FI125683B - Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista - Google Patents

Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista Download PDF

Info

Publication number
FI125683B
FI125683B FI20136242A FI20136242A FI125683B FI 125683 B FI125683 B FI 125683B FI 20136242 A FI20136242 A FI 20136242A FI 20136242 A FI20136242 A FI 20136242A FI 125683 B FI125683 B FI 125683B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
reactor
alcohol
biofuel
catalyst
raw material
Prior art date
Application number
FI20136242A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20136242A (fi
Inventor
Mika Rautiainen
Annimari Lehtomäki
Original Assignee
Biogts Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Biogts Oy filed Critical Biogts Oy
Priority to FI20136242A priority Critical patent/FI125683B/fi
Priority to DK14870192.3T priority patent/DK3080232T3/da
Priority to EP14870192.3A priority patent/EP3080232B1/en
Priority to PCT/FI2014/050981 priority patent/WO2015086904A1/en
Publication of FI20136242A publication Critical patent/FI20136242A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI125683B publication Critical patent/FI125683B/fi
Priority to US15/171,356 priority patent/US9890349B2/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/42—Catalytic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
    • C11C3/003—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fatty acids with alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/02—Preparation of carboxylic acid esters by interreacting ester groups, i.e. transesterification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • C10L1/026—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only for compression ignition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
    • C10L1/19—Esters ester radical containing compounds; ester ethers; carbonic acid esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B13/00—Recovery of fats, fatty oils or fatty acids from waste materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2200/00—Components of fuel compositions
    • C10L2200/04—Organic compounds
    • C10L2200/0461—Fractions defined by their origin
    • C10L2200/0469—Renewables or materials of biological origin
    • C10L2200/0476—Biodiesel, i.e. defined lower alkyl esters of fatty acids first generation biodiesel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2270/00—Specifically adapted fuels
    • C10L2270/02—Specifically adapted fuels for internal combustion engines
    • C10L2270/026—Specifically adapted fuels for internal combustion engines for diesel engines, e.g. automobiles, stationary, marine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/06—Heat exchange, direct or indirect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/24—Mixing, stirring of fuel components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/46—Compressors or pumps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/54—Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • C10L2290/543—Distillation, fractionation or rectification for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/74—Recovery of fats, fatty oils, fatty acids or other fatty substances, e.g. lanolin or waxes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Fats And Perfumes (AREA)

