Получение биотоплива в домашних условиях

Март 23, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Для приготовления в домашних условиях биотоплива, например, биодизеля понадобится любой вид растительных масел – рапсовое, подсолнечное, льняное и т.д. Биодизель, полученный из разных видов масел, будет немного различаться. Например, пальмовый биодизель более калориен, также у него самая высокая температура застывания и фильтруемости. Рапсовый биодизель немного уступает по калорийности пальмовому, но он лучше выдерживает холод, поэтому он больше других подходит для дизельных двигателей, которые эксплуатируются в России и европейских странах.

Получение биотоплива в домашних условиях

Сам процесс изготовления биотоплива в домашних условиях несложен. Необходимо снизить вязкость растительного масла, что достигается разными способами. Любой вид растительного масла является смесью триглицеридов, то есть эфиров, которые соединены трехатомным спиртом с молекулой глицерина. Плотность и вязкость растительному маслу придает именно глицерин. В процессе приготовления биодизеля задача – удалить глицерин, заместив его спиртом. Этот процесс имеет название – трансэтерификация.

Реакция: триглицериды+метанол→ глицерол+эфиры.

Результатом использования метанола становится метиловый эфир, результатом применения этанола – этиловый эфир.

Из 1 т растительного масла и 111 кг спирта (при наличии 12 кг катализатора) получится около 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг глицерина.

Начинающим лучше воспользоваться метанолом, так как с этанолом процесс происходит немного сложнее. Нужно знать и соблюдать правила работы с метанолом.

В качестве щелочи берут гидроксид натрия — NaOH или гидроксид калия КОН. Начинающим лучше использовать NaOH, так как он гигроскопичен. Хранить его нужно плотно закрытым, а при покупке нужно обязательно потрясти банку, чтобы убедиться, что он не впитал влагу.

Правила работы со щелочами

В процессе приготовления биотоплива в домашних условиях, а конкретнее – при работе с гидроксидами (щелочами), нужно строго соблюдать правила безопасности: беречь щелочь от открытых источников огня, не допускать попадания ее в глаза, применять при работе защитные средства, перчатки. Щелочь активно реагирует с цинком, оловом, алюминием. Хранить щелочь нужно в стеклянной посуде или из нержавеющей стали, либо из высокопрочного полипропилена.

Как правило, метанол нужен в количестве 20% от масла по весу. Например, для применения 100 лотработанного масла нужно 20 л метанола. В процессе смешивания метанола и щелочи образуется метоксид, экзотермичная реакция, т.е. выделяется тепло.

Правила работы с метанолом

Метанол – яд! Необходимо максимально соблюдать меры предосторожности! Пары вдыхать нельзя, необходимо избегать открытых источников огня, нужно пользоваться защитными средствами для кожи, если возник случайный контакт, то промыть большим количеством воды. При работе над получением биотоплива в домашних условиях недопустимо присутствие домашних животных и детей!

В ходе реакции масло нагревается до некоторой температуры (для ускорения реакции) и добавляется смесь спирта и катализатора. Смесь некоторое время перемешивается и отстаивается. В случае удачной реакции должно произойти расслоение смеси, в верхнем слое образуется биодизель, который имеет химической название «эфир», затем слой с большим содержанием мыла, а на дне будет находиться глицерин. Мыльный слой и глицерин отделяются, а биодизель разными способами промывается для удаления мыльных остатков, катализатора и других примесей. После промывания биотопливо, полученное в домашних условиях, обезвоживается с целью удаления остатков воды.

При обычной температуре реакция может протекать медленно или совсем не идти. Нагревание, как и применение кислоты (основания) способствует ускорению реакции. Химический процесс получения биотоплива в домашних условиях или в гараже в небольших количествах аналогичен процессу, происходящему на промышленных мощностях.

Используя отработанные растительные масла, необходимо фильтровать сырье, чтобы удалить возможные примеси. Важно удалить возможную воду, чтобы предотвратить гидролиз триглицеридов, а также образование солей жирных кислот, что может произойти вместо реакции трансэтерификации и получения биодизеля.

В домашних условиях это обычно достигается нагреванием смеси до температуры 120 C, вся имеющаяся вода при этом выкипает. В течение данного процесса может возникать разбрызгивание, для его предотвращения операцию необходимо проводить в большой емкости, чтобы она была заполнена не более чем на 2/3, закрыта, но не плотно.

В лабораторных условиях исходное масло просто перемешивается с осушающим агентом, например, сульфатом магния для удаления воды. Затем осушающий агент удаляется обычной фильтрацией. Иногда очистить его таким методом не позволяет вязкость масла.

Нейтрализация свободных жирных кислот.

