БИОДИЗЕЛЬ - АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ
Получение. Характеристики. Применение. Стоимость

ФГУП "НИИ двигателей":
Татьяна Николаевна Смирнова, начальник отдела, к.т.н.
Виктор Михайлович Подгаецкий, начальник отдела, к.т.н.

Биодизель - это экологически чистое топливо для дизельных двигателей, получаемое путем химической обработки растительного масла или животных жиров, которое может служить добавкой к дизельному топливу или полностью заменять его.

В настоящее время ряд стран (Австрия, Канада, Дания, Европейский союз, Финляндия, Ирландия, Нидерланды, Швеция, США и Великобритания) ведут совместные работы по созданию биологического топлива для транспортных двигателей. Биодизель считается одним из наиболее перспективных возобновляемых альтернативных топлив.

История вопроса.

В 1878 г. Рудольф Дизель ознакомился с работой Карно, который теоретически доказал, что может быть создан тепловой двигатель с к.п.д. значительно более высоким, чем у паровой машины того времени. Эффективность цикла Карно увеличивается с ростом степени сжатия газа. Дизель применил теорию Карно к двигателю внутреннего сгорания. Он хотел создать двигатель с максимально высокой степенью сжатия. Для этого топливо в рабочий цилиндр вводится только в определенный момент и воспламеняется от тепла предварительно сжатого воздуха. Двигатель Дизеля, получивший его имя - "дизель", имеет к.п.д. более высокий, чем бензиновый двигатель с принудительным зажиганием, и существенно более высокий, чем паровой двигатель. Дизель получил патент на свое изобретение в 1893 г. и продемонстрировал работающий двигатель в 1897 г. На Всемирной выставке в 1900 г. был показан его двигатель, работавший на масле из семян сосны с перспективой использования в качестве топлива растительного масла. Именно эти эксперименты легли в основу исследований, которые в дальнейшем привели к созданию биодизеля.

Биодизель может быть получен разными способами. Для этого растительные масла или жиры преобразуются в жирные кислоты, которые в свою очередь преобразуются в эфиры. Масла или жиры могут также непосредственно преобразовываться в метиловый или этиловый эфиры, используя кислоту или ускоренную каталитическую реакцию. Самый обычный метод получения биодизеля, известный как "трансэфиризация", состоит в расщеплении молекулы глицерольного эфира жирной кислоты на молекулы метилового эфира.
Таким образом, биодизель - это название, данное эфирам соответствующих масел, которые используются как дизельное топливо. Это неядовитое, разлагаемое микроорганизмами жидкое топливо состоит из длинных цепей моноалкиловых эфиров жирных кислот и может использоваться либо в чистом виде, либо в смеси с дизельными нефтяными топливами.

Особое место в технологическом процессе изготовления биодизеля отводится его испытаниям и контролю качества. Из многих существующих методов испытаний биодизеля наиболее перспективными для оценки его качества считаются новые методы, предусмотренные американскими стандартами 14105 и ASTM D6584. Если при проверке топливо не соответствует положительной оценке, оно подвергается доработке с последующим повторным испытанием.

Оставшийся в топливе глицерин может вызвать забивание распыливающих отверстий форсунки. Появление свободного и полного глицерина в биодизеле обусловлено, как правило, недостаточным преобразованием масла или жира в желательный моноалкиловый эфир.

Обычно биодизель из-за его высокой стоимости смешивают с дизельным топливом (ДТ). Другой причиной для применения смеси из биодизеля и ДТ являются неудовлетворительные пусковые свойства двигателя, работающего на биодизеле при низкой температуре.

Биодизель может использоваться в различных целях. Его можно применять в качестве смазывающей добавки (1…2 %) к дизельному топливу с крайне низким содержанием серы, а смесь 20 % биодизеля с 80 % дизельного топлива (B20) обычно служит заменой ДТ, которым, согласно стандарту ASTM, могут быть ДТ1, ДТ2, авиационный керосин или другие продукты переработки нефти. При соответствующей подготовке можно использовать в двигателе и чистый биодизель (В100).

