Биодизель производство, использование, виды

От Опубликован

Среди всех имитаций дизельного топлива только биодизель может стать полноценной заменой, поскольку подходит для любой техники с дизельным двигателем. Название этого топлива не требует пояснений. Оно экологично, легко разлагается и не требует особых усилий. Но перед применением целесообразно ознакомиться с ним поближе.

Синтез биотоплива

Биотопливо представляет собой сочетание метиловых или этиловых эфиров ненасыщенных и жирных кислот. Оно получается в результате химического процесса — этерификации растительных масел или переэтерификации жиров (животных и кормовых). По сути, это метиловый эфир, образующийся в результате химической реакции.

Обновленный способ использования масел и жиров в качестве моторного топлива

Производство биодизеля стало альтернативой другим стратегиям использования масел и жиров в качестве моторного топлива. Раньше их просто заливали в бак, но это приводило к проблемам в топливной системе. Неполное сгорание топлива, неэффективная смазка и повышение вязкости масла приводили к образованию отложений на форсунках, кольцах и поршнях.

Другой взгляд на биодизель

При рассмотрении биодизельного топлива, получаемого из нефти, может возникнуть логичный вопрос: почему нельзя использовать растительные масла в дизельных двигателях? Во многих странах это делается, но есть некоторые проблемы, которые нельзя обойти стороной. Топливо не сгорает полностью, что делает его непригодным для длительного использования в двигателях с непосредственным впрыском.

Сырьем для получения биодизеля может служить любое растительное масло или животный жир. Самым дешевым из них является рапсовое масло, поэтому оно используется чаще всего. Оно же дает и самый высокий выход биотоплива. С поля рапса площадью 150 га можно получить более 180 т масла, что позволит получить 198 тыс. л биодизеля. Рапс распространен в Европе, соя используется в США, касторовое масло — в Бразилии, канола (разновидность рапса) — в Канаде, пальмовое масло — в Индонезии.

Масла сельскохозяйственных культур

Помимо рапсового, используются масла других сельскохозяйственных культур: пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное, кукурузное. В зависимости от источника сырья получают биотопливо трех различных поколений:

1-е поколение— из сельскохозяйственных культур.

2-е поколение— из жиросодержащих отходов.

3-е поколение— из липидов микроводорослей.

Переэтерификация для производства биодизеля

Производство биодизельного топлива включает в себя процесс переэтерификации. Для этого используется катализатор, например, метилат натрия. Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), в которых молекула глицерина содержит трехосновной спирт C3H8O3. Этот глицерин придает маслу вязкость. Для получения биодизельного топлива глицерин должен быть удален и заменен спиртом, что называется этерификацией.

Процесс производства биодизеля

Производство биодизельного топлива включает в себя следующие этапы:

Очищенное масло и щелочной катализатор (метиловый спирт) соединяются в реакторной колонне, при этом соотношение метанола и масла составляет от 1:4 до 1:20.
Смесь нагревается до 50–60 °С.
Смесь отстаивается и охлаждается, в результате чего образуются две фракции: легкая фракция эфиров (биодизель), обладающая высоким цетановым числом (56–85, против 50–52 у минерального дизельного топлива) и отличной горючестью, и тяжелая фракция глицерина, который является побочным продуктом процесса и может быть использован различными способами.

Очистка метилового эфира

Метиловый эфир должен пройти процесс промывки для удаления продуктов омыления, которые в противном случае могут засорить фильтр и привести к образованию углеродистых отложений и смол в камере сгорания. После этого он высушивается, чтобы избавиться от воды, которая может вызвать рост микроорганизмов в биодизельном топливе. Затем смесь разделяется, причем тяжелая фракция представляет собой глицерин. Его необходимо преобразовать в глицерин, отправив на установку дистилляции метанола, иначе из-за высокой щелочности и содержания метанола могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией продукта.

Биодизель и дизельное топливо: Исследование разницы

Характеристики и состав

Биодизель — это комбинация моноалкиловых эфиров жирных кислот, представляющих собой жидкое топливо. От дизельного топлива он отличается тем, что не содержит нефти. Несмотря на это, биодизель можно смешивать с любым дизельным топливом для получения топлива, которое может использоваться во всех дизельных двигателях.

Свойства и возможности применения

Свойства биодизеля и дизельного топлива сопоставимы, и возможности применения смесей биодизеля с дизельным топливом такие же, как и у дизельного топлива. Устойчивость биодизеля к низким температурам выше, чем у дизельного топлива, кроме того, он выделяет меньше углекислого газа. Кроме того, биодизельное топливо является биоразлагаемым и нетоксичным, что делает его более экологичным по сравнению с дизельным топливом.

Преимущества биодизельного топлива

Продукты сгорания биодизеля обладают многочисленными преимуществами по сравнению с обычным дизельным топливом. К ним относятся:

Значительно сниженное содержание серы — 0,005%, что значительно ниже 0,2%, содержащихся в дизельном топливе.
На 50% меньшее образование сажи.
На 8–10% меньше оксида углерода.

Регулирование производства биодизельного топлива

Производство биодизельного топлива регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009, который эквивалентен стандарту EN 14214:2003. Этот документ устанавливает параметры биодизельного топлива, включая его свойства.

