Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к производству биодизельного топлива (биотоплива) из возобновляемого источника сырья и направлено на получение качественного биодизельного топлива, как альтернативного источника энергии.

Известен способ получения жидкого биотоплива, включающий подготовку сырья, нагревание с последующей обработкой и получение топлива, нагревание сырья ведут при температуре 55-56°C с последующим отделением влаги и примеси, обработку сырья проводят в реакционном котле при смешивании сырья со спиртом с добавлением катализатора, при этом процесс ведут при температуре 120-150°C, разделяют биодизельное топливо и глицерин, очищают биодизельное топливо силикатом магния (RU 2385900 С1, МПК C11C 3/04, опубл. 10.04.2010 г.). Недостатком способа является недостаточная фильтрация полученной смеси эфиров (биодизельного топлива).

Известен способ получения биодизельного топлива из растительных масел, включающий смешивание растительных масел с водородосодержащим газом, нагрев смеси в трубной печи, подачу в реактор гидрокрекиннга (RU 2346027 C1, МПК C10L 1/00, опубл. 10.07.2008 г.). Недостатком способа является отсутствие фильтрации полученной смеси эфиров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ, включающий подготовку растительного масла с нагревом до температуры 80°C, проведение щелочного этанолиза при помощи гидроокиси калия с получением эфирно-глицериновой смеси, которую сепарируют с поучением двух фаз: глицерина и смеси эфиров, смесь эфиров (биодизельное топливо) подвергают фильтрованию, сорбционной очистке и обезвоживанию (RU 2440416 C1, МПК C12P 1/00, опубл. 28.04.2010 г.).

Недостатком способа является недостаточная фильтрация полученной смеси эфиров (биодизельного топлива).

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности фильтрации, сорбционной очистки и обезвоживания полученной смеси эфиров (биодизельного топлива) и, соответственно, качества биотоплива.

Технический результат достигают тем, что способ получения биодизельного топлива включает подготовку растительного масла с нагревом до температуры 80°C, проведение щелочного этанолиза при помощи гидроокиси калия с получением эфирно-глицериновой смеси, которую сепарируют с получением двух фракций глицерина и смеси эфиров, смесь эфиров подвергают фильтрованию, сорбционной очистке и обезвоживанию, полученное биодизельное топливо складируют, в отличие от прототипа фильтрование, сорбционную очистку и обезвоживание производят в два этапа, на первом этапе - смесь эфиров помещают в центрифугу, вращают с угловой скоростью 0,5-0,7 об/мин в течение 0,5-0,6 часа, при этом смесь разделяют на легкую и тяжелую фракции, тяжелую фракцию сливают, на втором этапе - легкую фракцию помещают в другую центрифугу, добавляют в нее загрузку в объемном соотношении 1:10, состоящую в масс.% из углеродного наноматериала «Таунит» - 1-1,5% и природного материала бентонит - остальное, центрифугу вращают с угловой скоростью 1,1-1,3 об/мин в течение 1,0-1,2 часа, при этом удаляют остатки тяжелой фракции.

В процессе получения биодизельного топлива производится нагрев сырья (растительных масел), затем при добавлении простых спиртов (метанола, этанола и др.) и катализатора образуется глицерин и смесь эфиров (биодизельное топливо), а также небольшое количество воды. Далее производится разделение глицерина (тяжелой фракции) и смеси метилового и этилового эфиров (легкой фракции). Глицерин скачивается и удаляется, а смесь метилового и этилового эфиров подвергается фильтрации с отделением остатков глицерина и других продуктов реакции (водного раствора катализатора КОН).

Для повышения эффективности фильтрации, сорбционной очистки и обезвоживания эфиров с отделением остатков глицерина и водной фракции КОН предлагается применять специальную загрузку, состоящую из смеси природного минерала - бентонит и многослойных углеродистых нанотрубок типа «Таунит».

Бентонит - природный минерал, применяемый для осветления жидкостей (http://wiki-linki.ru/Page/844825).

«Таунит» - это наноструктурированный материал с количеством графеновых слоев не более 30, диаметром волокон от 10 до 120 нм, длиной менее 2 мкм и количеством структурированного углерода не менее 95% (А. Ткачев, С. Мищенко. Промышленное производство графенового наноструктурированного материала «Таунит». Научно-технический Журнал «Наноиндустрия», - 2007, №2).

Известно, что глицерин представляет собой бесцветную, вязкую жидкость (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1100.html).

Нанотрубки графена пропускают молекулы смеси метилового и этилового эфиров. Однако они задерживают сложные молекулы углеводородов, например молекулы вязкого глицерина. В отличие от мембранных фильтров, которые задерживают молекулы глицерина только плоскостью, графеновые нанотрубки удерживают молекулы глицерина всем объемом нанотрубок.

Частицы бентонита при контакте с продуктами реакции этерофикации и водным раствором катализатора КОН поглощают молекулы воды и осветляют смесь метилового и этилового эфиров.

Способ осуществляют следующим образом.

Растительное масло смешивают с препаратом «Экофренд», подают в резервуар из нержавеющей стали, нагревают до 80 градусов с помощью пластинчатого теплообменника и направляют в блок этерификации для проведения щелочного этанолиза. Эфирно-глицериновую смесь далее обрабатывают по известной технологии (сайт:http:/www/bioethanol.ru): указанную смесь подают в сепаратор, где осуществляют осаждение более плотной глицериновой фазы под действием силы тяжести с получением двух фракций: глицерина (тяжелой) и смеси эфиров (легкой) с остатками глицерина и водного раствора КОН.

Далее, в соответствии с изобретением, смесь эфиров подвергают фильтрованию, сорбционной очистке и обезвоживанию в два этапа.