В настоящее время B20 - самая распространенная биодизельная смесь в Соединенных Штатах. Считается, что она позволяет удачно сбалансировать требования, связанные с особенностями ДТ, рабочими характеристиками, эмиссией отработавших газов и стоимостью. Эта смесь может использоваться в системах, предназначенных для работы на дизельном топливе, в том числе в дизельных двигателях, нефтяных нагревательных котлах и турбинах, не требуя никаких перерегулировок и переделок.

Применение смесей с более высоким содержанием биодизеля (типа B50 или B100) требует специальной подготовки системы управления и может потребовать модификации оборудования, например, применения специальных подогревателей или замены уплотнений и прокладок, которые контактируют с топливом. В целом считается, что: B100 обеспечивает наиболее высокие экологические характеристики.; B20 обеспечивает получение впятеро меньших экологических преимуществ по сравнению с B100, но может широко использоваться на существующих двигателях при незначительной их модификации или вообще без нее; 2-процентная смесь биодизеля с ДТ обеспечивает незначительное улучшение экологических характеристик, но может использоваться как полезная добавка.
Одной из наиболее важных характеристик ДТ является его способность к самовоспламенению. Эта характеристика определяется величиной цетанового числа топлива (цетановым индексом). Американское ДТ имеет сравнительно невысокие цетановые числа, в среднем, около 40, а европейское ДТ имеет цетановый индекс 50 ед. Исследования показали, что цетановые числа биодизеля лежат в интервале величин от 45,8 до 56,9 ед.

Другой важной характеристикой дизельного топлива являются его смазочные свойства. Смазка топливных форсунок и некоторых типов топливных насосов обеспечивается самим топливом. Биодизель имеет лучшие смазочные свойства, чем современные ДТ с низким содержанием серы (500 весовых частей серы на 1 млн весовых ед. топлива - 500 ppm). Проблема улучшения смазочных свойств ДТ обострится, когда будет введено требование об уменьшении содержания серы в ДТ (до 15 ppm). Как показывают исследования, добавление 1…2 % (по объему) биодизеля в смесь с ДТ с низким содержанием серы улучшают смазочные свойства этого топлива.
В продуктах сгорания биодизеля отсутствуют сера или частицы ароматиков. Биодизель содержит до 10 % кислорода, что способствует активизации процесса сгорания при работе двигателя на богатых смесях.

Биодизель обладает определенными недостатками. Как упоминалось ранее, в холодных условиях двигатель работает на биодизеле заметно хуже, чем на ДТ. Температура начала процесса, при которой топливо становится мутным, называют точкой кристаллизации (помутнения). При еще более низкой температуре топливо теряет текучесть, становится гелем, который не может быть прокачан по трубопроводу. Оба названных температурных порога у биодизеля выше, чем у ДТ.

С другой стороны, повышенная растворяющая способность биодизеля и его агрессивность могут создать проблемы для топливной системы. Биодизель может оказаться несовместимым с материалами уплотнений, используемыми в топливных системах транспортных средств машин, выпущенных до 1994 г. Поэтому переход на использование смесей B20 или B100 в любом транспортном средстве или машине требует большой осторожности.

Биодизель не оказывает существенного положительного влияния на увеличение эффективной энергии в двигателе. Эффективная энергия - это доля полной тепловой энергии топлива, введенного в двигатель. Термин "объемная эффективность" лучше знаком пользователям транспортных средств. Обычно объемная эффективность характеризуется величиной расхода топлива на единицу пути или величиной пробега на единицу объема топлива. Содержание энергии в единице объема биодизеля на 11 % ниже, чем у ДТ, поэтому транспортное средство, работающее на В20, при прочих равных условиях будет иметь пробег на 2,2 % меньший (на единицу объема топлива), чем при работе на ДТ.

Приблизительно 11 % массы B100 составляет кислород. Присутствие кислорода в биодизеле улучшает процесс сгорания и способствует уменьшению выбросов углеводородов, угарного газа и сокращению эмиссии макрочастиц; но при этом кислородосодержащие топлива имеют тенденцию к увеличению эмиссии окислов азота. Результаты испытаний подтверждают соответствующие теоретические предположения.

