Biodieseliä valmistetaan saattamalla kasviöljyt tai eläinrasvat reagoimaan metanolin ja vahvan alkalisen katalyytin, kuten kaliumhydroksidin, kanssa. Tätä reaktioseosta kuumennetaan prosessin nopeuttamiseksi. Lämmittimen tulee kestää kuuman alkoholin ja emäksisen aineen syövyttävä yhdistelmä.
Transesteröintireaktorin asetukset
Tyypillisessä biodieselin tuotantoprosessissa vaihtoesteröinti suoritetaan lämmitetyssä, sekoitettussa tankkireaktorissa. Reaktioseos-, joka koostuu triglyserideistä, metanolista ja katalyytistä, kuten KOH tai NaOH-, pidetään 60–70 asteessa käytännön reaktionopeuden saavuttamiseksi. Lämmitys voidaan suorittaa suoraan reagoivaan seokseen sijoitetun uppolämmittimen kautta tai ulkoisen lämmönvaihtimen kautta, jossa on kierrätyssilmukka. Kemiallinen ympäristö on erittäin aggressiivinen useimmille metalleille: kuuma metanoli voi liuottaa seosaineita, kun taas vahva alkali hyökkää alumiinia, sinkkiä ja jopa ruostumatonta terästä vastaan ajan myötä.
Pienissä ja keskisuurissa biodiesellaitoksissa uppolämmitys on usein suositeltavampi sen yksinkertaisuuden ja alhaisempien pääomakustannusten vuoksi. Valitun lämmittimen on kuitenkin kestettävä metanolisen KOH:n tai NaOH:n aiheuttamaa korroosiota, vältettävä ei-toivottujen sivureaktioiden katalysoimista ja pysyttävä toimintakunnossa huolimatta öljy-raaka-aineseoksen korkeasta viskositeetista alkulämmitysvaiheiden aikana.
Miksi PTFE-lämmittimet kestävät ankaraa transesteröintiympäristöä
PTFE-upotuslämmittimet ovat erittäin tehokkaita biodieselreaktorin lämmityksessä, koska PTFE kestää vahvoja emäksiä (KOH ja NaOH) ja alkoholeja (metanoli) jopa 110 asteen lämpötiloissa. Materiaali ei syöpy, kuoppaa tai hilseile edes pitkäaikaisen altistuksen jälkeen alkaliselle metanoliliuokselle. Toisin kuin metalliset lämmittimet-kuten hiiliteräs tai kupari-PTFE ei vapauta metalli-ioneja, jotka voisivat katalysoida saippuoitumista tai muodostaa saippuoita, jotka vähentävät biodieselin saantoa.
Vuonna aPTFE-lämmittimen biodieselreaktorin vaihtoesteröintiKäyttökohteessa reagoimaton pinta estää myös katalyytin kerääntymisen tai hajoamisen lämmittimeen. Tämä varmistaa, että reaktio etenee ilman paikallisia kuumia kohtia tai tahatonta katalyysiä. Korroosionkestävä lämmitin mahdollistaa jatkuvan tuotannon, mikä vähentää viallisten metallisten lämmityselementtien aiheuttamia puhdistuksen tai vaihdon seisokkeja.
Viskoosisten raaka-aineiden käsittely ja saippuoitumisen estäminen
Ennen kuin reaktio saavuttaa toimintalämpötilan, öljyjen tai rasvojen seos metanolin kanssa voi olla erittäin viskoosia, erityisesti käytettäessä jäteruokaöljyä tai eläinrasvoja, joilla on korkea kyllästysaste. PTFE-lämmittimiä on saatavana kestävinä fyysisinä kokoonpanoina,-mukaan lukien vahvat vaipat ja vahvistetut asennuslaipat,-jotka kestävät mekaanisen rasituksen, joka aiheutuu sekoittamisesta viskoosissa väliaineessa. Sileä, vähäkitkainen PTFE-pinta minimoi myös tahmeiden raaka-ainejäämien kiinnittymisen.
Prosessivinkki:Riittävää sekoitusta on ylläpidettävä lämmityksen aikana paikallisen saippuoitumisen estämiseksi lämmittimen pinnalla. Ilman riittävää sekoitusta emäksisen katalyytin korkea paikallinen pitoisuus lähellä lämmittimen vaippaa voi reagoida vapaiden rasvahappojen kanssa muodostaen saippuakertymiä. Vaikka PTFE itse ei katalysoi saippuoitumista, saippuakerroksia voi silti muodostua puhtaasti kemiallisena reaktiotuotteena. Asianmukainen sekoittimen suunnittelu (esim. kaltevat turbiinit tai ankkurisiipipyörät) ja lämmittimen sijoittaminen pois pysähtyneiltä alueilta poistavat tämän riskin. Jos saippua kerääntyy, PTFE:n tarttumaton luonne helpottaa sen puhdistamista metallipintoihin verrattuna.
Tekninen suorituskyky ja toimintarajat
PTFE kestää erinomaisesti kaliumhydroksidi- ja natriumhydroksidiliuoksia 110 asteeseen asti ja metanolia sen kiehumispisteessä (65 astetta). Koska biodieselin transesteröintiä käytetään tyypillisesti 60–70 asteessa, PTFE-lämmittimet toimivat hyvin turvallisella lämpötila-alueellaan. Prosesseissa, joissa käytetään etanolia metanolin sijasta (kiehumispiste 78 astetta) tai jotka vaativat korkeampia lämpötiloja (esim. 80–90 astetta tietyissä raaka-aineen esikäsittelyvaiheissa), PTFE pysyy täysin sopivana niin kauan kuin lämpötilat eivät ylitä 110 astetta.
Lisäetuna biodieselin tuotannossa on se, että PTFE-lämmittimet ovat immuuneja galvaaniselle korroosiolle, jota voi esiintyä, kun reaktorissa on erilaisia metalleja (esim. ruostumattomasta teräksestä valmistettu kuparilämmityspatteri). Koska PTFE on sähköeriste, galvaanista paria ei muodostu, mikä eliminoi vikatilan kokonaan.
| Käyttökunto | PTFE-yhteensopivuus |
|---|---|
| Metanolinen KOH (1 % w/w, 65 astetta) | Erinomainen |
| Metanolinen NaOH (1 % w/w, 70 astetta) | Erinomainen |
| Kasviöljy/metanoli seos, 60 astetta | Erinomainen (ei turvotusta) |
| Vapaat rasvahapot + emäksiset (lokalisoidut) | Hyvä – PTFE kestää, mutta bulkkinesteessä voi tapahtua saippuoitumista |
Johtopäätös
PTFE-lämmittimet tarjoavat kestävän, vähän huoltoa vaativan lämmitysratkaisun biodieselin vaihtoesteröinnin vaativaan kemialliseen ympäristöön. Kestävät kuumia metanolisia KOH- ja NaOH-liuoksia, estävät metalli-ionien huuhtoutumisen ja estävät katalyytin aiheuttaman hajoamisen, joten nämä lämmittimet mahdollistavat tasaiset reaktio-olosuhteet ja korkean tuotteen laadun. Uusiutuvien polttoaineiden tuotanto perustuu vankoihin, korroosionkestäviin laitteisiin, ja PTFE-upotuslämmittimet vastaavat tarpeeseen pienissä, keskisuurissa ja pilottimuotoisissa biodieseltoiminnoissa.
