BG66056B1

BG66056B1 - Метод и инсталация за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво

Info

Publication number: BG66056B1
Application number: BG109698A
Authority: BG
Inventors: Красимир ДЕЧЕВ
Original assignee: Красимир ДЕЧЕВ
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2010-12-30
Also published as: BG109698A

Abstract

Методът и инсталацията за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво намира приложение при производството на алтернативни горива за дизелови двигатели на моторни превозни средства. Използването на трисезонната добавка води до намаляване на изхвърлените вредни емисии от дизеловия двигател, на разхода му и до удължаване на живота му, тъй като тя му придава по-добри смазочни свойства. Съгласно метода наситени и ненаситени мастни вещества от растителен и/или животински произход се подгряват в съд за предварителна подготовка (1) до температура между 51 и 53 градуса С, за предпочитане 52 градуса С, след което се смесват в реактор (12) при температура от 51 до 63 градуса С, за предпочитане 55 градуса С, с предварително миксирани в метаоксиден миксер (9) метанол и катализатор – концентриран алкален разтвор. Емулгирането на компонентите става в реактора (12), а достигането на равновесно състояние на същите – в дестилатор (13). Впоследствие се отделят като отпадни продукти глицерин и сапун. Отделянето на сапуна става с промиване с вода и барбутиране с въздух в сапуноотделителни колони (27). Полученият продукт – метилов естер на мастни киселини, се прехвърля в цистерни (31), където естествено узрява. Узрелият естер – трисезонната добавка за дизелово гориво, се съхранява в цистерните за готова продукция (32).

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод и инсталация за производство на моноалкален метилов естер на мастни киселини, който може да бъде използван като трисезонна добавка (през пролетта, лятото и есента) към дизелово гориво. Трисезонната добавка намира приложение при производството на алтернативни горива за дизелови двигатели на моторни превозни средства. Съгласно метода се използват наситени и ненаситени мастни вещества от растителен и/или животински произход и се получава така наречения биодизел. Използването на трисезонната добавка към дизеловото гориво води до намаляване на изхвърлените вредни емисии от дизеловия двигател, до намаляване на разхода му и до удължаване на живота му, тъй като тя му придава по-добри смазочни свойства.

Предшестващо състояние на техниката

От предшестващото състояние на техниката са известни много методи и инсталации за производство на моноалкален метилов естер на мастни киселини. Например в US 5,972,057 е описан метод, съгласно който производственият цикъл преминава през осем последователни етапа: подготовка на суровината; дехидратиране и дезодориране на суровината; подготовка на алкохола и катализатора; дозиране на компонентите чрез захранващо-дозиращи помпи в последователно скачени реактори и смесване на същите с бъркалки; разделяне на двете течни фази; изчистване; разделяне на течната и твърда фаза; неутрализация.

В известната от US 5,972,057 инсталация се извършва дехидратация и дезодориране, за да се премахне влагата от суровината, която трябва да е с постоянен състав. За целта се използва специален топлообменник и съд за дехидратация като се контролира температурата на изхода от топлообменника и налягането в съда за дехидратация. Примесите от суровината се третират при температура от 25 до 240°С. Компонентите се прехвърлят между отделните съдове и реактори чрез захранващо-дозиращи помпи. За отделяне на примесите се използва абсорбент, който след това се отделя от течната фаза.

Съгласно известните от US 5,972,057 метод и инсталация се използва само употребено растително олио и суровината трябва да е с постоянен състав. Дехидратирането и дезодорирането й се извършва при високо налягане и висока температура. Процесът на производство е непрекъснат и за прехвърляне на отделните компоненти от един в друг съд се използват скъпи захранващо-дозиращи помпи.

От BG 64773 е известен метод за получаване на биодизел, при който за суровина се използва смес в следните обемни % - 20% отпадно растително масло, 20% техническа лой и 60% нерафинирано растително масло. Съгласно метода тази смес се загрява до 100°С, задържа се при тази температура до изпаряване на водата, охлажда се до 45-50°С, утаява се и се филтрува. Отделно се смесват NaOH и метанол, които чрез миксиране при високи скорости се смесват с филтруваната смес, след което се предвижда утаяване. Утаената смес включва горен слой от естери и долен слой от глицерин. Естерите се очистват от катализатора чрез промиване с вода и 5% оцет.