Увеличение эмиссии окислов азота при работе на биодизеле создает достаточные причины для беспокойства, поэтому в США Национальная лаборатория охраны окружающей среды (NREL) провела исследования, связанные с поиском путей уменьшения эмиссии окиси азота при работе на биодизеле. Установлено, что добавление цетаноповышающих агентов, таких как "ди-терт-бутил пероксид" в количестве 1…2 % или этил-нитрата в количестве 0,5 % способствует уменьшению эмиссии окислов азота при сгорании биодизеля. Такой же эффект дает сокращение ароматиков от 31,9 до 25,8 % в ДТ. Эмиссия окислов азота в смесях с биодизелем может быть уменьшена путем добавления в них керосина или ДТ марки Fischer-Tropsch. Керосин, смешанный с 40 % биодизеля, обеспечивает эмиссию окислов азота не выше, чем она бывает при работе на ДТ. Этот же результат дает смесь ДТ Fischer-Tropsch с 54 % биодизеля.
Большинство исследований эмиссии биодизеля было выполнено на существующих двигателях тяжелых шоссейных грузовых автомобилей. Результаты исследований легли в основу стандартов на эмиссию.

Применение биодизеля из натурального растительного масла вместо ДТ обеспечивает уменьшение эмиссии углекислого газа и расхода топлива. Это утверждение основано на результатах анализа работы двигателя на биодизеле и ДТ в течение его жизненного цикла. По оценке NREL использование биодизеля марки В100 из бобов сои в двигателях городских автобусов уменьшает эмиссию углекислого газа на 78,45 %. Следует отметить, однако, что количество СО2, выделяемое в атмосферу с учетом промышленного производства биодизеля (в расчете на жизненный цикл работы дизеля), практически нивелирует экологические преимущества от его сгорания в двигателе.

Как отмечено выше, замена обычного ДТ на B100 уменьшает большинство вредных примесей в ОГ, но увеличивает содержание окислов азота. Так, например, при использовании B100 сокращается содержание углеводородов (HC), но приблизительно на 10 % увеличивается количество окислов азота (NOx), и в городских условиях это приводит к образованию смога. Смог затрудняет работу легких, приводит к обострению астмы и может вызвать хронические заболевания органов дыхания.

Увеличение выделений NOx в ОГ может быть минимизировано модификацией двигателей, применением специальных добавок к топливу или использованием реакторов-дожигателей.

Хотя эмиссия углеводородов HC при сгорании топлива с биодизелем уменьшается по сравнению с работой на ДТ, их выброс в атмосферу с учетом выделений при промышленном производстве биодизеля суммарно оказывается на 35 % выше, чем при применении ДТ.

Сажа. При применении B100 происходит приблизительно 50-процентное сокращение выброса твердых частиц (РМ или сажи). Исследования показали резко отрицательное влияние сажи на здоровье человека, ее наличие приводит к легочным заболеваниям и может вызвать преждевременную смерть.

Ядовитые выделения в атмосферу. Выделения от сгорания В100 на 60…90 % менее токсичны, чем при сгорании ДТ. Такие компоненты, как формальдегид и бензол могут причинить большой вред здоровью, вызывая рак, нарушения работы иммунной и репродуктивной систем.

Другие экологические характеристики биодизеля. Биодизель неядовит и разлагается в четыре раза быстрее, чем обычное ДТ. Его попадание в воду или другие области окружающей среды сопряжено с гораздо менее вредными последствиями.

При производстве биодизеля объем образующихся опасных отходов примерно на 95 % меньше, чем при производстве нефтяного дизельного топлива, зато количество неопасных отходов приблизительно удваивается. Опасные отходы обычно являются следствием применения химических веществ, связанных с очисткой нефти, а большинство неопасных отходов - это продукты переработки сои.

Эксперименты с биодизелем были начаты, как известно, еще в 1850 г., после изобретения двигателя Рудольфом Дизелем. Интерес к биодизелю возобновился в 70-х годах прошлого века., однако его выпуск в коммерческих целях начался только в конце 90-х годов.
В 1999 г. промышленный впуск биодизеля составлял 32,6 баррелей/день и достиг 437 баррелей/день в 2000 г. Реальное "возрождение" биодизеля началось в 90-х гг., когда во Франции, Германии, Чешской республике, Швеции и Австрии появились заводы по производству биодизеля.

