Βιοκαύσιμα υποκατάστατα του πετρελαίου Ντίζελ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Βιοκαύσιμα υποκατάστατα του πετρελαίου Ντίζελ"

Γάννη Καλαμογδάρτης
9 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ) Σχολή Χημικών Μηχανικών - Τομέας ΙΙ Μονάδα Μηχανικής Διεργασιών Υδρογονανθράκων και Βιοκαυσίμων Βιοκαύσιμα υποκατάστατα του πετρελαίου Ντίζελ Ν. Παπαγιαννάκος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Υδρογονανθράκων και Βιοκαυσίμων Βιοκαύσιμα

2 Κατανομή Κατανάλωσης Ενέργειας 2009 EU-27 Άλλα 1.3% Γεωργία 2.2 % 12.6 % Υπηρεσίες 33.0 % 26.5 % Οικιακή Χρήση 24.2 % Βιομηχανία

3 Κατανάλωση Ενέργειας σε ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ στην Ευρώπη των 27 Συνολική Κατανάλωση Οδικές Μεταφορές x 1000 toe 400, , , , , , ,000 50,000 0

4 Εξέλιξη της Κατανάλωσης Ντίζελ, Βενζίνης και Κεροζίνης/Καυσίμου Jet Βενζίνη Κεροζίνη / Jet Συνολικό για Ελαφρά Οχήματα Ντίζελ για βαρέα Οχήματα Ντίζελ για ελαφριά Οχήματα

5 Διεργασίες Παραγωγής Ανανεώσιμων Κλασμάτων Ντίζελ Τροφοδοσία Διεργασία Προϊόν Μεθανόλη Φυτικό Ελ. / Ζωικό Λιπ. Μετεστεροποίηση Βιοντίζελ (FAME) Γλυκερίνη Υδρογόνο Φυτικό Ελ. / Ζωικό Λιπ. Υδρογονοεπεξεργασία Πράσινο Βιοντίζελ Προπάνιο Στερεή Βιομάζα / 2 Υδρογόνο Σύνθεση Fisher - Tropsh Ανανεώσιμο Ντίζελ ή Συνθετικό Ντίζελ

Μετεστεροποίηση Βιοντίζελ (FAME) Γλυκερίνη Υδρογόνο Φυτικό Ελ. / Ζωικό Λιπ.

6 Βιοντίζελ ή Μεθυλεστέρες λιπαρών οξέων 6 ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ Εστέρες λιπαρών οξέων με αλκοόλες μικρού μοριακού βάρους ΑΛΚΟΟΛΕΣ Μεθανόλη Αιθανόλη Βουτανόλη - Προπανόλη ΕΣΤΕΡΕΣ Κορεσμένοι ή ακόρεστοι (H 2 ) 7 H 3 H 3 (H 2 ) 7 (H 2 ) 11 H 3 H 3 Μεθυλεστέρας Λαυρικού οξέος Μεθυλεστέρας Ερουκικού οξέος 2 H 5 Μεθυλεστέρας Λινολενικού οξέος 24/2/09

24 Κορεσμένοι ή ακόρεστοι (H 2 ) 7 H 3 H 3 (H 2 ) 7 (H 2 ) 11 H 3 H 3 Μεθυλεστέρας

7 Αντίδραση Μετεστεροποίησης 7 Μετεστεροποίηση Εστερομάδα H H R 1 H + H H 3 R 1 H 3 H H R 2 H + H H 3 Na + R 2 H 3 + H H R 3 H + H H 3 R 3 H 3 H H H H 1 Έλαιο ή Λίπος 1 Τριγλυκερίδιο + 3 Μεθανόλη + 3 Αλκοόλες Καταλύτης 3 Μεθυλεστέρες + 1 Γλυκερίνη

H + H H 3 R 3 H 3 H H H H 1 Έλαιο ή Λίπος 1 Τριγλυκερίδιο + 3

8 Σύγχρονες Τεχνολογίες Παραγωγής Βιοντίζελ Όξινη Κατάλυση Βασική Κατάλυση Ετερογενής Κατάλυση Θερμική Μετατροπή Ενζυμική Κατάλυση

