Növényolajok kémiai átalakításának vizsgálata

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Növényolajok kémiai átalakításának vizsgálata"

Csilla Vargané
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Növényolajok kémiai átalakításának vizsgálata Alternatív motorhajtóanyag-komponensek elállítása és vizsgálata tématerület (VIKKK /III) Témavezet: Eladó: Dr. Hancsók Jen egyetemi docens Krár Márton Pannon Egyetem 200 Veszprém, Pf. 15. Tel.: /624313, Fax.: / KOOPERÁCIÓS KUTATÁSOK A VEGYIPARBAN Veszprém, június 1. Az eladás tartalma Növényolaj alapú motorhajtóanyagok jelentsége Kísérleti tevékenység bemutatása Nagy szabad zsírsavtartalmú használt sütolajok és növényolajok lúgos átészterezése Különböz fajtájú és eltér trágyázás során nyert növényolajok enzimkatalitikus átészterezése Használt sütolajok és napraforgóolajok enzimkatalitikus átészterezése Összefoglalás 2

Az eladás tartalma Növényolaj alapú motorhajtóanyagok jelentsége Kísérleti tevékenység bemutatása Nagy szabad zsírsavtartalmú használt sütolajok és növényolajok lúgos

2 Növényolaj alapú motorhajtóanyagok jelentsége energiakészletekhez való hozzájárulás, megújítható energiaforrás kihasználása, olajkészletek kimerülése, egyenltlen eloszlása, készletekkel való takarékosság, import energiahordozók kiváltása, importfüggség csökkentése, jobb minség igénye, vidéktámogató politikai lehetség, mezgazdasági túltermelési válságok levezetése, parlag-földek hasznosíthatósága, kisebb környezetterhelés a teljes életciklus alatt, dízelgázolaj iránti kereslet nagymérték növekedése az EU-ban, Európai Unió törekvései [2003/30/EC, COM(2006) 34, 2007 januármárcius], stb. 3 BIOKOMPONENS ELÁLLÍTÁSA NÖVÉNYOLAJ ALAPON növényolajok, (állati zsiradékok, használt sütolajok) átészterezés izomerizáló hidrogénezés biodízel biogázolaj 4

parlag-földek hasznosíthatósága, kisebb környezetterhelés a teljes életciklus alatt, dízelgázolaj iránti kereslet nagymérték növekedése az EU-ban, Európai Unió törekvései [2003/30/EC,

3 Biodízel elállítása A kutatási munka f célkitzései Különböz lényegesen eltér trigliceridekbl jó minség biodízel elállítási lehetségének kidolgozása, illetleg optimalizálása, valamint a nyert termékek minsítése a jelenleg érvényes MSZ EN 14214:2004 szabvány elírásainak függvényében. A trigliceridek zsírsavösszetételének és átészterezési reakciójának az elállított metilészterek egyes tulajdonságaira gyakorolt hatásainak vizsgálata. Biodízel elállítására kedvez zsírsavösszetétel triglicerid kiválasztása. 6

4 Kutatási tevékenység Növényolaj-zsírsav-metilészter elegy elállítása használt sütolajokból kombinált savas és lúgos átészterezéssel Különböz fajtájú és eltér trágyázás során nyert növényolajok enzimkatalitikus átészterezése Használt sütolaj és különböz napraforgóolajok enzimkatalitikus átészterezése 7 Növényolaj-zsírsav-metilészter elegy elállítása használt sütolajokból kombinált savas és lúgos átészterezéssel Cél: jó minség biodízel elállítása, nagy szabad zsíravtartalmú használt sütolaj és napraforgó olaj, valamint ezek elegyeinek átészterezhetségének vizsgálata, a savas elészterezés hatásának vizsgálata a termékelegy zsírsav-metilészter tartalmára,

Növényolaj-zsírsav-metilészter elegy elállítása használt sütolajokból kombinált savas és lúgos átészterezéssel Cél: jó minség biodízel elállítása, nagy szabad

