Ефективність та способи виробництва біодизелю

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра Менеджменту Факультет Економічний альтернативних джерел енергії

Реферат на тему:

"Ефективність та способи виробництва біодизелю"

Виконав:

студент групи 41-ІСУ

Маковей. В.В.

Перевірив:

Зубар І.В.

Вінниця 2014

План

Вступ

1. Біодизель та його використання

2. Фізичні та хімічні властивості біодизелю

3. Технологія виготовлення біодизелю

4. Біодизель у світі

5. Біодизель в Україні

Список використаної літератури

Вступ

Переетерифікация рослинних жирів була здійснена 1853 року вченими E. Duffy та J. Patrick, задовго до запуску першого дизельного двигуна. 10 червня 1893 року у місті Ауґсбург, Німеччина Рудольф Дизель випробував свій перший одноциліндровий двигун, який був завдовжки 3м та важив 4,5 тони. Двигун вибухнув та ледь не вбив винахідника. На згадку про подію, 10 червня проголошено «Міжнародним днем біодизелю». У 1900 році на всесвітній виставці в Парижі Дизель продемонструвавши свій двигун отримав головну нагороду .

Дизель вірив, що майбутнє для його двигунів за використанням біопалива. У 1912 році він сказав «використання рослинних жирів для виробництва палива може видаватись несуттєвим зараз, але з плином часу такі жири можуть стати настільки ж важливими, як продукти з нафти та вугільної смоли в наш час».

Протягом 1920-х, виробники дизельних двигунів переорієнтували свої двигуни на використання дизельного палива виготовленого з нафти, що має меншу в'язкість порівняно з рослинними жирами. Нафтова промисловість спромоглася здійснити вторгнення на паливний ринок оскільки виробництво палива з нафти було значно дешевшим ніж з біологічної сировини. Як наслідок багаторічний занепад виробництва біопалива. Лише нещодавно на тлі занепокоєння станом довкілля та зменшення різниці у вартості, біопаливо таке як біодизель стало реальною альтернативою.

Дослідження в галузі використання переетерифікованої соняшникової олії та підвищення її якості до стандартів звичайного дизельного палива почалися у ПАР у 1979. До 1983 результати досліджень були опубліковані. Технологічний процес дозволяв виготовляти біодизель, якість якого відповідала нормам звичайного дизельного пального. Австралійська компанія Gaskoks, отримала технологію від південноафриканських дослідників, та спорудила перший пілотний завод для виробництва біодизеля в листопаді 1987, а перший завод для масового виробництва в квітні 1989 (з здатністю переробляти 30 000 тон рапсу на рік).

Протягом 1990-х, заводи були спорудженні у багатьох Європейських країнах, зокрема Чехії, Німеччині та Швеції. Франція розпочала власне виробництво біодизелю з рапсової олії: у звичайне дизельне паливо додається 5 % біодизелю, а у дизельне паливо що використовується громадським транспортом 30 %. Тривають експерименти з використанням 50 % біодизелю. Тим часом, країни у всьому світі розпочинають розвивати власне виробництво: в 1998 Австрійський Біодизельний Інститут визначив 21 країну де є комерційні проекти з виробництва біодизелю.

У вересні 2005 Міннесота стала першим штатом у США в якому законодавчо встановлена норма відповідно до якої дозволено продаж лише дизельного палива вміст біодизелю в якому не менший 2 %.

1. Біодизель та його використання

Біодимзель (біодизельне паливо) -- екологічно чистий вид біопалива, а також паливна добавка, яке отримують із рослинної олії чи тваринного жиру і використовується для заміни нафтового дизельного палива. З хімічної точки зору це пальне являє собою суміш метилових та/або етилових моноалкілових ефірів довголанцюжкових жирних кислот (насичених і ненасичених). Біодизель є альтернативним автомобільним паливом.

Мільйони автомобілів в Європі працюють на біодизелі. Він використовується в чистому виді (В100) або, як суміш з нафтовим дизельним паливом. Чистий, без домішок біодизель може заливатись до баку будь-якого дизельного транспорту.

Біодизель може використовуватися в будь-яких дизельних двигунах без внесення зміни в конструкцію двигуна. Однак існує дискусія щодо ступеня безпечності використання біодизелю для таких двигунів. Оскільки біодизель кращий розчинник ніж звичайне дизельне пальне -- він «прочищає» двигун, видаляє наліт з паливних трубок, і, отже, може призвести до засмічення інжектора.