В то время, как биологическое топливо обладает существенными потенциальными преимуществами по сравнению с обычным дизельным топливом, его стоимость остается существенно более высокой, чем стоимость ДТ. В результате, биологическое топливо получило развитие только в тех странах, которые признали реальные долговременные выгоды от его применения и приняли соответствующие государственные решения в его поддержку.

Успешное развитие данного направления промышленности сдерживается сложностью и недостаточной изученностью проблемы, а также разобщенностью прилагаемых для ее решения усилий. Объем выпуска этого топлива в Европе постоянно растет. Оно предназначено, в основном, для использования в грузовых автомобилях. Существуют три наиболее крупных центра промышленного производства этого топлива в Европе - Австрия, Франция и Германия. Выпуск биодизеля составляет сейчас, соответственно, 7,5%, 0,7% и 0,4% от общего количества потребляемого в этих странах дизельного топлива. В Германии, Австрии и Швеции 100-процентный биодизель применяется на специально приспособленных для этого автомобилях. В среднем потребление биодизеля составляет ~1% от расхода дизельного топлива. Качество биодизеля достигло высокого уровня, который удовлетворяет требованиям европейского стандарта EN 14214, американского стандарта D-6751-02 и др.

В мировом производстве биодизеля ведущую роль играет Европа, выпустившая более 1,6 млн т биодизеля в 2002 г. и способная изготавливать его в количестве более 2,1 млн т в год.

Производство биодизеля в ЕС началось с небольших объемов, менее чем 10000 метрических тонн в год, а в настоящее время достигло 250000 метрических тонн в год и более.

По сравнению с Европой рынок биодизеля США находится все еще в начальной стадии развития. В Европе в 2005 г., в основном в Германии, было произведено 800 миллионов галлонов биодизеля, а в США - всего 10 % этого количества.

Однако решения, принятые в этой области на государственном уровне в США, создали условия для резкого развития промышленного производства биодизеля. В период с 2004 по 2005 гг. выпуск биодизеля в США вырос с 25 млн до 75 млн галлонов в год.

В выпуске "Обзора мирового промышленного производства биодизеля" за 1997 г. отмечалось, что основным сырьем для выпуска биодизеля является растительное масло.

Рапсовое масло. Обладает относительно высокой стойкостью к окислению. Содержание йода (IV) в нем ниже, чем 120 ед., оно удобно для использования в зимних условиях, а рапс дает большие урожаи. Поэтому значительные площади заняты именно этой культурой под сырье для биодизеля.

Подсолнечное масло. В настоящее время урожаи подсолнечника ниже, чем урожаи рапса, однако он хорошо произрастает в странах с теплым и сухим климатом. Содержание йода (IV) в нем выше, чем 120 (согласно европейскому Стандарту EN 14214 его не должно быть более 120), поэтому его приходится смешивать с другими маслами, содержащими меньшее количество йода.

Животные жиры и отходы пищевых жиров. Применение этого вида сырья в Европе определяется Стандартом EN 14241. Животные и пищевые жиры содержат повышенное количество полимеров, но они получили распространение в тех странах, где они довольно дешевы и обеспечивают достаточную доходность.

Соевое масло. Оно получило широкое распространение в США и Аргентине. Масло сои имеет повышенное содержание йода (более 120), однако на него не распространяется действие европейского стандарта EN 14214, а американский стандарт D-6751-02 не содержит подобных ограничений.

Пальмовое масло. Широко используется в Малайзии с 1987 г. для производства биодизеля. Из-за характерной для пальмового масла температуры снижения жидкотекучести при + 11°C его применение ограничено странами с теплым климатом (может использоваться в них только в смесях с другим сырьем).

Другие источники. Потенциальные возможности использования других семян масличных культур в качестве сырья для получения биодизеля полностью еще не исследованы. Применение ореховых масел начато в Никарагуа, опыты по использованию хлопкового масла успешно проведены в Греции.

