в других частях мира также увидели начало местного производства биодизеля: к 1998 году Австрийский институт биотоплива выявил 21 страну с коммерческими проектами по производству биодизеля. 100% биодизель теперь доступен на многих обычных заправочных станциях по всей Европе.
Свойства
Биодизель имеет многообещающие смазочные свойства и цетановое число по сравнению с дизельным топливом с низким содержанием серы. Топливо с более высокими смазывающими свойствами может увеличить срок службы оборудования для впрыска топлива под высоким давлением, смазка которого зависит от топлива. В зависимости от двигателя это могут быть насосы высокого давления, насос-форсунки (также называемые насос-форсунками ) и топливные форсунки .
Старые дизельные Mercedes популярны для работы на биодизеле.Теплотворная б
Биодизель
Содержание
Введение
3
Технология производства
4
Сырье производства
4
Достоинства
4
Недостатки
6
Действующие биодизельные программы
8
Биотопливо против продовольствия
9
Список литературы
15
ВВЕДЕНИЕ
С каждым годом стремительно ухудшается
экологическая обстановка, сокращаются
мировые запасы нефти, увеличивается количество
автомобильного транспорта и растут цены
на бензин и дизельное топливо. В связи
с этим все острее ставится вопрос о применении
альтернативных видов моторного топлива,
в том числе из биомассы – возобновляемого
сырья растительного или животного происхождения,
используемого для получения биотоплива.
Биотопливо представляет собой энергоноситель,
который хранит энергию, полученную из
биомассы. Для производства биоэнергии
в самых разных формах можно использовать
широкий спектр источников. Самым перспективным
из нетрадиционных источников энергии
есть растительные и животные жиры, которые
могут быть использованы для производства
биодизельного топлива (биодизеля).
В связи
с этим все острее ставится вопрос о применении
альтернативных видов моторного топлива,
в том числе из биомассы – возобновляемого
сырья растительного или животного происхождения,
используемого для получения биотоплива.
Биотопливо представляет собой энергоноситель,
который хранит энергию, полученную из
биомассы. Для производства биоэнергии
в самых разных формах можно использовать
широкий спектр источников. Самым перспективным
из нетрадиционных источников энергии
есть растительные и животные жиры, которые
могут быть использованы для производства
биодизельного топлива (биодизеля).БиоДизель
Биодизель — это метиловый эфир, получаемый в результате химической реакции из растительных масел и животных жиров.
Известно, что молекулы жира состоят
из так называемых триглицеридов: соединений
трехвалентного спирта глицерина с
тремя жирными кислотами. Для
получения метилового эфира к
девяти массовым единицам растительного
масла добавляется одна массовая
единица метанола (т.
е. соблюдается
соотношение 9:1), а также небольшое
количество щелочного катализатора.
Все это смешивается в
Помимо относительно высокого цетанового числа биотопливо имеет и ряд других полезных свойств:
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.
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.
Относительно «чистое» топливо. 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.
Малое содержание серы. Не секрет, что выбросы вредных веществ можно минимизировать при помощи катализатора, превращающего углеводороды и окись углерода в воду и углекислый газ. Но следует отметить, что катализаторы чувствительны к присутствию серы, «отравляющей» катализатор на длительное время и приводящей к увеличению выброса остаточных частиц. Поэтому здесь особенную роль играет тот фактор, что биодизель в сравнении с минеральным аналогом почти не содержит серы (< 0,001 % против минерального дизтоплива < 0,2 %).
Хорошие смазочные характеристики.
Известно, что минеральное дизтопливо
при устранении из него сернистых соединений
теряет свои смазочные способности. Биодизель
же, несмотря на «обделенность» серой,
характеризуется хорошими смазочными
свойствами. Это обуславливается его химическим
составом и содержанием в нем кислорода.
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%.
Высокая температура воспламенения. Еще
один технический показатель, интересный
для организаций, хранящих и транспортирующих
ГСМ: точка воспламенения. Для биодизеля
ее значение превышает 100°С, что позволяет
назвать биогорючее относительно безопасным
веществом. Тем не менее, это не означает,
что к нему можно относится с халатностью.
Конечно же, теперь Вы зададитесь вопросом:
«Уж не проще ли использовать в дизельных
двигателях растительные масла, т.
е. пойти
вторым из разработанных в мировой практике
путем?» Вопрос вполне уместен. Тем более,
что уже в двадцатые годы прошлого века
на полях Германии работал небольшой тракторок —
«Ланц-Бульдог», двигатель которого одинаково
хорошо принимал минеральное дизтопливо,
бензин, растительное масло и даже растопленное
сливочное. Да и двигатель знаменитого
танка «Т-34», известное дело, также мог
работать на растительном масле.