Description

MENETELMÄ NESTEMÄISEN BIOPOLTTOAINEEN VALMISTAMISEKSI BIOPOHJÄISISTÄ ÖLJYISTÄ JA/TAI RASVOISTA
Keksinnön kohteena on menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista, jossa lämmitetään biopohjainen raaka-aine, sekoitetaan alkoholi raaka-aineeseen, pumpataan raaka-aineen ja alkoholin seos reaktoriin, esteröidään raaka-aineen ja alkoholin seos biopolttoaineeksi, erotetaan glyseroli ja alkoholi biopolttoaineesta, ja varastoidaan biopolttoaine.
Keksintö liittyy biopolttoaineen, erityisesti biodieselin tuotantoon. Biodiesel on biopohjaisista rasvoista ja öljyistä tuotettu uusiutuva, dieselöljyä vastaava polttoaine. Biodieselin tuotanto perustuu kemialliseen esteröintiprosessiin, missä biopohjaisista rasvoista ja öljyistä muodostetaan alkoholin sekä esimerkiksi hapon tai emäksen läsnä ollessa esteröimällä bio-dieseliä.
Tekniikan tasosta tunnetaan biodieselin valmistusprosessi esteröimällä bioperäisistä raaka-aineista. Valmistusprosessi on tarkemmin sanottuna vaihtoesteröinti, jossa triglyseridi muuttuu esteriksi. Valmistettaessa biodieseliä kasviöljyistä triglyseri-dit reagoivat alkoholin kanssa muodostaen glyserolia ja rasvahappo jen alkyyliestereitä, esimerkiksi metyyliestereitä. Valmistusprosessissa triglyseridi muuttuu vaiheittain diglyseridiksi, monoglyseridiksi ja lopulta glyseroliksi. Esteröinnin kannalta raaka-aineen sisältämä vesi on haitallista, sillä se yhdessä katalyyttinä käytetyn emäksen ja rasvojen kanssa muodostaa saippuaa biodieselin sijaan. Bioraaka-aineiden sisältäessä usein vaihtelevia määriä vettä raaka-aineesta joudutaan ensiksi erottamaan vesi täysin ennen kuin raaka-aine on käyttökelpoista esteröintiin. Tämä lisää prosessin kustannuksia ja heikentää valmistuksen kokonaistaloudellisuutta.
Tekniikan tason menetelmissä emäsjäämien poistamiseksi valmiista biodieselistä käytetään yleensä vesipesua, mikä kuluttaa huomattavia määriä puhdasta, juomakelpoista vettä. Lisäksi vesijäämien poistaminen valmiista biodieselistä kuluttaa paljon energiaa.
Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada tekniikan tason menetelmiä parempi menetelmä, joka sallii bioraaka-aineessa vettä. Tämän keksinnön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.
Tämä tarkoitus voidaan saavuttaa menetelmällä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista, jossa raaka-aine lämmitetään, alkoholi sekoitetaan raaka-aineeseen ja raaka-aineen ja alkoholin seos pumpataan korkealla paineella reaktoriin. Edelleen reaktorissa lämpötila on niin korkea, että vesi ja alkoholi saavuttavat ylikriittisen tilan, kun raaka-aineen ja alkoholin seos esteröidään biopolttoaineeksi. Alkoholin lisäksi reaktorissa käytetään lisäksi katalyyttia esteröinnin tehostamiseksi. Lisäksi glyseroli ja alkoholi erotetaan biopolttoaineesta ja biopolttoaine varastoidaan. Käyttämällä ylikriittisiä olosuhteita veden suhteen voidaan menetelmän raaka-aineena käyttää veden kanssa sekoittuneita biorasvoja ilman erillistä veden poistovaihetta ennen reaktoria. Katalyytillä esteröinnin reaktionopeutta ja valmiin tuotteen saantoa raaka-aineesta voidaan nostaa siten, että prosessi toimii taloudellisesti ja tehokkaasti.
Edullisesti reaktoria käytetään jatkuvatoimisesti. Näin voidaan saavuttaa hyvä tuotantokapasiteetti menetelmän mukaiselle prosessille.
Menetelmässä reaktorin lämpötila voi olla välillä 70 - 300 °C, edullisesti 150 - 250 °C. Korkea lämpötila mahdollistaa veden saattamisen ylikriittiseen tilaan, mikä mahdollistaa myös vettä sisältävien raaka-aineiden käytön.
Menetelmässä reaktorin paine voi olla välillä 50 - 600 bar, edullisesti 200 - 400 bar kuitenkin niin, että vesi ja mahdollinen alkoholi ovat ylikriittisessä tilassa. Näin biopolttoaineen valmistus on mahdollista ilman emäskatalyyttiä, eikä raaka-aineessa mahdollisesti mukana oleva vesi muodosta saippuaa kuten yleensä, kun vesi reagoi alkoholin, emäksen ja rasvojen kanssa. Tässä hakemuksessa puhuttaessa paineesta tarkoitetaan absoluuttista painetta.
Ensimmäisen sovellusmuodon mukaan katalyytti on kiinteä tai nestemäinen emäs- tai happokatalyytti. Emäs- tai happokatalyytti nopeuttaa reaktiota ja sitä voidaan kierrättää ainakin osittain prosessissa pienentäen prosessikuluja. Emäskatalyyttiä voidaan käyttää mikäli raaka-aineessa ei ole vettä.
Toisen sovellusmuodon mukaan alkoholin lisäksi raaka-aineeseen sekoitetaan katalyyttinä kaasumaista katalyyttiä, joka absorboituu alkoholiin ennen alkoholin ja raaka-aineen sekoittamista ja syöttämistä reaktoriin. Kaasumaisen katalyytin avulla voidaan saavuttaa korkeampi esteröitymisaste kuin perinteisellä este-röintimenetelmällä.
Kaasumainen katalyytti voi olla biokaasu, joka sisältää keskeisinä komponentteina esimerkiksi metaania, hiilidioksidia ja rikkiä. Näistä rikki ja hiilidioksidi nopeuttavat esteröinti-reaktiota ja parantavat saantoa, metaanin kulkeutuessa reak-tiotilan läpi lähes inerttinä.
Erään sovellusmuodon mukaan biokaasu voidaan syöttää korkealla paineella (100 - 250 bar) korkeapaineisen öljy/alkoholiseoksen sekaan ennen reaktoria. Tällöin biokaasun sisältämä hiilidioksidi ja rikki absorboituvat alkoholiin ja mahdollistavat nopeamman esteröintiprosessin.
Erään sovellusmuodon mukaan biopolttoaine erotetaan alkoholista ja glyserolista tislaamalla. Tislauksessa voidaan hyödyntää reaktorista poistuvan tuotevirtauksen jo valmiiksi korkeaa lämpötilaa, jolloin lämmitystä tuotevirtauksen eri komponenttien höyrystämiseksi tarvitaan kohtuullisen vähän tai ei ollenkaan.
