Анализ кислотных и щелочных катализаторов, использующихся в современной биодизельной промышленности.
By Bryan Sims | February 28, 2012

Нажмите на изображение для увеличения. 

Название:	Catalyst.jpg 
Просмотров:	648 
Размер:	5.7 Кб 
ID:	162

ПРОВЕРЕНО ВРЕМЕНЕМ: Более двух десятков биодизельных заводов, построенных компанией BDI-BioEnergy по всему миру, используют калиевый катализатор при перэтерификации.
Фото: BDI-BIOENERGY INTERNATIONAL AG

Катализаторы играют важную роль в общей рентабельности биодизельного производства. Минимальное использование катализатора, особенно гомогенных катализаторов, которое максимизирует количество и качество продукции, является постоянным всеобъемлющим вызовом для каждого производителя биодизеля, потому что разница в одну цифру в производительности определяет доходность или убыточность предприятия.

Кроме наиболее распространенных и надежных катализаторов в традиционной перэтерификации, существует катализатор, обеспечивший стабильное увеличение объема производства за последние десять лет – гомогенный, готовый щелочной натриевый и калиевый метилат. Многие небольшие заводы и те, кто делает биодизель в домашних условиях, до сих пор сами смешивают гидроксид натрия или калия с метанолом – общепринятый подход несколько лет назад – однако теперь гомогенный катализатор, метилат натрия, уверенно занял место в промышленности. Производители биодизеля нахваливают преимущества метилата в качестве катализатора – в твердой кристаллической форме или в виде раствора с метанолом – включая увеличение выхода биодизеля, снижение стоимости очистки и более стабильное качество.

Практически все производители биодизельных заводов и технологий, например, австрийская компания BDI-BioEnergy International AG, предлагают технологии с использованием готового гомогенного катализатора. Из 31 завода, построенного компанией BDI-BioEnergy, 26 используют традиционный гомогенный калиевый катализатора после традиционной этерификационной обработки сырья с высоким содержанием свободных жирных кислот. Менеджер по развитию BDI-BioEnergy в Северной Америке Клаус Румер (Klaus Ruhmer) утверждает, что калиевые катализаторы имеют ряд ключевых преимуществ перед натриевыми катализаторами, в особенности, если содержание свободных жирных кислот в сырье превышает 20%. В числе этих преимуществ – возможность обработки остатка свободных жирных кислот, улучшенные показатели отстоя и возможность отделять мыло и отбирать свободные жирные кислоты из глицерина для увеличения производительности.

«Для достижения оптимальных результатов при использовании щелочного катализатора мы подбираем рецептуру исходя из параметров сырья», говорит Румер в интервью журналу Biodiesel Magazine. «Часть интеллектуальной собственности нашей компании как раз заключается в оптимизации всех этих аспектов, чтобы достичь наивысшей возможной производительности при минимальной стоимости».

Хотя готовый раствор метилата натрия и является основным катализатором для большинства производителей биодизеля сегодня, так было не всегда, особенно в период интенсивного роста в США шесть лет назад, когда большинство небольших производителей, таких как завод Patriot BioDiesel LLC, мощностью 6,5 млн. галлонов в год в Гринсборо, штат Северная Каролина, должны были сами смешивать каустическую соду или поташ с метанолом для приготовления наилучшей концентрации для реакции с различными сырыми маслами и маслами с высоким содержанием свободных жирных кислот. После нескольких лет подбора оптимальной концентрации смесей гидроксида калия или натрия с метанолом, президент компании Гейб Ниример (Gabe Neeriemer) отмечает, что компания остановилась на тридцатипроцентном растворе метилата натрия, а не на двадцатипроцентром. «Для нас это более экономично», сказал он в интервью журналу Biodiesel Magazine, и добавил, что реакция с раствором метоксида натрия концентрацией в 30% гораздо эффективнее.

«Что-то в этом концентрированном растворе заставляет масло с высоким содержанием свободных жирных кислот реагировать немного активнее», говорит Ниример. «Такие детали начинаешь замечать после производства пары миллионов галлонов биодизеля».

К счастью, во те времена, когда производители биодизеля, такие как Patriot BioDiesel, занимались расчетом рецептур «домашнего» раствора катализатора и смесей с метанолом – результатом чего стали проблемы с транспортировкой и безопасностью – крупные химические компании BASF, Dupont, SMOTEC Plus, Evonik Industries AG и другие сконцентрировали свои усилия на развитии отрасли, привнеся в нее свои уникальные технологии производства катализатора, деловой опыт и глобальность.

Метилат натрия или калия можно считать ключевым аспектом каталитического цикла технологии перэтерификации, их невозможно химически улучшить для получения более полной реакции или повышения избирательности, считает Иоганн Руве (Johannes Ruwwe), директор по стратегическому развитию известного производителя и поставщика катализаторов для биодизельной промышленности, компании Evonik. На данный момент компания владеет производством метилата натрия в Германии и заводом на 60,000 тонн в городе Мобиль, Алабама. В сентябре прошлого года Evonik начал строительство еще одного завода по производству метилата натрия в Пуэрто Генерал Сан-Мартин, Аргентина. «Алкоксиды были и остаются отраслевым стандартом», говорит Руве. «Это подтверждается тем фактом, что алкоксиды уже используются и позволяют получать практически перфектную производительность».

