PL229547B1 - Linia technologiczna do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw oraz sposób wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie rozwiązuje zagadnienie opracowania linii technologicznej i sposobu otrzymywania finalnego produktu bez odpadów i bez konieczności używania katalizatorów. Linia technologiczna do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw, charakteryzuje się tym, że ma zbiornik surowca (1) połączony z hydrodynamicznym kawitatorem (3) oraz zbiornik alkoholu (4) połączony z tym kawitatorem, którego wyjście połączone jest ze zbiornikiem buforowym (6) emulsji, gdzie na wyjściu jest pompa wysokociśnieniowa (7) tłocząca do reaktora rurowego (8). Wyjście tego reaktora połączone jest z chłodnicą rurową (10), na której wyjściu jest zawór rozprężny (12), separator kolumnowy (13) połączony z kondensatorem (14), a w dolnej części ma zbiorniki produktów (15 i 16), zaś w górnej części wyjście kondensatora (14) połączone jest ze zbiornikiem alkoholu (4). Sposób, charakteryzuje się tym, że surowiec w proporcji 0,25 - 2,0 obj. wprowadza się do hydrodynamicznego pola kawitacyjnego i prowadzi proces kawitacji, aż do chwili utworzenia stabilnej emulsji, następnie zdyspergowaną mieszaninę przetłacza się pod ciśnieniem 20 MPa - 45 MPa, w czasie 120 s - 3600 s oraz w temperaturze 200°C - 450°C przez reaktor usytuowany w polu promieniowania podczerwonego, po czym przereagowana mieszanina wprowadzana jest do strefy intensywnego chłodzenia i chłodzona do osiągnięcia temperatury 20°C - 150°C.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest linia technologiczna do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw oraz sposób wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw.

W początku XXI wieku nastąpił rozwój technologii i techniki wytwarzania estrów metylowych kwasów tłuszczowych (biodiesla) w oparciu o bezkatalityczną metodę estryfikacji i transestryfikacji prowadzoną w warunkach superkrytycznych alkoholu.

W opisie wynalazku Nr US 8507702 ujawniono zastosowanie bezkatalitycznej metody superkrytycznej w połączeniu z metodą katalityczną opartą na wykorzystaniu nanocząsteczkowych katalizatorów heterogenicznych.

W opisie patentowym Nr US7524982 przedstawiono bezkatalityczny ciągły sposób produkcji biodiesla, polegający na mieszaniu oleju i alkoholu, pompowaniu mieszaniny do reaktora, jej przepływie przez reaktor z regulowanym wydatkiem przy ciśnieniu 2 MPa-40 MPa i, temperaturze 150°C -450°C, następnie chłodzeniu mieszaniny i separacji faz.

W opisie patentowym EP 1944285 ujawniono metodę i urządzenie do wytwarzania estrów metylowych kwasów tłuszczowych prowadzonego pod ciśnieniem powyżej 0,5 MPa i w temperaturze większej od 240°C z zawrotem alkoholu do procesu. Proces charakteryzuje się wielostopniowym rozprężeniem wytworzonej mieszaniny produktu, glicerolu i metanolu, po czym metanol z I i/lub II stopnia rozprężenia zawracany jest na wyjście do reaktora. Urządzenie składa się z reaktora, rozprężacza wielostopniowego i separatora.

W opisie wynalazku Nr US 2006/0288636 ujawniono sposób bezkatalitycznego wytworzenia biopaliwa bez wydzielania produktów ubocznych. Proces prowadzony jest w temperaturze 370°C - 500°C przy ciśnieniu 20 MPa - 60 MPa i w czasie od 4 do 12 minut. Wytworzony produkt, oprócz kompozycji estrów metylowych kwasów tłuszczowych, zawiera mono i dwuglicerydy.

W opisie wynalazku Nr US 2011/0271585 ujawniono metodę produkcji biodiesla w warunkach superkrytycznych alkoholu oraz wykorzystanie pola elektrostatycznego do intensyfikacji sedymentacji glicerolu oraz wydzielania wody z produktu.

W opisie wynalazku Nr WO 2015/049537 przedstawiono instalację i metodę produkcji estrów kwasów tłuszczowych, używanych jako paliwo. Sposób polega na przeprowadzeniu reakcji alkoholizy w reaktorze ogrzewanym olejem termicznym lub elektrycznie elementami grzejnymi owiniętymi wokół rury reaktora. Ponadto zawrócono ciepło stosując w instalacji wymienniki ciepła zainstalowane w układzie szeregowym. Emulsja alkoholowo olejowa jest wytwarzana w dynamicznym mieszalniku, a surowce dostarczono do mieszalnika przy użyciu dwóch pomp.