В BG 64773 не е разкрита подробно инсталация за получаване на биодизел, но от примерното изпълнение става ясно, че суровината се загрява и охлажда в един съд, във втори съд се смесва метанола с NaOH, след което метаоксидът се смесва със суровината в реактор, а впоследствие се утаява глицеринът и се отделят естерите от горната част на реактора.

При известните от BG 64773 метод и инсталация предварителната подготовка на суровината е продължителна и енергоемка, защото се предвижда предварително загряване на суровината до една сравнително висока температура от 100°С, задържане при тази температура до изпаряване на водата и охлаждане до 45-50°С. Емулгирането на компонентите и постигането на равновесно състояние между тях става в един и същи реактор, което затруднява преестерифицирането на мазнините. Предвиденото очистване на естерите от катализатора чрез промивка с вода е относително бавен процес на разделяне на компонентите.

66056 Bl

Техническа същност на изобретението

Целта на изобретението е да се създадат метод и инсталация за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво, при които да се използват като суровина всякакъв вид растителни масла и/или животински мазнини (сурови или използвани), като предварителната подготовка на суровината се осъществява при пониска температура и изисква по-малко технологично време, преестерификацията е по-интензивна и някои от компонентите, влизащи в реакцията се регенерират.

Методът за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво включва следните етапи. Мастни вещества от растителен и/или животински произход се подлагат на предварителна температурна подготовка, след което се смесват в реактор с предварително миксирани метанол и катализатор, представляващ концентриран алкален разтвор. При това се осъществява преестерифициране на мазнините до получаване на метилов естер на мастни киселини, от който впоследствие се отделят отпадни продукти като глицерин, сапун и непреестерифицирани мазнини. Глицеринът се отделя чрез утаяване, а сапунът чрез промиване с вода.

Съгласно изобретението при предварителната температурна подготовка на мастните вещества те се подгряват до температура между 51 °C и 53 °C, за предпочитане 52°С. Преестерифицирането се осъществява при температура от 51 °C до 63°С, за предпочитане 55°С, като е предвидено за целта допълнително подгряване. Емулгирането на компонентите става в реактора, а достигането на равновесно състояние на същите - в дестилатор. При отделянето на сапуна, освен промиване с вода, се предвижда и барбутиране с въздух.

При един вариант на приложение на метода е предвидено улавяне и втечняване на отделените при реакцията метанолови пари и връщането им за участие в следващ цикъл.

Инсталацията за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво, която осъществява гореописания метод включва последователно свързани помежду си посредством тръбни връзки съд за съхранение на суровината, съд за предварителна подготовка, филтър, реактор и съдове за отделяне на глицерина и на катализатора. С реактора е свързан метаоксиден миксер за смесване на метанола и катализатора. Между отделните съоръжения са предвидени необходимите за прехвърлянето на компонентите помпи и кранове.

Съгласно изобретението между реактора и съдовете за отделяне на глицерина е разположен дестилатор, в горния край на който има метаноуловител, свързан с охладител. Реакторът и дестилаторът са снабдени с топлообменници за подаване на пара от котел. Освен това реакторът е снабден с дозатор, нивомер и термореле, а метаоксидният миксер - с дозатор. Към реактора и към дестилатора са предвидени по две взаимно дублиращи се помпи. Съдовете за отделяне на катализатора са изпълнени като сапуноотделителни колони и са снабдени в долната си част със средства за подаване на въздух.

Съгласно едно вариантно изпълнение на инсталацията четирите помпи на входа и на изхода на дестилатора са обикновени, а помпата за подаване на метанола в метаоксидния миксер е взривозащитена.

За предпочитане е управлението на инсталацията за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво да е автоматизирано. То може да бъде или електрическо или електронно, или пневматично, или комбинация от трите вида.

