Способ производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей
Владельцы патента RU 2393209:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский Государственный Аграрный Университет (RU)
Изобретение относится к способам производства биотоплива. Способ предусматривает 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. 2 табл., 5 ил.
Ресурсосберегающий способ производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей относится к сельскохозяйственному производству и может найти применение при изготовлении из семян рапса биотоплива с последующим использованием его в автотракторных двигателях.
Известны технологии получения биодизельного топлива на основе рапсового масла для использования в автотракторных двигателях (Аблаев А.Р. Производство и применение биодизеля: справочное пособие / А.Р.Аблаев и др. - М:. АПК и ППРО, 2006. - 31 с., прототип), в которых с целью нейтрализации жирных кислот рапсового масла используют метанол.
Недостатком данного способа является использование метанола, который является сильным ядом, взрыво- и пожароопасным веществом, вследствие чего происходит усложнение конструкции перерабатывающего оборудования. После получения конечного продукта - биотоплива - из него выпаривают метанол и растворитель. В итоге себестоимость получаемого биотоплива оказывается высокой, а технология его получения экологически опасной и требующей больших материальных затрат.
Задачей нового способа является снижение себестоимости биотоплива и экологической опасности производства.
Технический результат, в отличие от прототипа, достигается за счет того, что для нейтрализации жирных кислот рапсового масла используют 20%-ный раствор едкого калия в количестве 0,25%-ный от объема рапсового масла, после чего отделяют выпавший осадок жирных кислот, а очищенное рапсовое масло смешивают с дизельным топливом в соотношении 2,5:1.
На фиг.1 показана зависимость выпадения количества осадка от концентрации едкого калия. На фиг.2 показана зависимость времени и количества осадка от объема едкого калия. На фиг.3 - изменение вязкости чистого рапсового масла и биотоплива после нейтрализации жирных кислот. На фиг.4 - реакция щелочной нейтрализации жирных кислот рапсового масла. На фиг.5 - схема способа производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей.
Пример.
С целью определения наиболее оптимальной концентрации едкого калия при нейтрализации жирных кислот в рапсовом масле проводились опыты: в пробирки (ГОСТ 1770-74), емкостью 100 мл, заливалось отфильтрованное и очищенное механическим способом (согласно технологии) рапсовое масло, полученное в результате отжима семян рапса (урожай 2008 года), после чего в пробирки добавлялся раствор едкого калия в концентрациях 10%, 20%, 30%, 40% в количестве 0,3% от объема масла. Далее проводилось смешивание в течение 10 минут путем перемешивания двух жидкостей в пробирке с помощью механической мешалки. После проводилось отстаивание масла в течение 1 часа для определения количества получившегося осадка. Опыты проводились с трехкратной повторностью при температуре масла 55°С, результаты представлены в таблице 1.
По результатам опытов видно, что при концентрации едкого калия свыше 20% (фиг.1, табл.1) объем выпавшего осадка увеличивается незначительно, что свидетельствует о целесообразности использования данной концентрации как наиболее оптимальной с точки зрения эффективности и незначительных материальных затрат на приготовление раствора едкого калия.
| Таблица 1 | ||||
| Результаты опытов по определению оптимальной концентрации едкого калия | ||||
| Концентрация КОН, % | Выпавший осадок, мл | |||
| 1 опыт | 2 опыт | 3 опыт | Среднее значение | |
| 10 | 6 | 6,2 | 6 | 6,07 |
| 20 | 8 | 8,5 | 8,4 | 8,3 |
| 30 | 8,4 | 8,4 | 8,7 | 8,6 |
| 40 | 8,5 | 8,8 | 8,9 | 8,73 |
Для определения оптимального количества едкого калия, которое добавляется в рапсовое масло для нейтрализации жирных кислот, проводились опыты с добавлением 0,05%, 0,1%, 0,15%, 0,25%, 0,5%, 1%, 1,5% от объема масла 20%-ного раствора едкого калия. После проводилось смешивание в течение 10 минут путем перемешивания двух жидкостей в пробирке с помощью механической мешалки. Время выпадения осадка определялось по формированию отчетливо видной границы между маслом и выпавшим осадком на дне пробирки. Опыты проводились с трехкратной повторностью при температуре масла 55°С.
