×
20.11.2014
216.013.07e2

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БИОДИЗЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к способу получения эфиров жирных кислот - биодизеля, которые могут использоваться в качестве альтернативного биотоплива. Способ производства биодизеля осуществляют путем переэтерификации при смешении растительного масла, спирта и катализатора и последующего выделении целевого продукта. Способ отличается тем, что, на первой стадии переэтерификации в качестве катализатора используют сульфат железа (ll), после чего отделяют сульфат железа и выпавший в осадок глицерол, смесь из спирта, масла и эфиров жирных кислот направляют на вторую стадию перэтерификации, на которой в качестве катализатора используют фермент - липазу, иммобилизованную на поверхности, после чего отделяют глицерол и ферментный катализатор, а смесь спирта и биодизеля направляют на стадию выделения целевого продукта.Технический результат - способ позволяет упростить процесс проведения реакции переэтерификации и увеличить полноту протекания реакции до 96-98%. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способу получения эфиров жирных кислот - биодизеля, которые могут быть использованы в качестве альтернативного биотоплива.

С химической точки зрения биодизель представляет собой смесь эфиров жирных кислот. При его производстве, в процессе переэтерификации, масла и жиры вступают в реакцию со спиртом в присутствии катализатора (как правило, КОН, NaOH). Катализатор используется для улучшения скорости и реакции, и выхода. Побочным продуктом реакции является глицерин. Переэтерификацией называют перераспределение ацильных групп в триглицеридах жира. Переэтерификация позволяет изменить молекулярный (глицеридный) состав жира или смеси жиров, не изменяя их жирнокислотного состава. Изменение глицеридного состава жира приводит к изменению его физических свойств (температуры плавления, твердости и пр.).

Требования к качеству биодизеля соглсно ГОСТ Р и EN приведены в Таблице.

Таблица
Показатель Требования EN590:2000 Требования ГОСТР 523865-2005 Метод измерения
Температура воспламенения, °C - - ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)
Температура вспышки, °C более 55 более 55 EN ISO 2719
Температура застывания, °C - - ГОСТ 20287-91
Цетановое число не менее 51 не менее 51 EN ISO 4264
Плотность при 15°C, кг/м3 820-845 820-845 EN ISO 3675, EN ISO 12185

Показатель Требования EN590:2000 Требования ГОСТР 523865-2005 Метод измерения
Содержание серы мг/кг менее 50 менее 350 EN ISO 20846, EN ISO 20847, EN ISO 20884
Зольность % 0,01 0,01 EN ISO 6245
Содержание воды, мг/кг 200 200 EN ISO 12937
Вязкость при 40°C, мм2 2-4,5 2-4,5 EN ISO 3104

Механизм реакции переэтерификации заключается во взаимодействии карбонильной группы С-O сложного эфира со спиртовыми группами ди- и моноглицеридов.

Основным недостатком технологий получения биодизеля с использованием катализатора являются вопросы удаления катализатора и продуктов омыления после реакции, что имеет весьма важное значение для чистоты получаемого продукта, применение щелочного катализатора связано с определенными проблемами, которые кардинальным образом не меняются при добавлении стадии с кислотным катализатором. Проблема в том, при повышенном содержании воды и свободных жирных кислот (СЖК) происходит образование мыла, которое уничтожает катализатор и уменьшает его эффективность, все это в результате снижает превращение жиров в эфиры. Щелочной катализ:

- повышает требования к качеству исходного сырья по содержанию СЖК, что приводит к необходимости его рафинирования. При этом стоимость высокочистого сырья определяет стоимость конечного продукта;

- включает дополнительные стадии вакуумирования или паровой дистилляции, повышающие энергоемкость производственной технологии.

Известен способ получения эфиров жирных кислот (Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственн. (Патент РФ №2365625).

Этот способ заключается в том, что рапсовое масло переэтерифицируется этиловым спиртом с разделением полученных продуктов на фракции. Полученную гомогенную смесь подают в первый сепаратор для отделения глицерина от целевого продукта, а затем целевой продукт подают во второй сепаратор для отделения этилового эфира жирной кислоты от диоксида углерода, который направляют на рецикл. Согласно изобретению в качестве растительного масла используют рапсовое масло, а в качестве спирта используют этиловый спирт, полученный путем барботирования диоксидом углерода биомассы иммобилизованных гранулированных дрожжей при соотношении 1:12 до гомогенного состояния, полученную смесь направляют в реактор переэтерификации, в котором осуществляют переэтерификацию при температуре 350-400°C и давлении 35-50 МПа в течение 20 минут, охлаждают смесь и подают в экстрактор, в котором реакционная смесь подвергается термостатированию до температуры 250°C, затем осуществляют экстракцию диоксидом углерода в сверхкритических условиях при расходе диоксида углерода 40 л/ч при температуре 350°C и давлении 35 МПа, полученную гомогенную смесь подают в первый сепаратор для отделения глицерина от целевого продукта при давлении 0,5 МПа и температуре 20-30°C, целевой продукт подают во второй сепаратор для отделения этилового эфира жирной кислоты от диоксида углерода при давлении 0,2 МПа и температуре 15°C.