Тем не менее, с
использованием масел вместо дизтоплива
возникают технические проблемы: масла
не могут длительно применяться в обычных
двигателях с непосредственным впрыском,
так как сгорают не полностью. Это приводит
не только к их смешению со смазочным маслом,
но и к отложению продуктов коксования
на форсунках, поршнях и поршневых кольцах.
Причиной тому является вязкость масел,
которую можно понизить нагреванием или
разжижением минеральным дизтопливом.
Так в предкамерном и вихрекамерном двигателях
за счет дополнительного подогрева масла
перед воспламенением обеспечивается
его лучшее смешение с воздухом и более
полное сгорание.
Но и такие двигатели
выходят из строя. С
Biodiesel Chemistry Tutorial
Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!
Теория: Что такое биодизель? Почему биодизель можно использовать в качестве топлива?
Дизель 2 — невозобновляемое топливо, производимое на нефтеперерабатывающих заводах путем фракционной перегонки сырой нефти.
Собранная фракция с температурой кипения от 200 ° C до 300 ° C используется для промышленного и коммерческого отопления, а также в качестве дизельного топлива.
Эта фракция содержит углеводородные цепи от C 15 до C 18 .
Например, фракция, используемая в дизельном топливе, может содержать углеводород C 16 H 34 , гексадекан, как показано ниже:
| H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | |||||||||||||||||
| H- | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | -H |
| | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H |
Биодизель, с другой стороны, представляет собой возобновляемое топливо, получаемое путем преобразования растительных масел в метиловые эфиры 3 длинноцепочечных жирных кислот.
Пример метилового эфира , который может быть обнаружен в биодизельном топливе, C 15 H 31 COOCH 3 , показан ниже:
| углеводородная цепь (из жирной кислоты в растительном масле) | эфир группа | метил группа | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | O || | H | | ||||||||||||||||||
| H- | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | – | С | -O- | С | -H |
| | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | | H | |||||||||||||||||||
Растительные масла, такие как пальмовое масло, масло канолы, рапсовое масло и соевое масло, используемые для производства биодизельного топлива, состоят из триглицеридов.
Пример одного триглицерида показан ниже:
| 3 длинные углеводородные цепи | 3 эфир 9000 3 группы | глицерин цепь | |||
| O || | H | | ||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | С | -H |
| O || | | | ||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | С | -H |
| O || | | | ||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | С | -H |
| | H | |||||
Растительные масла обычно очень вязкие («густые»), потому что длинные углеродные цепи на молекулах триглицеридов имеют тенденцию запутываться.
Эта повышенная вязкость по сравнению с обычным дизельным топливом вызывает проблемы в топливных магистралях и топливных форсунках дизельных двигателей.
Чтобы растительное масло могло служить хорошей заменой дизельному топливу в дизельных двигателях, необходимо снизить вязкость растительного масла.
Если каждая молекула триглицерида разбита на три отдельных остатка жирных кислот, то вязкость полученного вещества уменьшается и становится примерно такой же, как у обычного дизельного топлива.
Триглицериды распадаются на 3 отдельные углеродные цепи в результате химической реакции, известной как реакция переэтерификации. 4
В реакции переэтерификации, катализируемой основанием, молекула глицерина отрывается от молекулы триглицерида, в результате чего образуются 3 молекулы жирных кислот (длинноцепочечные карбоновые кислоты), которые затем могут реагировать с метанолом с образованием метиловых эфиров каждой из трех длинноцепочечных карбоновых кислот. :
| триглицерид | + | 3 метанол | NaOH → | 3 метил сложные эфиры (биодизель) | + | глицер ол (пропан-1,2,3-три ол или глицерин) |
| длинная углеводородная цепь | 3 эфир 9000 3 группы | глицерин цепь | метанол | ||||
| O || | H | | ||||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | С | -H | + | СН 3 ОН |
| O || | | | ||||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | С | -H | + | СН 3 ОН |
| O || | | | ||||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | С | -H | + | СН 3 ОН |
| | H | |||||||
| ↓ Катализатор NaOH | |||||||
| O || | H | | ||||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | CH 3 | + | H-C-OH | |
| O || | | | ||||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | CH 3 | H-C-OH | ||
| O || | | | ||||||
| CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 | – | С | -O- | CH 3 | H-C-OH | ||
| | H | |||||||
| длинная углеводородная цепь | эфир группа | метил группа | глицерин | ||||
Обратите внимание, что основание, гидроксид натрия (NaOH), используемое в этой реакции, является катализатором, то есть не расходуется во время реакции.
