Gashaw Alemayehu, Tewodros Getachew and AbileTeshita
Химический факультет, факультет естественных и вычислительных наук, Университет Буле-Гора, Буле-Гора, Эфиопия.
Биологический факультет, факультет естественных и вычислительных наук, Университет Буле-Гора, Буле-Гора, Эфиопия.
Телефон +251912037960
(Получено 24 Ноября 2014; Принято 28 Января 2015)
Аннотация-биодизель стал ключевым источником замещения топлива и занимает свое место в качестве ключевого будущего - возобновляемые источники энергии. В качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей, становится все более важным из-за снижения запасов нефти в окружающей среде. Минимизировать затраты на биотопливо, в последние дни отходы в качестве сырья использовалось растительное масло. Используемые кулинарные масла использованы как сырье, приспособление непрерывного процесс переэтерификации и восстановления высокого качества глицерин от биодизеля- продукта (глицерин) являются первичными следует рассмотреть варианты снижения стоимости биодизельного топлива.
4 основных пути сделать биодизель, сразу польза и смешивать, микро -- эмульсии, термальный трескать (пиролиз) и переэтерификация. Утилизации жидких такие виды топлива, как биодизель, производят из растительного масла процесс переэтерификации представляет собой один из наиболее перспективные варианты использования традиционных ископаемых угли. Однако, как биодизель, производят из растительного масла и животных жиров, есть опасения, что исходное сырье биодизеля может состязаться с поставкой еды в долгосрочный. В настоящее время более высокие выбросы ПГ ископаемое топливо убедило политиков, инвесторов и исследователи больше думают о замене ископаемых топливо для спасения планеты. В настоящем обзоре рассматриваются процессы производство биодизеля путем переэтерификации и факторов также рассматриваются вопросы, затрагивающие производство биодизельного топлива. Позиции индекса: биодизель; Переэтерификация, пиролиз.
Микроэмульсия, прямое использование и смешивание
Введение
Ископаемые виды топлива являются невозобновляемыми энергетическими ресурсами. Хотя, эти топлива вносят вклад в большинстве к мировому энергоснабжению, их производство и использование поднимал экологические проблемы и политические дебаты.
Было показано, что 98% выбросов углерода в результате сжигания ископаемого топлива [1]. Потребность в энергии постоянно увеличивается за счет быстрый рост числа отраслей и транспортных средств вследствие демографического взрыва. Источники этого
энергия нефть, уголь природного газа, углерод и ядерный. Основные недостатки использования нефтепродуктов основанные топлива атмосферное загрязнение созданное
использование нефтяного дизеля. Нефтяной дизель при горении выделяется несколько парниковых газов. Отдельно от этих излучений, дизель петролеума также главный источником этих загрязнений, в том числе не Х , SO X, CO, твердые частицы и летучие органические соединений [2]. Несколько альтернативных видов топлива изучено либо частично заменить дизельное топливо, либо полностью. Растительные масла предлагаются перспективные альтернативы дизелю, как они есть производится в сельской местности. Масло, получаемое из семян может обеспечить возможности самостоятельной занятости [3]. Концепция биотоплива не нова. Рудольф Дизель был первое для использования постного масла (арахисового масла) в дизеле двигатель в 1911 году. Использование биотоплива вместо обычные виды топлива замедлят развитие глобальных греть путем уменьшение окисей серы и углерода и выброс углеводорода. Из-за экономических выгод и больше выходной мощности, биодизель часто смешан с дизельное топливо в пропорции 2, 5 и 20%. Чем выше коэффициент биодизеля к дизелю, низкий углекислый газ излучение. Используя смеси, содержащей 20% биодизеля снижает объем выбросов углекислого газа на 15,66%, а используя чисто биодизель делает сетчатое излучение углерода диоксид ноль ([4]. Биодизель определен как моноалкиловые эстеры длиной цепные жирные кислоты возникли от естественных масел и жиры растений и животных, является своего рода альтернативой для ископаемые виды топлива. Биодизель привлекал широкое внимание в мире благодаря своей renewablity, biodegradablity, нетоксичность и экологически чистые преимущества [5]. Производство биодизеля из отработанного растительного масла относительно легкий и обладает много экологическим выгоды. Использование растительных масел в качестве масла для жарки производит значительные количества используемых масел, которые могут представлять проблему утилизации. Их польза для биодизеля продукция имеет преимущество их низкой цены. Растительное масло из растительных источников-лучшее начало материал для того чтобы произвести биодизель потому что преобразование чистого триглицерида к эстеру жирной кислоты метиловому высоко и время реакции относительно короткое [6].
