Сировина для виробництва біодизельного палива.

Сировиною для виробництва біодизеля в основному служать жирні, рідше ефірні олії різноманітних рослин та водоростей, тваринні жири, рибний жир, використана харчова рослинна олія. Основною сировиною в світі являються рослинні олії. Наприклад, в Європі - ріпак, в США - соя, в Канаді - канола (різновид ріпака), в Індонезії та Філіппінах - пальмова та кокосова олія, в Індії - ятрофа, в Африці - соя та ятрофа, в Бразилії – касторова олія.

По своїй структурі рослинні олії мало чим відрізняються одна від одної і розрізняються тільки вмістом вуглецю і рівнем насиченості жирних кислот.

Так як біопаливо в основному виробляється з рослинної сировини, постає проблема в обмеженні кількості посівних площ через зростаючі потреби харчової промисловості. Міжнародною організацією "The Global Petroleum Club" було досліджено середній вихід олії з одного гектара землі в рік в залежності від виду сировини (табл. 26.3.) [18, 20, 21, 35].

Таблиця 26.3.

Виробництво олії з різної сировини з одного гектара землі в рік

Дня виробництва біодизеля в Україні найбільш раціонально використовувати насіння ріпаку, соняшнику та сої.

Станом на 1 жовтня 2013 року згідно офіційних закупівельних цін на олійнях соя коштує 3600 грн/т, соняшник - 3000 грн/т, ріпак - 3450 грн/т [21,23]. Порівнявши дані табл. 1 та рівень закупівельних цін можна зробити висновок, що найбільш раціональним та вигідним для виробництва біодизелю в першу чергу є ріпак, потім соняшник, а далі соя.

Найсприятливіші агроекологічні умови для вирощування озимого та ярового ріпаку в Україні на Поліссі та у зоні Лісостепу. Поряд із традиційним регіоном, де вирощують ріпак, - Західна Україна - найперспективнішими вважаються Чернігівська, Сумська, Полтавська і Черкаська області [20,21,23].

При відповідній технології вирощування ріпаку з 1 га площі отриманий врожай дає 20 тон зелених кормів, 20 тон зелених добрив, 3-3,5 тони насіння, 13 центнер олії, 16 центнер макухи (вижимків), 100 кг меду, 500 кг паперу. Призначене для виробництва олії насіння ріпака різних сортів, повинне мати вологість 5-7%, засміченість не більше 1%, вміст ерукової кислоти - менше 2% та кислотне число - не більше 3. Порушення цих вимог погіршує ефективність вижимання та етерифікації, а також може стати причиною зниження якості олії. На це впливають ступінь стиглості насіння та умови його зберігання. Із 3 тонн насіння ріпаку вологістю 7-S% можна отримати 1 тонну біодизеля, 1,9 тонни жмиху (із вмістом олії 8-12%), та біля 0,2 тонни гліцерину.

Найперспективнішим джерелом рослинної олії є водорості. В м. Дніпропетровську, спеціалістами ВАТ "БіодизельДніпро" було розроблено технологію та устаткування для продукування мікроводоростей і одержання олії для виготовлення біопалива, але через відсутність досвіду та напрацювань при роботі з даною сировиною поки не є можливим застосування даної технології в промислових масштабах.

Останнім часом намітилася тенденція до поступового збільшення виробництва і використання рапсу в Україні. У найближчі декілька років саме рапс може стати серйозним конкурентом соняшнику, який залишається домінуючою олійною культурою в Україні, оскільки потенційна стабільна врожайність рапсу може досягати 20 ц/га на землях, а врожайність соняшнику зазвичай не перевищує 12 ц/га. Для відновлення сівби соняшнику на колишньому полі по агротехнічних нормах треба 8-10 років, а для рапсу цей термін не перевищує 4 років [39].

З 60-х років до теперішнього часу сталися значні зміни в структурі виробництва олійного насіння. З появою сортів, які не містять ерукової кислоти, виробництво насіння рапсу зросло більш ніж в 7 разів, і він займає третє місце по об'ємах у виробництві олійних культур.

Головними регіонами світу по виробництву насіння рапсу є: Азія, займаюча 46,8% світового виробництва, Європа – 30,3% і Північна Америка – 19,2%.

Напрям використання олійного насіння, в першу чергу, залежить від складу в них жирних кислот, співвідношення між насиченими, ненасиченими і поліненасиченими жирними кислотами. Насіння рапсу використовує для виробництва харчового і технічного олій.

