Produktion av biodiesel - en översikt

Biodiesel framställs från ren vegetabilisk olja, animalisk olja/fett, talg och spilloljor. Det finns tre grundläggande varianter till biodieselproduktion av oljor och fetter:

• Baskatalyserad omförestring (transesterifiering) av oljan.
   
• Direkt syrakatalyserad omförestring av olja.
   
• Konvertering av olja till dess fettsyror och sedan till biodiesel.

Nästan alla biodiesel tillverkas med hjälp av baskatalyserad ömförestring eftersom det är den mest ekonomiska processen, och som kräver endast låga temperaturer och tryck och ger en 98%-ig utvinning.
Av detta skäl kommer endast denna process att beskrivas i denna rapport.

Transesterifieringen är en reaktion mellan en triglycerid (fett/olja) med en alkohol för att bilda estrar och glycerol. En triglycerid har en glycerinmolekyl som sin bas med tre långkedjade fettsyror bifogad. Egenskaperna hos fettet avgörs av vilken typ av fettsyror som bifogas till glycerin. Typen av fettsyror kan i sin tur påverka egenskaperna hos biodieseln.

Under esterificeringesprocessen, har triglyceriden reagerats med alkohol i närvaro av en katalysator, vanligen en starkt alkalisk, som natriumhydroxid. Alkoholen reagerar med fettsyror för att bilda ett mono-alkylester, eller biodiesel och rå glycerol. I de flesta produktioner är metanol eller etanol den alkohol som används (metanol producerar fettsyremetylestrar (FAME), etanol producerar fettsyraetylestrar (FAEE)) och är baskatalyserat av antingen kalium eller natriumhydroxid. Kaliumhydroxid har visat sig vara mer lämpligt för etylester biodiesel. Båda baserna kan användas för metylester. En vanlig produkt av oförestringsprocessen är rapsmetylester (RME), som har framställts av obehandlad rapsolja som reagerats med metanol.

Bilden nedan visar den kemiska processen för metylester biodiesel. Reaktion mellan fett eller olja och alkohol är en reversibel reaktion och så måste alkoholen tillföras för att driva reaktionen åt höger och säkerställa en komplett konvertering.




Reaktionsprodukter är biodieseln själv och glycerol. En framgångsrik omförestringsprocess utmärks av separationen av nivåerna på ester och glycerol efter reaktionstiden. Den tyngre, biprodukten, glycerol, separeras och får säljas som det är, eller kan den renas för användning i andra branscher, t.ex. läkemedels- eller kosmetikaindustrin etc.

Rent vegetabilisk olja (SVO) kan direkt användas som ett mineraldieselsubstitut, men om man använder detta bränsle utan att först noggrant undersöka med fordonstillverkaren, kan det leda till några ganska allvarliga motorproblem. På grund av dess relativt höga viskositet leder SVO till dålig atomisering av bränslet, ofullständig förbränning, koks av bränsleinsprutningar, torrdestillation av packningar, och ansamling av bränsle i smörjolja. Den bästa metoden för att lösa dessa problem är omförestring av olja.

Fördelarna vid förbränning med omföresrad olja är:

• Sänkt viskositet
• Fullständigt avlägsnande av glycerider
• Sänkt kokpunkt
• Sänkt flampunkt
• Sänkt flytpunkt

Blandning av alkohol och katalysator

Katalysatorn är vanligen natriumhydroxid (kaustiksoda) eller kaliumhydroxid (kaliumklorid). Det är upplöst i alkohol med hjälp av en standardagitator eller mixer.

Reaktion: Alkohol/katalysator-blandningen laddas in i ett slutet reaktionskärl och olja eller fett tillförs. Systemet är från och med nu  helt stängt för atmosfären för att förhindra förlusten av alkohol. Reaktionsblandningen hålls precis ovanför kokpunkten av alkohol (ca 160 ° F) för att skynda på reaktionen och reaktionen sker. Rekommenderad reaktion varierar från 1 till 8 timmar, och vissa system rekommenderar att reaktionen sker vid rumstemperatur. Övermått av alkohol är används normalt för att säkerställa en fullständig omvandling av fett eller olja till dess estrar. Försiktighet måste vidtas för att övervaka mängden vatten och fria fettsyror i inkommande olja eller fett. Om den fria fettsyrans nivå eller vattennivån är för hög kan det orsaka problem med tvålbildning och separationen av biprodukten glycerin.

Separation

När reaktionen är klar finns två stora produkter: glycerin och biodiesel. Båda har en betydande del av den överskjutande metanol som används i reaktionen. De reagerade blandningen är ibland neutraliserad i detta steg om det behövs. Glycerinet är mycket tyngre än biodiesel, så de kan separeras helt enkelt att avlägsna den nedre delen av sedimenteringskärlet. I vissa fall används en centrifug för att skilja de båda materialen åt snabbare.

Alkoholens avlägsnande

När glycerinet och biodieseln har skilts åt, avlägsnas överskottet på alkohol i varje fas med en blixt dunstning eller genom destillation. I andra system, avlägsnas alkoholen och blandningen neutraliseras innan glycerin och estrar har skilts åt. I båda fallen återvinns alkoholen med hjälp av destillationsutrustning och återanvänds. Försiktighet måste vidtas för att säkerställa att inget vatten ackumuleras i den återvunna alkoholen.

Glycerinneutralisering

Biprodukten glycerin innehåller oanvända katalysatorer och såpa som neutraliseras med en syra och skickas till lagring som rå glycerol. I vissa fall återvinns saltet som bildats under denna fas för att användas som gödselmedel. I de flesta fall lämnas saltet i glycerinet. Vatten och alkohol tas bort för att producera 80-88% ren glycerin som är färdigt att säljas som råglycerol. I mer avancerade operationer, destilleras glycerinet till 99% eller högre renhet och säljs till kosmetika- och läkemedelstillverkarna.

Tvättning av metylester

När glycerinet har separerats renas ibland biodieseln genom att tvättas försiktigt med varmt vatten för att avlägsna rester av katalysatorer och såpa, torkas och sänds till lagring. I vissa processer är det här steget onödigt.Detta är normalt slutet av tillverkningsprocessen som leder till en klar bärnstensgul vätska med en viskositet som liknar petroleumdiesel.

I vissa system av destilleras biodieseln i ytterligare ett steg för att ta bort små mängder färgämnen för att producera en färglös biodiesel.

Produktkvalitet

Före användning som ett kommersiellt tillgängligt bränsle, måste den färdiga biodieseln analyseras med hjälp av avancerad analysutrustning för att garantera att den uppfyller alla kvalitetskrav som standarder kräver.

De viktigaste faktorerna i biodieselproduktion för att säkerställa problemfri funktion i dieselmotorer är:

• Komplett reaktion
• Avlägsnande av glycerin
• Avlägsnande av katalysatorer
• Avlägsnande av alkohol
• Avsaknad av fria fettsyror