Съгласно друго вариантно изпълнение на инсталацията основните й елементи, със съответните им тръбни връзки, са разположени в поне един преносим контейнер.

За предпочитане е контейнерните модули да са четири, като модул I да включва съда за предварителна подготовка и метаоксидния миксер, модул II да включва реактора и дестилатора, модул III да включва съдовете за отделяне на глицерина, а модул IV да включва сапуноотделителните колони.

Основните предимства на метода съгласно изобретението са, че като суровина могат да се използват всички видове растителни масла, както и животинска мазнина, които могат да бъдат както сурови, така и използвани, като съотношението между отделните видове е произволно. Температурата, до която се подгрява суровината при предварителната обработка, е ниска между 51 °C и 53°С, за предпочитане 52°С, съответно времето, за което тя се осъществява, е помалко и вложената енергия също е по-малка. За

66056 Bl разлика от известните методи при изобретението не се предвижда след предварителното загряване на суровината изпаряване на съдържащата се в нея вода и охлаждане. Преестерифицирането съгласно изобретението е по-интензивно, защото се осъществява при строго определена температура, изменяща се в границите от 5 ГС до 63°С, за предпочитане 55°С, като е предвидено за целта допълнително подгряване. То се осъществява в две отделни съоръжения - реактор и дестилатор, като в първия става емулгиране на компонентите, а във втория - достигане на равновесно състояние. Процесът позволява прекъсване и цикличност.

Друго съществено предимство на създадените метод и инсталация е възможността за улавяне и втечняване на отделените при реакцията метанолови пари, както и връщането им за участие в следващ цикъл. Това улавяне на метанола води и до екологичен ефект.

Допълнително предимство на създадените метод и инсталация е увеличената скорост на разделяне на продуктите от реакцията и по-специално на сапуните чрез предвиденото барбутиране - подаване на въздух в долната част на сапуноотделителните колони.

Предимство на инсталацията е и нейното цялостно автоматизиране, което позволява безопасно управление на процеса. Размесването на компонентите в реактора става по алгоритъм само чрез предвидените помпи и кранове, а дозирането - чрез дозатори и нивомери. За разлика от известните инсталации в реактора няма бъркалка и не се използват скъпоструващи захранващо-дозиращи помпи.

Друго предимство на едно от вариантните изпълнения на инсталацията е нейната мобилност. Разполагането на основните й елементи, със съответните им тръбни връзки, в преносими контейнери - модули I - IV дава възможност за лесно и удобно пренасяне на същите до различни места, където са натрупани например сурови и/ или отпадни растителни масла и/или животински мазнини.

Пояснение на приложените фигури

Изобретението ще бъде изяснено по-долу чрез позоваване на фигурите, на които е показано едно примерно изпълнение на инсталацията за производство на трисезонна добавка за дизелово гориво, чрез която се осъществява заявения метод.

Фигура 1 е обща схема на инсталацията за производство на трисезонна добавка за дизелово гориво съгласно изобретението;

фигура 2 - частичен изглед, на който са показани трите основни съоръжения на инсталацията - метаоксиден миксер 9, реактор 12 и дестилатор 13, както и връзките между тях;

фигура 3 - схематичен поглед отгоре на инсталацията съгласно едно от вариантните й изпълнения, при което основните й съоръжения са поместени в преносими контейнери - модули I - IV

Примери за изпълнение на изобретението

Съгласно едно примерно изпълнение на изобретението, показано на фиг. 1, инсталацията за производство на трисезонна добавка е с производителност 101 за 24 h. Тя включва приемно стопанство 30 - цистерна, в която се съхранява суровината, свързана със съд за предварителна подготовка 1. Към съда за предварителна подготовка 1 е свързан котел 3, от който се подава пара за подгряване на суровината. Метиловият спирт /метанол/ се съхранява във взривозащитен съд 4, който е свързан с метаоксиден миксер 9.

