Разработка технологии переработки жирового сырья животного происхождения в биодизельное топливо тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.04, кандидат технических наук Горохов, Дмитрий Германович

• Горохов, Дмитрий Германович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горохов, Дмитрий Германович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Теоретические аспекты производства биодизельного топлива.

1.2 Перерабатываемое сырье в биодизельной промышленности.

1.3 Влияние технологических параметров и катализаторов на течение реакции алкоголиза.

1.4 Перспективы биоэнергетики сельского хозяйства и автопарка России.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии переработки жирового сырья животного происхождения в биодизельное топливо»

Экономия энергоносителей нефтяного происхождения, ужесточение норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, а также ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют большинство стран искать пути снижения опасности влияния тепловых двигателей на окружающую среду. Зависимость от импорта нефти рассматривается большинством стран как вопрос национальной, экономической и энергетической безопасности, а использование нефтепродуктов несёт в себе значительную экологическую опасность. Именно это определяет актуальность исследований и разработок, направленных на диверсификацию сырьевой базы, поиск альтернативных моторных топлив.

Одной из существенных проблем в пищевой отрасли являются рациональная переработка скапливающегося жирового сырья в связи со сменой идеологии питания и утилизация жировых отходов. Сточные воды многих мясоперерабатывающих предприятий содержат значительное количество жировых компонентов, находящихся в трудноперерабатываемом эмульгированном и неэмульгированном состоянии. Очистка указанных стоков приводит к образованию побочных продуктов, которые подвергают захоронению на специальных полигонах. Это наносит серьезный ущерб экологии окружающей среды. Рядом ученых Л.Л. Никифоровым, Б.Ф. Щербаком, J1.M. Файвишевским, Г.Н. Кузнецовой, А.Р. Hopwood, G.D. Rosen, J.W. Abson и др., разработаны теоретические и практические положения выделения жировой фракции из сточных вод мясоперерабатывающих предприятий и мясокомбинатов и переработки ее в полезный продукт.

В настоящее время сильнейшим загрязнителем атмосферного воздуха является автотранспорт, обеспечивающий до 90 % поступающих загрязнений. Автопарк нашей страны насчитывает более 20 млн. автомобилей и его прирост составляет 7 - 10 % в год. Обостряются экологические проблемы, связанные с использованием традиционных моторных топлив, при сжигании которых образуется большое количество токсичных выхлопов. Прямой ежегодный ущерб от пагубного воздействия только транспортного комплекса России на окружающую среду и здоровье населения составляет 3-4 млрд. долл. США. Поэтому все большую актуальность приобретают вопросы, касающиеся степени влияния выхлопов автотранспорта на состояние воздушной среды, а также перевод техники на экологически безопасные виды биотоплива.

Цены на моторное топливо из года в год растут, негативно влияя на себестоимость выпускаемой продукции. Ориентация отечественной нефтяной отрасли на экспортные поставки, увеличение цен на моторное топливо в 5 раз за последние пять лет привели к росту затрат на топливо в себестоимости сельскохозяйственной продукции в 3-4 раза. В настоящее время доходность сельского хозяйства резко снижается в результате несовершенства системы его кредитования и низкой платежеспособность населения - основного потребителя продукции сельского хозяйства. В этих условиях сельскохозяйственные товаропроизводители не могут обеспечить себя в достаточном количестве основными и оборотными средствами, и в частности топливом.

Ежегодно предприятия АПК, в том числе мясокомбинаты потребляют около 5,5 млн. т дизельного топлива, получаемого из нефти, являющейся невозобновляемым источником энергии, поэтому использование альтернативного топлива на мясоперерабатывающих предприятиях является экономически перспективным. В связи с этим поиск альтернативных источников энергии очень важен.