5 Alapanyagok fbb minségi jellemzi Jellemzk használt sütolaj A B C D Hagyományos napraforgóolaj ség, 15 C-on, g/cm 3 0,9231 0,9229 0,9225 0,9219 0,9214 0,9212 Kinematikai viszkozitás, 40 C, mm 2 /s 36,4 36,2 34,2 32,6 31,9 31,5 Kinematikai viszkozitás, 100 C, mm 2 /s 5,33 5,67 6,39 6,96 7,5 7,63 Nyílttéri lobbanáspont, C 300 felett Jódszám, g jód/100g Savszám, mg KOH/g ,0 0,9 CFPP, C Szabadzsírsav-tartalom, % 32,5 19,1 12,7 6,5 0,5 < 9 veleti paraméterek Elészterezés észterezés 60 C 4:1 metanol:alapanyag mólarány 15% koncentrált kénsav (alapanyagra vonatkoztatva) 0,5-6 óra reakcióid 3,0% Na-metilát (alapanyagra vonatkoztatva) 2 óra Semlegesítés, elválasztás, tisztítás 10

115 115 Savszám, mg KOH/g 65 39 25 13 1,0 0,9 CFPP, C +19 +1 +16 +13 +12 +11 Szabadzsírsav-tartalom, % 32,5 19,1 12,7 6,5 0,5 < 9 veleti paraméterek Elészterezés észterezés 60 C 4:1

6 Kísérleti eredmények értékelése 0,5% szabadzsírsav-tartalmú növényolajokból, továbbá használt sütolaj-napraforgóolaj elegyébl csak lúgos katalizátor alkalmazásával el lehet állítani a jelenleg érvényes EU szabványnak megfelel növényolaj-zsírsav-metilészter elegyet. >0,5% szabadzsírsav-tartalmú alapanyagok esetében szükség volt savas elészterezésre a megfelel zsírsav-metilészter hozam eléréséhez. A savas átészterezés során nyert közbens termékekkel lúgos katalizátor jelenlétében végezett átészterezéskor a nagy (32,5 %) szabadzsírsav-tartalmú alapanyag esetén 4 órás elészterezést követ 2 órás lúgos átészterezés során is csak 60% körüli zsírsav-metilészter tartalmat nyertünk. A többi kombinált átészterezéssel sikerült 96,5%- nál magasabb metilészter-hozamot elérni. 11 Különböz fajtájú és eltér trágyázás során nyert növényolajok enzimkatalitikus átészterezése Cél: jó minség biodízel elállítása oldószermentes közegben, trágyázás hatásának vizsgálata a nyert metilészterek egyes tulajdonságaira, növényolajok zsírsavösszetételének a repceolajzsírsav-metilészterek egyes tulajdonságaira gyakorolt hatásainak vizsgálata. 12

>0,5% szabadzsírsav-tartalmú alapanyagok esetében szükség volt savas elészterezésre a megfelel zsírsav-metilészter hozam eléréséhez.

7 Felhasznált alapanyagok két különböz fajtájú (Indián és Bristol) repcébl sajtolással nyert, majd elkezelt (derített+szrt) repceolaj 3-3 különálló parcella 1,2,3 fejtrágyázásos kezelést kaptak 30 naponként nitrogén mtrágya, 70 kg/ha dózis, egyenletes kiszórás analitikai tisztaságú metanol Candida Antartica (Novozym 435) immobilizált lipázenzim 13 veleti paraméterek mérséklet, C Metanol:triglicerid mólarány Enzimkatalizátor mennyiség, % Metanol adagolás száma Nyomás, bar Reakcióid, h Rázatás sebessége, rpm 50 ± 1 4:1 12 atmoszférikus 2, 4,, 12,

tisztaságú metanol Candida Antartica (Novozym 435) immobilizált lipázenzim 13 veleti paraméterek mérséklet, C Metanol:triglicerid mólarány

