Способ очистки биотопливных композиций на основе рапсового масла

Изобретение относится к способам очистки растительного масла при производстве биотопливных композиций, которое могут использоваться в качестве альтернативного моторного топлива для дизелей сельскохозяйственных тракторов.

Биотопливные композиции на основе рапсового масла относятся к экологически чистым видам топлива для дизельных двигателей, получаемым из возобновляемого сырья в частности, рапсового масла, и предназначены для замещения минерального дизельного топлива.

Качество биотопливных композиций зависит от физико-химических показателей входящих компонентов. Для получения конечного продукта с заранее установленными свойствами, в данном случае должны учитываться эксплуатационные требования, предъявляемы к моторных топливам для дизельных двигателей.

Физико-химические показатели рапсового масла зависят от изначальных свойств сырья, способов производства и соблюдения всех технологических требований. Для сельскохозяйственного производства более подходящий способ извлечения масла из семян рапса, это прессовый способ прямым однократным отжимом или с применением форпрессования. После отжима растительные масла должны подвергаться очистке от сопутствующих веществ, всегда присутствующих в масле и переходящих из семян на стадии извлечения масла, а также под воздействием внешних факторов на стадиях извлечения, очистки и хранения.

Причиной высоких температур фильтруемости и застывания смесевого топлива является присутствие в рапсовом масле восков и воскоподобных веществ, которые находятся в оболочке и растворяются на стадиях переработки семян рапса. Наличие восков вызывает трудности при переработке, хранении и использовании биотопливной композиции на основе рапсового масла в автотракторных дизелях.

В данном случае, сырое рапсовое масло, как основа моторного топлива для дизелей, должно иметь вязкость, близкую к минеральному дизельному топливу, кислотное число не более 0,5 мг КОН/г, коэффициент фильтруемости не более 3 единиц и содержать как можно меньше восковых веществ для соответствия низкотемпературным свойствам. Главным образом, для приближения физико-химических показателей биотопливных композиций к физико-химическим показателям минерального дизельного топлива, из сырого прессового рапсового масла необходимо максимально извлечь свободные жирные кислоты и восковые вещества.

При переработке маслосемян рапса воскоподобные вещества извлекаются вместе с маслом, в котором они хорошо растворимы при температурах его получения. Снижение восковых веществ в растительном масле достигается обрушиванием семян перед извлечением масла, однако учитывая, что рапс относится к мелкосеменным растениям, эту стадию применить в данной технологии практически невозможно. При температуре плавления 32…98°С воски образуют в растительном масле стойкую взвесь кристаллов, которая препятствует фильтруемости и ограничивает использование биотопливных композиций в качестве моторного топлива для дизелей при отрицательных температурах окружающего воздуха. Такие стадии рафинации растительных масел, как нейтрализация, гидратация, отбеливание, дезодорация, практически не способствуют извлечению восковых веществ.

На стадии производства нейтрализация максимально извлекает из масел свободные жирные кислоты. Очистку растительных масел от восков производят вымораживанием (винтеризацией).

Известны способы получения биотоплива (биодизеля) из растительных масел для использования в автотракторных дизелях (Аблаев А.Р. Производство и применение биодизеля: справочное пособие / Р.А. Аблаев и др. - М.: АПК и НПРО, 2006. - 31 с.), в которых для очистки растительных масел от сопутствующих веществ используют метанол. В результате реакции переэтерификации получают метиловые эфиры растительных масел и глицерин, требующий последующей доработки. В качестве моторного топлива для автотракторных дизелей используются метиловые эфиры растительных масел и их смеси с минеральным дизельных топливом в различных соотношениях.

Предложенные технологии позволяют улучшить экологичность автотракторных дизелей за счет использования биодизельного топлива, а именно - значительно снизить дымность отработавших газов по сравнению с минеральным дизельным топливом.

Недостатком производства биодизельного топлива по указанным технологиям является сложность производственных процессов, опасность производства (использования метанола), необходимость удаления катализатора и продуктов омыления после реакции, применение дорогостоящего технологического оборудования, высокая себестоимость конечного продукта и сложность организации производства в условиях сельскохозяйственных предприятий.

Также известен способ получения биодизельного топлива (патент РФ №2440416), включающий подготовку растительного масла с нагревом до 80°С, проведение щелочного этанолиза при помощи гидроокиси калия в этаноле молярной концентрации 2 моль/дм³ с получением эфирно-глицериновой смеси, которую сепарируют с образованием двух фракций - глицерина и смеси эфиров, смесь эфиров (биодизельное топливо) подвергают фильтрованию, сорбционной очистке и обезвоживанию. В данном способе подготовку растительного масла осуществляют так, что перед нагревом растительное масло смешивают с 1%-ным водным раствором энзимопробиотического препарата серии «Экофрэнд» и выдерживают полученную смесь в течение 24 ч при температуре 23-27°С, затем по истечении 24 ч выдерживания смесь растительного масла с этим препаратом нагревают до вышеуказанной температуры нагрева.