Для этого на первом этапе смесь эфиров с остатками глицерина помещают в первую центрифугу, которую вращают с угловой скоростью 0,5-0,7 об/мин, в течение 0,5-0,6 часа, при этом смесь разделяют на легкую и тяжелую фракции, тяжелую фракцию сливают в емкость для последующей утилизации. Плотность тяжелой фракции, состоящей из глицерина, составляет 1,26 г/см³, плотность легкой фракции, состоящей из смеси этилового и метилового эфира, составляет 0,71 г/см³.

На втором этапе - легкую фракцию, полученную после первой обработки, помещают в другую центрифугу, добавляют в нее заранее подготовленную загрузку в объемном соотношении 1:10, состоящую в масс.% из углеродного наноматериала «Таунит» - 1-1,5% и природного материала бентонит - остальное, центрифугу вращают с угловой скоростью 1,1-1,3 об/мин в течение 1,0-1,2 часа. После чего, полученное биодизельное топливо сливают из второй центрифуги и складируют.

Оптимальные скорости и время вращения первой и второй центрифуг, которые составляют: на первом этапе - угловая скорость - (0,5-0,7) об/мин, время вращения - (0,5-0,6); на втором этапе - угловая скорость - (1,1-1,3) об/мин, время вращения - (1,0-1,2) часа, выбираются следующим образом.

Если вращать первую центрифугу с угловой скоростью менее 0,5-0,7 об/мин, в течение 0,5-0,6 часа, то разделение глицерина и смеси метилового и этилового эфиров на легкую и тяжелую фракции не происходит.

Если вращать первую центрифугу с угловой скоростью более 0,5-0,7 об/мин, в течение 0,5-0,6 часа, то разделение глицерина и смеси метилового и этилового эфиров на легкую и тяжелую фракции происходит быстро и центрифуга работает в холостом режиме. Такой режим обработки растворов не эффективен.

Если вращать вторую центрифугу с угловой скоростью менее 1,1-1,3 об/мин, в течение 1,0-1,2 часа, то на разделение смеси метилового и этилового эфиров на легкую и тяжелую фракции требуется значительно больше времени.

Если вращать вторую центрифугу с угловой скоростью более 1,1-1,3 об/мин, в течение 1,0-1,2 часа, то разделение смеси метилового и этилового эфиров на легкую и тяжелую фракции происходит быстро и центрифуга работает в холостом режиме, что также не эффективно.

Для эффективного проведения процесса сорбционной очистки и обезвоживания смеси эфиров во второй центрифуге используется загрузка, состоящая в масс.%: из углеродного наноматериала «Таунит» - 1-1,5% и природного материала бентонит - остальное, в объемном соотношении 1:10.

При содержании углеродного наноматериала «Таунит» в загрузке больше или меньше 1-1,5% и ее объемном соотношении со смесью эфиров больше или меньше 1:10 на выходе или совсем не удается выделить остатки тяжелой фракции, или она выделяется только частично, т.е. второй этап невозможно осуществить.

Пример. Для осуществления процесса фильтрации, заявленного в способе, смесь «Таунита» с бентонитом (загрузку) готовят следующим образом.

Нанотрубки графена типа «Таунит» измельчают в диссольвере DISPERMAT (Германия) со скоростью 300 об/мин в течение 3 часов в изопропиловом спирте до обеспечения удельной поверхности 13 г/м². Суспензию готовят следующим образом: в 150 г изопропилового спирта вводят 15 г нанопорошка графена со средним размером частиц 10-30 нм. Далее частицы графена положительно заряжают, добавляя Mg(NO₃)₂×6H₂O. Весовое соотношение частиц графена и добавки - 1:1. Полученную суспензию диспергируют на диспергаторе УЗГ-0.4/22 в течение 5 мин. После обработки получается однородная суспензия Mg²⁺ абсорбированных частиц графена, которую сливают в емкость. Далее разбавление до требуемой концентрации производят холодной водой с перемешиванием пропеллерной мешалкой.

Гранулы природного бентонита размалывают в шаровой мельнице в течение 50-60 мин с образованием порошка плотностью помола 500 г/см².

Для приготовления загрузки в емкость загружают порошок бентонита и нанотрубки графена типа «Таунит», смешивая их с водой. Образовавшуюся смесь перемешивают пропеллерной мешалкой в течение 2,5 часов и нагревают до температуры 30-40°C. Полученный концентрат разбавляют холодной водой до наружной температуры 20-25°C и сливают в центрифугу, где находится смесь эфиров (биодизельное топливо).

На первом этапе фильтрацию смеси эфиров производят в центрифуге в течение 0,5-0,6 часа, вращающейся с угловой скоростью 0,5-0,7 об/мин.

Затем смесь разделяют на легкую и тяжелую фракции, тяжелую фракцию сливают и удаляют, а легкую фракцию помещают во вторую центрифугу.

На втором этапе отфильтрованный компонент сливают во вторую центрифугу, добавляют загрузку и процесс повторяют в течение 1,0-1,2 часа, при вращении с угловой скоростью 1,1-1,3 об/мин.

После обработки образовавшийся остаток тяжелой фракции, находящийся в центрифуге, сливают и удаляют, а легкую фракцию складируют и применяют в виде биодизельного топлива.

Использование двухэтапного фильтрования смеси эфиров с загрузкой бентонита и материала «Таунит» (нанотрубок графена) позволяет повысить качество биодизельного топлива, повысить выход годного до 99% по сравнению с прототипом, а также продлить ресурс работы двигателя, снизить выбросы вредных загрязнений в атмосферу, а также экономно расходовать не возобновляемые ресурсы топлива.