На главную страницу

Химия и Химики №3 (2008)

О ХИМИИ и не только (статьи).

Принцип получения биодизеля.

Как известно, основными компонентами растительных масел являются эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Растительные масла имеют слишком большую вязкость, которая препятствует их прямому использованию в качестве дизельного топлива. Один из выходов – проведения реакции переэтерификации. При этом глицерин замещается на метиловый или этиловый спирт. Полученные продукты имеют значительно меньшую молекулярную массу и вполне пригодны для прямого использования в качестве биотоплива. В случае метилового спирта уравнение реакции будет следующим:

Согласно одному из вариантов, для получения метилового эфира необходимо к девяти массовым частям растительного масла добавить одну массовую часть метанола, (в случае этилового эфира- этанола) а также небольшое количество щелочного катализатора. Ингредиенты перемешивают в специальных реакторах при температуре 50-80°С и нормальном атмосферном давлении. После отстаивания и охлаждения жидкость расслаивается на две фракции: глицерин (тяжелая) и метиловый эфир (легкая).

Реакция получение этилового эфира экзотермическая, то есть она протекает с выделением тепла. Режим проведения процесса может значительно изменятся в зависимости от качества используемого масла и от его состава (содержания разных жирных кислот).

Этиловый и метиловый эфиры почти одинаковы по энергоемкости. Вязкость этиловых эфиров немного выше и точка помутнения немного ниже, чем у метиловых эфиров. Тесты на двигателях демонстрируют, что метиловый эфир дает немного более высокую выходную мощность и вращающий момент чем этиловый. Потребление топлива двигателем при работе примерно одинаково. Некоторые преимущественные характеристики этилового эфира по сравнению с метиловым — значительно более низкая непрозрачность дыма, ниже выхлопные температуры.

Этиловый эфир имеет более высокий уровень коксования инжектора чем метиловый, что, очевидно, более связано с молекулярной массой и вязкостью чем с содержанием глицерина.

Рапс – один из основных источников биодизеля.

В настоящее время ведутся активные и разносторонние исследования с целью оптимизации процесса получения этиловых и метиловых эфиров жирных кислот и решения многочисленных производственных проблем. В частности кроме щелочных испытываются также кислотные катализаторы. Ведутся разработки направленные на повышение степени экологической безопасности производства.

Например, были проведены эксперименты, чтобы определить оптимальные условия для приготовления этиловых эфиров с использованием рапсового масла. Исследовались следующие переменные процесса: 1) температура, 2) катализатор, 3) интенсивность перемешивания, 4) водное содержание используемого спирта, и 5) избыток используемого спирта.

Получены следующие оптимальные условия:

· Комнатная температура

· Катализатор: 0.5 % мeтилат натрия или 1%-ый гидроокид калия

· Чрезвычайно энергичное перемешивание с некоторым выплескиванием в течение начальной фазы реакции, причем в перемешивании уже не было необходимости после того, как смесь реакции стала гомогенной.

· Для высокого выхода продукта необходим абсолютный этанол

· 50%-ый избыток чистого этанола с NaOCH₃ (по некоторым данным 70% избыток) или 100%-ый избыток с KOH дает максимальный выход (молярное соотношение 5.1:1 этанола к маслу). Исходя из количества используемого масла по весу, используется 1.3 % KOH.

При использовании этанола (а не метанола) возникают проблемы при промывке биодизеля для удалением избытков спирта, этанол формирует устойчивую водную эмульсию. Метиловые эфиры также гораздо лучше показали себя в процессе длительного хранения, по сравнению с этиловыми.

(частично использованы материалы сайта bioethanol.ru)