Багато автовиробників дуже позитивно налаштовані щодо використання біодизелю, наводячи нижчий рівень зношення двигуна, як одну з переваг цього пального. Однак при переході від звичайного дизельного пального до біодизелю, можливо, знадобиться заміна паливного фільтра. Більшість виробників оприлюднюють перелік автомобілів, які працюватимуть на 100% біодизелі -- наприклад, повний список, наданий концерном "Фольксваген", наведено нижче. (Проте перед використанням біодизелю вперше доцільно проконсультуватись з автовиробником)

Деякі автовиробники залишаються обережними в питанні використання біодизелю. Багато виробників у Великобританії надають гарантійну підтримку на двигуни лише за умови використання не більш як 5% біодизелю, змішаного з 95% стандартного дизельного пального -- проте, ця позиція вважається занадто обережною. Відповідно до норм "Пежо" та "Сітроен", дизельні двигуни можуть працювати на 30% біодизелю. "Сканіа" та "Фольксваген" мають інші норми, які дозволяють використовувати 100% біодизелю для більшості їхніх двигунів.

В США проводились дослідження по використанню в якості палива 100% метилового ефіру соєвої олії (біодизель), сумішей із 20% такого біодизелю і 85% нафтового дизпалива; 35% метилового ефіру соєвої олії і 65% нафтового дизпалива; 65% метилового ефіру соєвої олії і 35 нафтового дизпалива. Паливо із 20% добавки метилового ефіру соєвої олії прийнято Міністерством Енергетики США як альтернативне паливо. За даними Інституту Палива в Колорадопри збільшенні такої добавки в паливі від 20% до 100% витрата палива зменшується на 3,9%.

Переваги:

Міжремонтний термін експлуатації двигуна, що працює на біодизелі збільшується приблизно на 50%.

Вищий показник змащувальної здатності біодизелю порівняно зі звичайним дизельним паливом -- перевага, що сприяє тривалішому «життю» форсунок.

Цетанове число біодизелю становить 51 (тоді як в мінерального дизпалива - близько 45), що покращує запуск двигуна.

Висока температура спалаху (не менше 11000) робить біодизель одним з найбільш пожежобезпечних видів палива.

Кількість викидів шкідливих сполук і твердих часток при роботі двигуна на біодизелі зменшується на 20-25%, чадного газу - на 10-12%, ніж при роботі на мінеральному дизельному паливі.

Біодизель не має неприємного бензолового запаху, а вихлоп машини, що працює на ньому, пахне смаженим насінням.

Біодизель відноситься до екологічних видів палива, а вуглекислого газу в вихлопі рівно стільки, скільки споживається із атмосфери тими ж рослинами, з яких отримується олія. Один гектар ріпаку може поглинати до 20 т вуглекислого газу за сезон.

Біодизель, потряпляючи в довкілля, дуже швидко піддається біологічному розкладанню: один літр мінерального палива здатен забруднити 1 млн лпитної води і привести до загибелі водяної флори і фауни, тоді як біодизель при потраплянні в воду не наносить шкоди ні рослинам, ні тваринам. Крім того, він піддається практично повному біологічному розпаду: в грунті чи в воді мікроорганізми протягом 21 дня на 90% переробляють біодизель, протягом 28 днів -- на 99% . При роботі двигунів на біодизелі значно зменшуються шкідливі викиди інших продуктів згоряння, в тому числі сірки -- на 98%, а сажі -- від 50 до 61%, гідрокарбонатів -- та вуглекислих монооксидів - на 30-34%.

Недоліки:

Залишковий метанол в паливі, якого згідно стандарту в паливі повинно бути не більше 0,2%, є потужним розчинником і буде викликати не лише розбухання резинових деталей, а й розчиняти забруднення в паливній системі. Тому біодизель роз'їдає прокладки та трубки з натуральної гуми (натуральна гума переважно використовуються в двигунах, виготовлених до 1992), хоча найвірогідніше, що ці деталі вже замінені на вироби з синтетичної гуми, котра не роз'їдається біодизелем.