Использование пищевых растительных масел и животных жиров производство биодизеля в последнее время вызывает большую озабоченность потому что они конкурируют с пищевыми материалами. Как спрос на растительные масла для пищевых продуктов увеличился чрезвычайно В последние годы, это невозможно оправдать. Использование этих масел для топливных целей, таких как производство биодизеля. Кроме того, эти масла могут быть дороже использовать в качестве топлива [7 и 8] стоимость производства биодизеля на основе материалов используемый. Видно, что среди четырех материалов
как пальмовое масло, масло jatropha, масло сои и отход пищевое масло, неныжное пищевое масло можно увидеть как самое дешевое и самое экономическое сырье для производство биодизеля. Растительного масла достаточно потенциал для топлива двигателей с воспламенением от сжатия. Тот Кинематическая вязкость используемого растительного масла (UCO) составляет около В 10 раз больше, а его плотность примерно на 10% выше
чем минеральное дизельное топливо. Эти свойства играют важную роль в сгорании; поэтому эти должны быть доработанный до пользы UCO в двигателе. Многие методы были начаты для уменьшения кинематического вязкость и удельный вес растительных масел, которые включите пиролиз, эмульгацию, полагаться и переэтерификация. Среди этих методов, переэтерификация-горячий фаворит[9].
Биодизельное топливо альтернативное дизельное топливо выведенное от растительные масла или животные жиры. Основная компонента растительных масел и животных жиров
триглицериды или также как Эстер жирной кислоты прикрепленный в глицерол [10] и 11]. Биодизель имеет относительно высокую горячую точку, которая делает он менее летуч и безопаснее для транспортировки или обработки, чем нефтяное дизельное топливо. Износ двигателя и длительный срок службы двигателя преимущества которые может обеспечить биодизель по мере того как он делает обладают смазывающими свойствами. Поэтому, польза биодизеля выращивается ярко в последние годы [12]. В данной статье рассматриваются факторы, влияющие на биодизель производственный процесс как температура, время реакции, соотношение метанола и масла, тип и количество катализатора, активный тариф и свободное содержание жирной кислоты и влаги и различные производственные процессы.
БИОДИЗЕЛЬ И ЕГО СЫРЬЕ
Биодизель-это альтернативное жидкое топливо, которое может существенно замените обычный дизель и уменьшите загрязнение выхлопных газов и расходы на техническое обслуживание двигателя. Этот возобновляемое топливо можно произвести от различного
сырье, содержащее жирные кислоты, такие как животные жиры, не пищевые масла (Масло Jatropha, масло Karanji или Pongamia, Масло нима, масло жожоба, хлопковое масло, Льняное масло, Махуа масла, декан конопляное масло, Кусум масло, апельсиновое масло,
резина и масло), и отходы, пищевые масла и продукты переработки растительных масел и водорослей [12и 13]. Биодизель повышенное внимание в качестве альтернативы, нетоксичное, биоразлагаемое и возобновляемое дизельное топливо. Биодизель обычно производится путем переэтерификации растительного масла или животного жира с короткоцепочечным спиртом как метанол или этанол. Он имеет более высокий кислород содержание чем дизель нефти и своя польза в дизеле двигатели показывали большие уменьшения в излучении твердые частицы, окись углерода, сера, polyaromatics, углеводороды, дым и шум. Вкроме того, сжигание топлива на основе растительного масла не внести вклад в чистые атмосферические уровни СО2 потому что такие топливо производится из сельскохозяйственных материалов, которые производится путем фотосинтетической фиксации углерода [14].
ПРОИЗВОДСТВО БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Существуют различные процессы, которые могут быть применены к синтезируйте биодизель как сразу польза и смешивать, микро-процесс эмульсии, термальный треская процесс и самый обычный путь переэтерификация процесс. Это связано с тем, что данный метод является относительно легкий, унесенный на нормальных условиях, и дает лучший КПД и качество конвертировать топлива [9].
ПРЯМОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СМЕШИВАНИЕ
Сразу польза постных масел в двигателе дизеля нет благоприятный и проблемный потому что он имеет много врожденные недостатки. Хотя растительных масел знакомые свойства как топливо биодизеля, оно требовал некоторого химическое изменение раньше можно использовать в двигатель. Он только был исследован обширно для последние пару десятилетий, но экспериментировал сна протяжении почти ста лет. Хотя некоторый двигатель Дизеля смогите побежать чисто постные масла, turbocharged сразу двигатель впрыски как тележки прональн к много проблемы. Потребление энергии с пользой чисто
растительные масла оказался похож на дизельный топливо. Для недолгосрочной пользы, коэффициент 1:10 к маслу 2: 10 к дизель оказался успешным [15].
процесс микроэмульсии
Проблема высокой вязкости растительных масел был разрешен микро -- эмульсиями с растворителями такими как метанол, этанол и бутанол-1 [4]. Микро-эмульсия определена как коллоидное равновесная дисперсия оптически изотропной жидкости микроструктуры с размерами вообще в границах 1-150 Нм образуется самопроизвольно из двух нормально несмешивающиеся жидкости и один или несколько ионных или неионных. [15 - 17].
Компоненты биодизельной микроэмульсии включите дизельное топливо, постное масло, спирт, и ПАВ и присадки для повышения цетанового числа в любой масштаб. Спирты, такие как метанол и этанол использованы как выкостность понижая добавки, более высокие спирты используются в качестве поверхностно-активных веществ и алкилнитратов используется в качестве присадки для увеличения цетанового числа. Микроэмульсии могут
улучшите свойства брызга взрывно испарением из низкокипящих компонентов в мицеллах.
Микроэмульсия приводит к снижению вязкости увеличение цетанового числа и хорошее распыление персонажи в биодизеле. Однако, непрерывная польза микро-эмульгированное дизельное топливо в двигателях причин такие проблемы, как иглой форсунки, нагара образование и неполное сгорание [16].
ТЕРМИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ (ПИРОЛИЗ)
Пиролиз определяется как превращение одного вещества в другое посредством жары или топления с помощью катализатор. Пиролиз предполагает нагрев при отсутствии воздух или кислород и расщепление химических связей, котор нужно произвести маленькая молекула. Пиролиз растительного масла биотопливо продукции было изучено и было найдено к производим алканов, алкенов, alkadienes, ароматических и карбоновые кислоты в различных пропорциях. Тот оборудование для термического крекинга и пиролиза дорого для скромного производства биодизеля особенно в развивающихся странах. Кроме того, удаление кислорода во время термической обработки также извлекает все экологические преимущества использования насыщенное кислородом топливо. Еще один недостаток пиролиз-это необходимость отдельной дистилляции оборудование для разделения различных фракций. Также полученный продукт подобен бензину содержащий серы, что делает его менее экологичным [16]. Пиролитическую химию трудно охарактеризовать из- за разнообразия пути реакции и разнообразия продуктов реакции, которые могут быть получены от реакция происходит. Пиролизованный материал может быть растительным масла, животные жиры, натуральные жирные кислоты и метиловые эфиры жирные кислоты. Первым пиролизом растительного масла был проведенный в попытке синтезировать нефть из овощные [15].
Переэтерификация
Наиболее распространенным способом для производства биодизельного топлива является метод переэтерификации, который относится к катализируемому химическая реакция включая постное масло и спирт к выход жирных кислот, алкил эфиры (биодизель) и глицерин. Реакция требует катализатора, обычно сильного основания, как окисоводопод натрия и калия или натрий на основе метилата [18 и 19]) и / или серной кислоты процессы переэтерификации. Кислотные катализаторы слишком медленные быть практически для
преобразовывать триглицериды к биодизелю; однако, кисловочные катализаторы довольно эффективны на преобразовывать FFAs на биодизельное топливо. Поэтому, кислот- катализированное шаг pretreatment для того чтобы преобразовать FFAs к эстерам, затем щелочно-катализируемой шаг для преобразования триглицериды должны снабдить эффективный метод преобразовать высокое Ффас для биодизеля [20]. Переэтерификация процесс способствует снижению вязкости масла 19].