Подход компании Evonik к улучшению этих катализаторов, по словам Руве, заключается в развитии индивидуальных рецептур для определенных видов сырья, что включает выбор оптимальной температуры и времени воздействия, и, в особенности, рафинацию перед перэтерификацией. «Мы это сделали и продолжаем делать», говорит Руве. «В процессе исследований компания Evonik разработала и запатентовала методы, которые улучшают последующее разделение фаз для удаления свободного глицерина, но наши исследования все еще находятся на ранней стадии».

Хотя спрос на гомогенный катализатор определяется во многом в зависимости от производительности, а не состава сырья, продажи таких катализаторов как метилат натрия не претерпели особых изменений с постепенным переходом отрасли на мультисырьевое производство, считают в немецкой компании BASF. Это объясняется тем, что производители и поставщики катализатора, такие как BASF, видят тенденцию последних нескольких лет – производители биодизеля переходят от использования каустической соды и поташа к использованию готовых метилатных катализаторов для достижения более высокой эффективности процесса. В результате, поставщики катализатора стали более гибкими по отношению к клиенту, и поставляют метилат натрия или калия в зависимости от используемого производителем биодизеля сырья, говорит Патрик Амрайн (Patric Amrhein), директор по глобальному маркетингу стандартных алкоголятов компании BASF, оператор завода по производству метилата натрия в Людвигсхафене, Германия и нового завода в Гуаратингете, Бразилия.

«Мы видим, что те немногие заводы, которые работают с гидроксидами, переходят на катализаторы-метилаты», говорит Амрайн. «По мере увеличения использования альтернативного сырья мы ожидаем, что еще больше заводов задумаются о переходе от метилата натрия к метилату калия. Отрасль уже перешла с 25% на 30% раствор метилата натрия, что сокращает расходы на транспортировку и хранение, и мы считаем, что такая тенденция сохраниться».

У других производителей катализатора, таких как немецкий производитель SMOTEC Plus, производство метилата натрия с течением лет стало соответствовать строжайшим критериям качества, связанным с различными рынками, включая и производство биодизеля. По словам директора и совладельца компании Прасада Девинени (Prasad Devineni), компания использует каустическую соду и метанол вместо ртутного хлора и металлического натрия для производства метилата натрия на заводе производительностью 60 000 тонн в Даммаме, Саудовская Аравия. Такое решение было принято потому, что кроме поставок метилата натрия биодизельной промышленности, SMOTEC Plus, также производит и поставляет это многоцелевое вещество пищевой, фармацевтической и нутрацевтической промышленностям.

«Эта технология производства дает нам определенную гибкость, по сравнению с производством на хлорной основе, которое очень дорого», говорит Девинени, «и тут важна масштабность. Если вы не состоите в цепочке поставки хлора, получить сырье вам не удастся». Он ожидает поставки дополнительных объемов метилата натрия в этом году согласно ожидаемого роста спроса на биодизельном рынке.

Гомогенные катализаторы-метилаты лучше всего подходят для обработки биодизельного сырья с низким содержанием свободных жирных кислот, однако обработка сырья с высоким содержанием свободных жирных кислот требует использования гомогенного кислотного катализатора, такого как серная (иногда – соляная) кислота на этапе этерификации. Если не обработать такое сырье кислотой, возникает риск образования нежелательных количеств мыла, воды и метанола в продукте. Радж Мосали (Raj Mosali), президент компании Jatrodiesel из Огайо, говорит: «Обычно чем выше количество свободных жирных кислот в процессе перэтерификации, тем выше необходимое количество катализатора, т.е. от 1,5 до 4%. Однако, чем больше катализатора используется, тем больше получится мыла, это надо понимать. Чем меньше метилата используется, тем меньше будет мыла, что упрощает полировку на заключительном этапе».

Некоторые из ведущих поставщиков химикатов разрабатывают новые технологии использования кислоты в производстве биодизеля для компенсации недостатков традиционного использования серной кислоты. Например, компания BASF предлагает один из последних своих продуктов под торговой маркой Lutropure. Это современная альтернатива стандартным кислотным катализаторам. По словам Амрайна, это вещество является неокислительным метансульфокислотным катализатором, который улучшает этап кислотной предварительной обработки посредством улучшения разделения фаз, простоты обслуживания и меньшей агрессивности по сравнению с серной кислотой, что позволяет увеличить выход продукции и уменьшить расходы на обслуживание.

«Пользователи катализатора Lutropure в значительной мере освобождаются от таких проблем и получают светлый биодизель высокого качества с более высоки выходом и ускорением реакции», говорит Амрейн. В отличие от паратолуолсульфокислоты, Lutropure – естественная кислота, которая подвергается биоразложению. «Эти качества также полезны на этапе нейтрализации в процессе перэтерификации», отмечает Амрайн.

Новые кислотные технологии в биодизельной промышленности – прерогатива не только глобальных поставщиков, таких как BASF, но и технологических и инженерных компаний, таких как BDI-BioEnergy, которая предлагает собственную технологию RepCat для действующих и строящихся биодизельных заводов. В зависимости от конструкции завода, RepCat может использоваться или только для этерификации, или также в перэтерификации в одном этапе.

«Каталитическая система, конечно, важна, но она – только один из множества аспектов современного биодизельного производства», говорит Румер. «Внедрение в целом такого процесса, который точно отвечает характеристикам каталитической системы – вот проблема, которую мы должны решить. Ни один конкретный катализатор никогда не должен восприниматься как единственное решение для биодизельной технологии».


Author: Bryan Sims
Associate Editor, Biodiesel Magazine