При використанні звичайного дизельного палива у двигуні та паливних трубках утворюється наліт. При переході на використання біодизелю цей наліт руйнується (так, як біодизель кращий розчинник ніж звичайне дизельне паливо) і засмічує паливні фільтри та інжектори. Тому при пробігу 1000--1500 км з моменту переходу на біодизель рекомендується заміна паливних фільтрів.

Зберігати біодизель понад три місяці не рекомендується, оскільки він розкладається.

Фінансовані виробниками нафтопродуктів дослідження доводять, що для двигунів, звичайне дизельне паливо є кращим ніж біодизель. Але це заперечують незалежні організації, які помітили що біодизель зменшує спрацювання двигуна. Для багатьох стандартних моделей автомобілів атестоване використання біодизелю (наприклад див. табл. «Схвалене використання біодизелю для автомобілів Фольксваген» праворуч)

Температура за якої чистий (В100) біодизель починає гуснути значно коливається і залежить від суміші ефірів а відповідно від сировини що використовувалась для виробництва палива. Наприклад біодизель виготовлений з певних різновидів каноли починає гуснути при ?10 °C. Біодизель виготовлений з тваринних жирів стає гелеподібним при +16 °C. Взимку використовується низькотемпературний біодизель, що містить домішки котрі значно знижують температуру загуснення біодизелю.

Дехто модифікує свій транспорт для використання біодизелю без домішок навіть при низьких температурах. Встановлюється другий паливний бак. До нього підводиться нагрівальна спіраль якою тече змащувально-охолоджувальна рідина автомобіля. Датчик температури, встановлений у баці, повідомляє водія коли біодизель достатньо нагрітий для використання, водій перемикає бак подачі палива.

2. Фізичні та хімічні властивості

Біодизель це рідина жовтого кольору (може бути різних відтінків). Майже не змішується з водою, має високу температуру кипіння та низьку пружність пари. Виготовлений з незабрудненої сировини біодизель є нетоксичним.

Відносно висока температура займання біодизелю 150 °C робить паливо досить безпечним у питані протипожежної безпеки.

Густина біодизелю 0,86 г/смі.

В'язкість біодизелю та звичайного дизельного пального однакова.

Вміст сірки у вихлопі 0,001% проти 0,05% в мінеральному дизельному паливі.

Позначення палива що містить біодизель :

Біодизель може використовуватись самостійно або в суміші зі звичайним дизельним паливом. Для позначення палива що містить біодизель застосовуєтьсялітера«В»: В100 -- 100 % біодизелю; В20 -- 20 % біодизелю і 80 % звичайного (нафтового) дизельного пального.

3. Технологія виготовлення біодизелю

Процес одержання біодизельного палива є досить простим. Рослинна олія є сумішшю тригліцеридів,ефірів, сполучених з молекулою гліцерину. Основне завдання при одержанні біодизелю полягає в тому, щоб видалити гліцерин, замінивши його на спирт. Цей процес називають переетерифікацією. Переетерифікація є найпоширенішим способом отримання біодизелю з рослинної олії та тваринних жирів спиртами (етиловим, метиловим, ізопропіловим, бутанол). В результаті етерифікації утворюються ефіри жирних кислот (біодизель) та побічний продукт переетерифікації - триатомний спирт гліцерин в складі гліцеролової фази (в неочищеному стані його називають гліцерилом, а саму гліцеролову фазу -- так званим «чорним» гліцерином).

Отже, під час реакції етерифікації рослинного жиру нижчим жирним спиртом (найчастіше - метиловим) утворюються складні ефіри, а також гліцеролова фаза, хімічний склад якої такий: гліцерин - 56 %, метанол (етанол) - 4 %, жирні кислоти - 13 %, вода - 8 %, неорганічні солі - 9 %, складні ефіри - 10 %. З 1 тонни олії та 0,1 тонни метанолу виробляють орієнтовно 1 тонну біодизелю то 0,1 тонну гліцерилу.

Якщо отриманий біодизель має низьку температуру спалаху, це свідчить про недостатність очищення від метанолу.[11] Для запобігання мікробному псуванню біодизеля на стадії очищення і стабілізації біопалива використовують паливні присадки (біоциди), та проводять докладне зневоднення готового продукту, обробку ультразвуком.

При використанні етанолу буде отримано етилові ефіри біодизелю. Етанолова та ізопропанолова технології складніші (вимагають наяності каталізаторів та апаратури, яка б могла працювати при високому тиску).

