CZ52492A3 - process for preparing fuel based on rape-seed oil fatty acid methyl esters for self-igniting engines - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby paliva pro samozápalné motory na bázi metylesterů mastných kyselin (tzv. bionafty) z řepkového oleje reesterifikací metanolem za katalýzy hydroxidem draselným.

Oosavadní stav techniky

Použití esterů mastných kyselin jako paliva pro samozápalné (Dieselový) motory je známo. Pokud jsou tyto estery získávány z přírodního materiálu (různé druhy rostlinných a živočišných tuků a olejů), je výsledný produkt nazýván bionaftou.

Uvedené přírodní materiály se používají jako bionafta v menší míře jako takové, což ale vyžaduje úpravu motorů konstruovaných pro klasickou naftu. Daleko častěji se však chemicky i fyzikální upravují, a to především katalytickou reesterifikací, při které z původní směsi triglyceridů vyšších mastných kyselin vzniká reakcí s různými nižšími jednosytnými alkoholy (metanol, etanol, propanol) směs esterů těchto kyselin a glycerin. Pro takovou bionaftu není nutno klasické dieselové motory upravovat.

V Evropě je jedním z nejčastěji používaných výchozích přírodních materiálů řepkový olej. Reesterifikačním činidlem je nejčastěji metanol, jako katalyzátor se používá nejčastěji hydroxid draselný.

Různé způsoby výroby tohoto typu bionafty jsou předmětem celé rady patentů: DE-OS 3149170, DE-OS 3150988, FR-A 2492402, DE-OS 3122453, US-PS 2360844, 2383632, 2383633.

Jednotlivé postupy se liší především teplotou (25 χ 100°C), stechiometrickým poměrem řepkový olej : metanol a množstvím katalyzátoru. Poměr řepkový olej : metanol se pohybuje od hodnoty 1 : 1 (německý patent DE 3727981 z roku 1988) do hodnoty 1 : 1,75 ekvivalentů, tj. od 1 : 3 do 1 : 5,25 molů. Množství hydroxidu draselného vyjádřené v hmotfiootních) procentech řepkového oleje činí 1 «7 %. Použité postupy lze rozdělit na vsádkové a kontinuální. V obou případech se mísí roztok hydroxidu draselného v metanolu s řepkovým olejem, přičemž současně probíhá reesterifikace na směs metylesterů mastných kyselin (bionaftu) a separace těžší glycerinové vrstvy od bionafty. Separace glycerinové vrstvy od bionafty zemskou gravitací bývá urychlována odstředěním nebo koalescenčními filtry. Z bionafty je třeba odstranit nezreagovaný metanol a hydroxid draselný. Některé postupy odstraňují metanol a hydroxid draselný současně vypráním vodou nebo vhodně okyselenou vodou. Nevýhodou tohoto postupu je obtížné dělení bionafty od pracích vod (tvorba emulzí) a nutnost likvidace pracích vod (regenerace nebo odstranění metanolu, odstranění hydroxidu draselného). Jiné postupy odstraňují z bionafty za vyšší teploty a sníženého tlaku nejprve metanol a hydroxid po-tom draselnýfpeH na katexové koloně.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je zlepšený způsob reesterifikace řepkového oleje na bionaftu. Spočívá v navržení optimálního poměru reákčních komponent a optimálních podmínek reesterifikace řepkového oleje metanolem v přítomnosti hydroxidu draselného. Současně vynález řeší také postup zpracování surové bionafty získané z reesterifikace jako horní vrstva produktu.

Reesterifikace řepkového oleje se podle tohoto vynálezu provádí při poměru reákčních složek řepkový olej : metanol :

: hydroxid draselný = 1 : 1,1 oá. 1,75 ekvivalentu : l,4«z 1,6 hmottieatrríchl procent (vztaženo na řepkový olej^pri teplotě místnosti s výhodou v rozmezí 20«« 25^C. Postupuje se tak, že dd intenzivně míchaného surového řepkového oleje předloženého v příslušném množství se vnese najednou roztok hydroxidu draselného v metanolu připravený v uvedeném poměru složekSSle vy nálezu. Vzniklá směs se ještě intenzivně míchá 2 ολ 5 minut a se nechá v klidu asi 1 «í 2 hodiny sedimentovat, až se vytvoří dvě dostatečně ostře odlišené vrstvy, které se od sebe oddělí. Horní vrstva obsahuje hlavní podíl bionafty, dále metanol a hydroxid draselný. Podrobuje se dalšímu zpracování. Spodní vrstva obsahuje jako hlavní složku glycerin. Při postupu^dle tohoto vynálezu se nezpracovává .