Усі види рослинної олії, які використовуються для виробництва продуктів харчування людей, а також комбікормів для молодняка сільськогосподарських тварин, повинні пройти глибоке очищення на спеціальному устаткуванні. Це необхідно для видалення з олії низькомолекулярних жирних кислот, альдегідів, кетону і інших летких продуктів, які визначають запах і смак продукту, а також виділення з нього небажаних чужорідних з'єднань – поліциклічних ароматичних вуглеводів, отрутохімікатів, токсичних продуктів [31-39].

Повнота виведення окремих груп супутніх речовин з рослинних олій залежить від їх специфічних властивостей і міри стійкості. Для порушення стабільності комплексу супутні для тріацил-гліцерини речовини потрібні підготовчі операції, які забезпечують послаблення стійкості таких систем.

Зараз з потужними підприємствами продуктивністю від 100 до 300 тонии/добу успішно стали конкурувати малі і середні комплекси по рафінуванню і дезодорації рослинної олії. Вони мають усі достоїнства великих підприємств по переробці олії – висока якість отримуваного продукту, низькі експлуатаційні витрати, високий рівень автоматизації. А також мають деякі переваги у вигляді низьких капіталовкладень при будівництві або переплануванні будівлі зважаючи на малі габарити комплексу, можливість переробки олії різного складу і різних фізико-хімічних показників.

При розробці подібних комплексів враховуються особливості малих підприємств, такі як обмеженість енергоресурсів і невелика площа виробничих приміщень. А наявність окремих блоків і вузлів комплексу дозволяє комплектувати з них лінії заданої продуктивності з різними стадіями виробничого процесу залежно від вимог до параметрів готового продукту. За допомогою таких комплексів малі і середні підприємства дістають реальну можливість переробляти рослинну олію з отриманням продукту, якість якого відповідає вимогам ГОСТ. Рапсова олія в порівнянні з іншими рослинними оліями з точки зору фізіології живлення людини має ряд переваг. Воно містить усі фізіологічно важливі кислоти з оптимальному співвідношенні. За змістом ненасиченої олеїнової кислоти толь-то маслинова олія і олія нових гібридів соняшнику з підвищеним вмістом цієї жирної кислоти перевершують рапсову олію. Вони містять 71- 81% олеїнової кислоти.

Олія рапсу привертає все більшу увагу в якості поновлюваної сировини для хімічної промисловості і енергетичних цілей. Сьогодні видимі три основні напрями його використання для технічних цілей: в якості палива, мастильних засобів, в якості початкового матеріалу для синтезу, в хімічній промисловості.

У Європі у зв'язку з проблемами охорони довкілля все більше застосування знаходить рапсову олію в якості палива (біодизельне паливо). Його використання дозволяє частково скоротити споживання обмежених запасів природної нафти і понизити навантаження С02 на довкілля. При виробництві і використанні 1 л дизельного палива виділяється 3 кг С02, а біодизельного – 0,5 кг.

Таблиця 26.4.

Фізико-хімічні показники ДП і МЕРО

Неспростовним лідером з виробництва нешкідливого для довкілля палива в Євросоюзі являється Німеччина. У 2003 році 23 працюючих тут фірми отримали близько мільйона тонн насіння рапсу для біодизеля, тобто половина від загального обсягу виробництва рапсу в ЄС. Інша половина вироблена у Франції, Італії, Чехії, Данії, Австрії, Швеції і Великобританії. Літр біопалива на автозаправних станціях Німеччини сьогодні коштує 0,75 євро, а традиційну солярку – 0,90 євро. У Німеччині під рапс виділяється приблизно 1,3 млн. га сільськогосподарських земель, що складає 10% усіх використовуваних земельних угідь.

На підставі досліджень встановлено, що перспективним альтернативним паливом ДВЗ являється паливо, яке отримують шляхом змішування рідких вуглеводневих палив і похідних рапсової олії (РМ) – метилових ефірів РМ (МЕРО). Для отримання МЕРО використовують РО, яке пройшло дві стадії очищення – рафінування і вибілювання. Потім шляхом прямої переетерифікації гліцеридів рапсової олії з метиловим спиртом при температурі 80-90 С у присутності їдкого калію отримують суміш метилових ефірів рідких кислот РО. Визначення фізичних показників РО, МЕРО і дизельного палива (ДП), а також їх.сумішей проводять з використанням традиційних лабораторних приладів і пристосувань. У таблиці 26.5 приведені фізико-хімічні показники ДП і МЕРО. У країнах Західної Європи, в Німеччині, Франції, Австрії і Італії віддають перевагу метилованій рапсовій олії. Наприклад, в Німеччині вже більш ніж на 1000 станціях заправляють автомобілі біодизельним паливом. При урожаї насіння рапсу 30 ц/га можна робити близько 1300 л біодизельного палива (БДП).