Найпоширенішим для виробництва метилових ефірів є використання метанолу, оскільки він є найдешевшим зі спиртів. Під час реакції переетерифікації олії та жири вступають у реакцію з метиловим (етиловим) спиртом у присутності каталізатора (лугу), внаслідок чого утворюються складні ефіри (біодизель), а також гліцеролова фаза, що містить 45-56% гліцерину, 4% метанолу, що не прореагував, 13% жирних кислот, 8% води, 9% неорганічних солей, 10% ефірів. Одержану в результаті реакції суміш розділяють в сепараторах або ємностях-відстійниках. Очищений гліцерин використовується для виробництва миючих засобів, а після глибокої очистки використовується в фармації. Проте для проведення очистки гліцерину та утилізації відходів необхідні додаткові капіталовкладення на етапі проектування та будівництва переробного заводу.

Ці технології є дещо багатостадійними і пов'язані з нагромадженням відходів, зокрема гліцерилу, який не піддається етерифікації в цих умовах. Розробляються способи одержання біодизелю з використанням твердих гетерогенних каталізаторів, які відкривають перспективу створення одностадійних енергозберігаючих процесів переетерифікації олій та жирів та етерифікацію гліцерину навіть із застосуванням етанолу. Найбільше практичне застосування серед твердих кислот знаходять цеоліти, індивідуальні та змішані оксиди, активовані глини, органічні сульфокатіоніти.

4. Біодизель у світі

Обсяги виробництва біодизелю у світі стрімко зростають. Загалом дизельне пальне, виготовлене з нафти, дешевше ніж біодизель, проте різниця в ціні змінюється на користь останнього відповідно до «ефекту масштабу» (врожайності ріпаку, ефективності використання соломи і шроту, вартості хімічних інгредієнтів (метанолу і лугу), глибини переробки гліцеринової води), а також внаслідок постійного зростання цін на нафту та завдяки урядовим субсидіям для виробників біодизелю. Зазвичай, ціна на біодизель нижча, ніж на нафтове дизельне паливо, але через заборону створеннядемпінгових умов, ціна буде незначно нижча від ціни на звичайний дизель.

В порівнянні з роздрібленою ціною бензину собівартість виробництва біоетанолу в США в 2,4 раза нижче, а у ЄС розрив між собівартістю біоетанолу і бензину, яким він розбавляється, рівний 4.

За прогнозами ФАО виробництво біодизелю у світі до 2017 року досягне 24 мільярдів літрів. Прогнозується, що більша частина обсягів продукції буде надходити з Індонезії й Малайзії, а головним одержувачем буде ЄС. Саме країни ЄС у 2017 році будуть споживати більше половини світового виробництва біодизеля.

Біля 80% біодизеля, що випускається Євросоюзом, добувається з ріпаку.

Ряд країн Європи (Данія, Австралія, Іспанія) свої потреби в біодизелі вичерпали.

5. Біодизель в Україні

біодизель паливо хімічний фізичний

Сировинна база для виробництва цього виду палива в Україні дуже широка. Станом на 2010 рік для сільськогосподарських робіт в Україні необхідно мати 1,9 млн тон дизельного палива і 620 тис. тон бензину, котрі виробляються з 4,5 млн тонн нафти, переважно імпортної.

За даними, наведеними в літературі, технічно доступний потенціал продукування біодизельного пального з ріпаку, соняшнику та сої в Україні становить більше 37,6 ТВт·год/рік. Для цього необхідна площа для вирощування рослинної сировини близько 65500 кмІ, з якої можливо одержати 3,6 млн т/рік біодизельного пального.

В Україні вирощується масляних культур (соняшник, ріпак, соя) в 2,5 рази більше, чим потрібно державі, щоб забезпечити народ олією, а аграріїв біодизелем.

В Україні з 2007 року введені в експлуатацію заводи з виробництва дизельного біопалива в смт. Сарата (Одеська область) та поблизу Херсону, потужністю 7,0 та 10,0 тис. тонн на рік.

В м. Дніпропетровську, спеціалістами ВАТ «Біодизельдніпро» розроблено технологію та устаткування для продукування мікроводоростей і одержання олії для виготовлення біопалива. Попри стрімке зростання, протягом останніх років, обсягів вирощеного ріпаку (основної сировини для виробництва біодизелю в Україні), левова його частина експортується в країни Європи.

