Пропустить навигацию.
Главная

Биотопливо из рапса

Биотопливо из рапса

В последнее время перед обществом остро встает проблема альтернативных источников энергии: солнечная энергия, энергия ветра и воды, биотопливо и т.п. Самым перспективным из нетрадиционных источников энергии есть растительные и животные жиры, которые могут быть использованы для производства биодизельного топлива (биодизеля).

Биодизельное топливо уже получило распространение во многих странах Европы. По желанию автовладельца на заправочных станциях биодизель могут заливать в бак автомобиля как в чистом виде, так и в качестве добавки (обычно 5% - 35%) к дизтопливу.

Европейская комиссия в своем коммюнике предложила странам - членам ЕС к 2020 году заменить пятую часть нефти, которую потребляет транспортный сектор, альтернативными видами горючего. С 2009 года все страны объединенной Европы будут обязаны выпускать и потреблять биодизельное топливо.

Около 80% выпускаемого Евросоюзом биодизеля производится из рапса. На производство этого экологически чистого вида топлива в 2004 году ушло около трети всего урожая рапса.

Преимущества биодизельного топлива
Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.
Меньше выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни.
Биодизель почти не содержит серы (< 0,001%).
Технология производства биотоплива

Биодизель - это не что иное, как метиловый эфир, обладающий свойствами горючего материала и получаемый в результате химической реакции из растительных жиров.

Для получения метилового эфира к семи массовым единицам растительного масла добавляется одна массовая единица метанола (т.е. соблюдается соотношение 7 :1), а также небольшое количество щелочного катализатора.

Схема процесса производства биотоплива

Рапс поступает в маслопресс, где масло отделяется от рапсового жмыха, используемого в комбикормовой промышленности.

Далее рапсовое масло, передается в эстерификационную установку. Для получения метилового эфира к рапсовому маслу добавляется метанол (соотношение 7 : 1), и небольшое количество щелочного катализатора.

Процесс эстерификации происходит в реакторе при температуре 45...50°С в течении 80 мин. В результате химической реакции образуется метиловый эфир (биотопливо), а также побочный продукт - глицерин.

Новое направление деятельности экологов в сфере биологической безопасности рассматривает всестороннюю оценку как положительных, так и отрицательных последствий широкого внедрения биотоплива, производимого из растений.

Общая проблема при использовании сельскохозяйственного сырья для получения топлива состоит в том, что оно конкурирует с производством пищевых продуктов. Ставится задача – определить насколько широкое применение биотоплива соответствует принципам устойчивого развития, и сделать это направление энергетики экологически безопасным и не подрывающим социальную и экономическую системы страны, не угрожающим её продовольственной безопасности.

Среди основных негативных тенденций, сопутствующих интенсивному производству биотоплива в западных странах находятся: повсеместный рост цен на продукты питания, продвижение трансгенных культур как сырья для биотоплива, конкуренция за земли сельскохозяйственного назначения и истощение земель “энергетическими” культурами, такими как рапс или подсолнечник. У российских производителей сырья для пищевых продуктов вопросы о нехватке и истощении земель возникают довольно редко.

Большое количество биотоплива производится из семян рапса.

В настоящее время на ключевом этапе получения биотоплива из растительных масел, в большинстве случаев, требуется добавление метанола, что для небольших объёмов производства не представляет коммерческого интереса у сельскохозяйственных предприятий с малой потребностью в топливе. Решая проблему с повышенными вязкостью и плотностью рапсового масла путём нейтрализации при температуре 65 – 70 °С, горячего отстаивания и фильтрации до степени 5 мкм, новый метод позволяет опустить вышеназванный этап и достичь желаемых свойств получаемого топлива.

На мировом рынке предложен большой спектр комплектов оборудования по производству растительных масел, некоторые из них без особых проблем можно переоборудовать в минизаводы для получения биотоплива.

Высокая стоимость предлагаемых комплектов оборудования связана с наличием ряда машин для подготовки семян перед извлечением из них масла, но учитывая, что такое оборудование имеется практически в каждом хозяйстве, появляется возможность снизить цену на минимаслозавод и включить в линию машины по производству биотоплива, такие как: пресс-фильтр, нейтрализатор-смеситель и дополнительные ёмкости под сопутствующее сырьё.

Более доступным и апробированным в условиях АПК является прессовый способ прессования шнековыми прессами. Поскольку выход прессового масла более 30% приведёт снижению его качества, в технологической линии по производству биотоплива следует исключить двойной отжим.

Для получения 300 – 500 т. в год биотоплива на основе рапсового масла, производительность линии (по семенам) должна составлять 200 – 250 кг/ч.

Достижение желаемых свойств биотоплива определяется необходимыми требованиями к сырью и техническими условиями каждой стадии производства.

Основные требования, предъявляемые к семенному материалу: влажность семян перед прессованием должна составлять не более 7 %, вес 1000 семян 3 – 4 г, степень очистки 95 – 99 %, кислотное число масла в семенах – не более 5 мг КОН.