Zpracování horní vrstvy spočívá v oddělení zbytkového metanolu a katalyzátoru. Podle tohoto vynálezu se oddělení metanolu provádí vakuovým odpařením metanolu, výhodně za tlaku 666 «ζ 1 333 Pa a při shora uvedené teplotě místnosti. Výhodně se toto vakuové odpařování provádí při zvětšování plochy hladiny bionafty, např> jejím mícháním nebo rozstřikováním. Přitom se vytvoří sraženina, která obsahuje převážnou část v horní vrstvě původně rozpuštěného hydroxidu draselného. Tuto sraženinu lze snadno mechanicky od bionafty oddělit. Páry metanolu se jímají v kondenzátoru.

Optimální poměr reakčních komponent je důležitý jak z hlediska výtěžku bionafty, tak z hlediska schůdnosti zpracování reesterifikované směsi. Bylo zjištěno; že vyšší množství metanolu sice urychluje reesterifikaci a zvyšuje výtěžek bionafty, ale nezreagovaný metanol prodlužuje dobu sedimentace, strhává hydroxid draselný a bionaftu do spodní glycerinové vrstvy, ředí bionaftu a spodní vrstvu a způsobuje vyšší náklady při eliminaci metanolu z obou vrstev. Nižší množství metanolu má za následek příliš nízkou konverzi/ a tím i vysokou hustotu a viskozitu výsledné bionafty. Nižší množství hydroxidu draselného zpomaluje reesterifikaci i separaci obou vrstev, vyšší množství katalyzátoru způsobuje problémy při jeho nutné eliminaci z obou vrstev.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Oo skleněného vsádkového reaktoru obsahu 1,5 dm^ bylo předloženo 1 000 cm^ (916 g) surového sedimentovaného řepkového oleje. Za intenzivního míchání byl přidán najednou roztok 13,74 g hydroxidu draselného ve 146,3 cm^ (116,2 g) Potom metanolu. Směs byla intenzivně míchána dvě minuty. bP-sW byla ponechána v klidu. Sedimentace s rozdělením vrstev trvala

1,5 hodiny. Bionaftová vrstva byla podrobena vakuovému odpaření. Evakuace probíhala při tlaku asi 1 000 Pa a pokojové teplotě 20 « 2Ž°C po dobu dvou hodin. Těkající metanol byl jímán do kondenzátoru. Sraženina obsahující katalyzátor byla odstraněna filtrací. Vzniklá bionafta měla tyto parametry: výtěžek 94,4 hmot. % na řepkový olej, hustota - (25Í^OC)

-3 2-1

0,883 g.cm , viskozita (20)0 8,67 mm .s , konverze na řepkový olej 92 % (kapalinová chromatografie),tkonverze na metylestery 94,5 % (kapalinová chromatografie), 95,5 % (plynová chromatograf ie), ^?H°vzplanutí v uzavřeném kelímku 160^0, obsah metanolu 0,06 hmot. %, obsah hydroxidu draselného 3 mg na 1 kg bionafty, obsah síry 0,037 hmot. 0 tuhnutí -1^°C. Průmyslová využitelnost

Parametry bionafty připravené postupem padle tohoto vynálezu vyhovují mezinárodním předpisům. Obsah hydroxidu draselného v bionaftě činí při použití nárokovaného postupu maLý zlomek (v případě příkladu 1 0,64 hmot. %) obsahu hydroxidu draselného v surovém produktu získaném z reesterifikace, a to bez použití jakéhokoliv dalšího zařízení nebo činidla. Obsah síry je dán obsahem síry v řepkovém oleji, který nelze ovlivnit.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NA'ROKY

   1. Způsob výroby paliva pro samozápalné motory na bázi metylesterů mastných kyselin řepkového oleje reesterifikací metanolem za katalýzy hydroxidem draselným a zpracování horní vrstvy produktu reesterifikace₍vyznačující se tím, že se reesterifikace provádí za teploty místnosti 20 aí
2. 2^°C a výchozí látky se do reakce přivádějí v poměru řepkový olej :

   : metanol : hydroxid draselný = 1 : 1,1az1,75 ekvivalentu :

   : 1,4 a£ 1,6 hmot. % vztaženo na řepkový olej, že z horní vrstvy produktu reesterifikace se odstraní metanol vakuovým odpařením při tlaku 666 ax l 333 Pa a uvedené teplotě místnosti a že vyloučená sraženina obsahující převážnou část v horní vrstvě původně rozpuštěného hydroxidu draselného se mechanicky oddělí.

   <,-.2. Způsob výroby paliva pro samozápalné motory na bázi metylesterů mastných kyselin řepkového oleje podle nároku ly vyznačující se tím, že se při reesterifikaci přidává za intenzivního míchání k surovému sedimentovanému řepkovému oleji najednou roztok hydroxidu draselného v metanolu a směs se dalších 2«5 minut intenzivně míchá.
3. 3. Způsob výroby paliva pro samozápalné motory na bázi metylesterů mastných kyselin řepkového oleje podle nároků 1 a 2^ vyznačfrftýj tím, že vakuové odpařováni metanolu se provádí při zvětšování hladiny paliva, např^ mícháním nebo rozstřikováním .