Biopolttoaine voidaan erottaa alkoholista ja glyserolista myös linkoamalla. Linko on erittäin yksinkertainen tapa erottaa eri nämä fraktiot toisistaan.
Biopolttoaine voidaan puhdistaa lopuksi kuivapesulla, jossa käytetään ioninvaihtimena biomassaa. Näin voidaan varmistaa, että biodieselin joukkoon ei jää haitallisia sivutuotteita kuten happo- tai emäskatalyyttiä. Biomassa on kustannuksiltaan erittäin edullinen ja turvallinen ioninvaihdin kuivapesua varten.
Reaktoriin syötettävä raaka-aine voidaan esilämmittää reaktorin putkimaisessa lämmitysosassa ennen sen siirtämistä reaktorin säiliömäiseen reaktiokammioon.
Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan hyödyntää biojätteiden ja jätevesien/jätevesilietteiden sisältämät rasvat ympäristöystävällisesti ja energiatehokkaasti liikenne- ja lämmityskäyttöön soveltuvan biopolttoainen tuotannossa. Edullisesti biopolttoaine on biodiesel, mutta se voi olla myös esimerkiksi kerosiini. Biodieselin valmistus tällä menetelmällä voidaan suorittaa täysin ilman puhtaan veden käyttöä, joten se säästää maailman vesivaroja ja soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi biopolttoaineen tuotantoon alueilla, joilla puhtaasta vedestä on pulaa (esimerkiksi tiheään asutut Aasian maat). Tässä menetelmässä tekniikan tason menetelmiä korkeammassa paineessa ja lämpötilassa tapahtuvassa biodieselin tuotannossa voidaan hyödyntää veteen sitoutuneita jäterasvoja, eli se mahdollistaa perinteisiä teknologioita laajemman raaka-ainepohjan.
Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää muista menetelmistä poiketen jatkuvatoimisesti, mikä lisää sen tuotantopotentiaalia huomattavasti.
Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, joissa
Kuva 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisen sovellusmuodon biopolttoaineen valmistamiseksi periaatteellisena prosessikuvana,
Kuva 2 esittää keksinnön mukaisen menetelmän toisen sovel lusmuodon biopolttoaineen valmistamiseksi periaatteellisena prosessikuvana,
Kuva 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän kolmanne sovellusmuodon biopolttoaineen valmistamiseksi periaatteellisena prosessikuvana.
Kuvissa viitataan prosessilaitteiston eri osiin käyttäen seuraa-via viitenumerolta: 10 laitteisto 26 korkeapainepumppu 11 raaka-aine 28 paineenalennusventtiili 11' bioöljy 30 1 ämmö n s i i r t o n e s t e e n 12 syöttösäiliö lämmityssäiliö 13 alkoholi 32 sulkuventtiili 14 sekoitussäiliö 34 lämmönvaihdin 15 kaasumainen katalyytti 35 toinen lämmönvaihdin 16 reaktori 36 väritunnistin 17 metaani 38 pinnankorkeuden mittari 18 erotussäiliö 40 putkimainen lämmitysosa 20 biopolttoaineen varas- 42 reaktiokammio tosäiliö 44 lämmitysvälineet 22 alkoholin syöttösäiliö 46 sekoitusvälineet 24 siirtopumppu 48 erotusvälineet
Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäinen sovellusmuoto, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisen menetel- män toteuttamiseen. Yksinkertaistettuna tässä menetelmän sovel-lusmuodossa laitteistoon 10 biopolttoaineen valmistamiseksi kuuluvat lämmitysvälineet 44 bioraaka-aineen 11 lämmittämiseksi, sekoitusvälineet 46 alkoholin 13 sekoittamiseksi raaka-aineeseen 11 ja reaktori 16 raaka-aineen 11 esteröimiseksi biopolttoaineeksi. Tämän lisäksi laitteistoon 10 kuuluu erotusvälineet 48 biopolttoaineen erottamiseksi glyserolista ja alkoholista sekä varastosäiliö 20 biopolttoainetta varten. Reaktori 16 on sovitettu toimimaan sellaisessa lämpötilassa ja paineessa, jossa bioraaka-aineen 11 mahdollisesti sisältämä vesi saavuttaa ylikriittisen tilan. Edellä mainitut rakenteelliset osat ovat mukana kaikissa keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettujen laitteistojen toteutusmuodoissa.
Seuraavaksi kuvataan menetelmän toimintaa kuvaan 1 viitaten. Prosessi alkaa raaka-aineen 11 syötöstä syöttösäiliöihin 12. Prosessin raaka-aineena voidaan käyttää mitä tahansa biopohjais-ta rasvaa tai öljyä, esimerkiksi käytettyjä paistorasvoja tai kasviöljyjä, teollisuuden sivuvirtoina syntyviä rasva- ja öljyjakeita, meijerien tai teurastamoiden biojäterasvoja tai rasvakaivolietteitä tai muita vastaavia biojäterasvoja, jotka muuten olisivat ympäristöä kuormittavia jätteitä. Koska rasvat voivat olla kuljetuslämpötilassa täysin kiinteitä, lämmitetään raaka-aine syöttösäiliössä 50 - 200 °C lämpötilaan lämmitysväli-neiden 44 avulla. Lämmitysvälineet 44 voivat olla esimerkiksi poltin, sähkövastus tai vastaava, jolla raaka-aine 11 syöttösäi-liöissä 12 saadaan lämmitettyä suoraan tai esimerkiksi lämmön-siirtoöljyn välityksellä. Riittävästi lämmitettyinä kaikki biopohjaiset rasvat ja öljyt ovat täysin nestemäisiä, jolloin niitä voidaan pumpata prosessissa eteenpäin. Syöttösäiliöiden 12 pohjalla voi olla suodatin, jolla kiinteät epäpuhtaudet saadaan erotettua nestemäisestä raaka-aineesta 11.
Syöttösäiliöistä 12 nestemäinen lämmitetty raaka-aine pumpataan siirtopumppua 24 käyttäen sekoitussäiliöihin 14. Alkoholi 13 syötetään omasta säiliöstä syöttösäiliön 22 kautta sekoitussäi- liöihin 14. Reaktiossa käytettävä alkoholi voi olla esimerkiksi metanoli, etanoli, butanoli tai isopropanoli, jolloin esteröin-nin tuotteena saadaan alkyyliestereitä kuten esimerkiksi metyy-liesteriä tai etyyliesteriä. Lisäksi emäs- tai happokatalyyttiä voidaan lisätä alkoholin sekaan, ennen alkoholin ja raaka-aineen sekoitusta keskenään. Sekoitussäiliöiden 14 yhteyteen kuuluu sekoitusvälineet 46 alkoholin 13 ja raaka-aineen 11 sekoittamiseksi keskenään. Sekoitusvälineet voivat olla esimerkiksi kunkin sekoitussäiliön sisään sijoitettu potkuri, pumppu tai vastaava sekoituslaite. Edullisesti sekä syöttösäiliöitä 12 että sekoi-tussäiliöitä 14 on kuvan mukaisesti ainakin kaksi kappaletta. Tällöin yhdessä voidaan suorittaa sekoitusta samaan aikaan, kun toisesta, jo valmiiksi sekoitettua raaka-ainetta sisältävästä sekoitussäiliöstä pumpataan sekoitettua raaka-ainetta prosessissa eteenpäin. Näin voidaan varmistaa, että jatkuvatoiminen esteröintireaktio saa jatkuvasti raaka-ainetta.
