Биодизель производство, использование, виды

Биодизель — единственный аналог дизельного топлива, который может служить полноценной заменой, поскольку может использоваться во всех дизельных двигателях. Свое название он получил за экологическую чистоту, биоразлагаемость и простоту использования. Чтобы максимально эффективно использовать биодизельное топливо, необходимо познакомиться с ним поближе.

Производство биодизельного топлива

Биодизельное топливо обычно представляет собой смесь метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот. По сути, это метиловый эфир, получаемый в результате этерификации растительных масел или переэтерификации животных и кормовых жиров в результате химической реакции.

Альтернатива моторному топливу

Производство биодизельного топлива стало реальной заменой другим способам использования масел и жиров в качестве моторного топлива. Раньше их просто заливали в бак, что приводило к плачевным последствиям. Это было связано с рядом причин: отсутствием сгорания, снижением качества смазки при смешивании с маслом, повышением вязкости, что приводило к образованию нагара на форсунках, кольцах и поршнях.

Почему растительные масла нельзя использовать в дизельных двигателях

Использование растительных масел в дизельных двигателях было опробовано во многих странах, но при этом не обошлось без определенных проблем. Масло не сгорает полностью, поэтому его нельзя использовать в двигателях с непосредственным впрыском. Биодизель может быть получен из любого животного жира или растительного масла. Рапсовое масло является самым дешевым и дает наибольшее количество биодизеля. Со 150 га земли, засеянной им, можно собрать более 180 т масла — этого достаточно для производства 198 тыс. л биодизеля. В Европе рапс широко распространен, в то время как в США популярна соя, в Бразилии — касторовое масло, в Канаде — рапс, в Индонезии — пальмовое масло.

Разночтения в тексте

Помимо рапса, к другим источникам биотоплива относятся: Пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масло. В зависимости от сырья биотопливо делится на три поколения: Первое получают из сельскохозяйственных культур, второе — из жиросодержащих отходов, третье — из липидов микроводорослей.

Трансэтерификация: Процесс производства биодизеля

Для получения биодизельного топлива используется процесс переэтерификации. Он предполагает использование катализатора, например, метилата натрия — алкоголята щелочного металла. Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), соединенных с глицерином — молекулой спирта C3H8O3, состоящей из трех объемов. Именно глицерин придает маслу вязкость, и для получения биодизельного топлива глицерин необходимо заменить спиртом. Этот процесс называется этерификацией.

Процесс производства биодизеля

Для получения биодизельного топлива очищенное масло и щелочной катализатор (например, метиловый спирт) смешиваются в реакторных колоннах в соотношении от 1:4 до 1:20. Затем эта смесь нагревается до температуры от 50 до 60°C. После этого смесь охлаждают и отстаивают, разделяя ее на две фракции. Легкая фракция — эфир, представляющий собой биодизель с высоким цетановым числом (56–85, по сравнению с минеральным дизельным топливом — 50–52) и отличной горючестью. Более тяжелая фракция — глицерин, который часто используется в качестве побочного продукта во многих отраслях промышленности.

Очистка метилового эфира

Метиловый эфир направляется на станцию промывки для дальнейшей очистки от продуктов омыления. В противном случае топливо может засорить фильтр и привести к накоплению углерода и смол в камере сгорания. Последняя ступень На последнем этапе метиловые эфиры необходимо высушить. Удаление воды важно для предотвращения роста микроорганизмов в биодизельном топливе. Тяжелые фракции оседают и образуют глицериновую фазу. Этот глицерин необходимо направлять на установку дистилляции метанола, чтобы избежать проблем с хранением и утилизацией продукта из-за его повышенной щелочности и высокого содержания метанола.

Противоположность биодизеля и дизельного топлива

Биодизельное и дизельное топливо регулярно сравнивают, поскольку они имеют много общего. Однако есть и некоторые различия между ними по составу, свойствам и возможностям применения.

Состав

Биодизель — это многогранное жидкое топливо, созданное на основе смеси моноалкиловых эфиров жирных кислот. В отличие от дизельного топлива, биодизель не содержит нефти. Несмотря на это, его можно смешивать с любым видом дизельного топлива. Этот состав подходит для всех типов дизельных двигателей.

Преимущества биодизеля

Биодизель имеет определенные преимущества перед традиционным дизельным топливом, такие как:

— Значительно меньшее содержание серы — 0,005% по сравнению с 0,2% для обычного дизельного топлива — 50%-ное снижение содержания сажи — снижение содержания оксида углерода на 8–10%

В соответствии с ГОСТ Р 53605−2009, который эквивалентен EN 14214:2003, к биодизелю предъявляются следующие требования:

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель — невероятно экологичное топливо с массовой долей сложных эфиров 96,5%, плотностью 860–900 кг/м3, температурой вспышки в закрытом тигле 120 °С, содержанием серы не более 10 мг/кг, кинематической вязкостью 3,5–5 мм2/с, цетановым числом 51 и общим содержанием глицерина 0,25%.

Использование биодизельного топлива выгодно во многих отношениях. Оно способствует снижению содержания диоксида серы в окружающей среде и уменьшает количество углекислого газа в выхлопных газах до 80%. Кроме того, оно устраняет типичный зловонный запах выхлопных газов.

К другим преимуществам использования биодизеля в качестве топлива относятся его горючесть, низкая коррозионная активность и низкий уровень выбросов — все это способствует оздоровлению окружающей среды.

