CZ2019795A3

CZ2019795A3 - Method of producing alternative biofuel from waste fat sludge

Info

Publication number: CZ2019795A3
Application number: CZ2019795A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Řičica; Zdeněk Ing. Řičica; Jana Kývalová; Jana Bc. Kývalová; Pavel Bezděk; Pavel Ing. Bezděk
Original assignee: Zdeněk Řičica; Zdeněk Ing. Řičica; Jana Kývalová; Kývalová Jana Bc; Pavel Bezděk; Pavel Ing. Bezděk
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-09
Also published as: CZ308818B6; SK1332020A3; SK289021B6

Abstract

Podstata způsobu výroby spočívá ve dvojstupňové až třístupňové přímé esterifikaci znečištěného tukového kalu jednofunkčními alkoholy. Reakce je katalyzovaná alkalickým hydroxidem dávkovaným podle znečištění tukových kalů v množství od 2 do 10 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost tukového kalu. Doba reakce je od 2 do 8 hodin podle použitého alkoholu nebo kombinace alkoholů a reakční teplota je v rozmezí od 65 °C do 85 °C odvozena od teploty varu příslušného alkoholu nebo kombinace alkoholů. Po ukončení esterifikace se začne od původního materiálu oddělovat směs esterů vyšších mastných kyselin. Následně se reakční směs rozdělí na filtračním nebo dekantačním zařízení, načež směs esterů vyšších mastných kyselin ve filtrátu pokračuje k destilaci, kde se získává zpět přebytečný alkohol a jako destilační zbytek alternativní biopalivo. Pevný filtrační koláč jako vedlejší produkt směřuje k následnému zpracování, zejména ke kompostování nebo využití na výrobu hnojiv.The essence of the production method lies in the two-stage to three-stage direct esterification of contaminated fat sludge with single-function alcohols. The reaction is catalyzed by alkali hydroxide metered according to the contamination of the fat sludge in an amount of from 2 to 10% by weight, based on the weight of the fat sludge. The reaction time is from 2 to 8 hours depending on the alcohol or combination of alcohols used, and the reaction temperature in the range of 65 ° C to 85 ° C is derived from the boiling point of the corresponding alcohol or combination of alcohols. Upon completion of the esterification, a mixture of higher fatty acid esters begins to separate from the original material. Subsequently, the reaction mixture is separated on a filtration or decanter, after which the mixture of higher fatty acid esters in the filtrate is continued to distillation, where the excess alcohol is recovered and an alternative biofuel as distillation residue. As a by-product, the solid filter cake is intended for subsequent processing, in particular for composting or use for the production of fertilizers.

Description

Způsob výroby alternativního biopaliva z odpadních tukových kalůMethod of production of alternative biofuel from waste fat sludge

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká způsobu výroby alternativního biopaliva z odpadních tukových kalů, jako jsou tukové kaly ze zpracování masa a VZP III. kategorie.The invention relates to a process for the production of an alternative biofuel from waste fat sludges, such as fat sludges from meat processing and VZP III. category.

Dosavadní stav technikyPrior art

Biopaliva se vyrábí dobře známým a popsaným způsobem esterifikace tuků, zejména olejů a rafinovaných živočišných tuků. Vznikají zejména methylestery olejů, např. řepkového, známé pod názvem bionafta.Biofuels are produced by a well-known and described method of esterification of fats, especially oils and refined animal fats. In particular, methyl esters of oils, such as rapeseed oil, known as biodiesel, are formed.

Na konci výrobního procesu zpracování masa a VZP III. kategorie obvykle bývá tukolapač - lapol nebo flotační zařízení, které separuje z odpadních vod tukové částice, které by následně způsobovaly problémy při čištění odpadních vod.At the end of the production process of meat processing and VZP III. The category is usually a gripper - lapol or flotation device, which separates fat particles from wastewater, which would subsequently cause problems in wastewater treatment.

Je známo, že vtokovém kalu mohou být obsaženy především vyšší mastné kyseliny (VMK) následujícího složení:It is known that inlet sludge may contain mainly higher fatty acids (VMK) of the following composition:

VMK VMK počet C number C vepřový tuk % hmota. pork fat% mass. hovězí tuk % hmota. beef fat% by weight. drůbeží tuk % hmota. poultry fat% mass. laurová lauric 12 12 0,1 až 0,6 0.1 to 0.6 0,1 až 0,6 0.1 to 0.6 0,2 až 0,8 0.2 to 0.8 myristová myristic 14 14 1,4 až 2,4 1.4 to 2.4 2 až 3 2 to 3 1,2 až 2,2 1.2 to 2.2 palmitová palmitic 16 16 24 až 30 24 to 30 24 až 31 24 to 31 18 až 27 18 to 27 stearová stearic 18 18 12 až 19 12 to 19 21 až 27 21 to 27 15 až 22 15 to 22 olejová oil 18 18 38 až 46 38 to 46 38 až 48 38 to 48 30 až 41 30 to 41 linolová linoleum 18 18 4,2 až 9,4 4.2 to 9.4 1,7 až 3 1.7 to 3 10 až 20 10 to 20 ostatní other 8 až 10; 20 až 22 8 to 10; 20 to 22 0,1 až 2 0.1 to 2 0,2 až 4 0.2 to 4 1 až 3 1 to 3

Kal z těchto zařízení lze ale obtížně čistit a dále zpracovávat. Někdy se využívá jako vstup do bioplynových stanic. Je ale zřejmé, že tento způsob využití není příliš efektivní.However, sludge from these facilities is difficult to clean and further process. It is sometimes used as an input to biogas plants. However, it is clear that this use is not very effective.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

K odstranění výše uvedeného nedostatku přispívá do značné míry způsob výroby alternativního biopaliva z odpadních tukových kalů podle vynálezu. Jeho podstata spočívá ve dvojstupňové až třístupňové přímé esterifikaci znečištěného tukového kalu jednofunkčními alkoholy. Reakce je katalyzovaná alkalickým hydroxidem dávkovaným podle znečištění tukových kalů v množství od 2 do 10 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost tukového kalu, doba reakce je od 2 do 8 hodin podle použitého alkoholu nebo kombinace alkoholů a reakční teplota je v rozmezí od 65 °C do 85 °C, odvozena od teploty varu příslušného alkoholu nebo kombinace alkoholů. Po ukončení esterifikace v prvním, případně i druhém stupni se od původního materiálu oddělí směs esterů vyšších mastných kyselin všeobecného vzorce R1-COOR2, kde Ri je uhlovodíkový řetězec příslušné vyšší mastné kyseliny obsažené v nerafinovaném tukovém kalu z flotace a R2 je uhlovodíkový řetězec příslušného jednofimkčního alkoholu použitého jako esterifikační činidlo. Po přídavku dalšího podílu alkoholu nebo kombinace alkoholů a alkalického hydroxidu následuje druhý, resp. třetí stupeň esterifikace. Po skončení posledního stupně esterifikace se pak reakční směs rozdělí na filtračním zařízení, směs esterů vyšších mastných kyselin ve filtrátu se spojí s oddělenou frakcí směsi esterů vyšších mastných kyselin z prvního, popř. i druhého stupně esterifikace a pokračuje k destilaci, kde se získává zpět přebytečný alkohol a jako destilační zbytekThe process for the production of an alternative biofuel from waste fat sludge according to the invention contributes to a large extent to overcoming the above-mentioned drawback. Its essence lies in the two-stage to three-stage direct esterification of contaminated fat sludge with single-function alcohols. The reaction is catalyzed by alkali hydroxide metered according to the contamination of the fat sludge in an amount of from 2 to 10% by weight, based on the weight of the fat sludge, the reaction time is from 2 to 8 hours depending on the alcohol or combination of alcohols used and the reaction temperature is from 65 ° C to 85 ° C, derived from the boiling point of the relevant alcohol or combination of alcohols. After completion of the esterification in the first or second stage, a mixture of esters of higher fatty acids of the general formula R1-COOR2 is separated from the original material, where R1 is the hydrocarbon chain of the respective higher fatty acid contained in the unrefined fat sludge from flotation and R2 is the hydrocarbon chain of the respective single function alcohol used as an esterifying agent. The addition of another portion of alcohol or a combination of alcohols and alkali hydroxide is followed by a second, resp. third stage of esterification. After completion of the last esterification step, the reaction mixture is then separated on a filter device, the mixture of higher fatty acid esters in the filtrate is combined with a separate fraction of the mixture of higher fatty acid esters from the first or higher fatty acid esters. and the second stage of esterification and proceeds to distillation, where the excess alcohol is recovered and as a distillation residue

-1 CZ 2019 - 795 A3 alternativní biopalivo, zatím co pevný filtrační koláč jako vedlejší produkt směřuje k následnému zpracování, zejména ke kompostování nebo využití na výrobu hnojiv.-1 CZ 2019 - 795 A3 alternative biofuel, while the solid filter cake as a by-product is directed to subsequent processing, especially to composting or use for the production of fertilizers.

