Ионообменные смолы – это высокотехнологичные искусственные смолы, способные захватывать молекулы мыла на поверхности частиц смолы. Различные смолы работают по разному и используют различные методы очистки биодизеля. Все они приводят к возникновению нового вида отходов – отработанных смол.

Существующие ионообменные смолы

Ниже приведен список некоторых ионообменных смол:
Amberlite bd10dry производства Rohm and Hass Chemical Co.
Dowex DR-G8 производства Dow Chemical
PD206 производства Purolite, подразделения компании 3M
Lewatit GF 202 производства Lanxess
Tulsion T-45 BD производства Thermax

За и против

Каждая смола работает немного по своему, поэтому между ними есть небольшие различия. Для обычного производства биодизеля в «домашних» условиях, все они достаточно близки, чтобы обсудить их все вместе. Все они удаляют мыло из биодизеля, и работают намного экономичнее при использовании нового масла, а не старого.

Производители этих смол рекомендуют не превышать 500 г/тонну мыла в неочищенном биодизеле. В домашних условиях такого содержания можно добиться после второй или третьей промывки. В промышленном производстве биодизеля из нового масла такое количество достигается в непромытом биодизеле. За исключением Lewatit GF202, смолы удаляют мыло посредством замены иона металла в мыле на ион водорода, образовывая свободные жирные кислоты, которые проходят через смолу и остаются в биодизеле. Если мыла слишком много, количество свободных жирных кислот в биодизеле будет слишком велико, чтобы отвечать стандарту TAN (общее кислотное число) в ASTM D664. Промышленные производители обнаружили, что если биодизель содержит более 1200 грамм на тонну мыла на входе в колонны со смолой, он не будет отвечать стандарту ASTM D664. При производстве биодизеля в домашних условиях или стандартным одноступенчатым методом из использованного растительного масла, содержание мыла будет в три-пять раз больше в неочищенном биодизеле. Это значит, что расход смол будет в три-пять раз больше, чем при промышленном производстве. Для экономии имеет смысл очищать биодизель каким-либо другим методом для уменьшения содержания мыла. Производители обычно рекомендуют кислотную этерификацию при использовании отработанного растительного масла в качестве сырья.

Некоторые из смол могут частично регенерироваться промывкой метанолои или кислотой, но любая из смол в итоге отрабатывается полностью, после чего ее необходимо утилизировать.

Проблемы, с которым сталкиваются производители биодизеля в домашних условиях при использовании ионообменных смол, это «уплотнение» и «загрязнение». Уплотнение происходит при постепенном росте частиц во время использования, если они не поднимаются по колонне из-за увеличения размера. Это может привести к поломке колонны, разрушению частиц, уменьшению потока и постепенному полному его прекращению. При возникновении этого явления, частицы смолы требуется переосадить. Этого иногда можно добиться противотоком биодизеля на высокой скорости. Загрязнение – это формирование верхнего слоя загрязнений на поверхности смолы. Обычно это бывает глицерин и нерастворенное мыло. Проблему можно предотвратить фильтрацией и увеличенным временем отстаивания. Промывка биодизелем или метанолом в противотоке обычно решает эту проблему.

Загрязнение можно предотвратить, если дать биодизелю достаточно времени для отстаивания перед тем, как направлять его в колонну. В неочищенном биодизеле, без доступа воды, мутность вызывается частицами мыла, не растворенными в биодизеле. Отстаивание – это простой и дешевый способ удалить их. Основной фактор успешного отстаивания – это колебания температуры в широких пределах. При остывании биодизеля ночью больше мыла выпадает в осадок. При нагреве биодизеля днем, мыло опять растворяется в нем и биодизель становится прозрачнее. Если отстаивание происходит в месте не подверженном колебаниям температуры, биодизель может никогда не стать прозрачным. Для очистки потребуется либо отфильтровать мыло фильтром на 10-20 микрон, либо нагреть биодизель, пока он не очистится.

AmberliteTM BD10dryTM

AmberliteTM BD10dryTM производства Rohm and Haas удаляет и глицерин, и мыло. Эта смола разработана для использования после отделения глицериновой фазы до удаления метанола. Она поддается регенерации для удаления глицерина, но не мыла. Когда смола насыщается мылом, она должна быть удалена и утилизирована.

Dowex™ DR-G8

Dowex™ DR-G8 – сухая катионная смола, разработанная для удаления солей, мыла, глицерина и прочей органики из сырого биодизеля. Эта высушенная смола также служит для сушки, поскольку улавливает и удерживает воду. Эта смола разработана для использования после отстоя глицериновой фазы и удаления метанола.

LEWATIT® GF 202

The GF202 – макропористая натриевая смола, разработанная для удаления мыла и глицерина из биодизеля. Она функционирует как адсорбент; глицерин прилипает к частицам, а мыло – к глицерину, поэтому она может быть многократно регенерирована метанолом. Поскольку эта смола имеет натриевую основу, она не превращает мыло в свободные жирные кислоты и не вызывает увеличения кислотности готового продукта, как другие смолы. Производитель рекомендует уменьшить концентрацию метанола в биодизеле до 0,1% перед проходом через смолу. Рекомендуется также не превышать 500 грамм на тонну мыла. Эта смола поставляется во влажном состоянии и не увеличивается в размерах при использовании, что означает отсутствие проблем с уплотнением. Однако она может быть подвержена загрязнению, если температура биодизеля опускается ниже 40С или он не был в достаточной мере отстоян. Рекомендованная скорость прохода: 1,5 – 2 объема смолы в час. Смола поставляется в пакетах по 25 литров и бочках по 200 литров. Стоимость смолы около 12 долларов за литр. Перед использованием смолу следует промыть метанолом в количестве 5 объемов смолы.

PUROLITE® PD206

Purolite® PD206 – сухая ионообменная смола, которая служит как для ионного обмена, так и для сушки биодизеля, она специально разработана для максимального удаления свободного глицерина, катализатора, мыла и солей из сырого биодизеля. Она предназначена для использования после отстоя глицериновой фазы, до или после отбора метанола. Во время работы Purolite увеличивается в размере примерно в два раза. Производитель рекомендует максимальную скорость потока 0,3 галлона на фунт смолы в час. Максимальный уровень содержания мыла – 750 – 100 грамм на тонну, если требуется попасть в стандарт ASTM. Рекомендуется использовать колонну с соотношением высота-ширина 3:1 для предотвращения уплотнения и каналообразования. Purolite – американская компания и агрессивно продвигает свой продукт в США. Цена – около 10 долларов за фунт.

Thermax

Thermax Tulsion T-45 BD Marco – макропористая смола на водородной основе, которая удаляет и глицерин, и мыло из биодизеля. Она удаляет мыло путем ионного обмена и абсорбции. Регенерация возможна, но только с помощью серной кислоты. Смола работает с биодизелем до или после отбора метанола. Если мыло осаждено из биодизеля и метанол отобран, смола работает дольше. Максимальное рекомендованное содержание мыла – 2500 грамм на тонну. Рекомендованная скорость потока – 2 – 2,5 объема смолы в час. Оптимальная рабочая температура – 85 – 95 градусов по Фаренгейту. Thermax – индийская компания с дистрибьюторами в США, включая компанию Arbor Biofuels Company. Поставляется в сухом виде по 9 долларов за фунт.