8 Kísérleti eredmények értékelése a fejtrágyázás száma nem befolyásolta a növényolajok zsírsavösszetételét, csak a mag és ezáltal a repceolaj mennyiségét az Indián fajtájú repceolaj erukasavat is tartalmazott, a Bristol nem, de ez nem befolyásolta a repceolaj enzimkatalitikus átészterezését csak étkezési célú felhasználás esetén van jelentsége kén- és nitrogéntartalom valamint a jódszám az átészterezés során nem változott egyes termékek zsírsavösszetételének kismérték eltérése miatt kismértékben bár, de a különböz növényekbl nyert olajokból elállított termékek hidegszrhetségi határhmérsékletei is különböztek 15 Használt sütolaj és különböz napraforgóolajok enzimkatalitikus átészterezése Cél: jó minség biodízel elállítása oldószermentes közegben, a használt sütolajok átészterezhetségének és az elállított termék minségi jellemzinek vizsgálata, a napraforgóolajok zsírsavösszetételének az elállított metilészterek egyes tulajdonságaira gyakorolt hatásainak vizsgálata, 16

átészterezés során nem változott egyes termékek zsírsavösszetételének kismérték eltérése miatt kismértékben bár, de a különböz növényekbl nyert olajokból elállított termékek hidegszrhetségi

9 Felhasznált alapanyagok nemesített napraforgóból nyert napraforgóolajok (KKO-1, KKO-2, KKO-3) hagyományos napraforgóból nyert napraforgóolajok (KKO-4, KKO-5) használt sütolaj (KKO-6) használt sütolaj (KKO-6) és nemesített napraforgóból nyert napraforgóolaj (KKO-1) 1:1 arányú elegye (KKO-7) analitikai tisztaságú metanol Candida Antartica (Novozym 435) immobilizált lipázenzim 17 Elkezelt alapanyagok zsírsavösszetétele Jelölés* KKO-1 KKO-2 KKO-3 KKO-4 KKO-5 KKO-6 KKO-7 C16:0 3,2 2,3 3,0 6,9 6,0,3 5, C16:1 C1:0 3,1 2,2 2,7 4,1 3,2 1, 2,6 C1:1 C1:2 C1:3 C20:0 C20:1 C22:0 C22:1 5, 5, 0, 91, 2, 9,9 3,5 27,5 59, 0,7 21,9 67,6 0,5 31,5 55,1 0,6 0, 0,5 60,0 2,9 1,0 C24:0 0,0 0,0 0,6 C24:1 0,0 0,0 0,0 0,0 Összesen 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 1

lipázenzim 17 Elkezelt alapanyagok zsírsavösszetétele Jelölés* KKO-1 KKO-2 KKO-3 KKO-4 KKO-5 KKO-6 KKO-7 C16:0 3,2 2,3 3,0 6,9 6,0,3 5, C16:1 C1:0 3,1 2,2 2,7 4,1 3,2 1, 2,6 C1:1 C1:2 C1:3

10 Elkezelt alapanyagok minségi jellemzi Megnevezés KKO-1 KKO-2 KKO-3 KKO-4 KKO-5 KKO-6 KKO-7 ség, g/cm 3 0,9133 0,9129 0,912 0,9205 0,9212 0,9219 0,9176 Kinematikai viszkozitás \VK 40 C, mm 2 /s 39,91 39,67 3,9 31,4 30,64 36,49 3,20 Kéntartalom, mg/kg Nitrogéntartalom, mg/kg Savszám, mg KOH/g 2,6 0, 9 0, 1,2 2 Jódszám, g I 2 / 100 g Hidegszrhetségi határhmérséklet, C Átészterezés paraméterei mérséklet, C Metanol:triglicerid mólarány Enzimkatalizátor mennyiség, % Metanol adagolás száma Nyomás, bar Reakcióid, h Rázatás sebessége, rpm 50 ± 1 4:1 12 atmoszférikus 3, 6, 9, 12,

0, 1,2 2 Jódszám, g I 2 / 100 g 7 5 7 12 139 127 105 Hidegszrhetségi határhmérséklet, C 34 35 35 32 31 32 32 19 Átészterezés paraméterei mérséklet, C