Далее кратко представим технологию получения биотоплива на основе рапсового масла.

Соответствующие требованиям семена рапса из засыпной ямы винтовой конвейером подаются к шнековому прессу под углом 30 градусов. Жмых перемещается ленточным транспортёром в бункер. Масло из поддона пресса перекачивается центробежным насосом в свободный отстойник, где производится восьмичасовое горячее отстаивание.

Отстой сливается с помощью сливного крана снизу конусного дна отстойника. Слив контролируется с помощью смотрового патрубка, установленного перед сливным краном. После отстаивания масло перекачивается в рамный фильтр. Конструкция фильтра предусматривает наличие насоса, тонкость фильтрации должна составлять не больше 5 мкм.

После фильтрации масло центробежным насосом перекачивается в нейтрализатор-смеситель, где сначала добавляется 0,3 % (от общего объёма масла) раствора щёлочи КОН, затем через 7 минут с помощью сливного крана сливается до 6 % осадка (тяжёлые кислоты), после чего добавляется 30% дизельного топлива.

Температура масла во время реакции нейтрализации и отстаивания должна составлять 60 – 65 °С, что достигается электрическим нагревателем мощностью 3 кВт. Для ускорения реакции в нейтрализаторе-смесителе предусмотрена лопастная мешалка без перегородок с тремя лопастями.

Ёмкость для хранения дизельного топлива следует разместить на 1.5 м нейтрализатора-разделителя, это позволит не использовать дополнительный насос.

Для определения объёмного соотношения рапсового масла и дизельного топлива при смешивании в данной линии предлагается использовать номограмму (рисунок) номограмму и разместить её на стенке нейтрализатора-смесителя. По номограмме и мернику оператор с точностью до 1 л определяет нужное количество дизельного топлива, добавляемого в рапсовое масло. Объёмное соотношение дизельного топлива и щелочи КОН (в данном случае) определяется пересечением вертикальных и горизонтальных линий и зависит от количества рапсового масла в нейтрализаторе-смесителе.

Готовая смесь (биотопливо на основе рапсового масла) центробежным насосом перекачивается в ёмкость для готовой продукции.

Для определения щелочного и кислотного числа в масле предназначена экспресс мини-лаборатория, взятие проб производится до и после нейтрализации. По кислотному и щелочному числу определяют количество нейтрализатора (в среднем по данной технологии оно должно составлять до 0,3 % от общего объёма масла).

К оборудованию, подлежащему разработке, отнесём ёмкость для отстоя (количество 3 шт.) и нейтрализатор-смеситель (1 шт.)

Технические характеристики комплекта оборудования для производства 300 – 500 т. в год биотоплива на основе рапсового масла приведены в таблице.

Для расчёта прогнозируемой экономической эффективности от внедрения предлагаемой технологии производства биотоплива в АПК выбрано предприятие с годовой потребностью ДТ в количестве 300 т.

Чтобы произвести такое количество топлива необходимо переработать 1080 т семенного материала, трудоемкость переработки последнего составит 4320 ч.

Для удовлетворения годовой потребности хозяйства в биотопливе, необходимо получить 233 т очищенного масла плотностью 897 кг/м3 и закупить 70 т дизельного топлива.

Себестоимость производства топлива предлагается снизить путём реализации побочной продукции – рапсового шрота и солей тяжёлых кислот (осадка после нейтрализации).

Стоимость всего рапсового шрота после переработки 1080 т семян с выходом 60 % составит 7808,4 тыс. руб. при цене реализации 12,05 руб./кг. Прибыль от реализации осадка определяется спросом. В среднем по заинтересованным отраслям промышленности цена на тяжёлые кислоты и их соли составляет 70 руб./кг.

При стоимости семян рапса 12,4 и щёлочи (КОН) 9,57 руб./кг, тарифе на электроэнергию – 1,50 руб./кВт, заработной плате обслуживающего персонала – 30 руб./ч (одного работника) и доходах от реализации побочной продукции, себестоимость производства биотоплива составит 15,3 руб./кг а экономия денежных средств на топливо (в сравнении с дизельным) – 11,8 руб./кг. Срок окупаемости приведённого оборудования для условно принятого хозяйства составит не более года.

Выводы

1. Представлен способ получения биотоплива на основе рапсового масла без применения метанола.

2. Описана последовательность технологических процессов, с указанием типов машин, входящих в минизавод по производству 300 – 500 т. в год биотоплива на основе рапсового масла.

3. Обоснована технологическая линия производства смесевого топлива производительностью 87 кг/ч и себестоимостью 13,11 руб./кг при выходе жмыха 175 кг/ч и солей тяжёлых кислот 6,5 кг/ч, и сроке окупаемости на предприятиях АПК не более года и экономии денежных средств на топливо до 11,8 руб./кг.