Пригодность дизельного топлива без стимуляторов воспламенения

Использование дизельного топлива без дополнительных активаторов воспламенения, предотвращение образования нагара, сжигание практически без токсичных отходов, отсутствие неприятных запахов и простота организации производства (его можно организовать даже на небольшой ферме). Кроме того, практически отсутствуют отходы на выходе (остатки жмыха от производства масла можно использовать в качестве корма для животных).

Биодизель — отсутствие биологического риска

Биодизельное топливо абсолютно безопасно для человека и окружающей среды. В случае утечки оно полностью распадается примерно за 3 недели без каких-либо последствий. Это делает его идеальным топливом для водного транспорта, так как отсутствует риск загрязнения рек и озер. Кроме того, при контакте с водой оно не наносит вреда растениям и животным.

Преимущества биодизельного топлива

Основным преимуществом биодизельного топлива является доступность и дешевизна сырья. Для его производства могут использоваться отходы любых сельскохозяйственных культур. Во многих странах предприятия, производящие биодизель, получают отработанное растительное масло из ресторанов. Этот возобновляемый источник топлива может производиться из растительного сырья, а его ресурсы быстро восстанавливаются по сравнению с запасами нефти, которые практически невосполнимы.

Использование возобновляемого сырья особенно выгодно для колхозов, занимающихся переработкой масла. Они могут производить высококачественное топливо из собственных отходов, что делает их независимыми.

Продление срока службы двигателя с помощью биодизеля

Когда речь идет о смазке двигателя, минеральное дизельное топливо после очистки от сернистых соединений может оказывать негативное воздействие. Биодизельное топливо, напротив, является отличным смазочным материалом, несмотря на то, что содержание серы в нем ниже, чем в дизельном топливе. Это объясняется тем, что в составе биодизельного топлива присутствует кислород.

В качестве примера можно привести грузовик из Германии, который был занесен в Книгу рекордов Гиннесса. Это произошло потому, что он смог проехать более 1,25 млн. км с оригинальным биодизельным двигателем. Это свидетельствует о долговечности двигателей, работающих на биодизельном топливе.

Смазка двигателя

Смазка деталей двигателя внутреннего сгорания при работе на биодизельном топливе позволяет увеличить срок службы двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.

Пожарная безопасность

Биодизельное топливо имеет высокую температуру воспламенения, поэтому воспламенение возможно только при температуре выше 150°C. Благодаря этому оно относится к категории относительно безопасных видов топлива.

Недостатки биодизельного топлива

Несмотря на свои достоинства, биодизельное топливо имеет ряд недостатков. Главный из них — короткий срок службы (всего 3 месяца). Другая проблема заключается в том, что оно может повредить резиновые детали двигателя из-за своих растворяющих свойств. Кроме того, к другим недостаткам биодизельного топлива относятся:

Проблемы эффективности при низких температурах

Из-за недостаточной эффективности при низких температурах возникают различные проблемы, такие как накопление отложений при низких температурах (образуются кристаллы парафина, что приводит к загрязнению деталей), а также агрессивность по отношению к лакокрасочному покрытию кузова (невозможно допустить контакта биодизеля с его поверхностью).

Типы биодизельного топлива

Классификация биодизельного топлива основана на сырье, используемом при его производстве. В прошлом основным источником было растительное масло, но сегодня разрабатываются новые технологии, например, переработка растительного сырья с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. Поскольку ресурсы растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, ограничены, ведутся исследования по использованию новых культивируемых специальных видов водорослей для производства биодизеля.

Недавнее внимание к касторовому маслу

В последние несколько лет производители биодизельного топлива интенсивно изучают касторовое масло — растение семейства Малочайные (Malochayaceae). Это связано с тем, что с помощью холодного прессования из него можно получить касторовое масло, которое известно своим высоким цетановым числом.

Утилизация биодизельного топлива

Биодизель может использоваться двумя способами: как самостоятельное топливо или в сочетании с обычным дизельным топливом. В более холодном климате рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, получая дизельное топливо марки B20 (цифра указывает на процентное содержание биодизеля).

Биодизель вместо дизельного топлива

Переход с дизельного топлива на биодизель на постоянной основе, безусловно, возможен. Однако следует иметь в виду, что 100%-ное биодизельное топливо аналогично летнему дизельному топливу и замерзает при температуре −5°С. Поэтому в зимнее время чаще всего биодизель смешивают с дизельным топливом. В теплое время года можно смело использовать биодизель самостоятельно. Допускается также смешивание биодизеля с минеральным топливом в любых пропорциях.

Биодизель в России

В настоящее время в России отсутствует государственная программа по развитию производства биодизельного топлива. Министерство сельского хозяйства разрабатывает законопроект, который создаст условия для производства биодизеля. В рамках проекта планируется производить до 5,5 млн. тонн рапсового масла в год, из которых 2,5 млн. тонн будут направлены на производство биодизеля.

Перспективы развития производства биодизеля в России

По мере развития страны создаются региональные программы, такие как Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Строительство заводов по производству биодизеля уже планируется в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.

Цикл производства биодизеля практически безотходный, а сырье для производства можно выращивать на той же земле. Единственным препятствием является действующий акциз на биоэтанол, составляющий 59 рублей за 1 литр. Это делает инвестиции в производство биодизеля не такими выгодными, как могли бы быть, хотя спрос на топливо постоянно растет.