Výroba bionafty
Bionafta je palivo podobných vlastností ako normálna nafta, ale je vyrobená z rastlinného oleja alebo živočíšneho tuku. Na výrobu bionafty sa najčastejšie používa repkový olej.
- Z chemického hľadiska je bionafta – metylester mastných kyselín – „FAME“.
- Bionafta z repkového oleja je – metylester repkového oleja – „MERO“.
Bionafta – FAME – tento obecný názov sa používa na biopalivo, ktoré môže byť vyrobené z ľubovoľných tukov rastlinného alebo živočíšneho tuku.
V podstate existujú dva základné smery výroby FAME. Jedná sa o to, či surovinou sú samotné mastné kyseliny, alebo triglycerid /tuk/.
- FAME vyrobené z mastných kyselín sa vyrába priamou esterifikáciou metanolom v kyslom prostredí.
- FAME vyrobené z triglyceridov sa vyrába transesterifikáciou metanolom v zásaditom prostredí.
FAME musí na záver spĺňať normu EN14214, ktorá vznikla po dohode hlavných výrobcov naftových motorov.
Popis procesu priamej esterifikácie:
Tento proces sa využíva hlavne pri spracovávaní kyslých surovín, ako sú fritovacie oleje alebo živočíšne tuky. Po priamej esterifikácii mastných kyselín je potrebné ešte transesterifikáciou premeniť triglycerid. Po skončení tohto procesu zvyčajne nie sú splnené estery, pretože tieto suroviny obsahujú vysoký nezmydelniteľný podiel. Preto býva na záver technológie zaradená destilácia.
V prípade spracovávania organickej vrstvy z rozkladu g-fázy, ktorá vzniká pri transesterifikácii je produkt po prebehnutí priamej esterifikácie hotový, pretože vstup sa skladal z mastných kyselín a z FAME. Tento produkt ale nespĺňa úplne EN 14214 a preto sa obvykle pridáva v malom množstve do vstupu transeterifikácie, alebo si vyžaduje ďalšie spracovanie.
FAME sa vyrába v aparatúre pod tlakom a teplotou, kde nedochádza k odparovaniu metanolu. Nahriaty kyslý tuk, metanol a katalyzátor vstupujú spolu cez mixér do tlakového priestoru. Ako katalyzátor sa zvyčajne používa kyselina sírová. Preto je táto technológia náročná na materiálové prevedenie.
V reakcii vzniká reakčná voda ktorá, aj keď jej nie je veľa, negatívne vplýva na proces. Preto je potrebné pridávať značný prebytok metanolu, aby sa reakcia nezastavila. Z tohto dôvodu si potom táto technológia vyžaduje ešte jednu časť- regeneráciu metanolu. Je to dôležité pre ekonomiku výroby. Tento metanol je potom schopný spätne vstupovať do procesu.
Po uplynutí reakčného času, FAME opúšťa tlakový priestor a ochladí sa odparením časti metanolu. Na záver sa v sedimentačnej nádrži oddelí kyslý metanol s vodou od FAME.
Popis procesu transeterifikácie triglyceridov:
FAME vyrábame pomocou chemickej reakcie zvanej transesterifikácia, pri ktorej prebieha s použitím katalyzátora reakcia medzi tukom a metanolom. Pri reakcii sa od glycerínu oddelia reťazce mastných kyselín a spoja sa s metanolom na metylestery mastných kyselín – FAME. Glycerín nie je čistý, je to tzv. g-fáza, ktorá je obchodovateľná, alebo ju treba ďalej spracovávať.
Transesterifikácia rastlinných olejov a tukov sa skladá z častí:
Transesterifikácia:
V procese transeterifikácie vstupuje do reakcie triglycerid, metanol a zásaditý katalyzátor. Reakcia si vyžaduje čo najmenší podiel voľných mastných kyselín a vody. Preto je potrebné tuk pred procesom odkysliť, odvodniť a zbaviť fosforu.
Na predprípravu tuku sa používa degumming, kde je surový tuk zbavený fosforu, kyslosti a vody. Niekedy stačí použiť kyslý degumming /vtedy sa rieši len fosfor/. Je to vtedy, ak vstupná surovina nie je moc kyslá. Výhoda je v tom, že sa tu nerieši krok neutralizácie a nevzniká soapstock. Tento produkt spôsobuje značné straty triglyceridu a aj po prepracovaní s kyselinou sírovou, nie je žiadanou surovinou pre trh.