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель — невероятно экологичное топливо. Оно позволяет полностью исключить выброс диоксида серы и значительно снизить выброс диоксида углерода на 80%, а также избавиться от неприятного запаха.

К другим преимуществам относятся:

Массовая доля эфиров — 96,5%,

Плотность при 15 °С — 860–900 кг/м3,

Температура вспышки в закрытом тигле — 120 °С,

Содержание серы — не более 10 мг/кг,

Кинематическая вязкость — 3,5–5 мм2 / с,

Цетановое число — 51,

Общее содержание глицерина — 0,25%.

Преимущества использования биодизельного топлива

Биодизель может использоваться в дизельных двигателях без каких-либо усилителей зажигания;
Оно может предотвратить образование углеродистых остатков;
При сжигании не образуются вредные отходы;
Отсутствует неприятный запах;
Простота изготовления (можно производить в небольших масштабах);
Практически не образуется отходов (жмых, оставшийся после производства масла, можно использовать для кормления животных).

Отсутствие вреда для человека и окружающей среды

Биодизельное топливо не наносит биологического вреда человеку и окружающей среде. В случае разлива биодизель полностью (на 99%) разлагается всего за три недели, не причиняя вреда окружающей среде. Кроме того, любой контакт с водой не нанесет вреда растительному и животному миру. Таким образом, переход на биодизель является эффективным способом снижения загрязнения воды.

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель обладает целым рядом преимуществ благодаря дешевому и легкодоступному сырью. Производство этого возобновляемого источника топлива — от отходов сельскохозяйственного производства до отработанного растительного масла, получаемого из ресторанов,— быстро и просто восстанавливается. Это особенно выгодно для колхозов, перерабатывающих нефть, поскольку они могут производить собственное топливо из того, что в противном случае было бы отходами, что делает их самодостаточными. В отличие от этого, запасы нефти практически невосполнимы и, следовательно, являются конечным ресурсом.

Биодизель как превосходный смазочный материал

При очистке минерального дизельного топлива от сернистых соединений оно лишается своих смазывающих свойств. Напротив, биодизельное топливо, несмотря на меньшее содержание серы, обладает превосходными смазывающими свойствами благодаря наличию в его составе кислорода. Так, один грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннесса, проехав на своем оригинальном биодизельном двигателе более 1,25 млн. км!

Увеличение срока службы

При использовании биодизельного топлива одновременно смазываются все компоненты двигателя внутреннего сгорания, что приводит к увеличению срока службы как двигателя, так и топливного насоса на 60%.

Высокая пожаробезопасность

Высокая температура воспламенения биодизельного топлива обеспечивает повышенную пожарную безопасность. Оно воспламеняется только при температуре выше 150°C, что делает его относительно безопасным веществом.

Преимущества биодизеля

Самой большой проблемой биодизельного топлива является срок его хранения, который составляет всего три месяца. Кроме того, его растворяющие свойства могут привести к повреждению резиновых деталей двигателя. К другим недостаткам этого источника топлива относятся:

Низкая эффективность в холодных условиях; риск образования осадка при отрицательной температуре; повреждение лакокрасочного покрытия

Классификация биодизельного топлива

По происхождению биодизель может быть получен из растительного масла или в процессе трансформации растительного сырья с помощью генетически модифицированных микробов. Поскольку доступность растительного масла, получаемого из сельскохозяйственных культур, ограничена, во всем мире ведутся исследования по использованию специально культивируемых видов водорослей.

Недавнее внимание к касторовому маслу

В последние два года производители биодизельного топлива обратили пристальное внимание на касторовое масло — растение семейства Малочайных (Malochayaceae). Путем холодного прессования из него можно получить масло с одним из самых высоких цетановых чисел.

Утилизация биодизеля

Биодизель может применяться в двух вариантах: как самостоятельное топливо или, в холодное время года, в сочетании с дизельным топливом. Рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, чтобы получить так называемое дизельное топливо B20 (цифра указывает на процентное содержание биодизеля).

Переход на биодизельное топливо

Переход с дизельного топлива на биодизель возможен как постоянный вариант. Однако важно отметить, что чистое биодизельное топливо чувствительно к низким температурам и может замерзнуть при температуре −5 °C. Поэтому в зимние месяцы биодизель обычно смешивают с дизельным топливом. В летнее время биодизель может использоваться как единственный источник топлива. Смешивание биодизеля с традиционным дизельным топливом допустимо, причем в любом соотношении.

Биодизель в России

В России пока нет единой государственной программы по развитию биодизельного топлива. Однако в Министерстве сельского хозяйства имеется законопроект, который создает в стране условия для производства биодизеля. Условия проекта предполагают ежегодную выработку до 5,5 млн. т рапсового масла, из которых 2,5 млн. т должно быть направлено на производство биотоплива.

Появление региональных программ

Постепенно появляются региональные программы, например, Ассоциации производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайской краевой целевой программы «Рапс — биодизель». Строительство заводов по производству биодизеля планируется в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.

Производство биодизеля в России становится одним из наиболее выгодных и привлекательных вариантов для малого бизнеса. Это обусловлено безотходным циклом производства и возможностью выращивания сырья. Единственной проблемой является акциз на биоэтанол в размере 59 ₽ за литр, что в настоящее время делает инвестиции в производство биодизеля нецелесообразными, несмотря на растущий спрос на такое топливо.

Топливо