Катализатор обычно используется для улучшения скорости реакции и урожайность. Поскольку реакция обратима, избыток алкоголь используется для смещения равновесия к продукту сторона. Особенно метанол использован как алкоголь из-за своя низкая цена и свои физические и химические преимущества. Метанол может быстро прореагировать с постным маслом и NaOH легко растворяется в нем [18 и 21]. Тот стехиометрическая реакция требует 1 моль триглицерида и 3 моль спирта. Однако, избыток спирт использован для того чтобы увеличить выходы алкиловых эстеров и допустить ее разделения фаз из глицерина образована [22].
Триглицериды прореагированы с соответствующим спиртом (Метиловый, этиловый, или другие) в присутствии к катализатору под контролируемой температурой для, Котор дали длины время. Химическая реакция триглицерида с алкоголь показан ниже. С более высокими спиртами соответственно изменится и химическое уравнение [23].
Рисунок 1: производство биодизеля путем переэтерификации [13].
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА БИОДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО ПРОИЗВОДСТВО
Процесс переэтерификации приводит к резкое изменение вязкости растительного масла. Тот высоковязкий компонент, глицерол, извлекается и следовательно, продукт имеет низкую вязкость, как ископаемое угли. Произведенное биодизельное топливо полностью смешиваемо с минеральным дизелем в любой пропорции. Температура вспышки биодизеля понижен после переэтерификации и цетановое число повышается. Выход биодизель в процессе переэтерификации зависит от нескольких параметров процесса, который включают в себя: наличие влаги и свободных жирных кислот (FFA), время реакции, температура реакции, катализатор и молярное соотношение спирта и масла [16 и 24].
Температура
Температура реакции важный фактор который будет влияют на выход биодизеля. Например, выше температуры реакции увеличивает скорость реакции и сокращение времени реакции за счет вязкость масел. Однако, увеличение в реакции температуры выше оптимального уровня приводит к снижению выхода биодизеля, потому что более высокая температура реакции ускоряет омыление триглицеридов ( [25] и причины метанол испаряется, что приводит к снижению урожайности [26]. Обычно температура реакции переэтерификации быть под температурой кипения спирта предотвратить испарение спирта. Диапазон оптимальных температура реакции может варьироваться от 50°c до 60°c
зависит от используемых масел или жиров [25]. Поэтому температура реакции около температуры кипения спирт порекомендован для более быстрого преобразования мимо различные литературные произведения. На комнатной температуре, вверх до 78%
конверсии через 60 минут, и это указал, что метиловый этерификации из Ффас смогл быть унесено заметно на комнате температура, но может потребовать более длительной реакции
время. В бутиловой эстерификации, однако, температура имела сильное влияние. Температура увеличивает энергию реагируя молекулы и также улучшают смешиваемость алкогольной полярных средах в неполярной жирной фазы, в результате реакции протекают гораздо быстрее [27]. Время реакции Наблюдается увеличение конверсии эфиров жирных кислот когда происходит увеличение времени реакции. Реакция медленно в начале из-за смешивания и диспергирования спирт и масло. После этого реакция протекает очень быстрый. Однако максимальное преобразование Эстера было достигается в течение < 90 мин. Дальнейшее увеличение реакции время не увеличивает продукт выхода т. е. биодизель
/ моно алкиловый эфир. Кроме того, более длинная реакция время приводит к сокращению конечного продукта (биодизеля) благодаря обратимой реакции переэтерификации приводящ к в потере эстеров также, как образование мыла [25, 28]. Метанол к коэффициенту масла Молярному Один из важнейших параметров, влияющих на выход биодизеля-молярное отношение спирта к триглицерид. Стехиометрически 3 родинки спирта и 1 моль триглицерида необходим для переэтерификация для получения 3 молей жирной кислоты использовать метиловые/этиловые эфиры и 1 моль глицерина. В для сдвига реакции вправо, необходимо или используйте сверхнормальный спирт или извлекайте один из продуктов из реакционной смеси. Второй вариант обычно предпочтительно, чтобы реакция продолжалась до завершения. Тот скорость реакции считается высоким при 100% избытке используется метанол [29 и 26]. Метанол, этанол, пропанол, бутанол и амиловый спирт смогите быть использовано в реакции переэтерификации, среди эти спирты метанол применяют чаще как своя цена низка и она физически и химически выгодный (приполюсный и самый короткий цепной спирт) сверх