Sekoitussäiliöiltä 14 raaka-aineen ja alkoholin seos pumpataan korkeapainepumpulla 26 reaktoriin 16. Korkeapainepumppu 26 nostaa pumpattavan seoksen paineen 50 - 600 bar, edullisesti 200 - 300 bar paineeseen. Tällä varmistetaan, että korkeapainepumppu saa koko ajan imupuolelle nestettä, eikä ilmaa pääse pumpulle. Edullisesti korkeapainepumppu on sijoitettu mahdollisimman lähelle reaktoria, jolloin tarvittavan korkeata painetta kestävän siirtoputkiston mitta minimoidaan. Raaka-aineen ja alkoholin seoksen lisäksi reaktoriin 16 pumpataan edullisesti lämmönsiir-tonestettä siirtopumpun 24 avulla, joka lämmönsiirtoneste lämmittää raaka-aineen ja alkoholin seosta. Reaktorissa 16 vallitsee noin 70 - 400 °C, edullisesti 200 - 300 °C lämpötila ja 50 - 600, edullisesti 200 - 400 barin paine. Reaktorissa käytettävä paine ja lämpötila sovitetaan toistensa suhteen siten, että olosuhteet ovat raaka-aineen mahdollisesti sisältämän veden suhteen ylikriittiset. Toisin sanottuna ainakin raaka-aineen mahdollisesti sisältämä vesi ja mahdollisesti myös alkoholi muuttuvat ylikriittiseen tilaan. Kuvan 1 sovellusmuo-dossa reaktorissa 16 on kiinteä metallioksidi, joka nopeuttaa esteröintireaktiota. Katalyyttinä voi toimia esimerkiksi sinkkioksidi, kalsiumoksidi tai magnesiumoksidi. Esteröintireaktio muuttaa alkoholin, emäs- tai happokatalyytin ja raaka-aineen seoksen biopolttoaineeksi ja sivutuotteiksi seuraavien reaktioyhtälöiden mukaisesti: RCOOCH2 ch2oh
RCOOCH2 + 3CH3OH + katalyytti -> 3R-COOCH3 + CH2OH
rcooch2 ch2oh
Tarkemmin sanottuna biopolttoaine on edullisesti biodieseliä, joka koostuu pääasiassa C9-C25 hiilivedyistä. Biodieselissä on parafiineja ja nafteeneja noin 65 - 95 %, aromaattisia hiilivetyjä 5 - 30 % ja olefiineja korkeintaan 10 % kokonaistilavuudesta. Biopolttoaine voi olla myös esimerkiksi kerosiini.
Edullisesti laitteistoon 10 kuuluu lämmityssäiliö 30, jossa lämmönsiirtonestettä lämmitetään ennen sen syöttöä reaktoriin 16. Lämmönsiirtoneste kiertää edullisesti suljetulla kierrolla, jolloin se reaktorista 16 poistuessaan ohjataan takaisin lämmi-tyssäiliöön 30.
Keksinnön mukaisen menetelmän laitteiston 10 reaktoriin 16 kuuluu edullisesti kaksi osaa, nimittäin putkimainen lämmitysosa 40 ja säiliömäinen reaktiokammio 42. Vaihtoehtoisesti kumpikin näistä voi toimia reaktorina myös yksinään. Putkimaista lämmi-tysosaa 40 lämmitetään edullisesti ulkopuolelta. Edullisesti lämmitysosa on upotettu lämmönsiirtonesteeseen, jolloin sen sisällä oleva raaka-aineen, alkoholin ja emäs- tai happokatalyytin seos lämpenee tarvittavaan reaktiolämpötilaan. Lämmönsiirtonestettä, esimerkiksi lämmönsiirtoöljyä voidaan lämmittää esimerkiksi sähkövastuksilla, tai lämmönsiirtoöljyn lämmitys voi myös tapahtua esimerkiksi CHP-yksikön (CHP, yhdistetty sähkön-ja lämmöntuotanto) pakokaasulämmönvaihtimella, jolla voidaan lämmittää lämmönsiirtoöljy jopa yli 400°C:een. Putkimainen osa voi olla suora, tai suuremman reaktiotilavuuden ja -pinta-alan saavuttamiseksi, kierretty pyöreäksi tai kulmikkaaksi spiraaliksi. Putkimaista lämmitysosaa käytetään edullisesti reaktiokammi-on lisänä, koska putkimainen lämmitysosa on valmistuskustannuksiltaan huomattavan edullinen verrattuna sellaiseen yksittäiseen reaktiokammioon, joka vastaisi tilavuudeltaan kuvan 1 mukaisen lämmitysosan ja reaktiokammion yhteistä tilavuutta. Lämmitysosan pituus voi olla esimerkiksi noin 20 metriä ja säiliön tilavuus noin 20 litraa, mutta reaktorin mittoja voidaan skaalata suuremmaksi tai pienemmäksi tarvittavan kapasiteetin mukaan.
Reaktiokammioon 42 on edullisesti sijoitettu reaktiossa käytettävä emäs- tai happokatalyytti, joka voi olla esimerkiksi katalyyttiä sisältävä metallilevy, jonka lävitse putkimaisen lämmitysosan lävitse kulkeva syöte kulkee. Reaktiossa käytettävä emäs- tai happokatalyytti voi olla kiinteälle olomuodolle vaihtoehtoisesti myös nestemäistä tai kaasumaista emäs- tai happokatalyyttiä. Reaktorin reaktiokammiossa voidaan käyttää sekoitinta, jonka avulla reaktiota nopeutetaan tai vaihtoehtoisesti reaktiokammiona voi olla pelkästään putkimainen reaktorin osa. Reaktiokammio voi olla esimerkiksi pullomainen reaktori, joka voi olla upotettuna lämmönsiirtoöljyyn.
Esteröintireaktio voi olla huomattavasti tekniikan tason mukaista matalassa paineessa ja lämpötilassa tapahtuvaa esteröinti-reaktiota nopeampi. Keksinnön mukaisessa menetelmässä esteröintireaktio voi tapahtua 2-20 minuutissa lämpötilasta, paineesta, sekoituksesta sekä raaka-aineen koostumuksesta riippuen. Raaka-aineen koostumus voi vaikuttaa hiukan myös tuotevirtauksen komponenttien osuuksiin. Esteröintireaktiossa tuotevirtaan tulee myös jonkin verran vettä, joka on veden ylikriittisten olosuhteiden vuoksi täysin steriiliä, kuten myös muutkin loppu- ja sivutuotteet.