Nieoczekiwanie okazało się, że prowadzenie procesu dyspergowania w polu kawitacyjnym wywołuje inicjację alkoholizy oraz prowadzenie procesu alkoholizy w polu promieniowania podczerwonego pozwala na uzyskanie optymalnego profilu temperatur w reaktorze korzystnego dla uzyskania finalnego produktu o żądanej jakości.

Istotą linii technologicznej do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw według wynalazku jest, to że zbiornik surowca zawierający trójglicerydy lub/i wolne kwasy tłuszczowe połączony jest z hydrodynamicznym kawitatorem poprzez pompę o zmiennym wydatku, a zbiornik alkoholu połączony jest z hydrodynamicznym kawitatorem poprzez zawór, gdzie wyjście hydrodynamicznego kawitatora połączone jest ze zbiornikiem buforowym emulsji, na wyjściu którego umieszczona jest pompa wysokociśnieniowa tłocząca mieszaninę reakcyjną do reaktora rurowego wyposażonego w zespół promienników podczerwieni ogrzewanych korzystnie elektrycznie, natomiast wyjście reaktora rurowego połączone jest z termosyfonową chłodnicą rurową zanurzoną w czynniku pośredniczącym w wymianie ciepła, zaś na wyjściu chłodnicy rurowej znajduje się zawór rozprężny, którego wyjście połączone jest z separatorem kolumnowym połączonym w górnej części z kondensatorem korzystnie bezprzeponowym, natomiast w dolnej części ze zbiornikami produktów, zaś w górnej części wyjście kondensatora połączone jest ze zbiornikiem alkoholu.

Istotą sposobu wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw według wynalazku, jest to, że surowiec zawierający trójglicerydy lub/i wolne kwasy tłuszczowe oraz alkohol w proporcji 0,25-2,0 obj. wprowadza się do hydrodynamicznego pola kawitacyjnego i prowadzi proces kawitacji aż do chwili utworzenia stabilnej wciągu 2 minut emulsji, następnie zdyspergowaną mieszaninę przetłacza się pod ciśnieniem 20 MPa - 45 MPa, korzystnie 35 MPa, w czasie 120 s - 3600 s, korzystnie 540 s oraz w temperaturze 200°C - 450°C, korzystnie 350°C, przez reaktor usytuowany w polu promieniowania

PL 229 547 Β1 podczerwonego, po czym przereagowana mieszanina wprowadzana jest do strefy intensywnego chłodzenia i chłodzona aż do osiągnięcia temperatury 20°C - 150°C, korzystnie 100°C, a następnie mieszaninę rozpręża się, po czym fazy ciekłe produktów reakcji i gazową alkoholu separuje się, gdzie fazę gazową skrapla się, kondensat zawraca do procesu, zaś fazy ciekłe produktów separuje się i kieruje do zbiorników magazynowych.

Zaletą linii technologicznej do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw jest wyrafinowane zestawienie urządzeń i aparatury pozwalające otrzymać czysty produkt bez odpadów.

Zaletą sposobu jest prowadzenie procesu bez katalizatorów, otrzymywanie czystego produktu, który nie posiada odpadów i nie wymaga oczyszczania. Zastosowanie w sposobie, według wynalazku, intensywnego schłodzenia mieszaniny z wykorzystaniem odparowującego czynnika pośredniczącego w odbiorze ciepła powoduje zahamowanie odwracalności reakcji alkoholizy tzw. „zamrożenie reakcji”.

Linia technologiczna do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw uwidoczniona jest schematycznie na rysunku.

Linia technologiczna do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw posiada zbiornik surowca 1 zawierający trójglicerydy lub/i wolne kwasy tłuszczowe, który połączony jest z hydrodynamicznym kawitatorem 3 poprzez pompę o zmiennym wydatku 2. Z hydrodynamicznym kawitatorem 3 połączony jest także zbiornik alkoholu 4 poprzez zawór 5. Wyjście hydrodynamicznego kawitatora 3 połączone jest ze zbiornikiem buforowym 6 emulsji, na wyjściu którego umieszczona jest pompa wysokociśnieniowa 7 tłocząca mieszaninę reakcyjną do reaktora rurowego 8 wyposażonego w zespół promienników podczerwieni 9 ogrzewanych korzystnie elektrycznie. Wyjście reaktora rurowego 8 połączone jest z termosyfonową chłodnicą rurową 10 zanurzoną w czynniku 11 pośredniczącym w wymianie ciepła, zaś na wyjściu chłodnicy rurowej 10 znajduje się zawór rozprężny 12, którego wyjście połączone jest z separatorem kolumnowym 13 połączonym w górnej części z kondensatorem 14 korzystnie bezprzeponowym, natomiast w dolnej części ze zbiornikami produktów 15 i 16, zaś w górnej części wyjście kondensatora 14 połączone jest ze zbiornikiem alkoholu 4.