другие спирты. В отличие от этого, этанол является предпочтительным спирт для использования в процессе переэтерификации сравненный к метанолу в виду того что он выведен от сельскохозяйственные продукты и возобновляемые и биологически менее оскорбительно в окружающей среде. Влияние объемное отношение метанола и этанола к нефти изученный. Результаты показывают что самый высокий выход биодизеля почти 99,5% на масле 1:6/метаноле. По сравнению, выход биодизеля с использованием метанола непрерывно увеличивается с повышением молярного отношения метанола [30]. Тип и количество катализатора Образование биодизеля также повлияно на концентрация катализатора. Наиболее обыкновенно используемый катализатор для производства биодизеля используется гидроксид натрия (NaOH) или гидроксид калия (KOH) [25]. Тип и
количество катализатора, необходимое для переэтерификации процесс обычно зависит от качества исходного сырья и метод приложенный для процесса переэтерификации. Для очищенного исходного сырья, любой тип катализатора смог быть используется для процесса переэтерификации. Однако, для сырье с высокой влажностью и свободными жирными кислотами содержание, однородный процесс переэтерификации непригоден из- за высокой возможности омыления процесс вместо процесса переэтерификации. Выход эстеров жирной кислоты алкиловых вообще увеличивает с увеличением количества катализатора. Это связано с наличие более активных сайтов за счет добавления более крупных количество катализатора в процессе переэтерификации. Однако, на экономической перспективе, более большое количество катализатор может быть невыгодным из-за стоимости катализатора себя. Поэтому, подобный коэффициенту масла к спирту, процесс оптимизации необходим для определения оптимальное количество катализатора, необходимое в процесс переэтерификации [31 и 28].
Интенсивность Перемешивания
Масла и спирты не вполне смешиваемы, таким образом реакция может происходить только в межфазной области между жидкости и реакция переэтерификации в меру медленный процесс. Так, смешивать очень важен в процесс transesterification, адекватний смешивать эти два вида сырья необходимо продвигать таким образом, контакт между этими двумя кормовыми запасами усиление реакций переэтерификации [28] и [31]. Большинство литератур указывают, что во время реакция переэтерификации, реактивы первоначально формирует а двухфазная жидкостная система. Смешивая влияние найденный, что сыграть значительную роль в медленном тарифе реакция. По мере того как разъединение участка прекращает, смешивать будет незначительный. Влияние перемешивания на кинетику процесс переэтерификации составляет основу процесса масштабирование и проектирование [32].Интенсивность смешивания смогл быть поменян в зависимости от своей необходимости в процесс переэтерификации. Вообще, смешивая интенсивность необходимо увеличить для обеспечения хорошего и формы смешивание исходного сырья. Когда растительные масла с высоким кинематическая выкостность использована как исходное сырье, интенсивнейшее механическое перемешивание необходимо для преодоления негативных влияние вязкости на массообмен между нефтью, спирт и катализатор [28] и [31]. Содержание свободных жирных кислот и воды Содержание FFA и влаги имеет значительно влияния о переэтерификации глицеридов спиртом используя катализатор. Высокое содержание FFA (>1% w/w) будет случается образование мыла и разъединение продуктов будет чрезвычайно трудно, и в результате, оно имеет низкий уровень выход биодизельного продукта [33]. Кроме того формирование гели и пены препятствуют отделению глицерина от биодизель [25]. Например, содержание воды в отходах пищевое масло ускорит ход реакции гидролиза и одновременно уменьшите количество образования Эстера [34]. Для преодоления этой проблемы сверхкритический метанол был предложен метод. Можно отметить, что вода имеет меньше влияния в сверхкритическом методе метанола [25].Поэтому содержание воды не всегда должно превышать 0.5% получить 90% выход биодизеля и больше критический для кислот- катализированной реакции чем основание катализируемой реакции [35][28] указано содержание влаги в собранных отходах куриные жиры варьируются в широких пределах, достигая 18%. Поэтому, не возможно преобразовать эти масла к биодизель с использованием одного процесса. Один недостаток биодизель что обратное отношение между окислительная стабильность биодизеля и его холодный поток свойства. Насыщенные смеси более менее прональны к окислению, чем ненасыщенных соединений, но они поднимают температура помутнения топлива. Реакция FFAs с спирт производит Эстер, но также воду которая блокирует для переэтерификации глицеридов. Это связано с
влияние произведенной воды когда FFAs реагирует с спирта с образованием эфиров. Совпадение линий показывает что образование воды основное механизм, ограничивающий завершение кислоты катализированная реакция эстерификации с FFAs.