Семена новых масличных культур. Для получения биодизеля с оптимизированными свойствами могут рассматриваться культуры: с минимальным содержанием полиненасыщенных жирных кислот типа линолевой кислоты (18:3); с максимальным содержанием мононепредельных жирных кислот, типа олеиновой кислоты (18:1), чтобы обеспечить хорошую стабильность в сочетании с удобством зимнего использования; с минимальным уровнем насыщаемых жирных кислот (16:0) и стеариновой кислоты (18:0) для удобства зимнего использования.

Стремление увеличить объемы производства биодизеля может привести к использованию генетически измененных зерновых культур, применению пестицидов и расширению площадей под сельскохозяйственные культуры - сырье для его выпуска.

Однако, как показывают проведенные расчеты, максимально возможный объем выпуска биодизеля (с учетом всех видов потенциального сырья) может составить не более одного миллиарда галлонов в год, т.е. менее 3 % от современного объема выпуска нефтяного дизельного топлива.

Цена биодизеля марки B100 может быть в два раза выше цены обычного ДТ, в то время как при меньшем его содержании в смеси с ДТ стоимость такого топлива соответственно снижается. Цена на биодизель зависит от региона его производства, используемого сырья и, как отмечалось, от процентного содержания в смеси с дизельным топливом. В США Администрация по делам информации и энергии (EIA) использует эффективный метод моделирования влияния затрат на производство сырья для определения объемов промышленных и эксплуатационных расходов. Животный (желтый) жир дешевле, чем масло сои, но его объемы ограничены, в том числе и из-за того, что он применяется в качестве кормовых добавок, а также при изготовлении мыла и других моющих средств. С 1993 до 1998 гг. поставка животного жира в США была на уровне 2,633 млрд фунтов, что позволяло получать 344 млн галлонов (22440 баррелей/день) биодизеля. EIA считает, однако, что конкурирующее использование может ограничить производство биодизеля из животного жира величиной в 100 млн галлонов/год (6523 баррелей/день). Ценовые прогнозы EIA для масла сои основываются на данных американского министерства земледелия (USDA) и материалах других организаций. Прогнозы составляют для дизельных топлив, например, в 2007/2008 2,44 долл. /галлон.

Прогнозируемые цены на животный жир были получены с использованием прогнозных оценок стоимости масла сои.
Оценки стоимости других составляющих производства биодизеля основываются на анализе процесса его получения с метиловым спиртом при катализации процесса гидратом окиси натрия, приводящей к получению метилового эфира (биодизеля) и глицерина. При этом эксплуатационные расходы были оценены величиной 31 цент/галлон, за исключением стоимости масла или жира, а также затрат энергии и выручки от продажи глицерина, которая уменьшает стоимость биодизеля на 15 центов/галлон.

В процессе производства биодизеля на каждый его галлон требуется затратить 0,083 кВт·ч электроэнергии и 10 ккал тепловой энергии, получаемой от сжигания природного газа. По оценке EIA затраты энергии составят 18 центов/галлон в 2004 г. и 16 центов/галлон в 2005 и 2006 гг. Затраты на строительство завода по выпуску биодизеля оценивают в размере 1,04 долл. на величину объемного ежегодного выпуска биодизеля в галлонах. Окупаемость такого завода с ежегодными кредитными выплатами по 10 % может быть обеспечена через ~ 15 лет.

Сообщается, что заводы по производству биодизеля с программой выпуска 60...80 млн галлонов/год уже построены.
В настоящее время существует благоприятная ситуация для развития промышленного производства биодизеля. Она связана с предстоящим переводом дизелей грузовых автомобилей на топлива с резко сниженным содержанием серы (с 500 до 15 ppm). Такой переход требует существенного изменения технологии очистки нефти от серы, что связано с модернизацией производства и крупными финансовыми затратами. Известно, что биодизель практически не содержит серы. Поэтому проблема получения низкосернистого топлива для транспортных дизелей может быть решена не очисткой ДТ от серы, а внедрением биодизеля.

В течение прошедших нескольких лет USDA выпущены гранты на организацию производства биодизеля. Сообщается, что если изготовитель будет производить биодизель из натурального масла, например, масла из бобов сои, то ему может быть предоставлен кредит в размере 1 долл./галлон на объем планируемого выпуска биодизеля. При изготовлении биодизеля из животных жиров кредит составит 50 центов/галлон.