Другими обычно используемыми катализаторами являются гидроксид калия или метанолат натрия (метоксид натрия).
Также обратите внимание, что реакция на самом деле обратима. Для ускорения реакции используется избыток метанола.
Если растительное масло хранить сухим 5 и содержит мало свободных жирных кислот, реакция дает выход около 98%.
В конце реакции смесь содержит биодизель (метиловые эфиры), а также глицерин 6 , который является побочным продуктом.
Даже несмотря на то, что молекулы метилового эфира биодизеля содержат функциональную группу полярного сложного эфира, результатом очень длинных неполярных углеводородных цепей является снижение общей полярности молекулы, так что ее можно рассматривать как неполярную. Между молекулами биодизеля действуют только слабые силы Ван-дер-Вааля (дисперсионные силы или силы Лондона), поэтому длинные углеродные цепи не упаковываются вместе, поэтому смесь не очень плотная.
Глицерин, пропан-1,2,3-триол, с другой стороны, имеет 3 полярные гидроксильные (ОН) функциональные группы на короткой углеродной цепи.Каждая группа ОН может образовывать более сильные водородные связи с другими функциональными группами ОН, что приводит к более плотной упаковке и, следовательно, к более плотной жидкости.
| Вещество | Плотность (25 ° C, 101,3 кПа) г · мл -1 | Относительная плотность |
|---|---|---|
| глицерин | 1,26 | более плотный |
| биодизель | & прибл; 0.88 | менее плотный |
Как следствие, молекулы неполярного метилового эфира, составляющие биодизельное топливо, не смешиваются с полярными молекулами глицерина, и смесь продуктов разделится на два слоя, при этом менее плотное биодизельное топливо будет плавать поверх более плотного слоя глицерина.
Это позволяет отделить желаемое биодизельное топливо от нежелательного глицерина.
Существуют и другие методы производства биодизеля.В одном из них используются ферменты, липазы, для катализирования превращения растительного масла в биодизельное топливо. Однако метанол нельзя использовать в этой реакции, потому что он приводит к инактивации липазного катализатора после его использования. Однако если метанол заменить метилацетатом (метилэтаноатом), липазный катализатор останется активным в течение нескольких партий.
Биодизель не является чистым веществом, это будет смесь веществ, большинство из которых будут метиловыми эфирами жирных кислот.Дизельное топливо, получаемое из сырой нефти, также не является чистым веществом, а представляет собой смесь различных углеводородов.
Это означает, что мы не можем написать простое сбалансированное химическое уравнение для сгорания дизельного или биодизельного топлива, и, следовательно, невозможно измерить теплоту сгорания дизельного топлива или биодизеля в единицах кДж / моль -1 .
Чтобы сравнить энергосодержание дизельного или биодизельного топлива, мы используем одно из следующих значений:
- Удельная энергия: энергия на единицу массы, например, кДж г -1 или Дж кг -1
- Плотность энергии: энергия на единицу объема, например, Дж / мл -1 или кДж / л -1
| Топливо | Удельная энергия МДж кг -1 | Плотность энергии МДж л -1 |
|---|---|---|
| Дизель | 48 | 39 |
| Биодизель | 42 | 33 |
Обратите внимание, что данное энергосодержание дизельного топлива (удельная энергия или удельная энергия) немного больше, чем у биодизеля.
Приведенная удельная энергия биодизеля составляет 42 МДж кг -1 , то есть 1 кг биодизеля имеет теплосодержание 42 МДж.
В то время как промышленные химики часто используют большие количества веществ, 1 кг биодизеля для них хорошо, но химики или ученики в школьной лаборатории должны работать с гораздо меньшими количествами, поэтому нам нужно иметь возможность преобразовать это в содержание энергии. за грамм.
1 МДж = 1 мегаджоуль = 10 6 Дж (или 1000000 Дж)
Итак, 42 МДж кг -1 = 42 × 10 6 Дж кг -1
Так как 1 кг = 1 килограмм = 10 3 г (или 1000 г)
Тогда 42 × 10 6 Дж кг -1 = 42 × 10 6 Дж кг -1 ÷ 10 3 г кг -1 = 42 × 10 3 Дж г -1
и 42 × 10 3 Дж г -1 = 42 × 10 3 Дж г -1 ÷ 10 3 Дж кДж -1 = 42 кДж г -1
Если у нас есть 10 граммов биодизеля, его теплосодержание будет 10 г × 42 кДж г -1 = 420 кДж
Быстрый вопрос 1Удельная энергия биодизеля составляет 42 МДж кг -1 .Вычислите содержание энергии в кДж 0,305 г биодизеля.