Биодизельное топливо, получаемое из растительных масел, считается одним из наиболее перспективных возобновляемых альтернативных топлив, однако его производят из масла, используемого для приготовления пищи. Биодизель является высококачественной, целесообразной с экономической и

1 экологической точек зрения заменой традиционному топливу. Прежде всего, I из-за незначительных вредных выбросов в атмосферу, особенно углекислого газа для предотвращения парникового эффекта. Биодизель сгорает практически без токсических отходов, количество копоти уменьшается до 50%. Биодизель легко разлагается микроорганизмами, а это значит, что при попадании в почву он не наносит ущерба ни грунтовым водам, ни почве. Другим важным фактором является то, что при производстве биодизеля практически не остается отходов. Получающиеся "побочные" продукты, в частности фармакологический глицерин и сульфат калия, используются соответственно в химической промышленности и в производстве удобрений. Таким образом, производство биодизеля - один из производственных процессов, при котором перерабатывается практически 100% сырья. "В развитии именно таких, экологически чистых технологий наблюдается в настоящее время бум. И нам приятен тот факт, что Вена является первой европейской столицей, где построена такая производственная установка",-подчеркнул вице-бургомистр д-р Сепп Ридер на открытии установки в Лобау.

В настоящее время в мире для производства биотоплива используются очищенные растительные масла, которые содержат главным образом триглицериды с низкой долей свободных жирных кислот. Растительные масла, отработанное пищевое масло, животные жиры - эти источники энергии представляют собой не только производственную альтернативу для сельского хозяйства, но и важный шаг к экологическому энергообеспечению. Ряд применяемых очищенных масел (такие как соевое и рапсовое) имеют высокую себестоимость, что составляет до 60-80 % от себестоимости получаемого из них биодизельного топлива. В связи с этим биотопливо, полученное из таких масел коммерчески неконкурентоспособно по сравнению с минеральным дизельным топливом. В мире до настоящего времени производство биотоплива путем переработки животных липидов не создано.

Поскольку на мясоперерабатывающих предприятиях Российской Федерации имеются достаточные ресурсы животного жира и жировых отходов, ежегодно скапливающихся в объеме порядка 250 тыс. т., существует техническая возможность их утилизации переработкой в экологически чистое топливо с высокими качественными показателями, которое может быть использовано в автопарке мясоперерабатывающих предприятий, а также на предприятиях отраслей АПК. Производство биотоплива из жирового сырья животного происхождения позволит снизить себестоимость выпускаемой продукции, более рационально использовать само сырье, за счет эффективной утилизации жировых отходов, а также положительно повлияет на экологию автотранспорта предприятия и города в целом, а стало быть, и на здоровье человека за счет снижения уровня образования выхлопных газов. В странах ЕС потребность в биогенном, экологически чистом топливе постоянно возрастает. По оценкам экспертов, увеличение потребления биодизеля в ЕС с 2008 г. ожидается до 25% в год. Нормы Европейского союза в отношении автомобильного топлива предписывают подмешивание в автомобильное горючее с 1 октября 2005 года не менее 2,5% биогенного топлива. В последующие годы эта доля должна быть увеливена: с 1 октября 2007 года - 4,3%, с 1 октября 2008 года - 5,75%.

Рудольф Дизель, изобретатель дизельного мотора (работавшего первоначально на арахисовом масле), был не только дальновиден, но и, безусловно, прав, когда в 1912 году сказал: "Использование растительного масла в качестве топлива сегодня может показаться малозначимым, однако со временем оно будет так же важно, как нефть или угольные продукты".

По прогнозам специалистов в ближайшие десятилетия ожидается дальнейшее снижение производства традиционных источников энергии, в том числе и добычи нефти. Приводимые в печати сроки исчерпания нефтяных ресурсов в среднем по мировой нефтедобывающей отрасли составляют около 80 лет с учетом месторождений континентального шельфа, характеризующихся высокой стоимостью нефтедобычи от 170 до 700 долл. США за тонну (для сравнения: добыча нефти на Ближнем Востоке стоит от 5 до 6 долл. США за тонну). В связи с этим возникла необходимость в перестройке энергетического баланса, в развитии полиэнергетики, т.е. системы, базирующейся на использовании нескольких источников энергии, ни один из которых не играет определяющей роли. Необходимы диверсификация энергоснабжения, являющаяся "страховкой против риска", и глубокие технические изменения в разработке и освоении новых видов энергии, а также в ее рациональном использовании.