Sposób wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw według wynalazku przedstawiony jest w poniższym przykładzie.

Przykład:

Surowiec w ilości 100 I oleju rzepakowego, zawierający trójglicerydy oraz alkohol metylowy w ilości 100 I wstępnie podgrzano do temperatury 65°C i wprowadzono do hydrodynamicznego pola kawitacyjnego. Proces kawitacji prowadzono aż do chwili utworzenia stabilnej, w ciągu 2 minut, emulsji, następnie zdyspergowaną mieszaninę przetoczono pod ciśnieniem 30 MPa, w czasie 600 s oraz w temperaturze 300°C, przez reaktor usytuowany w polu promieniowania podczerwonego, po czym przereagowana mieszanina wprowadzona została do strefy intensywnego chłodzenia i chłodzona wodą demineralizowaną wzbogaconą inhibitorem korozji, aż do osiągnięcia temperatury 90°C. Następnie mieszaninę rozprężono, po czym fazy ciekłe produktów reakcji i gazową alkoholu separowano, gdzie fazę gazową skroplono, kondensat zawrócono do procesu, zaś fazy ciekłe produktów separowano i skierowano do zbiorników magazynowych. W wyniku prowadzonego procesu otrzymano 85 I biokomponentu oraz 12 I glicerolu, a nadmiar metanolu skierowano do zbiornika metanolu.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Linia technologiczna do wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw, posiadająca zbiorniki, pompę wirową i pompę wysokociśnieniową, reaktor rurowy, chłodnicę rurową, zawór rozprężny, separatory i skraplacze, znamienna tym, że zbiornik surowca (1.) zawierający trójglicerydy lub/i wolne kwasy tłuszczowe połączony jest z hydrodynamicznym kawitatorem (3) poprzez pompę o zmiennym wydatku (2), a zbiornik alkoholu (4) połączony jest z hydrodynamicznym kawitatorem (3) poprzez zawór (5), gdzie wyjście hydrodynamicznego kawitatora (3) połączone jest ze zbiornikiem buforowym (6) emulsji, na wyjściu którego umieszczona jest pompa wysokociśnieniowa (7) tłocząca mieszaninę reakcyjną do reaktora rurowego (8) wyposażonego w zespół promienników podczerwieni (9) ogrzewanych korzystnie elektrycznie, natomiast wyjście reaktora rurowego (8) połączone jest z termosyfonową chłodnicą rurową (10) zanurzoną w czynniku (11) pośredniczącym w wymianie ciepła, zaś na wyjściu chłodnicy rurowej (10) znajduje się zawór rozprężny (12), którego wyjście połączone jest z separatorem

   PL 229 547 Β1 kolumnowym (13) połączonym w górnej części z kondensatorem (14), korzystnie bezprzeponowym, natomiast w dolnej części ze zbiornikami produktów (15) i (16), zaś wyjście kondensatora (14) połączone jest ze zbiornikiem alkoholu (4).
2. 2. Sposób wytwarzania biopaliw i biokomponentów paliw, polegający na tłoczeniu oleju i wolnych kwasów tłuszczowych, wytworzeniu mieszaniny, tłoczeniu wysokociśnieniowym, prowadzeniu reakcji bezkatalitycznej alkoholizy, chłodzeniu, rozprężeniu, separacji faz i skropleniu par alkoholu, znamienny tym, że surowiec zawierający trójglicerydy lub/i wolne kwasy tłuszczowe oraz alkohol w proporcji 0,25-2,0 obj. wprowadza się do hydrodynamicznego pola kawitacyjnego i prowadzi proces kawitacji aż do chwili utworzenia stabilnej w ciągu 2 minut emulsji, następnie zdyspergowaną mieszaninę przetłacza się pod ciśnieniem 20 MPa - 45 MPa, korzystnie 35 MPa, w czasie 120 s - 3600 s, korzystnie 540 s oraz w temperaturze 200°C - 450°C, korzystnie 350°C, przez reaktor usytuowany w polu promieniowania podczerwonego, po czym przereagowana mieszanina wprowadzana jest do strefy intensywnego chłodzenia i chłodzona do osiągnięcia temperatury 20°C - 150°C, korzystnie 100°C, a następnie mieszaninę rozpręża się, po czym fazy ciekłe produktów reakcji i gazową, alkoholu separuje się, gdzie fazę gazową skrapla się, kondensat zawraca do procesu, zaś fazy ciekłe produktów separuje się i kieruje do zbiorników magazynowych.