Основы биодизеля — Биодизель против нефтяного дизельного топлива
Свойства биодизеля
Биодизельимеет более низкое энергосодержание, чем дизельное топливо на нефтяной основе, хотя исследования показали, что при использовании смеси B20 или менее влияние на экономию топлива и производительность незначительно, а временами даже незначительно. Биодизель B20 содержит на 8-9 процентов меньше энергии по объему, чем дизельное топливо на основе нефти, в то время как B5 имеет только 1-2 процента более низкого содержания энергии.Чем выше смесь, тем ниже содержание энергии. С другой стороны, биодизель имеет более высокий уровень цетана и лучшую смазывающую способность, чем дизельное топливо на основе нефти. Исследования показывают, что использование биодизеля B100 может привести к снижению расхода топлива до 5%.
Исследование Агентства по охране окружающей среды США (EPA) показывает, что выбросы от биодизеля выше, чем от обычного дизельного топлива на нефтяной основе. Их исследование показало, что смесь биодизеля B20 дает 10% -ное сокращение твердых частиц, 21% -ное сокращение углеводородов и 11% -ное сокращение выбросов монооксида углерода.Напротив, биодизель имеет тенденцию приводить к большим выбросам NOx.
Выбросы двуокиси углерода остаются относительно постоянными независимо от потребляемого топлива. Однако сторонники биодизеля стремятся компенсировать выбросы CO2, производимые биодизелем, при том условии, что растения, выращенные специально для производства биодизеля, потребляют примерно такое же количество CO2 в течение своего жизненного цикла, что и выбросы, производимые от топлива, которое они производят. С этой точки зрения можно сказать, что выбросы CO2 в результате сжигания одного только биодизеля в конечном итоге обнуляются — на каждую единицу выбрасываемого CO2 приходится равная единица CO2, потребляемая заводом.На самом деле этот образ мыслей нереалистичен и не учитывает общий «углеродный след» процесса сбора, очистки и транспортировки биодизеля. Тем не менее, широко распространено мнение, что выбросы CO2 значительно сокращаются за счет использования биодизеля.
Как производится биодизель
Биодизель производится путем переэтерификации. Во время этого процесса глицерин отделяется от растительного масла или животного жира и удаляется, оставляя жирные кислоты, называемые метиловыми эфирами, или то, что просто классифицируется как биодизель.Сырое растительное масло нельзя использовать вместе с дизельным топливом или в качестве его замены до тех пор, пока глицерин не будет отделен и удален. Отработанное растительное масло обычно используется для производства биодизеля с использованием домашних комплектов для самостоятельной работы, тогда как в качестве сырья неиспользованные материалы чаще используются при коммерческом производстве биодизеля.
Биодизель Плюсы, минусы и проблемы
Многие исследования показывают, что использование смеси биодизеля с содержанием B20 или менее оказывает ограниченное или незначительное воздействие на двигатель.Биодизель может действовать как моющее средство в топливных системах и, следовательно, может удалять отложения, оставшиеся от обычного дизельного топлива на нефтяной основе. По этой причине важно заменять топливные фильтры вскоре после перехода на биодизельное топливо или любые виды биодизельного топлива.
Еще одна проблема, связанная с концентрированным биодизелем (обычно считается, что это что-то большее, чем B20), заключается в том, что он может размягчать резиновые топливные шланги и увеличивать скорость разрушения уплотнений / прокладок. Текущие дизели, предлагаемые Ford, General Motors и Ram Trucks, рассчитаны на биодизель до B20.Использование биодизеля выше максимальной рекомендованной производителем смеси может привести к отказу в гарантийных претензиях и долгосрочным проблемам с надежностью.
Преимущества биодизеля | Недостатки биодизеля |
• Снижение воздействия на окружающую среду за счет более чистых выбросов и уменьшения общего углеродного следа | • Более низкое объемное содержание энергии по сравнению с дизельным топливом на нефтяной основе и, следовательно, может отрицательно сказаться на экономии топлива |
• 100% совместимость с дизельным топливом на нефтяной основе, большинство имеющихся в продаже биодизелей смешано с обычным дизельным топливом | • Может размягчать и / или портить некоторые каучуки, включая топливопроводы и уплотнения в системе впрыска топлива |
• Более высокое цетановое число (задержка воспламенения) и смазывающая способность.Хорошие смазочные свойства способствуют долговечности / надежности топливных форсунок и ТНВД | • Может удалять отложения, оставшиеся от дизельного топлива на нефтяной основе, и перекрывать систему фильтрации топлива |
• Может быть дешевле, чем дизельное топливо № 2 (не всегда верно) | • Плохие характеристики в холодную погоду — склонность к гелеобразованию |
Биодизель — легкодоступная альтернатива традиционному дизельному топливу №1 и №2.Несмотря на присущие ему недостатки, тот факт, что это в конечном итоге гораздо более чистое топливо, обусловил его желательность. Биодизель доступен на многих заправочных станциях в Соединенных Штатах, и ожидается, что его доступность будет расти в геометрической прогрессии, поскольку мир все больше и больше обращается к возобновляемым источникам энергии.