Предложенный способ позволяет упростить технологический процесс и улучшить экологию за счет использования сверхкритического этилового спирта и получить целевой продукт с конверсией 95% и выше.

Недостатками данного способа является использование этилового спирта, который сам по себе является ценным биотопливом, и сверхкритических условий, что увеличивает сложность технологии и приводит к удорожанию процесса.

Также известна технология переработки растительного масла и получения биодизеля и глицерина в качестве побочного продукта (Общество с ограниченной ответственностью "Юнит С - Саратов". (Патент РФ на полезную модель №82579). Она заключается в следующем. Емкости, предназначенные для хранения исходных компонентов, заполняют калиевой щелочью, метанолом, очищенным растительным маслом. Для начала производства биодизеля и глицерина из емкостей исходные компоненты подают в гидродинамический смеситель в соответствии с заданной дозировкой. В результате прохождения компонентов через проточный гидродинамический смеситель получают биодизельную смесь, которую подают в насос-кавитатор. На выходе из насоса-кавитатора, в результате активизации кавитационных процессов, получают биодизельную эмульсию, которую направляют в буферное устройство. Эмульсия под давлением перемещается по трубопроводу буферного устройства, стабилизируется и подается в центробежный очиститель для осуществления разделения эмульсии на биодизель и глицерин. В результате процесса очистки получают два конечных продукта, которые подают в накопительные емкости для хранения и дальнейшей реализации.

Недостатком данного способа является его технологическая сложность, связанная, во-первых, с использованием щелочи в качестве катализатора, что вызывает необходимость в перспективе промышленного использования организации щелочного хозяйства, что приводит к повышению сложности обслуживания установки, требований к квалификации обслуживающего персонала, во-вторых, использование кавитационных насосов, отличающихся крайней ненадежностью.

Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является:

- упрощение технологии удаления катализатора, т.к. катализатор выпадает в осадок вместе с глицеролом,

- повышение качества целевого продукта за счет уменьшения побочных веществ, таких как продукты омыления,

- упрощение промышленной реализации технологии, за счет отказа от организации дополнительного реагентного хозяйства, снижения требований к качеству исходного сырья, упрощение аппаратурного оформления процесса, т.к. в технологии используется только промышленно изготавливаемое оборудование.

Для этого предложен способ производства биодизеля путем переэтерификации при смешении растительного масла, спирта и катализатора и последующего выделения целевого продукта, при этом на первой стадии пере-этерификации в качестве катализатора используют сульфат железа (11), после чего отделяют сульфат железа и выпавший в осадок глицерол, а смесь из спирта, масла и эфиров жирных кислот направляют на вторую стадию перэтерификации, на которой в качестве катализатора используют фермент - липазу, иммобилизованную на поверхности, после чего отделяют глицерол и ферментный катализатор, а смесь спирта и биодизеля направляют на стадию выделения целевого продукта.

При этом:

- в качестве спирта используется метанол.

- первую стадию переэтерификации проводят в течение 12 часов и температуре - 35-40°C при соотношении растительное масло - метанол - 1:6 (мол.) и катализатор - сульфат железа (II) из расчета 5 г на 1 кг масла.

- в качестве ферментного катализатора используют препараты Novozym 435, или Lipozyme TL, или Lipozyme RM, или Lipase AK, или Lipase PS, или их аналоги.

- в качестве поверхности для иммобилизации липазы используют твердые поверхности, такие как диоксид кремния, макропористая смола, сепиолит, клеточная стенка живых микроорганизмов.

Липазы - сериновые гидролазы, действующие на поверхности раздела фаз и способные катализировать как гидролиз триглицеридов, так и обратные реакции этерификации, трансэтерификации, алкоголиза и ацидолиза. В ряду гидролитических ферментов, используемых как катализаторы органо-химических превращений, липазы занимают особое место ввиду возможности их использования как в реакциях гидролиза липидов и сложных эфиров, так и в реакциях энантиоселективной этерификации и переэтерификации в органических растворителях или в водно-органических системах. В данной технологии липаза иммобилизованна на поверхности (это может быть макропористая смола, клеточная стенка живого микроорганизма и т.д.).