Muodostunut biopolttoaine ja sivutuotteet poistetaan reaktorista 16 paineenalennusventtiilin 28 ja lämmönvaihtimen 34 kautta erotussäiliöön 18. Tarkemmin sanottuna reaktorin jälkeen seos johdetaan korkeapaineputkella ulos reaktiokammiosta. Tarvittaessa seosta lämmitetään tai jäähdytetään lämmönvaihtimella ennen johtamista paineenalennusventtiilille. Lämmönvaihtimella 34 tuotevirtauksen lämpötila säädetään 210 - 240 °C välille reaktorin reaktionopeudesta ja paineesta riippuen. Jos reaktorista poistuvan tuotevirtauksen lämpötila on tätä alempi, tällöin tuotevirtaa lämmitetään ja jos taas ylempi, niin jäähdytetään. Mahdollisesti talteen otettua lämpöä voidaan käyttää esimerkiksi lämmönsiirtonesteen lämmityssäiliön lämmitykseen.
Paineenalennusventtiililtä seos johdetaan 1-100 barin paineella suuttimelle, joka suihkuttaa seoksen sumuna erotussäiliönä edullisesti toimivaan tislauskolonniin. Tällä saadaan nopeutettua alkoholin ja mahdollisen katalyytin erottumista seoksesta. Myös alipainetta voidaan hyödyntää apuna alkoholin ja mahdollisen katalyytin erottamisessa seoksesta. Kuvien 1 sovellusmuodos-sa erotussäiliö 18 on tislauskolonni, jonka lämpötila voidaan säätää 70 - 350 °C välillä, jolloin alkoholi ja biopolttoaine höyrystyvät. Nestemäinen glyseroli otetaan talteen alitteena ja biopolttoaine, alkoholi ja jäljelle jääneet emäs- tai happokata-lyytin jäänteet poistuvat kaasumaisena ylitteenä. Ylite tiivistyy nesteeksi korkean tislauskolonnin eri korkeuksissa, eli eri lämpötiloissa. Lämpötilat ovat normaalipaineessa esimerkiksi välillä 210 - 250 °C. Neste voidaan myös kerätä tislauskolonnin eri kerroksista, jolloin sitä voidaan fraktioida hiilivetykoos-tumuksen mukaan. Eri kerroksista kerätyillä fraktioilla on hieman erilaiset ominaisuudet, esimerkiksi lyhyemmillä hiilive-tyketjuilla on alhaisempi samepiste, kun taas pidempiketjuisilla hiilivedyillä on korkeampi ominaislämpökapasiteetti. Nestemäinen biopolttoaine voidaan pumpata siirtopumpun 24 avulla sulkuvent-tiin 32 kautta biopolttoaineen varastosäiliöön 20. Nesteytyneet alkoholi ja katalyytit voidaan siirtää siirtopumpun 24 avulla takaisin alkoholin syöttösäiliöön 22. Näin alkoholi kiertää prosessissa suljetulla kierrolla, jolloin sitä tarvitsee lisätä vain 20 - 50 %.
Erotussäiliöstä 18 alitteena poistettava glyseroli voidaan tunnistaa nestemäisenä erotussäiliöön jatkuvasti pumpattavasta tuotevirtauksesta esimerkiksi väritunnistimen 36 avulla värin perusteella. Glyseroli poistetaan alitteena sulkuventtiilin 32 kautta. Glyserolia voidaan siirtää jatkokäsittelyyn, jossa sitä voidaan käyttää esimerkiksi kemianteollisuudessa saippuoiden tai bioenergian tuotannossa biokaasun valmistuksen raaka-aineena. Keksinnön mukaisessa menetelmässä laitteistossa 10 kaikkien säiliöiden yhteyteen voi kuulua pinnankorkeusmittarit 38 säiliöiden pinnankorkeuden tarkkailemiseen.
Kuvassa 2 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän toinen sovellusmuoto. Kuvan 2 laitteisto 10 poikkeaa kuvan 1 laitteistosta käytettävän toisen katalyytin osalta. Kun kuvan 1 sovel-lusmuodossa käytetään reaktorin 16 sisään sijoitettua emäs- tai happokatalyyttiä, kuvan 2 sovellusmuodossa reaktiossa ei välttämättä ole vastaava emäs- tai happokatalyyttiä. Reaktori 16 voi toimia ainoastaan reaktiotilavuutena, jossa lämpötilan, paineen ja viipymäajan avulla raaka-aineet esteröidään biopolttoaineeksi ja sivutuotteiksi. Kuvan 2 sovellusmuodossa katalyyttinä käytetään alkoholin 13 kanssa samaan alkoholin syöttösäiliöön 22 syötettävää kaasumaista katalyyttiä 15. Kaasumainen katalyytti 15 voi olla jokin kaasumainen yhdiste, joka nopeuttaa esteröin-tireaktiota ja parantaa saantoa muuttamalla seoksen pH:ta ja heikentämällä triglyseridien välistä glyserolisidosta. Edullisesti kaasumainen katalyytti 15 on hiilidioksidia (C02) tai biokaasua (CH4+C02+S). Kaasumainen katalyytti ja alkoholi syötetään alkoholin syöttösäiliöstä 22 raaka-aineen sekoitussäiliöön 14, jossa käytetään tässä tapauksessa 0-8 bar painetta 50 -200 °C lämpötilan lisäksi. Mikäli kaasumaisena katalyyttina käytetään biokaasua, syötetään biokaasu korkeapainepumpun painepuolelle. Koska metaani ei absorboidu seokseen, aiheuttaisi sen syöttäminen pumpun imupuolelle kavitaatioilmiön, joka estäisi pumpun toiminnan. Kaasumainen katalyytti absorboituu alkoholiin muodostaen seoksen, joka syötetään lämmitetyn raaka-aineen kanssa reaktoriin. Biokaasukatalyytin sisältämä hiili dioksidi ja/tai rikki nopeuttavat reaktiota siten, että raaka-aineiden viipymäaika reaktorissa on noin 2-20 minuuttia tekniikan tason esteröinnin kahden tunnin viipymäajan sijaan. Kaasumaista katalyyttiä käytettäessä reaktorissa voi olla lisäksi myös kiinteää katalyyttiä, mutta tämä ei ole välttämätöntä. Korkeapaineinen metaani johdetaan ulos reaktorin jälkeen ennen paineenalennusventtiiliä. Tarvittaessa metaani jatkokäsi-tellään, esimerkiksi kuivataan, ennen käyttöä.
Toisena vaihtoehtona on syöttää biokaasu korkealla paineella (100 - 250 bar) korkeapaineisen öljy/katalyyttiseoksen sekaan ennen reaktoria. Tällöin biokaasun sisältämä hiilidioksidi ja rikki absorboituvat alkoholiin ja mahdollistavat nopeamman esteröintiprosessin. Metaani kulkeutuu esteröintiprosessin lävitse lähes inerttinä kaasuna, absorboituen ainoastaan 1-2 % osalta tuotevirtaan. Korkeapaineinen metaani otetaan tässäkin tapauksessa ulos prosessista reaktorin jälkeen. Koska liikenne-käytössä hyödynnettävän biometaanin tankkauspaine on noin 230 bar, kannattaa prosessi optimoida tätä käyttötarkoitusta varten niin, että metaanin paine on riittävän korkea ilman erillistä paineennostoa liikennekäyttöön.