Техническим результатом описанного изобретения является увеличение количества получаемого биодизельного топлива. В данном способе исключается использование метанола.

Недостатком данного способа является необходимость выдержки компонентов смеси в течении 24 ч, а также использование дополнительных стадий - сепарирование, сорбционную очистку и обезвоживание, что усложняет технологию, кроме того, сорбционная очистка требует применение дополнительных расходных материалов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению способом, является способ производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей (патент РФ №2393209, прототип), представляющий сбой нейтрализацию жирных кислот рапсового масла 20%-ным раствором едкого калия, который добавляют в количестве 0,25% от объема масла. Очищенное рапсовое масло смешивают с дизельным топливом в соотношении 2,5:1 соответственно.

Изобретение позволяет снизить себестоимость и экологическую опасность производства при сохранении качества биотоплива.

Недостатком прототипа является невозможность очистки рапсового масла от восковых веществ. Смесевое топливо на основе нейтрализованного рапсового масла, полученное по известному способу можно использовать только при положительных температурах окружающего воздуха.

Техническим результатом заявляемого изобретения является извлечение восковых веществ из биотопливных композиций на основе нейтрализованного рапсового масла, что позволит улучшить низкотемпературные характеристики данного топлива.

В отличие от прототипа, в заявленном способе, технический результат достигается за счет предварительного смешивания 70% нейтрализованного рапсового масла с 30% минерального дизельного топлива и проведения процесса винтеризации при температуре +10°С с последующей фильтрацией, что позволяет максимально извлечь восковые вещества. Эффективность фильтрации биотопливных композиций в данном способе достигается за счет снижения вязкости при добавлении в нейтрализованное масло минерального дизельного топлива.

Пример.

Для улучшения эксплуатационных свойств биотопливных композиций прессовое масло предлагается подвергать нейтрализации, (по технологии прототипа), после чего смешивать с минеральным дизельным топливом или керосином марки ТС-1 в соотношении 30% дизельного топлива и 70% нейтрализованного рапсового масла, или 25% ТС-1 и 75% нейтрализованного рапсового масла, а затем, полученные биотопливные композиции, очищать от восков винтерзацией (фиг. 1), перед использованием в качестве топлива для дизелей биотопливные композиции необходимо подогревать до 60-70°С.

В лабораторных условиях проведена оценка низкотемпературных свойств и коэффициента фильтруемости рапсового масла и биотопливных композиций на его основе. Лабораторные исследования проводились согласно стандартам: ГОСТ 20287-91 (Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания); ГОСТ 5066-91 (Топлива моторные. Методы определения температуры помутнения, начала кристаллизации и кристаллизации); ГОСТ 22254-92 (Топливо дизельное. Метод определения предельной температуры фильтруемости); ГОСТ 19006 (Топливо дизельное. Метод определения коэффициента фильтруемости).

В качестве композиций использовались: минеральное дизельное топливо марки Л.01-40; сырое рапсовое масло (сорт семян «Надежный-92»), полученное холодным прессованием в ПК «Налобинский» Рыбинского района Красноярского края; нейтрализованное рапсовое масло, очищенное по известной технологии (прототип); смесевые топлива в соотношениях:

100% нейтрализованного рапсового масла (1 вариант);

30% дизельного топлива и 70% нейтрализованного рапсового масла вымороженного (2 вариант);

25% ТС-1 и 75% нейтрализованного рапсового масла вымороженного (3 вариант).

Результаты лабораторных исследований образцов биотопливных композиций на его основе рапсового масла представлены в таблице 1.

Вымораживание проводилось при медленном перемешивании (3-5 мин^-1) лопастной мешалкой с постепенным охлаждением нейтрализованного масла с +25 до + 10°С. Весовое количество восковых веществ определялось взвешиванием по окончании визуального образования крупных кристаллов. Количественные данные эксперимента представлены в таблице 2.

В результате лабораторных исследований установлено, что биотопливные композиции на основе нейтрализованного рапсового масла, винтеризированные в смеси (1 и 2 варианты) имеет температуру помутнения на порядок ниже, чем летнее дизельное топливо, что пропорционально сказывается на их предельной температуре фильтрации. Низкотемпературные свойства биотопливных композиций с применением винтеризации нейтрализованного рапсового масла совместно с минеральным дизельным топливом (или) керосином ТС-1, позволяют использовать его при температурах до минус 10°С.

Таким образом, предлагаемый способ очистки биотопливных композиций обладает элементами отличительной новизны и полезности.