Способ осуществляется следующим образом.

На первой стадии в стандартный реактор с мешалкой подается смесь растительного масла и метанола (преимущество метанола состоит в том, что он более дешев и имеет физические и химические преимущества (полярный, короткоцепочечный спирт)) в соотношении 1:6 (мол.) в соответствии со стехиометрией химической реакции (теоретически, реакция этерификации является равновесной, поэтому для смещения реакции в правую сторону и образования большего количества метиловых эфиров как целевого продукта используется избыточное количество метанола, соотношение согласно стехиометрии 1:3) и катализатор сульфат железа (II) - из расчета 5 г на 1 кг масла (соотношение подобрано опытным путем, на основании результатов проведенных экспериментов). Реакция протекает в течение 12 часов, частота вращения мешалки - 30 об/мин. Температура процесса 47°C. Параметры процесса определены опытным путем, на основании результатов проведенных экспериментов. Осадок (сульфат железа и глицерол) тяжелее жидкости, и собирается на дне после нескольких часов отстаивания или центрифугируется и отводится через нижнюю часть реактора, а жидкая фракция (содержащая метанол и масло в соотношении ориентировочно 3:1, соотношение определено опытным путем, на основании результатов проведенных экспериментов) сверху отводится во второй реактор аналогичной конструкции. В качестве катализатора на второй стадии используется фермент - липаза (единственный известный на текущий момент фермент, способный катализировать реакцию переэтерификации), иммобилизованный на какой-либо поверхности т - диоксид кремния, макропористая смола, сепиолит, включая клеточные стенки живых микроорганизмов. В качестве катализатора может использоваться препарат Novozym 435 или аналог. Вторая стадия длится также 12 часов, частота вращения мешалки - 30 об/мин. Температура процесса 35-40°C. Параметры этого процесса также определены опытным путем, на основании результатов проведенных экспериментов. После этого осадок (глицерол и катализатор) отводится через нижнюю часть реактора, а смесь метанола (который был взят с избытком относительно стехиометрии реакции) и образовавшихся эфиров жирных кислот (биодизеля) отводится из верхней части реактора и направляется на дальшейшее разделение.

Предложенный способ позволяет упростить процесс проведения реакции переэтерификации и ориентировочно увеличить полноту протекания реакции до 96-98%.

Таким образом, данный способ позволит за счет предлагаемых катализаторов избежать наличия продуктов омыления, свойственных щелочному катализу, упростить технологию удаления катализатора - сульфата железа, т.к. он выпадает в осадок вместе с глицеролом. Кроме того, снижены требования к качеству исходного сырья. Наличие в масле воды и свободных жирных кислот не приводит к образованию побочных веществ, мешающих извлечению целевого продукта. В результате предложенный способ позволит упростить процесс проведения реакции переэтерификации и ориентировочно увеличить полноту протекания реакции до 96-98%.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 259 items.
10.04.2013
№216.012.338c

Способ электрохимического получения композиционного никелевого покрытия с квазикристаллическими частицами

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для повышения износостойкости инструмента, снижения трения в подшипниках и в качестве защитных несмачиваемых покрытий в различных отраслях промышленности, в частности, для предотвращения обледенения проводов линий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478739
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.37fd

Термотуннельный преобразователь

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в различных автономных устройствах, где требуется невысокая электрическая мощность с длительным сроком службы. Технический эффект - повышение эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479886
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.39f6

Способ получения водорода из воды

Изобретение относится к способу получения водорода из воды и может быть использовано в химической промышленности, для переработки углеводородов, а также в системах аккумулирования и транспорта энергии и как топливо в транспортных и стационарных энергоустановках. Проводят реакцию паровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480399
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3afe

Способ стабилизации давления в трубопроводах

Способ предназначен для стабилизации давления в трубопроводах и одновременно для обеспечения электрической энергией сопряженных потребителей, имеющих относительно небольшую энергетическую нагрузку. Способ стабилизации давления в трубопроводах природного газа включает диссипативное и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480663
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.05.2013
№216.012.3ed7

Тепловыделяющий элемент для ядерных водо-водяных реакторов и способ его изготовления

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для изготовления твэлов преимущественно для ядерных водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР). Технический результат заключается в повышении безопасности твэла, его упрощении и снижении экономических затрат на его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481654
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.05.2013
№216.012.425c

Способ управления ядерным реактором

Изобретение относится к области управления ядерными реакторами. Способ быстрого снижения мощности позволяет большинство остановок реактора по сигналам аварийной защиты (AЗ) перевести в режим предварительной защиты или быстрого глубокого регулируемого снижения мощности, что при сохранении уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482558
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.06.2013
№216.012.4d24