Заключение
Биодизель привлекал широкое внимание в мире должном его renewablity, biodegradablity, не токсичности и экологически чистые преимущества. Это важно новая альтернатива транспортировки топлива. Его можно произвести от различного исходного сырья содержа жирные кислоты как животные жиры, non пищевые масла, и неныжные пищевые масла и
продукты переработки растительных масел и водорослей. Переэтерификация является широко используемым методом для его производство. Целью данного метода является снижение вязкость масла или жира с помощью кислоты или основания катализатора наличие метанола или этанола. Однако производство биодизеля сильно зависит от параметров как молярный коэффициент спирта, температура реакции, время реакции и концентрация катализатора. Следовательно, это статья концентрируется на развитии экономики жизнеспособные, а также экологически чистые субстраты для биодизеля производство и кратко рассматриваются факторы, влияющие на производство биодизеля.
ССЫЛКИ НА ЛИТЕРАТУРУ
Aransiola, E. F, Betiku, E. Ikhuomoregbe, D.I.O., Ojumu T.V. (2012) Production of biodiesel from crude neem oil feedstock and its emissions from internal combustion engines. African Journal of Biotechnology, 11(22): 6178-6186.
Kannahi, P.M., Arulmozhi, R. (2013) Production of biodiesel from edible and non-edible oils using Rhizopus oryzae and Aspergillus niger. Asian Journal of Plant Science and Research, 3(5): 60-64.
Mulimani, H., Hebbal, O. D., Navindgi, M. C. (2012) Extraction of Biodiesel from Vegetable Oils and Their Comparisons, International Journal of Advanced Scientific Research and Technology, 2(2), 242-250
Ghaly, A.E., Dave, D., Brooks, M.S., Budge, S. (2010) Production of Biodiesel by Enzymatic Transesterification: Review. American Journal of Biochemistry and Biotechnology 6 (2): 54-76.
Zhen-xing, L., Xiao-an, N., Yi-gang, W. (2013) Study on Technology of Comprehensive Utilization of Biodiesel and Dimers from Rapeseed Oil. Journal of forest products & industries, 2(4): 5-8.
Thirumarimurugan, M., Sivakumar, V. M., Merly Xavier, A., Prabhakaran, D.,Kannadasan, T. (2012) Preparation of Biodiesel from Sunflower Oil by Transesterification, International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics, 2(6), 441-444.
Refaat, A. A., Attia, N. K., Sibak, H. A., El Sheltawy, S. T., ElDiwani, G. I.(2008) Production optimization and quality assessment of biodiesel from waste vegetable oil. International Journal of Environmental Science and technology, 5 (1): 75-82.
Alnuami, W., Buthainah, A., Etti, C. J., Jassim, L. I., Gomes G. A. C. (2014) Evaluation of Different Materials for Biodiesel Production. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 3(8), 60-65
Shahid, E.M., Jamal, Y., Shah, A.N., Rumzan, N., Munsha, M. (2012) Effect of Used Cooking Oil Methyl Ester on Compression Ignition Engine. Journal of Quality and Technology Management, VIII (II), 91– 104.
Abdullah, N.H., Hasan, S.H., Yusoff, N.R.M. (2013) Biodiesel Production Based on Waste Cooking Oil (WCO), International Journal of Materials Science and Engineering, 1(2): 94-99.
Fadhil, A.B., Dheyab, M.M., Ahmed, K.M., Yahya, M.H. (2012) Biodiesel Production from Spent Fish Frying Oil Through Acid-Base Catalyzed