Liikennekäytössä hyödynnettävä biokaasu tulee käyttöä varten puhdistaa (eli nostaa sen metaanipitoisuutta ja poistaa epäpuhtauksia) ja paineistaa niin sanotuksi biometaaniksi, joka vastaa koostumukseltaan ja ominaisuuksiltaan maakaasua. Tämä tehdään yleensä tarkoitusta varten suunnitelluilla biokaasun jalostus-laitteilla, jotka ovat investointi- ja käyttökustannuksiltaan varsin korkeita. Tässä hakemuksessa kuvatussa prosessissa saadaan alhaisilla tuotantokustannuksilla niin sanottuna sivutuotteena puhdistettua ja paineistettua biokaasua eli biometaa-nia, joka soveltuu suoraan liikennekäyttöön tai esimerkiksi maakaasuverkkoon syötettäväksi ja kuljettavaksi kaasuverkon kautta muihin käyttökohteisiin.
Tuotevirran sisältämä metaani 17 voidaan ottaa puhtaana ulos myös alkoholin syöttösäiliöstä 22 kuvan 2 mukaisesti. Tämä voidaan tehdä vuorottelemalla katalyytin sekoituksen ja metaanin talteenoton välillä.
Jos kaasumaisena katalyyttinä käytetään biokaasua, esteröinnin sivutuotteena saadaan siis myös puhdasta biometaania, jota voidaan käyttää sähkön tuotantoon tai liikennebiokaasuna. Metaani kulkee lähes inerttinä esteröintireaktion lävitse. Kaasumaisen katalyytin käytöllä saavutetaan myös se etu, ettei biopolttoaineesta tarvitse erikseen erottaa siihen jäänyttä emäs- tai happokatalyyttiä. Näin biodieselin puhdistus valmiiksi tuotteeksi on helpompaa.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää alkoholia noin 15 - 25 % tilavuussuhteessa (molekyylipainon mukaan) syötettävään raaka-aineeseen verrattuna. Katalyyttiä käytetään puolestaan 1 - 2 %, jos katalyytti on emäs- tai happokatalyytti ja 15 - 70 %, jos katalyytti on kaasumainen katalyytti. Esteröinti-reaktiossa syntyy noin 70 - 90 % metyyli- tai etyyliesteriä, 10 - 30 % glyserolia ja 12 - 30 % metaania, jos katalyyttinä on biokaasu.
Vaikka kuvien 1 ja 2 sovellusmuodoissa erotussäiliö 18 on tislauskolonni, tulee ymmärtää, että menetelmässä voidaan käyttää myös muita tapoja erottaa glyseroli, alkoholi, katalyytti ja valmis biopolttoaine toisistaan. Eräs tällainen tapa on käyttää erotukseen reaktoria seuraavan lämmönvaihtimen jälkeen laskeutussäiliötä, jossa glyseroli erotetaan laskeuttamalla alkoholista, emäs- ja happokatalyytin jäämistä sekä biopolttoaineesta. Tämän jälkeen alkoholi erotetaan biopolttoaineesta erillisessä puskurisäiliössä höyrystämällä alkoholi. Puskurisäi-liöön jäävä biopolttoaine ja siinä oleva emäs- tai happokatalyytti ohjataan pumpun avulla kuivapesukolonniin, joka on täytetty ioninvaihtimena toimivalla biomassalla, esimerkiksi sahanpurun, sahajauhon ja/tai turpeen sekoituksella. Biomassan sekaan voidaan lisätä myös magnesiumsilikaattia tai sitä voidaan lisätä pesemättömän biodieselin sekaan ennen pumppausta biomas-sasuodattimeen. Magnesiumsilikaatti sitoo biopolttoaineesta katalyyttijäämiä, jotka poistuvat biomassasuodatuksessa. Edullisesti biomassaa syötetään automaattisesti esimerkiksi ruuvisyöt-timellä suodatusmassasäiliöstä kuivapesukolonnin yläosaan ja poistetaan sen alaosasta käytetyn suodatusmassan säiliöön. Käytetty suodatusmassa voidaan puristaa, jolloin siihen tarttunut biopolttoaine saadaan talteen. Käytetty biomassa voidaan esimerkiksi pelletöidä tai briketöidä ja hyödyntää esimerkiksi polttoaineena lämmön tuotannossa.
Kuvassa 3 on esitetty eräs kolmas keksinnön mukaisen menetelmän toteutusmuoto. Tällainen toteutusmuoto soveltuu käytettäväksi erityisesti huomattavan vesipitoisten, yli 30 % vettä sisältävien raaka-aineiden käsittelyyn. Koska prosessissa tarvittavan alkoholin ja katalyytin määrä on suoraan suhteessa raaka-aineen sisältämän veden määrään, kuluu alkoholia ja katalyyttiä runsaasti raaka-aineen sisältäessä paljon vettä. Koska näiden kulutuksella on tärkeä merkitys prosessin kokonaistaloudellisuuden kannalta, voidaan raaka-aine esikäsitellä kuvan 3 mukaisesti. Tässä sovellusmuodossa raaka-aine voidaan aluksi esikäsitellä esikäsittelyvaiheessa A bioöljyksi, jota käytetään sitten raaka-aineena pääprosessissa B, joka voi olla esimerkiksi vastaava kuin kuvan 2 toisen sovellusmuodon mukainen prosessi.
Esikäsittelyvaihe A voi olla käytännössä muutoin pääprosessia vastaava, mutta esikäsittelyssä raaka-aine käsitellään reaktorissa ilman katalyyttiä paineessa ja lämpötilassa, jossa raaka-aineen sisältämä vesi on ylikriittisessä tilassa. Tällöin osa raaka-aineesta esteröityy ja loppu erottuu bioöljyksi, joka voidaan erottaa glyserolista vastaavasti kuin pääprosessissa glyserolin erotus tapahtuu. Esikäsittelyvaiheen avulla raaka-aineesta saadaan poistettua ainakin pääosa vedestä, jolloin pääprosessissa voidaan käyttää huomattavasti pienempiä määriä alkoholia ja katalyyttiä. Vaihtoehtoisesti pääprosessia voidaan käyttää myös ilman erillistä esikäsittelyä siten, että reaktoria ajetaan panosluonteisesti takaisinkierrätystä käyttäen. Tällöin raaka-aine ajetaan aluksi reaktorin läpi ilman alkoholia ja katalyyttiä ja kierrätetään takaisin syöttösäiliöön, jonka jälkeen raaka-aineeseen sekoitetaan alkoholi ja katalyytit ja esteröidään ylikriittisissä olosuhteissa, kuten aiemmissa prosessikuvauksissa on kuvattu, biopolttoaineeksi.
Erään neljännen sovellusmuodon mukaan biodiesel voidaan erottaa muista sivutuotteista linkoamalla. Lingotessa eri aineet erottuvat toisistaan niiden ominaispainon perusteella.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävät prosessilaitteet voivat reaktoria lukuun ottamatta olla täysin perinteisiä tekniikan tason mukaisia laitteita. Menetelmää voidaan skaalata aina muutaman tonnin vuosikapasiteetin tuotantolaitoksista kymmenien miljoonien tonnien tuotantokapasiteettiin saakka.

