Малогабаритне обладнання для виробництва біодизельного палива.

Відома установка для виробництва біодизеля типу БДЦ - 200 [33,35,36]. Основні її технічні характеристики: виробничість – 200 л/ч, необхідна площа для розміщення обладнання - 60-80 м², споживна потужність - 35 кВт, гарантійний строк роботи - 24 місяця. Установка БДЦ складається з біодизельного реактора, електронагрівача, статичного міксера, центробіжного насосу, пристрою для контролю тиску та температури. Основними недоліками такої установки є її низька виробничість, тривалість технологічного процесу, великі енерговитрати, низька ефективність виробництва біодизеля. Головним недоліком є те, що біодизельне паливо отримується у результаті простого механічного змішування компонентів які входять в біопаливо, міксером, при цьому відсутнє диспергування компонентів на молекулярному рівні. В результаті чого біодизельне паливо в процесі зберігання розшаровується на вхідні компоненти, що дуже негативно впливає на працездатність дизелів (підвищений знос паливної апаратури, гільзо-поршневої групи, клапанного механізму та інших складальних частин, складність запуску дизеля та нестабільність його роботи). Розроблена малогабаритна енергозберігаюча установка для для отримання біодизельного палива в умовах АПК (фермерських господарств, міні-цехів невеликої потужності) [27,28,37].

На рис. 26.13 пропонується принципіальна схема установки. Установка має приводной електродвигун 1; з'єднальну муфту 2; крани 4, 5, 7, 10 та манометр 9, які призначені для регулювання технологічного процесу та контролю тиску у системі; три технологічні ємності: для сировини 14 (рапсової олії або інший компонент із біомаси), ємність 11 для дизельного пального, 16 для готової продукції (біодизеля), в нагнітаючу магістраль 14, вмонтовані дозатор для дизпалива ежекторного типу та гідродинамічний кавітатор ударної дії, причому дозатор встановлений в магістраль 14 перед входом 17 в кавітатор, а вхід 17 в кавітатор 8 з'єднаний магістраллю 14 через бай-пас 19 з гідронасосом 3, вихід 18 кавітатора з'єднаний трубопроводом 20 до ємності готової продукції 16, отвір виходу 20 за внутрішнім діаметром більше ніж у входу 17. В установці є бай-пас 19 для регулювання робочого тиску в кавітаторі 16. Змішувач - дозатор 13 ежекторного типу служить для насичення дизельного палива рапсовою олією; гідродинамічний кавітатор 8 для інтенсивного диспергування дизпалива з олією. Магістраль (а) служить для подачі олії з ємності 15, магістраль (в) - для виходу готової продукції в технологічний бак. Установка працює таким чином. При включені приводного електродвигуна 1, через муфту 2, гідронасос 3 всасує олію із зовнішнього джерела в магістраль (а) до відкритого крану 4 та потрапляє у всасуючу магістраль гідронасосу 3. При цьому кран 5 повинен бути відкритим, акрани 7,10,12 - закриті. Після того як відрегулювали краном 12 подачу олії з

Рис. 26.13. Принципова схема малогабаритної установки [37].

ємності 15, та в змішувач-ежектор 13, відкриваємо кран 12 і краном 5 регулюємо спочатку робочий тиск у нагнітаючій магістралі 14, який контролюється манометром 9. Дизпаливо під тиском проходить по нагнітаючій магістралі 4 та потрапляє у кавітатор 8, де відбувається інтенсивне насичення дизпалива рапсовою олією. З виходу 18, кавітатора, гідродинамічна суміш по магістралі подається у технологічний бак 16. Після насичення дизпалива олією, крани 10, 12 закриваємо, а установку включаємо. Дисперговане таким чином дизпаливо з рапсовою олією, інакше кажучи біодизель потрапляє у магістраль (в), а потім в бак готової продукції 16. Установка апробована в умовах агровиробництва, отримані результати наведені у таблиці 26.12.

Таблиця 26.11.

Властивості біодизельного палива та дизельного палива нафтового походження

Рис. 26.14. Малогабаритна установка УБД-400 для виробництва біодизеля на основі рослинної олії [37].

Мобильність, простота конструкциі і невеликі габаритні розміри, дозволяють використовувати установку в любому фермерському господарстві. Установка може бути використана господарствами використовуючими біодизель, для кінцевого и повного змішування с традициійним дизельным паливом. При кавитаційнних процессах виникає хімічна активація суміши, образується велика кількість мілких "пузирьків-окислювачів", їх заряджання енергієй високих температур і тисків, забезпечення інтенсивного диффузійного переноса реагуючих середовищ, в наслідок чого виникає однорідна суміш, без подальшого розділення складових. Технічні характеристики: Виробничність- 400 л/г; Використовуєма потужність- 2,2 кВт, 380 В; Габаритні розміри-1260-860- 800 (мм) Масса- 55 кг.