11 A nyert termékek fontosabb minségi jellemzi és az eredmények értékelése Jellemz Viszkozitás, VK 40 C, mm 2 /s Kéntartalom, mg/kg Nitrogéntartalom, mg/kg Savszám, mg KOH/g Jódszám, g I 2 / 100 g Hidegszrhetségi határhmérséklet, C Metanoltartalom, % Szabad glicerin-tartalom, % Monoglicerid-tartalom, % Diglicerid-tartalom, % Triglicerid-tartalom, % Összes glicerin-tartalom, % KKO-1 4, ,07 0, ,09 3 KKO-2 4, , ,09 5 KKO-3 4,35 3 1, ,03 0, KKO-4 4, ,014 0, KKO-5 Metilészter tartalom, % 99,1 99,2 99,0 97,6 9,0 93,7 97,1 ség, g/cm 3 0,775 0,71 0,06 0,25 0,55 0,75 0,25 4, ,06 0,005 0, KKO-6 4, ,014 0,7 7 3 KKO-7 4, ,011 0, A kísérleti eredményekbl levont következtetések Elnyös nemesített, nagy olajsavtartalmú növényolaj alapanyagként való felhasználása. Elnyös a nem kielégít minség alapanyagok (pl. hagyományos napraforgóolajok, használt sütolajok) elegyítése kiváló minség (elnyösen nagy olajsavtartalmú) növényolajokkal az átészterezés eltt. Elnyös a nem szabványos minség (kis metilésztertartalom, nagy savszám, nagy jódszám) biodízelek elegyítése jó minség (elnyösen nagy olajsavtartalmú) biodízellel. Nagy szabadzsírsav-tartalmú alapanyagok esetén elnyös savas elészterezés alkalmazása a megfelel zsírsavmetilészter hozam eléréséhez. 22

5-11 0,07 0,009 1 0,09 3 KKO-2 4,42 4 3 5 1-13 0 0,006 5 2 0,09 5 KKO-3 4,35 3 1,22 6-12 0,03 0,012 3 2 KKO-4 4,6 7 7 2 125-4 0 0,014 0,72 4 7 1 KKO-5 Metilészter tartalom, % 99,1 99,2 99,0 97,6 9,0

12 Biogázolaj elállítása NÖVÉNYOLAJOK IZOMERIZÁLÓ HIDROGÉNEZÉSÉNEK BRUTTÓ EGYENLETE Trigliceridek O CH 2 O C R 1 O CH O C R 2 O CH 2 O C R 3 Katalizátorok H 2, T, P n-paraffinok oxigéntartalmú + i-paraffinok + vegyületek + víz Cetánszám: >0 Cseppfolyós szénhidrogén hozam: > 5% 24

Katalizátorok H 2, T, P n-paraffinok oxigéntartalmú + i-paraffinok +

13 További célok I. Különböz zsírsavösszetétel (nagy olajsavtartalmú) növényolajok lúgos és enzimkatalitikus átészterezhetségének további vizsgálata. Használt sütolajok oldószermentes közegben végzett enzimkatalitikus átészterezésének optimális mveleti paramétereinek meghatározása. Méretnövelés és tartamkísérletek végzése különböz trigliceridek enzimkatalitikus átészterzésére. 25 További célok II. Glicerin és a biodízelgyártás más melléktermékeinek felhasználási területeinek vizsgálata. Motorbenzinek oxigéntartalmú keverkomponenseinek elállítása biomasszából és azok felhasználási lehetségének vizsgálata. Fischer-Tropsch paraffinok izomerizáló hidrokrakkolásának vizsgálata. Biokomponenst (növényolaj és/vagy biodízel) tartalmazó gázolajok elállítása és vizsgálata. 26

Méretnövelés és tartamkísérletek végzése különböz trigliceridek enzimkatalitikus átészterzésére. 25 További célok II.

14 KÖSZÖNJÜK A VEGYÉSZMÉRNÖKI INTÉZET KOOPERÁCIÓS KUTATÁSI KÖZPONTJÁNAK TÁMOGATÁSÁT Pannon Egyetem 200 Veszprém, Pf. 15. Tel.: /624313, Fax.: /624520

Hasonló dokumentumok

Gázolajpárlatok aromástartalomcsökkentésének

Gázolajpárlatok aromástartalomcsökkentésének CSÖKKENTETT KÉN ÉS AROMÁSTARTALMÚ DÍZELGÁZOLAJOK ELÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA KOOPERÁCIÓS KUTATÁSOK A VEGYIPARBAN Eladó: Témavezet: Nagy Gábor Dr. Hancsók Jen Pannon Egyetem 80 Veszprém, Pf. 158. Tel.: 88/624313,