Claims (7)

1. Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista, jossa lämmitetään biopohjainen raaka-aine (11), sekoitetaan alkoholi (13) raaka-aineeseen (11), pumpataan raaka-aineen (11) ja alkoholin (13) seos reaktoriin (16), nostetaan reaktorin (16) lämpötilaa ja painetta siten, että vesi ja alkoholi (13) saavuttavat ylikriittisen tilan, ja käytetään reaktorissa (16) sanotun alkoholin (13) lisäksi katalyyttiä esteröinnin tehostamiseksi, esteröidään raaka-aineen (11) ja alkoholin (13) seos biopolttoaineeksi, erotetaan glyseroli ja alkoholi biopolttoaineesta, ja varastoidaan biopolttoaine, tunnettu siitä, että alkoholin (13) lisäksi raaka-aineeseen (11) sekoitetaan katalyyttinä kaasumaista katalyyttiä (15) ennen raaka-aineen (11) syöttämistä reaktoriin (16), joka kaasumainen katalyytti on biokaasua.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktoria (16) käytetään jatkuvatoimisesti.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktorin (16) lämpötila on välillä 70 - 300 °C, edullisesti 150 - 250 °C.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktorin (16) paine välillä 50 - 600 bar, edullisesti 200 - 400 bar.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biopolttoaine erotetaan alkoholista ja glyserolista tislaamalla.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että biopolttoaine puhdistetaan kuivapesulla, jossa kuivapesussa käytetään ioninvaihtimena biomassaa.
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktoriin (16) syötettävä raaka-aine (11) esilämmitetään reaktorin (16) putkimaisessa lämmitysosassa (40) ennen sen siirtämistä reaktorin (16) säiliömäiseen reaktiokammi-oon (42) .
FI20136242A 2013-12-11 2013-12-11 Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista FI125683B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20136242A FI125683B (fi) 2013-12-11 2013-12-11 Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista
DK14870192.3T DK3080232T3 (da) 2013-12-11 2014-12-10 Fremgangsmåde og system til fremstilling af flydende biobrændsel ud af biobaserede olier og/eller fedtstoffer
EP14870192.3A EP3080232B1 (en) 2013-12-11 2014-12-10 Method and system for producing liquid biofuel from bio-based oils and/or fats
PCT/FI2014/050981 WO2015086904A1 (en) 2013-12-11 2014-12-10 Method and system for producing liquid biofuel from bio-based oils and/or fats
US15/171,356 US9890349B2 (en) 2013-12-11 2016-06-02 Process and system for producing liquid biofuel from bio-based oils and/or fats