Одночасно проведені досліди по використанні метилового ефіру (МЄ) в суміші з дизельним паливом (ДІЇ) нафтового походження в різних співвідношеннях 75% ДП +26% ME, 50% ДП + 50% ME, 26% ДП + 75% ME, а також чистого метилового ефіру. Встановлено що по своїм фізичним показникам ME наближається до дизельного палива. Основними недоліками лінії [33-36], е великі габаритні розміри, важкість конструкції, великі енерговитрати, низька надійність, По цим причинам лінія не мала практичного використання при виробництві БДП. Враховуючи можливість і перспективність виробництва і використання в Україні БДП для дизелів сільськогосподарської техніки розроблена малогабаритна установка для отримання гідродинамічної активованої суміші [19,20,21,28] рапсової олії з дизпаливом нафтового походження. Схема установки показана на Рисунку 26.15. Комплектність установки - гідростанція, емульгатор, напірний насос – дозатор, контрольно- вимірювальна і з'єднувальна апаратура, пульт керування. В якості гідростанції використовується установка УСЖ - 01 ПС, напірний насос - дозатор ежектронного типу. Емульгатор представляє собою моноблок, що складається з паралельно включених гідродинамічних кавітаторів, двох розподільних колекторів, запірної і вимірювальної апаратури (крани, манометри, термометри і ін.) Технологія отримання "БДП" базується на дозуванні і диспергуванні рапсової олії в "БДП" складає 20 - 26% (в залежності від цетанового числа). Технологічний процес "БДП" складається з наступних стадій:

• 1. підготовка сировини (рапсова олія);
• 2. дозування і диспергування рапсової олії в потоці дизельного палива нафтового походження;
• 3. вхідний аналіз і визначення якості продукції (проміжкові аналізи);
• 4. кінцевий аналіз і паспортизація готової продукції "БДП";
• 5. вхідний аналіз і визначення якості продукції (проміжкові аналізи);
• 6. кінцевий аналіз і паспортизація готової продукції "БДП".

Рис. 26.15. Схема гідродинамічного апарата для отримання біопалива [126,29,32].

1,4,6 - вентилі; 2,10 - манометри; 3 - напірний насос; 5 - живильний насос; 7 - емульгатор; 8 - бак для присадки; 9 - бак для світлих нафтопродуктів; 11 - бак для готової продукції.

Рис. 26.16. Мобільна установка на базі автомобіля ГАЗ -3317А.

Властивості рапсового і традиційного дизельного палива

Одночасно узагальнені дані по спеціалізованих фірмах Германії, Польщі, США, а також Української аграрної академії наук, науково-дослідному транспортному інституту (м. Київ) і іншим організаціям. Іспити БДП також проводяться і в Австралії, Франції, Італії, Іспанії, Великобританії [24]. Узагальнені дані по властивостям рапсового і традиційного дизельного палива приведені в таблиці 26.12. З таблиці видно, що біопаливо на основі рапсової олії може бути вживаним для використання в двигунах всіх модифікацій без їх конструктивної зміни. Покладаючись на закордонний досвід [20] та розробки [35,36], було розроблено - універсальну гідродінамічну установку для виробництва БДП на основі диспергування на молекулярному рівні рапсової олії з етанолом в присутність лужного каталізатору (наприклад, гідроксіду натрію) [21,34,38]. Установка призначена для отримання БДП в умовах агропромислового виробництва. Принципову схему універсальної установки для отримання БДП представлено на Рисунку 26.17. Установка включає в себе технологічну ємність 1 для сировини (рапсова олія), гідростанцію, що складається з електродвигуна 3, муфти 4, насоса 5, бай - паса 6 і крана 7 для регулювання тиску олії в системі. Бай - пас 6 нагнітаючою магістраллю 8 і через кран 9 з'єднаний з дозатором – змішувачем 10 інжекторного типу і гідродинамічним диспергатором 19. Дозатор - змішувач 10 і диспегатор 19 встановлені послідовно, причому вихід дозатора з'єднано з входом диспергатора. Дозатор - змішувач 10 має порожнину розрідження "Р" між соплом 11 и розширювачем 12, розміщеним в його корпусі назустріч одне одному. Порожнина розрідження дозатора трубопроводом 17 через кран 18, з'єднана з колектором 13. Колектор 13 з'єднано через крани 14, 15 і 16 з внутрішніми порожнинами бака 35, що має три секції 20, 21 і 22 для компонентів. Секція 20 призначена для дизельного палива нафтового походження, секція 21 - для метанолу, секція 22 - для каталізатора (гідроксид натрію). Вихід дозатора 10 з'єднаний з входом гідродинамічного диспергатора 19. Одночасно вихід диспергатора трубопроводом з'єднано з технологічною ємністю 24 для гідродинамічно активної суміші рапсової олії з компонентами, що надходять із секції 20,21 и 22 бака 35 через колектор 13 и дозатор - змішувач 10. Ємність 24 через кран 26 з'єднана з сепаратором 26 для розділення фаз "біодизель" і "водно - гліцеринова суміш", відповідно поступаючих в ємності 27 і 28. Ємність 28 для "водно - гліцеринової суміші" з'єднано з фільтром-вологоочисником 29, який в свою чергу з'єднаний з ємністю ЗО для гліцерину та 31 для збору вологи (води). Ємність 24 оснащено дренажним трубопроводом 32 з краном 33 для видачі готової продукції. Установку обладнано вимірювальними приладами (манометром 36, датчиком температури 37, витратоміром біодизеля 34). Установку конструктивно виконано по модульно - блочному типу, що забезпечує універсальність [38]. Універсальність установки передбачається її можливістю працювати в трьох режимах, а саме:

• 1. Отримання БДП на основі диспергування холоднопресованої очищеної рапсової олії (РО), дизельного палива (ДП) нафтового походження і метанолу (М), з впливом каталізатора (К).
• 2. Отримання БДП на основі чистого метилового ефіру (ME), з динамічно активізованої суміші (РО) і (М).обробленої каталізатором (К).
• 3. Отримання БДП з суміші ДП та РО диспергуванням компонентів на молекулярному рівні.

Універсальна установка [21,38] працює в режимах 1, 2 и 3 таким чином: в режимі 1 - крани 14, 15, и 16 бака 35 відчинено для проходження в дозатор- змішувач 10 всіх компонентів. При включенні приводний електродвигун З через муфту 4 починає обертати гідронасос 5, який всмоктує РО з ємності 1 та подає її в бай - пас 6 и напірну магістраль 8 установки. Після цього краном 6 бай-паса регулюється робочий тиск в магістралі 8, який контролюється манометром 36. Рапсове масло під тиском проходить по напірній магістралі 8 при відкритому крані 9 і попадає в дозатор – змішувач 10. Одночасно при відкритих кранах 14, 15 и 16 із секцій 20, 21 и 22 бака 35 в колектор 13 потрапляють компоненти (ДП, МБ та К), які завчасно в ньому змішавшись, всмоктуються через відкритий кран 18 і трубопровід 17 в порожнину розрідження Р дозатора 10. В дозаторі- змішувачі 10 рапсове масло інтенсивно насичується компонентами (ДТ, М та К). Попередньо насичена суміш попадає в гідродинамічний диопергатор 19. В кавітаторі 19 виконується глибоке диспергування суміші компонентів з РМ на молекулярному рівні. Активована суміш, одержуючи властивості БДП поступає по трубопроводу 23 в технологічну ємність 24, а потім - в сепаратор 26 при відкритому крані 26. В сепараторі 26 суміш розділяється на фази "біодизель" и "водно- гліцеринова суміш", потім кожна фаза поступає в відповідні ємності 27 і 28. Далі "водно - гліцеринова суміш" подається з ємності 28 в фільтр-вологоочисник 29, де розділяється на гліцерин і воду. Гліцерин зливається в ємність ЗО, а волога (вода) в ємність 31. В результаті готова продукція "БДП" з ємності 27 по ірубопроводу 32 при відкритому крані 33 через витратомір 34 видається споживачеві. Гліцерин може бути використаний при виробництві кормових добавок для птиць.

Рис. 26.17. Універсальна установка для виробництва біодизельного палива [21,38].

В режимі 2 - установка працює при закритому крані 14 и відкритих кранах 15 і 16 для потрапляння відповідних компонентів (метанолу і каталізатора) через колектор 13 в порожнину розрідження Р дозатора змішувача 10. Технологічний процес отримання БДП аналогічний роботі в режимі 1.

В режимі 3 - установка працює при закритих кранах 15 і 16 бака 35 и відкритому крані 14 для потрапляння ДП нафтового походження через трубопровід 13 в порожнину розрідження Р дозатора-змішувача 10. В подальшому подібним чином, як і по п.п. 1 і 2, протікає технологічний процес отримання "БДП" на основі диспергуваня ДП і РО. Установка [21,38] апробована в умовах агровиробництва, отримані результати наведені у таблиці 26.13.

Таблиця 26.13.

Властивості біодизельного палива та дизельного палива нафтового походження

Універсальна установка для виробництва біодизельного палива випробувана в ЮНТЦ (УААН), отримані обнадіюючи результати, а саме:

• - біодизельне паливо по своїх фізико - експлуатаційним властивостях пракично не відрізняється від дизельного палива нафтового походження;
• - викиди відпрацьованих газів значно зменшуються;
• - викиди твердих частин зменшуються до 50 %;
• - працездатність дизелів практично не змінюється без конструктивної модернізації основних вузлів і агрегатів;
• - продуктивність установки 1100 л/год. біодизельного палива.