Титрование масла

Если используется свежее растительное масло, то количество щелочи постоянно и равняется примерно 1% от веса масла. Это 3,5 грамма на один литр растительного масла. Если используется отработанное масло (более закисленное, в нем другое содержание свободных жирных кислот), то нужно рассчитывать количество добавляемой щелочи, для этого осуществляют титрование. Для титрования применяются изопропиловый спирт (он с маслом не реагирует). Необходимо сделать минимум три титрования, чтобы в последующем избежать ошибок при использовании больших объемов реактивов. Титрование помогает определить количество свободных жирных кислот, которые находятся в масле, и количество щелочи, которое необходимо для их нейтрализации. В ходе титрования следует быть уверенным, что все вещества находятся в сухом состоянии, а также учитывать, что смеситель в результате немного нагреется.

Трансэтерификация

Установленное в ходе расчета количество щелочи после процесса титрования (как правило, гидроксида натрия — NaOH) при медленном помешивании растворяется в избытке спирта (чтобы реакция протекала более полно) и данная смесь перемешивается с теплым раствором масла при нагревании (около 50°Cобычно) несколько часов (4-8), чтобы произошла реакция трансэтерификации. Реакционную смесь нужно поддерживать выше точки кипения спирта (примерно70 C), но в некоторых системах в целях безопасности рекомендуется поддерживать температуры в диапазоне от комнатной до 55°C. Время реакции обычно составляет от 1 до 10 часов, скорость реакции при нормальных условиях удваивается при повышении температуры реакции на 10 градусов. Чтобы предотвратить испарения спирта нужно проводить реакцию в закрытой емкости, но важно избегать плотного закрывания системы (опасность взрыва).

Когда реакция завершится, на дне появится глицерин. Биотопливо, полученное в домашних условиях, должно иметь цвет меди, а глицерин темнее. Если поддерживать температуру примерно 38°C, то глицерин останется в жидком состоянии и может легко быть удален отдельным шлангом.

Глицерин, который получен из отработанных масел имеет обычно коричневый цвет и затвердевает при температуре 38 C, глицерин, полученный из свежего масла, продолжает оставаться в жидком состоянии даже при более низких температурах. Его хорошо использовать в качестве побочного продукта, выпарив предварительно из него метанол путем нагревания до 65,5 C.

Удаление остатков мыла

Биотопливо (биодизель), полученное в домашних условиях, содержит много остатков мыла в растворенном состоянии от реакции ионов Na+ с водой. Этого легко избежать, если предварительно выпарить всю воду и постараться не допускать воды при изготовлении метоксида. Важно применять сухой смеситель. После получения биодизеля ему нужно дать отстояться в течение недели, чтобы успели осесть все мыльные остатки, и ушли при последующей фильтрации. Следующий метод состоит в многократной промывке этих остатков водой. В процессе первого промывания лучше добавить воду, подкисленную немного винным уксусом, кислота сделает раствор нейтральным, удалит любую щелочь, которая может присутствовать в растворе. Некоторые экспериментаторы применяют технику «пузырьковой промывки», продолжительностью около 12 часов.

В случае применения этанола зачастую образуется эмульсия, избавиться от которой можно простым отстаиванием, центрифугированием, а также добавлением легко удаляемого (низкокипящего) неполярного растворителя, и последующей фильтрацией. Верхний слой – смесь биодизеля со спиртом фильтруется. Избыток спирта удаляется в ходе выпаривания или дистилляции, либо путем экстрагирования водой, но после этого биодизель нужно осушить при помощи осушающего агента.

Определение качества биотоплива, полученного в домашних условиях

Качество продукта, полученного в результате, определяется на глаз или проверкой рН. Кислотность проверить можно при помощи лакмусовой бумажки, либо лабораторным цифровым рН-метром. Он должен быть нейтральным, 7,0. С виду он выглядит чистым подсолнечным маслом. Не должно быть никаких примесей, взвесей, замутнений или частиц. Мутность означает наличие воды, которую можно удалить нагреванием, частицы отфильтровываются через 5 микронный фильтр. После первого использования биотоплива, изготовленного в домашних условиях, необходимо проверить топливные фильтры.

Есть много разных технологий первичной очистки масла при помощи адсорбентов. Применяются также разные адсорбенты в процессе очистки готового биодизеля. После промывки биотоплива должны применяться фильтры для очистки воды, которые отбирают загрязнители-спирты, альдегиды, кетоны, амины, аммиак, гербициды, пестициды, фенолы, хлорорганические соединения, масла, углеводороды, SО2, сероводород, летучие соединения, промышленные растворители и меркаптаны. После прохождения воды через фильтр ее можно сбросить в канализацию или использовать повторно.

Это интересно ...

Последние новости и статьи:



Оставить комментарий