В США Министерством энергетики (DOE) разработана программа, называемая EPAct. Она предусматривает определенный процент отчислений в пользу государственных владельцев транспортных средств, использующих биодизель. Кроме того, EPAct поставила цель заменить к 2000 г. 10 % ДТ альтернативными топливами (биодизелем). К 2010 г. такая замена должна составить 30 %. Согласно EPAct 75 % государственных транспортных средств должны быть способны работать на биодизеле, что должно послужить примером для развития этого направления для частных автомобильных и топливных отраслей промышленности. Уточнения, внесенные в этот Акт в 1998 г., предусматривают выдачу льготных кредитов на покупку автомобилей с двигателями, работающими на биодизеле. Отмечается, что созданные стимулы развития производства и использования биодизеля наиболее активно восприняты Министерством обороны США.

В октябре 2004 г. Конгресс США ввел налоговые льготы для пользователей биодизеля. Величина льготы является функцией его процентного содержания в смеси с нефтяным дизельным топливом. Так, при использовании биодизеля марки В20 дается ценовая скидка 20 центов на галлон, при использовании В5 скидка составляет 5 центов на галлон. Скидки на биодизель, получаемый из животных жиров, установлены в два раза меньшими, чем на биодизель из растительных масел.

В заключение можно отметить, что в последние годы за рубежом были разработаны многочисленные директивные документы в обеспечение развития альтернативного топлива. Они дорабатываются и уточняются в соответствии с решаемыми задачами, основными из которых являются: сокращение рисков, вызванных отравлениями отработавшими газами двигателей (CO, HC, PM, NOX и др.). К числу таких документов относятся Акт "Чистый воздух" (США), директива " Качество топлив" (ЕС), стандарты EPA для двигателей внедорожных автомобилей, стандарты на чистоту ОГ (EURO-emission), стандарты для частных автомобилей и тяжелых грузовых автомобилей (программы "Автотопливо" I и II, ЕС, и др.); сокращение рисков, вызванных парниковым эффектом и глобальным изменением климата. Это новая Директива по использованию биологического топлива (Европейский Союз) и добровольное соглашение ACEA (Ассоциация разработчиков Европейских автомобилей) о допустимом к 2008 г. максимальном уровне выбросов СО2 , составляющем 140 г/км; сокращение рисков по энергообеспечению транспортного сектора. Это Акт "EPAct" (США) и новая Директива по развитию и использованию биологического топлива (Европейский Союз); сокращение рисков, связанных с нанесением ущерба окружающей среде, вызываемого ядовитыми веществами.

Биодизель - один из видов альтернативных топлив, которые могут снизить нефтяную зависимость и уменьшить глобальное загрязнение атмосферы. Использование концентрированных смесей биодизельного топлива в существующих транспортных дизелях может обеспечить их существенные преимущества по сравнению с работой на ДТ в отношении экологических показателей, ядовитых выделений, при этом биодизельное топливо является возобновляемым. Использование B20 в дизелях шоссейных автомобилей уменьшает путевой расход ДТ на ~ 5 %. Более значительная экономия топлива и экологическая чистота ОГ требуют перехода на высокое процентное содержание биодизеля в смеси.

Оригинал статьи: http://engine.aviaport.ru/issues/49/page32.html

Получение биодизеля в домашних условиях.

Производство биодизеля в домашних условиях - Получение биодизеля своими руками

Общий технологический процесс получения биодизеля.

Для получения биодизеля используют любые виды растительных масел — подсолнечное, рапсовое, льняное и т.д. При этом биодизель полученный из разных масел имеет некоторые отличия. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но и самую высокую температуру фильтруемости и застывания. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод, потому более всего подходит для дизельных двигателей эксплуатирующихся вевропейских стран и России.

Сам процесс получения биотоплива, в принципе, достаточно прост. Нужно уменьшить вязкость растительного масла, чего можно достичь различными способами. Любое растительное масло — это смесь триглицеридов, т. е. эфиров, соединенных с молекулой глицерина с- трехатомным спиртом (C3H8O3). Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Задача при приготовлении биодизеля- удалить глицерин, заместив его на спирт. Этот процесс называется трансэтерификацией.