Както се вижда на фиг. 2, към метаоксидния миксер 9 са предвидени дозатор 10 и взривозащитена помпа 11. Метаоксидният миксер 9 е свързан освен с взривозащитения съд 4 за съхранение на метанола и със съд 5 за катализатора - калиева или натриева основа. Съдът за предварителна подготовка 1 е свързан посредством тръбни връзки с реактор 12, като между двете съоръжения е предвиден филтър 2. Реакторът 12 е снабден с поставен на входа му дозатор 18, нивомер 21, термореле 22 и две взаимно дублиращи се помпи 7 и 8.

Инсталацията включва и дестилатор 13, разположен след реактора 12. Вътре в реактора и в дестилатора 13 са предвидени топлообменници съответно 14 и 15 за подаване на пара от котела 3. Дестилаторът 13 е снабден аналогично на реактора 12 с две взаимно дублиращи се помпи 19 и 20. В горния край на дестилатора е оформен метаноуловител 23, свързан с ох

66056 Bl ладител 16. Дестилаторът 13 е свързан още и с глицериноотделителни съдове 25, свързани от своя страна с глицериново стопанство 26 и сапуноотделителни колони 27. Сапуноотделителните колони 27 са снабдени в долната си част със средства за подаване на вода и за барбутиране на въздух. Полученият краен продукт - метилов естер на мастни киселини се съхранява в цистерни за узряване 31. Предвидени са и цистерни 32 за готовата продукция - узрял естер или трисезонна добавка към дизелово гориво. Всяка от цистерните 32 е с обем от 5 кубични метра.

На фиг. 3 е показано в схематичен вид вариантно изпълнение на инсталацията, съгласно което основните й съоръжения са поместени в преносими контейнери - модули I - IV. Както се вижда от схемата, модул I включва съда за предварителна подготовка 1, съдовете 4 и 5 за съхранение на метанола и катализатора, както и метаоксидния миксер 9. Той е с тегло 1,5 t. Модул II включва реактора 12, дестилатора 13 и охладителя 16. Той е с тегло също 1,5 t. Модул III включва глицериноотделителните съдове 25 и глицериновото стопанство 26. Той е с тегло 3,5 t. Последният модул IV включва сапуноотделителните колони 27 и е с тегло 21.

Използване на изобретението

Показаната съгласно примерното изпълнение инсталация за производство на трисезонна добавка работи по следния начин. Суровината, представляваща всякакъв вид растителни масла и/или животински мазнини (сурови или използвани), в произволни съотношения между отделните видове, се съхранява в цистерната 30. По тръбопровод чрез помпа, непоказана на фигурите, суровината се подава от цистерната 30 към съда за предварителна подготовка 1. При достигане на нужното ниво запълването се преустановява автоматично, като едновременно с това се подава звуков и светлинен сигнал за аварийно високо ниво в съда за предварителна подготовка 1. Включва се подгряването на съда за предварителна подготовка 1. При достигане на предпочитаната температура от 52°С то се изключва и автоматично започва подаването на суровината към реактора 12 посредством циркулационна помпа.

Метанолът, от съда за съхранение 4, при достигане на аварийно високо ниво в съда за пред варителна подготовка 1, се подава чрез взривозащитена помпа 11 към метаоксидния миксер 9. В последния от съда 5 през дозатора 10 се добавя и катализатора - калиева или натриева основа. Двата компонента се разбъркват 1520 min посредством помпата 11, с цел разтваряне на основата в метанола.

Полученият метаоксид се подава в реактора 12, като се дозира чрез дозатора 18. Получената смес в реактора 12 се подгрява до температура 55°С с помощта на топлообменника 14 посредством пара, получена в котела 3. Разбъркването на сместа в реактора 12 се осъществява чрез една от двете помпи 7 или 8 в продължение на 20 min.

От реактора 12 флуидът преминава в дестилатора 13, където процесът на смесване продължава още 25 min, а реакторът 12 е свободен за нов цикъл. Смесването в дестилатора 13 се осъществява чрез една от двете помпи 19 или 20. Метаноуловителят 23, разположен в горния край на дестилатора 13, улавя отделените от реакцията метанолови пари. Те преминават през серпентините на охладителя 16, втечняват се и се подават за повторно използване на входа на метаоксидния миксер 9.