В связи с вышеизложенным, весьма актуальным является поиск альтернативных, более дешевых видов топлива, каким является биотопливо на основе возобновляемых липидов, которое может производиться самими сельскохозяйственными предприятиями и предприятиями мясной отрасли. Использование биотоплива имеет преимущества перед традиционными видами топлива в связи с его экологической безопасностью, что особенно важно в связи с напряженностью экологической ситуации в пищевых отраслях.

Заключение диссертации по теме «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств», Горохов, Дмитрий Германович

выводы

1. Определены показатели качества различных животных жиров. Проведено исследование влияния химических свойств сырья на процесс переработки жиров в биодизельное топливо, а также характеристики полученного биотоплива. Установлено, что содержание воды и содержание свободных жирных кислот не должно превышать в исходном жировом сырье 0,5% и 1% соответственно.

2. Установлены оптимальные технологические параметры процессов этерификации и трансэтерификации (температура реакции 60±5 °С для метанола, 65±5 °С для этанола, 75±5 °С для изопропила и 100±5 °С для бутанола, длительность реакции 60 - 150 мин). Установлены рациональные концентрации катализаторов (для КОН 0,5-1%, для Н2Б04 1-10%, для ]ЧаАЮ2 и А1РО4 20%) и рациональные молярные соотношения спиртов к жиру (метиловый и этиловый 6:1-9:1, изопропиловый и бутиловый 9:1).

3. Определены физико-химические свойства полученных образцов биодизельного топлива. Установлено, что наилучшими свойствами обладают этиловые эфиры жирных кислот животного происхождения.

4. Установлено, что биодизельное топливо из животных жиров может храниться не менее 6 месяцев, эффективная массовая доля биотоплива в минеральном топливе составляет 5-20 %.

5. Разработана технология биодизельного топлива из животных жиров и техническая документация "Биодизельное топливо из животных жиров" (ТУ 0251-991-00419779-10).

6. Ожидаемый годовой экономический эффект от внесения 5% разработанного биотоплива в дизельное топливо составит 8 — 28 млн. руб., а при замене 20% составит 40 - 111 млн. руб. при годовом объеме производства биодизельного топлива 65 тыс. тонн.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горохов, Дмитрий Германович, 2010 год

1. Акопов И.Э. Важнейшие отечественные растения и их применение / И.Э. Акопов — Ташкент: медицина, 1986. 576 с.

2. Аронов Э.Л. Производство и применение биодизельного топлива (с рапсовым маслом) в сельском хозяйстве / Э.Л. Аронов // Техника и оборудование для села — 2007. — №3. — С.38-40.

3. Ашпина О.П. Рапс — культура стратегическая / О.П. Ашпина // The Chemical journal. — 2005. — №9. — С. 40-45.

4. Большой скачок на биогорючем //Масложировая промышленность. — 2005.— №4. —С. 20-21.

5. Вагнер В.А. Применение альтернативных топлив в ДВС / В.А. Вагнер // Двигателестроение. 2000. — №3. - С.12-16.

6. Гаврилова В.А., Дубовская А.Г., Конькова Н.Г., Низова Г.К. Перспективы и реальность использования масел растительного происхождения в качестве биотоплива / В.А. Гаврилова //Масложировая промышленность. — 2005. —№4. —С. 15-17.

7. Головенчик E.H. Зарубежный опыт организации производства и использования дизельного биотоплива на основе продуктов переработки рапсового масла / E.H. Головенчик // Агроэкономика. — 2005. — № 8. — С. 40-42.

8. Губанов A.B., Почернаков В.И. Научно-теоретические аспекты использования продуктов масложировой отрасли при производстве биодизеля / A.B. Губанов // Масла и жиры. — 2006. — №5. С. 22-25.

9. Давыдова Е.М., Пасхин H.H. Развитие топливного рынка ЕС: биодизельного топливо возобновляемый энергетический ресурс / Е.М. Давыдова //Масложировая промышленность. — 2005. —№4. —С. 22-23.

10. Жегалин О.И. Альтернативные топлива и перспективы их применения на тракторных дизелях, обзорная информация / О.И. Жегалин // М.,

11. J ЦНИИТЭИ, Тракторсельхозмаш, 1986. С. 10-40.•! 11. Емельянов В.Е. Решение экологических проблем автотранспорта /i