Способ генерации энергии

Изобретение относится к энергетике. Способ генерации энергии, в котором в энергоустановку подают кислородсодержащий окислитель, а также водородсодержащее газообразное топливо, по меньшей мере, часть продуктов окисления топлива, выходящих из энергоустановки, направляют в теплоприемник, в котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485330
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d7a

Способ преобразования солнечной энергии

Изобретение относится к способу преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в продуктах парогазовой конверсии углеводорода, в котором с использованием концентратора солнечной энергии проводят реакцию паровой каталитической конверсии метаносодержащего газа с получением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485416
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.521e

Способ переработки жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологии переработки жидких отходов, в том числе и радиоактивных отходов (РАО). Производится кальцинация раствора РАО в микроволновом плазменном реакторе, затем получение гомогенного расплава стекла в частотном плавителе прямого индукционного нагрева. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486615
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.07.2013
№216.012.582d

Способ контроля безопасности бассейнов выдержки хранилищ отработавшего ядерного топлива аэс

Изобретение относится к области хранения ядерного топлива и может быть использовано для расчетно-экспериментального определения и контроля эффективного коэффициента размножения бассейнов выдержки (БВ) хранилищ отработавшего ядерного топлива АЭС. Технический результат - повышение ядерной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488181
Дата охранного документа: 20.07.2013
Showing 11-20 of 150 items.
10.04.2013
№216.012.338c

Способ электрохимического получения композиционного никелевого покрытия с квазикристаллическими частицами

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для повышения износостойкости инструмента, снижения трения в подшипниках и в качестве защитных несмачиваемых покрытий в различных отраслях промышленности, в частности, для предотвращения обледенения проводов линий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478739
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.04.2013
№216.012.37fd

Термотуннельный преобразователь

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в различных автономных устройствах, где требуется невысокая электрическая мощность с длительным сроком службы. Технический эффект - повышение эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479886
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.39f6

Способ получения водорода из воды

Изобретение относится к способу получения водорода из воды и может быть использовано в химической промышленности, для переработки углеводородов, а также в системах аккумулирования и транспорта энергии и как топливо в транспортных и стационарных энергоустановках. Проводят реакцию паровой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480399
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3afe

Способ стабилизации давления в трубопроводах

Способ предназначен для стабилизации давления в трубопроводах и одновременно для обеспечения электрической энергией сопряженных потребителей, имеющих относительно небольшую энергетическую нагрузку. Способ стабилизации давления в трубопроводах природного газа включает диссипативное и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480663
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.05.2013
№216.012.3ed7

Тепловыделяющий элемент для ядерных водо-водяных реакторов и способ его изготовления

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано для изготовления твэлов преимущественно для ядерных водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР). Технический результат заключается в повышении безопасности твэла, его упрощении и снижении экономических затрат на его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481654
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.05.2013
№216.012.425c

Способ управления ядерным реактором

Изобретение относится к области управления ядерными реакторами. Способ быстрого снижения мощности позволяет большинство остановок реактора по сигналам аварийной защиты (AЗ) перевести в режим предварительной защиты или быстрого глубокого регулируемого снижения мощности, что при сохранении уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482558
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.06.2013
№216.012.4d24

Способ генерации энергии

Изобретение относится к энергетике. Способ генерации энергии, в котором в энергоустановку подают кислородсодержащий окислитель, а также водородсодержащее газообразное топливо, по меньшей мере, часть продуктов окисления топлива, выходящих из энергоустановки, направляют в теплоприемник, в котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485330
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4d7a

Способ преобразования солнечной энергии

Изобретение относится к способу преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в продуктах парогазовой конверсии углеводорода, в котором с использованием концентратора солнечной энергии проводят реакцию паровой каталитической конверсии метаносодержащего газа с получением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485416
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.06.2013
№216.012.521e

Способ переработки жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологии переработки жидких отходов, в том числе и радиоактивных отходов (РАО). Производится кальцинация раствора РАО в микроволновом плазменном реакторе, затем получение гомогенного расплава стекла в частотном плавителе прямого индукционного нагрева. Способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486615
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.07.2013
№216.012.582d

Способ контроля безопасности бассейнов выдержки хранилищ отработавшего ядерного топлива аэс

Изобретение относится к области хранения ядерного топлива и может быть использовано для расчетно-экспериментального определения и контроля эффективного коэффициента размножения бассейнов выдержки (БВ) хранилищ отработавшего ядерного топлива АЭС. Технический результат - повышение ядерной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488181
Дата охранного документа: 20.07.2013
+ добавить свой РИД