Вартість БДП на основі суміші рапсової олії, як правило, нижче ринкової ціни нафтового дизпалива. Але навіть за умови рівної ціни доцільність використання БДП диктується високими цінами на нафту, вимогами екології. Позитивні результати по виробництву БДП отримані за кордоном. За останні 10 років попит на БДП виріс до 2 млн. тонн. Половина цього об'єму споживається в Німеччині, де БДП не оподатковується і стоїть на 0,26 євро/л дешевше за дизельне паливо нафтового походження. До кінця 2005 р. потреба Євросоюзу у БДП складала близько 5 млн. тонн, а до 2010г. прогнозується 12 млн. тонн, що викличе зростання попиту на рапсові олії на 20 -26%.

В таблиці представлене виробниче обладнання яке може використовуватися дія організації малотонажного виробництва біодизеля в замкненому циклі. Це обладнання в Україні представляє фірма "БіоДизель Днепр" [19, 20, 21].

Таблиця 26.5.

Виробничність біодизельних реакторів, які виготовляються фірмою "БіоДизель-Двіпро" для замкненого циклу виробництва.

Рис. 26.3. Основні технологічні стадії багатотоннажного комерційного комплексу виробництва біодизеля.

Рис. 26.4. Основні технологічні стадії проведення реакції етерифікації і випуску товарного гліцерину.

Таблиця 26.6.

Вимоги до насіння рапсу в якості сировини для виробництва біодизеля

Таблиця 26.7.

Вимога до рапсової олії в якості сировини для виробництва біодизеля

Гліцерин використовують при обробці сімян і сіянців. Розбавлені розчини гліцерину допомагають проросту вівса і інших злаків. З ціллю обробки рослин і плодових дерев застосовують суміш: дві частини гліцерину, одна частина формальдегіду і 17 частин води [40,41]. Гліцерин -цінний компонент полірувальних складів, особливо лаків, застосовуючи для обробки. В процесі етерифікації каніфолі з гліцерином утвориться продукт, використаний для виробництва різних лаків. Багатоосновні кислоти при конденсації з гліцерином утворюють смоло образні продукти, названі гліфталями. Гліцерин 98% • вий застосовують для виробництва електроізоляційних лаків. Гліцерин в текстильній промисловості застосовують в прядінні, тканні, окрасці. Гліцерин використовують для приготування екстрактів, чаю, кави, імбиру та інших рослинних речовин, які подрібнюють, зволожують і обробляють гліцерином, нагрівають і витягують водою для отримання екстракту, що містить близько 30 % гліцерину. Гліцерин широко застосовують при виробництві безалкогольних напоїв. Великі підприємства витрачають понад 450 т гліцерину вищого сорту в рік для приготування екстракту, який у розведеному стані надає напоям "м'якість". Гліцерин використовують при отриманні гірчиці, желе і оцту. Гліцерин застосовують для одержання харчових поверхнево-активних речовин (ПАР), що використовуються в якості добавок, що сприяють підвищенню якості готової продукції. Найбільш поширені харчові ПАР - моно - і діглицеридіфири полігліцерину, окисизтиліровані моногліцериди і жирні кислоти, ефіри пропіленгліколю. У промисловості моногліцериди отримують в результаті етерифікації жирних кислот і гліцерину або глицеролізом жирів і масел. При виробленні хлібобулочних виробів ПАР сприяють рівномірному розподілу жирів у тісті, запобігають налипанню клейковини і крохмалю при випічці. У зв'язку з цим збільшується об'єм хліба та уповільнюється його черствіння. При виробництві кондитерських виробів ПАР зменшують прилипання карамелі, не допускають "посивіння" шоколаду в процесі зберігання [16, 19, 21].

Гліцерин знаходить широке застосування в медицині та виробництві фармацевтичних препаратів. Його використовують у наступних цілях: для розчинення ліків; надання вологості таблеткам та пігулкам; підвищення в'язкості рідких препаратів; оберігання від ензиматичних змін при ферментації рідин і від висихання мазей, паст і кремів.