Планується будівництво подібних підприємств у Вінницькій, Полтавській, Дніпропетровській, Житомирській, Сумській, Хмельницькій та Івано-Франківській областях. У більшості проектів сировиною для виробництва біодизелю має стати насіння ріпаку.

Вже збудований та вийшов на мінімальну потужність (50 тон) завод у Запорізькій області. Планується відкріття Запорізького Біопаливного Заводу у Запоріжжі.

Для виробництва біодизеля в Україні найбільш раціонально використовувати насіння ріпаку, соняшнику та сої. Найсприятливіші агроекологічні умови для вирощування озимого та ярового ріпаку в Україні на Поліссі та у Лісостепу. Поряд із традиційним регіоном, де вирощують ріпак, -- Західна Україна -- найперспективнішими вважаються Чернігівська, Сумська, Полтавська і Черкаська області.

Біодизель з ріпака :

При відповідній технології вирощування ріпаку з 1 га площі отриманий врожай дає 20 т зелених кормів, 20 т зелених добрив, 3-3,5 т насіння, 13 ц олії, 16 цмакухи (шроту), 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 7-8% можна отримати 1 тонну біодизеля, 1,9 тонни шроту (із вмістом олії 8-12%), та біля 0,2 тонни гліцерину.

За даними Держкомстату України, 54 % вирощеного врожаю ріпаку у 2008 р.; 67 % -- у 2009; 78 % -- у 2010; 87 % -- 2011; 83 % --2012р. експортується в країни ЕС. Лише окремі господарства виробляють біодизель для власних потреб, використовуючи мінізаводи та дослідницькі установки, продуктивність яких не перевищує 10 тис. тонн біопалива за рік. Виробництво та використання рідкого біопалива в промисловому масштабі в Україні практично відсутнє. За даними Міністерства аграрної політики України, такі заводи успішно працюють у Львівській, Херсонській, Одеській, Рівненській, Вінницькій, Донецькій, Тернопільській і Полтавській областях. Загальна потужність цехів становить близько 600 тонн на добу.

За період липень-квітень 2008-2009 МР Україна експортувала 2630,08 тон ріпаку. За аналогічний пероід 2009-2010 МР вивезла на зовнішні ринки 1757,76 т ріпаку. Найбільшими імпортерами українського ріпаку є країни Євро. Союзу (ЄС-27). Вони імпортують ріпак як сировину для біодизельної промисловості. Зокрема за період липень-квітень 2010 МР у Нідерланди було експортовано 469,32 тис. т ріпаку (27%), до Бельгії -- 346,01 тис. т (20%),Франції -- 291,75 тис. т (17%), Польщі -- 134,46 тис. т (8%).

Список використаної літератури

1. Кобець М.І. Проблемні питання розвитку біодизельного виробництва в Україні.

2. Мироненко В.Г. Технології виробництва біодизеля : [курс лекцій для студ. сільськогосп. вищ. навч. закл.] / Мироненко В.Г. Дуброеін 8.0.. Попіщук В.М.. Драгнев С.В. -- К.: ХОЛТЕХ, 2009. --100 с.

3. А.А. Долінський, Л.М. Грабов, В.І. Мерщій, О.І. Шматок Продукування енергоносіїв з відновлюваної рослинної сировини / Енергетика та електрифікація Науковий журнал. - 2008, №9. ISSN: 0424-9879

4. Поліщук В.М. Застосування біопалив для дизельних двигунів / В.М. Поліщук, С.В. Драгнєв, І.І. Убоженко, М.Ю. Павленко, О.В. Поліщук // Науковий вісник національного аграрного університету. - К.: НАУ, 2008. - №125. - С.315-318.

5. Забарний Г.М., Кудря С.О., Кондратюк Т.Г., Четверик Г.О. Термодинамічна ефективність та ресурси рідкого біопалива України. - Київ: Інститут відновлювальної енергетики НАНУ, 2006. - 226 с

Посилання:

6. Новини біодизелю: виробники та постачальники, технології та конференції, «PASKALEX: Biodiesel News».

7. Біодизель -- актуальна ідея столітньої давнини, «Дзеркало Тижня».

8. Біодизельне паливо можна виробляти у власному господарстві

9. Ріпаковий «рушій», «Дзеркало Тижня».

10. Біодизель: новини и статті

Размещено на Allbest.ru