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20136242 2013-12-11
FI20136242A FI125683B (fi) 2013-12-11 2013-12-11 Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20136242A FI20136242A (fi) 2015-06-12
FI125683B true FI125683B (fi) 2016-01-15

Family

ID=53370668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20136242A FI125683B (fi) 2013-12-11 2013-12-11 Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9890349B2 (fi)
EP (1) EP3080232B1 (fi)
DK (1) DK3080232T3 (fi)
FI (1) FI125683B (fi)
WO (1) WO2015086904A1 (fi)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3352928B1 (en) 2015-09-24 2023-01-11 Reliance Industries Limited System and process for production of biofuel
FI20166030L (fi) * 2016-12-23 2018-06-24 Avefori Oy Menetelmä ja järjestelmä metanolin valmistamiseksi orgaanisesta jätteestä
RU2676485C1 (ru) * 2018-04-19 2018-12-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Способ получения биодизтоплива в среде сверхкритического диметилкарбоната

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6887283B1 (en) * 1998-07-24 2005-05-03 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Process for producing biodiesel, lubricants, and fuel and lubricant additives in a critical fluid medium
CA2336513C (en) 2000-02-17 2010-08-24 Tatsuo Tateno Process for producing fatty acid esters and fuels comprising fatty acid ester
US20070214712A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 American Beef Processing, Llc Bio-diesel manufacture with a micro-reactor
WO2007142983A2 (en) 2006-06-01 2007-12-13 State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Microreactor process for making biodiesel
US20080221344A1 (en) 2007-03-05 2008-09-11 Gleason Rodney J Biodiesel fuel and method of manufacture therefor
WO2010025525A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Sheima Pty Ltd. A process for producing synthetic fuels from waste and other materials
US8673028B2 (en) 2010-09-02 2014-03-18 The Regents Of The University Of Michigan Method of producing biodiesel from a wet biomass

Also Published As

Publication number Publication date
EP3080232A4 (en) 2017-08-09
EP3080232A1 (en) 2016-10-19
FI20136242A (fi) 2015-06-12
WO2015086904A1 (en) 2015-06-18
US9890349B2 (en) 2018-02-13
US20160281029A1 (en) 2016-09-29
EP3080232B1 (en) 2022-08-10
DK3080232T3 (da) 2022-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bora et al. Sewage sludge to bio-fuel: A review on the sustainable approach of transforming sewage waste to alternative fuel
Fonseca et al. Biodiesel from waste frying oils: Methods of production and purification
Chan et al. Fractionation and extraction of bio-oil for production of greener fuel and value-added chemicals: Recent advances and future prospects
Berrios et al. Purification of biodiesel from used cooking oils
Enweremadu et al. Technical aspects of production and analysis of biodiesel from used cooking oil—A review
Banković-Ilić et al. Waste animal fats as feedstocks for biodiesel production
Atadashi et al. Membrane biodiesel production and refining technology: A critical review
Saleh et al. Separation of glycerol from FAME using ceramic membranes
EP3234084A2 (en) Systems and methods for the non-catalytic production of biodiesel from oils
Bashir et al. Purification of biodiesel via pre-washing of transesterified waste oil to produce less contaminated wastewater
Supaporn et al. Optimization of a two-step biodiesel production process comprised of lipid extraction from blended sewage sludge and subsequent lipid transesterification
FI125683B (fi) Menetelmä nestemäisen biopolttoaineen valmistamiseksi biopohjaisista öljyistä ja/tai rasvoista
Girish Review of various technologies used for biodiesel production
Patiño et al. Effect of pretreatments and catalytic route in the quality and productivity of biodiesel obtained from secondary sludge
Ding et al. Mini review of biodiesel by integrated membrane separation technologies that enhanced esterification/transesterification
Heidari et al. Biodiesel production methods and feedstocks
Casas et al. Filter Cake Oil‐Wax as Raw Material for the Production of Biodiesel: Analysis of the Extraction Process and the Transesterification Reaction
Marx et al. Evaluation of waste process grease as feedstock for biodiesel production
KR101565709B1 (ko) 하·폐수 슬러지로부터 바이오디젤, 바이오가스 및 고형 연료를 제조하는 방법 및 제조장치
US20170314047A1 (en) Method for the production of alkyl esters
JP2011046803A (ja) バイオディーゼル燃料の製造装置とバイオディーゼル燃料の製造方法
Demir Biodiesel production using wet and dry purification methods
Mohammadi et al. Biodiesel plants operation: prominent parameters, process control, and troubleshooting
KR102138224B1 (ko) 수열처리를 통해 하수슬러지로부터 바이오디젤 및 고형연료를 제조하는 방법 및 제조장치
Kataria et al. Advancement in Biofuels Production: Sustainable Perception towards Green Energy and Environment

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: BIOGTS OY

FG Patent granted

Ref document number: 125683

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: BIOGTS GREEN ENERGY COMPANY LIMITED

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: BIOALL INTERNATIONAL GREENTECH CO., LIMITED