Jako jednofiinkční alkoholy připadají k použití v úvahu především methanol, ethanol, propanol a jeho izomer, butanol a jeho izomery, pentanol a jeho izomery, případně jejich libovolné směsi.Suitable monofunctional alcohols are, in particular, methanol, ethanol, propanol and its isomer, butanol and its isomers, pentanol and its isomers or any mixtures thereof.

Jako znečištěný tukový kal se použije především tukový kal z tukolapače ze zpracování vepřového a/nebo hovězího masa a/nebo drůbeže a ryb.The contaminated fat sludge used is in particular the fat sludge from a fattening plant from the processing of pork and / or beef and / or poultry and fish.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Příklad 1Example 1

Z tukolapače ze zpracování vepřového masa se načerpá tukový kal 11 do duplikátorového reaktoru, který je opatřen míchadlem. Obsah reaktoru se ohřeje na 65 °C a přidá se 1000 1 methanolu. Přidá se 50 kg hydroxidu draselného, změří a upraví se pH na rozsah 7 až 7,5. Za stálého míchání se směs nechá reagovat 2 hodiny.From the pork from the pork processing plant, the fat sludge 11 is pumped into a duplicator reactor, which is equipped with a stirrer. The contents of the reactor were heated to 65 ° C and 1000 L of methanol was added. 50 kg of potassium hydroxide are added, the pH is measured and the pH is adjusted to a range of 7 to 7.5. The mixture was allowed to react for 2 hours with stirring.

Poté se zastaví míchání a směs se nechá cca 1 hodinu sedimentovat. Shora se odpustí směs esterů vyšších mastných kyselin všeobecného vzorce R1-COOR2, kde Ri je uhlovodíkový řetězec příslušné vyšší mastné kyseliny obsažené v nerafinovaném tukovém kalu z flotace a R2 je uhlovodíkový řetězec příslušného jednofimkčního alkoholu použitého jako esterifikační činidlo, v konkrétním případě methanolu.The stirring is then stopped and the mixture is allowed to settle for about 1 hour. From above, a mixture of higher fatty acid esters of formula R1-COOR2 is discharged, where R1 is the hydrocarbon chain of the respective higher fatty acid contained in the unrefined flotation fat sludge and R2 is the hydrocarbon chain of the respective mono-functional alcohol used as esterifying agent, in particular methanol.

Přidá se cca 500 1 methanolu a 10 až 30 kg hydroxidu draselného a nechá se reagovat za stálého míchání 1 hodinu. Poté se obsah reaktoru přefiltruje např. přes kalolis.About 500 l of methanol and 10 to 30 kg of potassium hydroxide are added and the reaction is left stirring for 1 hour. The contents of the reactor are then filtered, for example, through a press.

Filtrát se spojí s první odtaženou frakcí a postupuje na destilaci, kde se za teploty 80 až 90 °C oddestiluje methanol, který se dále použije opět k esterifikaci.The filtrate is combined with the first withdrawn fraction and proceeded to distillation, where methanol is distilled off at a temperature of 80-90 [deg.] C., which is then used again for esterification.

Destilační zbytek lze použít jako alternativní palivo v kotelně, nebo může být prodán velké lince na výrobu bionafly.The distillation residue can be used as an alternative fuel in the boiler room, or it can be sold to a large biodiesel production line.

Konkrétní složení připraveného biopaliva (v % hmota.) je uvedeno v následující tabulce:The specific composition of the prepared biofuel (in% by weight) is given in the following table:

Methylester kyseliny laurové Lauric acid methyl ester 0,1 až 0,6 0.1 to 0.6 Methylester kyseliny myristové Myristic acid methyl ester 2 až 3 2 to 3 Methylester kyseliny palmitové Palmitic acid methyl ester 24 až 31 24 to 31 Methylester kyseliny stearové Stearic acid methyl ester 21 až 27 21 to 27 Methylester kyseliny olejové Oleic acid methyl ester 38 až 48 38 to 48 Methylester kyseliny linolové Linoleic acid methyl ester 1,7 až 3 1.7 to 3 Ostatní methylestery Other methyl esters 0,2 až 4 0.2 to 4

Příklad 2Example 2

Z tukolapače ze zpracování vepřového a hovězího masa se načerpá 11 tukového kalu do duplikátorového reaktoru obdobného jako v příkladu č. 1. Přidá se 500 1 methanolu a 5001 ethanolu, dále se přidá 5 kg hydroxidu sodného, změří a upraví se pH na rozsah 7 až 7,5. Za stálého míchání při teplotě 72 °C se nechá směs reagovat 4 hodiny.From the pork and beef grinder, 11 fat sludges are pumped into a duplicator reactor similar to Example 1. 500 l of methanol and 500 l of ethanol are added, 5 kg of sodium hydroxide are added, the pH is measured and the pH is adjusted to a range of 7 to 7.5. The mixture was allowed to react for 4 hours with stirring at 72 ° C.