 Реакция в целом выглядит так,

CH2OC=OR1
|
CHOC=OR2 + 3 CH3OH → (CH2OH)2CH-OH + CH3COO-R1 + CH3COO-R2 + CH3OC=O-R3
|
CH2COOR3

Триглицериды+метанол→ глицерол+эфиры,

Где R1, R2, R3 : алкильные группы.

 В результате применения метанола образуется метиловый эфир, в результате использования этанола- этиловый эфир.

 Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.
Для начинающих лучше использовать метанол, с этанолом процесс идет чуть сложнее. Необходимо помнить о всех правилах работы с метанолом.
В качестве щелочи берется гидроксид калия КОН или гироксид натрия — NaOH. Для начинающих рекомендуется использовать именно NaOH, он очень гигроскопичен, его необходимо хранить плотно закрытым и при покупке, потряхивая банку, убедиться, что он не набрал влагу.

Правила работы со щелочами.

Необходимо также соблюдать правила безопасности при работе с гидроксидами (щелочами), избегать попадания в глаза, беречь от открытых источников огня, использовать при работе перчатки и защитные средства. Щелочь очень активно может реагировать с алюминием, оловом и цинком — для хранения щелочи нужно использовать стеклянную посуду, нержавеющую сталь или специальный полипропилен высокой прочности.

Обычно необходимое количество метанола составляет 20 % от масла по весу, например для использования 100 л отработанного масла потребуется 20 л метанола. При смешивании щелочи и метанола образуется метоксид, реакция экзотермическя, с выделением тепла.

Правила работы с метанолом.

Метанол-яд! Соблюдать максимальные меры предосторожности! Нельзя вдыхать пары, необходимо избегать открытых источников огня, использовать защитные средства для кожи, в случае случайного контакта промыть большим количеством воды. В процессе работы недопустимо присутствие детей и домашних животных!

 В процессе реакции масло просто нагревается до определенной температуры (для ускорения химической реакции) и добавляется смесь катализатора и спирта. Некоторое время смесь перемешивается и отстаивается. В результате успешной реакции смесь должна расслоиться, образуя биодизель в верхнем слое, называемый химически «эфир», затем слой, содержащий много мыла и на дне остается глицерин. Глицерин и мыльный слой затем отделяются, а биодизель промывается различными способами для удаления остатков мыла, катализатора и других возможных примесей. После промывок он обезвоживается для удаления остатков воды.

( производство биодизеля в домашних условиях, биотопливо в домашних условиях, биотопливо своими руками, биодизель своими руками )

При обычной температуре реакция проистекает очень медленно или совсем не идет. Нагревание, также как использование кислоты (основания) просто способствут ускорению реакции. Химия процесса одинакова как при работе с небольшими объемами в гараже, так и на больших промышленных мощностях.
При использовании отработанных растительных масел, необходима фильтрация сырья для удаления возможных примесей. Также важно удаление возможной воды для предотвращения гиролиза триглицеридов и образования солей жирных кислот вместо реакции трансэтерификации и образования биодизеля.
В домашних условиях это часто достигается простым нагреванием смеси до 120 °C, при этом вся имеющаяся вода выкипает. В течение этого процесса возможно разбрызгивание, для предотвращения чего операция должна проводиться в достаточно большой емкости, заполненной не более чем на две трети, закрытой, но неплотно.
В лабораторных условиях первоначальное масло просто перемешивается с осушающим агентом, таким как сульфат магния для удаления воды. После этого осушающий агент удаляется простой фильтрацией. Иногда вязкость масла не позволяет хорошо очистить его таким способом.

Шаги процесса

Нейтрализация свободных жирных кислот.

Титрование масла.
При использовании свежего растительного масла количество используемой щелочи постоянно и составляет около 1 % от веса используемого масла. Это 3,5 грамма на литр растительного масла. Но при использовании отработанного масла (более закисленного, с другим содержанием Свободных Жирных кислот) необходимо рассчитать количество добавляемой щелочи, для чего проводят титрование. При титровании используется изопропиловы спирт (так как он не реагирует с маслом). Необходимо провести по меньшей мере, три титрования, чтобы избежать потом ошибок при использовании больших количеств реактивов. Титрованием определяется количество свободных жирных кислот, присутствующих в масле и количество щелочи, необходимое для их нейтрализации.В процессе титрования нужно быть уверенным, что все вещества сухие, и учитывать, что в результате смеситель немного нагреется.