Ešte výhodnejšia je neutralizácia g- fázou, kde sa rieši kyslosť a voda. Tento krok je možné využiť pri určitých parametroch kyslosti a vody. Určite je dobré, aby tuk mal upravený fosfor, ktorý by v neutralizácii dosť zvyšoval straty.
Pri neutralizácii s g-fázou sa upravujú parametre tuku – upravuje sa kyslosť na hodnotu 0,1 – 0,05 mg KOH/g tuku. Čiastočne sa rieši aj vlhkosť. Kyslosť tuku a vodu znižujeme pomocou g-fázy, roztoku KOH a vody.
Proces transeterifikácie:
Upravený tuk sa nadávkuje do prvého esterifikačného reaktora a zamieša sa s katalyzátorom – metanolátom sodným. Po prebehnutí reakcie sa zreagované FAME prečerpá do odsadzovacej nádoby, v ktorej sa oddelí g-fáza od FAME.
FAME sa ďalej nadávkuje do druhého esterifikačného reaktora a zamieša sa s katalyzátorom. Po prebehnutí reakcie so zbytkovým tukom sa zmes prečerpá do druhej odsadzovacej nádoby, v ktorej sa oddelí g-fáza od FAME. Vo vrchnej časti obsadzovacej nádoby sa nachádza surové FAME s metanolom, mydlami atď.
V tejto časti je potrebné pripraviť aj katalyzátor. V špeciálnom reaktore sa mieša bezvodý metanol s vratným metanolom a metanolátom sodným. Výsledkom je katalyzátor – metanolát sodný s potrebnou koncentráciou NaOH v metanole.
Odmetanolovanie FAME:
FAME z druhej esterifikačnej odsadzovacej nádoby sa kontinuálne prečerpáva do prvej destilačnej aparatúry, kde sa pod vákuom 30kPa a teplotou 75 – 80°C z FAME odparuje metanol s vodou. Metanol sa následne na kolóne oddeľuje od vody a v kondenzátoroch skondenzuje na vratný metanol o čistote nad 99,9%. Vratný metanol sa používa pri výrobe katalyzátora.
Vo FAME zbavenom metanolu sa nachádzajú – 1%metanolu, mydlá, glycerín.
Extrakcia FAME:
Odmetanolované FAME sa kontinuálne prečerpáva do troch stupňov extraktorov. Extraktor je zariadenie, v ktorom sa FAME zmiešava s extrakčnou vodou (ohriata voda 80°C zmiešaná s deemulgátorom – kyselinou citrónovou). FAME sa po zmiešaní s extrakčnou vodou prečerpá do odsadzovacích nádob, kde extrakčná voda v sebe rozpustí metanol, mydlá, glycerín a.i. V spodnej časti odsadzovacej nádoby sa odseparuje. V poslednom 3 stupni extrakčnej separačnej nádobe je v hornej časti už čisté opraté FAME.
Extrakčná voda sa môže využiť v bioplynových staniciach, alebo sa dá prečistiť v procese rekompresie. Obsahuje malé množstvá metanolu, FAME, glycerlu, mydlá, atď.
Sušenie FAME:
Opraté FAME sa kontinuálne prečerpáva do druhej destilačnej aparatúry, kde sa pod vákuom 3kPa a teplotou 95 – 100°C z FAME odparuje voda. Vysušené FAME má v sebe max.250 ppm vody. Znečistená odparená voda skondenzuje v kondenzátoroch a prečerpáva sa do g-fázy.
Aditivácia FAME
Finálne FAME musí splniť normu EN 14214. Parametre oxidačnej stability na 110°C – min.8hodín a filtrovateľnosti do -20°C v zime sú ale problém. Vzhľadom na to, že FAME nemá tieto vlastnosti musí sa aditivovať. Zariadenie aditivácie má v sebe zabudované aj dva rukávové filtre. V týchto filtroch sú filtračné rukávy s filtračnou schopnosťou 2 µm.