Дизельное топливо на основе биомассы — объяснение биодизеля
Биодизель и возобновляемое дизельное топливо — это биотопливо на основе биомассы
Дизельное топливо на основе биомассы, используемое в качестве нефтяного дистиллятного мазута (дизельное топливо и топочный мазут), включает биодизель и возобновляемое дизельное топливо .Оба они называются дизельным топливом на основе биомассы, потому что они в основном производятся для использования в дизельных двигателях, но их также можно использовать в качестве топлива для отопления. Оба вида топлива производятся из биомассы или материалов, полученных из биомассы, но они различаются способом их производства и своими физическими свойствами. Биодизель соответствует спецификации ASTM D6751 Американского общества испытаний материалов (ASTM) и одобрен для смешивания с нефтяным дистиллятом / дизельным топливом. Возобновляемое дизельное топливо соответствует спецификации ASTM D975 для нефтяного дизельного топлива, и для его использования не требуется смешивание с нефтяным дизельным топливом.Оба вида топлива соответствуют требованиям к уровню потребления биотоплива, требуемому Стандартной программой США по возобновляемым источникам топлива.
Биодизель производится путем переэтерификации
Биодизель производится путем переэтерификации — химического процесса, при котором жиры и масла превращаются в метиловые эфиры жирных кислот (FAME). Примерно 100 фунтов масла или жира реагируют с 10 фунтами короткоцепочечного спирта (обычно метанола) в присутствии катализатора (обычно гидроксида натрия или гидроксида калия) с образованием 100 фунтов биодизельного топлива и 10 фунтов глицерина (или глицерина). ).Глицерин — это сахар, обычно используемый в производстве фармацевтических препаратов и косметики.
Биодизель производится из различных материалов
Биодизель можно производить практически из любого сырья (сырья), которое содержит достаточное количество свободных жирных кислот. Большая часть производства биодизеля в США использует сырые растительные масла, отработанные кулинарные масла, желтый жир и животные жиры в качестве сырья для переэтерификации. Растительные масла являются основным сырьем для производства биодизеля в США.Другое сырье для производства биодизеля включает отходы животных жиров с перерабатывающих предприятий, а также использованное / переработанное кулинарное масло и желтый жир из ресторанов.
Масло растительное в бутылке
Рапсовое масло, подсолнечное масло и пальмовое масло являются основными сырьем для производства биодизеля в других странах. Водоросли также являются потенциальным источником для производства биодизеля. Водоросли содержат жировые карманы, которые помогают им держаться на плаву. Этот жир можно собрать и переработать в биодизельное топливо.
Биодизель в основном используется в качестве добавки к нефтяному дизельному топливу
Биодизель чаще всего добавляется (смешивается) с нефтяным дистиллятом / дизельным топливом в соотношении 2% (обозначается как B2), 5% (B5) или 20% (B20). Его называют биодизелем, потому что он в основном используется в дизельных двигателях. Чистый биодизель (B100) также можно использовать во многих областях. Баки и оборудование для нефтяного дизельного топлива также могут хранить и транспортировать биодизель. Узнайте больше об использовании биодизеля из различного сырья.Смеси биодизеля также могут использоваться в качестве топочного мазута.
История биодизеля
До того, как нефтяное дизельное топливо стало популярным, Рудольф Дизель, изобретатель дизельного двигателя в 1897 году, экспериментировал с использованием растительного масла (биодизеля) в качестве топлива. До 2001 года в Соединенных Штатах потреблялось лишь небольшое количество биодизеля. С тех пор производство и потребление биодизеля в США существенно выросло, в основном из-за наличия различных государственных стимулов и требований для производства, продажи и использования биодизеля, включая Стандартную программу возобновляемого топлива.
В 2019 году Соединенные Штаты произвели около 41 миллиона баррелей (1,7 миллиарда галлонов) B100, импортировали около 4 миллионов баррелей (168 миллионов галлонов), экспортировали около 2,7 миллиона баррелей (114 миллионов галлонов) и потребили около 43 миллионов баррелей (1,8 миллиарда галлонов).