Трансэтерификация.

Рассчитанное количество щелочи после титрования (обычно гидроксида натрия — NaOH) медленно при помешивании растворяется в избытке спирта (для более полного протекания реакции) и эта смесь смешивается с теплым раствором масла при нагревании (обычно около 50 °C) в течение нескольких часов (4-8) для прохождения реакции трансэтерификации. Реакционная смесь должна поддерживаться выше точки кипения спирта (около 70 °C), но в некоторых системах из соображений безопасности рекомендуется поддерживать диапазон температур от комнатной до 55 °C. Обычно время реакции составляет от 1 до 10 часов, и при нормальных условиях скорость реакции удваивается при повышении температуры реакции на 10 °C. Для предотвращения испарения спирта реакцию нужно проводить в закрытой емкости, но важно избегать плотно закрытой системы (опасность взрыва).

 После завершения реакции на дне осаждается глицерин. Биодизель должен быть цвета меда, в то время как глицерин темнее. При поддержании температуры около 38 С глицерин остается в жидком состоянии и может быть легко удален снизу смесителя отдельным шлангом.
Глицерин, полученный из отработанных масел обычно коричневый и твердеет при температуре 38 С, глицерин из свежего масла остается в жидком состоянии при более низких температурах. Его прекрасно можно использовать, как побочный продукт, предварительно выпарив из него метанол нагреванием до 65,5 С.

Удаление остатков мыла.

Обычно полученный биодизель содержит много растворенных остатков мыла от реакции ионов Na+ с водой. Этого можно попытаться избежать, выпарив предварительно всю воду и стараться не допускать воды при приготовлении метоксида. Важно использовать сухой смеситель. После получения биодизеля лучше дать ему отстояться в течение недели, таким образом все мыльные остатки оседают и уходят при последующей фильтрации. Другой метод заключается в неоднократной промывке водой этих остатков. При первом промывании лучше добавить слегка подкисленную винным уксусом воду, кислота доведет раствор до нейтрального, удаляя любую щелочь, присутствующую в растворе. Некоторые экспериментаторы используют технику «пузырьковой промывки», длительностью около 12 часов
При использовании этанола часто образется эмульсия, от которой можно избавиться просто отстаиванием, центрифугированием, или добавлением низкокипящего (то есть, легко удаляемого) неполярного растворителя, и дальнейшей фильтрацией. Верхний слой — смесь биодизеля и спирта- фильтруется. Избыток спирта можно удалить в процессе выпариванияили дистилляции, или экстрагировать водой, но после биодизель должен быть осушен с помощью осушающего агента.

Определение качества получившегося биодизеля.

Качество получившегося продукта определяется, прежде всего, на глаз и проверкой рН. Проверить кислотность можно с помошью лакмусовой бумажки или обычным лабораторным цифровым рН- метром. Он должен быть нейтральным, 7,0. На вид он должен выглядеть как чистое подсолнечное масло. Не допускается наличие никаких взвесей, примесей, частиц или замутнений. Мутность означает присутствие воды, которая удалается нагреванием, частицы необходимо отфильтровать через 5 микронный фильтр. После первого применения биодизеля обязательно следует проверить топливные фильтры.

Существует множество различных технологий первичной очистки масла с помощью адсорбентов. Также используются различные адсорбенты при очистке (промывке) готового биодизеля. Небходимо использовать фильтры для очитски воды после промывки биодизеля, которые отбирают типичные  загрязнители- спирты, кетоны, альдегиды, амины и аммиак, пестициды и гербициды, хлорорганические соединения, фенолы и масла, SО2, углеводороды, летучие соединения, сероводород, меркаптаны и промышленные растворители, другие загрязнители. После прохождения воды через фильтр возможно ее повторное использование  или сброс в канализацию.

Оригинал статьи http://www.ecotoc.ru/liquid_biofuel/biodiesel/d281