Poté se zastaví míchání a směs se nechá 1 hodinu sedimentovat. Shora se odpustí směs esterů vyšších mastných kyselin všeobecného vzorce R1-COOR2, kde Ri je uhlovodíkový řetězec příslušné vyšší mastné kyseliny obsažené v nerafinovaném tukovém kalu z flotace a R2 jeThe stirring is then stopped and the mixture is allowed to settle for 1 hour. From above, a mixture of higher fatty acid esters of the general formula R1-COOR2 is discharged, where R1 is the hydrocarbon chain of the corresponding higher fatty acid contained in the unrefined fat sludge from flotation and R2 is

- 2 CZ 2019 - 795 A3 uhlovodíkový řetězec příslušného jednofunkčního alkoholu použitého jako esterifikační činidlo, v konkrétním případě methanolu a ethanolu.- 2 CZ 2019 - 795 A3 hydrocarbon chain of the relevant monofunctional alcohol used as esterifying agent, in particular methanol and ethanol.

Přidá se cca 200 1 methanolu a 300 1 ethanolu a 10 až 30 kg hydroxidu sodného a nechá se reagovat 5 za stálého míchání 3 hodiny. Poté se obsah reaktoru přefiltruje např. přes kalolis.About 200 l of methanol and 300 l of ethanol and 10 to 30 kg of sodium hydroxide are added and the reaction is left to react for 5 hours with stirring. The contents of the reactor are then filtered, for example, through a press.

Filtrát se spojí s první odtaženou frakcí a postupuje na destilaci, kde se za teploty 80 až 90 °C oddestiluje směs methanolu a ethanolu, která se opětovně využije při esterifikaci.The filtrate is combined with the first withdrawn fraction and proceeded to distillation, where a mixture of methanol and ethanol is distilled off at a temperature of 80-90 ° C, which is reused in the esterification.

to Destilační zbytek lze využít jako alternativní palivo v kotelně, nebo může být prodán velké lince na výrobu bionafty.This distillation residue can be used as an alternative fuel in the boiler room, or it can be sold to a large biodiesel production line.

Methylester kyseliny laurové Lauric acid methyl ester 0,1 až 0,6 0.1 to 0.6 Methylester kyseliny myristové Myristic acid methyl ester 1,4 až 3 1.4 to 3 Methylester kyseliny palmitové Palmitic acid methyl ester 24 až 31 24 to 31 Methylester kyseliny stearové Stearic acid methyl ester 12 až 27 12 to 27 Methylester kyseliny olejové Oleic acid methyl ester 38 až 48 38 to 48 Methylester kyseliny linolové Linoleic acid methyl ester 1,7 až 9,4 1.7 to 9.4 Ostatní methylestery Other methyl esters 0,1 až 4 0.1 to 4

Claims

PATENT CLAIMS

A process for the production of an alternative biofuel from waste fat sludges, such as fattened sludge from a fattening plant from the processing of pork and / or beef and / or poultry and fish, characterized in that it consists in two-stage to three-stage direct esterification of contaminated fat sludge with monohydric alcohols, the reaction is catalyzed by alkali hydroxide metered according to the contamination of the fat sludge in an amount of 2 to 10% by weight, based on the weight of the fat sludge, the reaction time is 2 to 8 hours depending on the alcohol or alcohol combination used and the reaction temperature is 65 ° C. up to 85 ° C, derived from the boiling point of the corresponding alcohol or combination of alcohols, provided that after completion of the esterification in the first or second stage, a mixture of higher fatty acid esters of formula R1-COOR2 is separated from the original material, where R1 is a hydrocarbon chain the corresponding higher fatty acids contained in the unrefined fat sludge from flotation and R2 is the hydrocarbon chain of the relevant single-phase alcohol used as an esterifying agent, followed by the addition of a further portion of alcohol or a combination of alcohols and alkali hydroxide, followed by a second or more. the third esterification step, with the mixture being separated on a filter device after the last esterification step, the mixture of higher fatty acid esters in the filtrate being combined with a separate fraction of the higher fatty acid ester mixture from the first or higher fatty acid esters. and the second stage of esterification and proceeds to distillation, where the excess alcohol is recovered and an alternative biofuel as distillation residue, while the solid filter cake as a by-product is directed to subsequent processing, in particular to composting or use for fertilizer production.