След приключване на реакцията, разтворът отстоява в глицериноотделителните съдове 25. В тях глицеринът естествено декантира и се отделя за съхранение в глицериновото стопанство 26, а течният компонент се прехвърля в сапуноотделителните колони 27. В тях става отделяне на сапуните чрез подаване на вода в долната част на съдовете и барбутиране с въздух.

Полученият продукт - метилов естер на мастни киселини се прехвърля в цистерни 31, където естествено узрява. В долната част на цистерните за узряване 31 се декантират още 0,5% - 1,5% глицеринов остатък, който чрез помпа се прехвърля в глицериновото стопанство 26.

Узрелият естер - трисезонната добавка за дизелово гориво се съхранява в цистерните за готова продукция 32.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво, при който мастни вещества от растителен и/или животински произход се подлагат на предварителна температурна подготовка, след което се смесват в ре

66056 Bl актор c предварително миксирани метанол и катализатор, представляващ концентриран алкален разтвор, при което се осъществява преестерифициране на мазнините до получаване на метилов естер на мастни киселини, от който впоследствие се отделят отпадни продукти като глицерин и сапун, като глицеринът се отделя чрез утаяване, сапунът чрез промиване с вода, а естерът доузрява, характеризиращ се с това, че при предварителната температурна подготовка на мастните вещества те се подгряват до температура между 51 и 53°С, за предпочитане 52°С, преестерифицирането се осъществява при температура от 51 до 63°С, за предпочитане 55°С, като за целта е предвидено допълнително подгряване, при това емулгирането на компонентите става в реактора, а достигането на равновесно състояние на същите - в дестилатор, като при отделянето на сапуна освен промиване с вода се предвижда и барбутиране с въздух.
2. Метод за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че е предвидено улавяне и втечняване на отделените при реакцията метанолови пари и връщането им за участие в следващ цикъл.
3. Инсталация за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво, включваща последователно свързани помежду си посредством тръбни връзки съд за съхранение на суровината, съд за предварителна подготовка, филтър, реактор и съдове за отделяне на глицерина и на катализатора, като с реактора е свързан метаоксиден миксер за смесване на метанола и катализатора, а между отделните съоръжения са предвидени необходимите за прехвърлянето на компонентите помпи и кранове, характеризираща се с това, че между реактора (12) и съдовете за отделяне на глицерина (25) е разположен дестилатор (13), в горния край на който има метаноуловител (23), свързан с охладител (16), като при това реакторът (12) и дестилаторът (13) са снабдени съответно с топлообменници (14 и 15) за подаване на пара от котел (3), реакторът (12) е снабден с дозатор (18), нивомер (21) и термореле (22), а метаоксидният миксер (9) е снабден с дозатор (10), а към реактора (12) и към дестилатора (13) са предвидени по две взаимно дублиращи се помпи, съответно (7, 8) и (19,20), и при това съдовете за отделяне на катализатора са изпълнени като сапуноотделителни колони (27), снабдени в долната си част със средства за подаване на въздух.
4. Инсталация за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво съгласно претенция 3, характеризираща d*e с това, че помпите (7, 8, 19 и 20) са обикновени, а помпата (11) за подаване на метанола в метаоксидния миксер (9) е взривозащитена.
5. Инсталация за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво съгласно претенция 3 или 4, характеризираща се с това, че управлението й е автоматизирано и може да бъде или електрическо или електронно, или пневматично, или комбинация от трите вида.
6. Инсталация за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво съгласно една от претенции от 3 до 5, характеризираща се с това, че основните й елементи, със съответните им тръбни връзки, са разположени в поне един преносим контейнер - модул.
7. Инсталация за производство на трисезонна добавка към дизелово гориво съгласно претенция 6, характеризираща се с това, че преносимите контейнери - модули са четири, като модул I включва съда за предварителна подготовка (1) и метаоксидния миксер (9), модул II включва реактора (12) и дестилатора (13), модул III включва съдовете за отделяне на глицерина (25), а модул IV включва сапуноотделителните колони (27).