Из результатов опытов (фиг.2, табл.2) видно, что увеличение объема едкого калия свыше 0,25% не увеличивает объем выпавшего осадка и мало влияет на время выпадения, что позволяет принять данное значение как оптимальное.
Результатом щелочной нейтрализации (фиг.3) является снижение плотности рапсового масла на 2-3% (с 915 до 890 кг/м3 при 20°С), вязкости 8-10% (с 66 до 60 сСт при 20°С), что положительно повлияет на прокачиваемость биотоплива по системе питания двигателя, кроме того, отделение жирных кислот от масла позволит снизить нагарообразование в цилиндрах дизельного двигателя при сгорании.
| Таблица 2 | |||||
| Результаты нейтрализации жирных кислот рапсового масла | |||||
| Количество КОН от объема масла, % | Осадок, мл | Время выпадения осадка (среднее значение), мин | |||
| 1 опыт | 2 опыт | 3 опыт | Среднее значение | ||
| 0,05 | 4 | 4,08 | 4,04 | 4,04 | 21,3 |
| 0,1 | 6,05 | 6,11 | 6,18 | 6,11333 | 18,6 |
| 0,15 | 7,34 | 7,38 | 7,45 | 7,39 | 16,2 |
| 0,25 | 8,12 | 8,15 | 8,13 | 8,13333 | 13,4 |
| 0,5 | 8,18 | 8,2 | 8,17 | 8,18333 | 12,2 |
| 1 | 8,21 | 8,22 | 8,25 | 8,22667 | 11,6 |
| 1,5 | 8,3 | 8,31 | 8,28 | 8,29667 | 10,4 |
На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что наиболее рациональный объем едкого калия для нейтрализации жирных кислот рапсового масла является 0,25% от объема масла при концентрации 20%
Приведена реакция щелочной нейтрализации жирных кислот рапсового масла, в результате которой получено очищенное рапсовое масло (фиг.4).
Приводится технологическая схема производства биотоплива из рапсового масла с минимально возможными технологическими затратами (фиг.5). После отжима масла и предварительной его механической очистки (фильтрация, центрифугирование) от продуктов отжима масло поступает в реактор, где приводится нейтрализация жирных кислот. Процесс нейтрализации происходит в нейтрализаторе - разделителе, где масло смешивается с 20-процентным раствором едкого калия, который добавляется в количестве 0,25% от объема рапсового масла. В реакторе происходит реакция щелочной нейтрализации с выпадением осадка солевых кислот. Приготовление раствора едкого калия осуществляется в специальном смесителе с мешалкой, после чего через дозатор добавляется в масло. После слива осадка очищенное рапсовое масло насосом перекачивается в смеситель, где смешивается с дизельным топливом в соотношении 2,5:1 соответственно.
Снижение себестоимости и экологической опасности производства достигнуто использованием 20%-ного раствора едкого калия, который является более дешевым и менее агрессивным, чем метанол (прототип), нейтрализатором жирных кислот. Предложенный способ производства может быть легко реализован в промышленных объемах в условиях сельскохозяйственного производства.
Способ производства биотоплива на основе рапсового масла для дизельных автотракторных двигателей, включающий нейтрализацию жирных кислот рапсового масла, отделение выпавшего осадка, смешивание очищенного рапсового масла с дизельным топливом, отличающийся тем, что для нейтрализации жирных кислот рапсового масла используют 20%-ный раствор едкого кали в количестве 0,25% от объема рапсового масла, а очищенное рапсовое масло смешивают с дизельным топливом в соотношении 2,5:1 соответственно.