9 9 Συμβατική Μέθοδος Παραγωγής Βιοντίζελ Βασική Κατάλυση - Χρήση Ομογενών Βασικών Καταλυτών όπως π.χ. NaH, KH, H3Na - Φυτικό έλαιο απαλλαγμένο από υγρασία (<0.05%) και οξύτητα (<0.5%) - Υψηλό κόστος πρώτης ύλης - Συνήθης μοριακή αναλογία Αλκοόλης / Ελαίου = 6/1, Τ = 62 o Προβλήματα Όξινων Ελαίων Τα ελεύθερα λιπαρά οξέα (RH) αντιδρούν με τον καταλύτη (π.χ. NaH) και σχηματίζουν σαπούνια και νερό (αντίδ. 1). Το παραγόμενο νερό υδρολύει με τη σειρά του τους εστέρες για τη δημιουργία περισσότερων οξέων (αντίδ. 2). RH + NaH RNa + H 2 (1) RR + H 2 RH + R H (2)

5%) - Υψηλό κόστος πρώτης ύλης - Συνήθης μοριακή αναλογία Αλκοόλης / Ελαίου = 6/1, Τ = 62 o Προβλήματα Όξινων Ελαίων Τα ελεύθερα λιπαρά

10 Αντίδραση Εστεροποίησης 10 Στόχος : Η προ-επεξεργασία των ελεύθερων λιπαρών οξέων των όξινων ελαίων με τη μετατροπή τους σε εστέρες RH + H 3 H at. RH 3 + H 2 Αντίδραση με χρήση ομογενών όξινων καταλυτών Δύσκολη απομάκρυνση καταλύτη από το τελικό προϊόν (π.χ. H 2 S 4 ) Δυσκολία στο χειρισμό και διάβρωση μηχανολογικού εξοπλισμού Αντίδραση με χρήση ετερογενών καταλυτών Εύκολη απομάκρυνση του καταλύτη από το τελικό προϊόν Ευκολία στο χειρισμό Αντίδραση απουσία καταλύτη (Θερμικά)

11 Σύγκριση Καταλυτικής Θερμικής Διεργασίας T=200 o, Moral ratio=6/1 11 Κλάσματα Μαζών (gr/gr) Όξινο Βαμβακέλαιο Τριγλυκερίδια Διγλυκερίδια Μονογλυκερίδια * Οξύτητα Καταλυτικό HAS Χρόνος (min) Κλάσματα Μαζών (gr/gr) Θερμικό Χρόνος (min) Αρχική Οξύτητα : 9.5%κ.β. Τελική οξύτητα : 2.9%κ.β.

1 0 Όξινο Βαμβακέλαιο Τριγλυκερίδια Διγλυκερίδια Μονογλυκερίδια * Οξύτητα Καταλυτικό HAS 0 200 400 600 800

12 Λοιπά χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα Στερεού Καταλύτη HAS 12 Κλάσμα Μάζας (g/g) Αντίδραση με Αιθανόλη Μεθανόλη Αιθανόλη Καθαρή Γλυκερίνη Χρόνος (h) Λοιπές Πρώτες Ύλες Κλασική Μέθοδος Νέα Διεργασία Υπερόξινο βαμβακέλαιο Ραφινέ όξινο Palm oil Απόβλητο ζωικό λίπος TG = 0.0wt.% DG = wt.% MG = wt.%

2 Αντίδραση με Αιθανόλη Μεθανόλη Αιθανόλη Καθαρή Γλυκερίνη 0 0 2 4 6 8 10 Χρόνος (h)

13 ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΙΛΟΤΙΚΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ Ε.Μ.Π. Σχολή Χημικών Μηχανικών Μονάδα Μηχανικής Διεργασιών Υδρογονανθράκων και Βιοκαυσίμων

14 Συμπεράσματα 14 ΟΞΙΝΗ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗ Η υπερόξινη ρητίνη καταλύει με ικανοποιητικές αποδόσεις την αντίδραση της εστεροποίησης, σε λάδια τόσο με υψηλές όσο και με χαμηλές οξύτητες. Με τη χρήση της μεθόδου προ-επεξεργάζεται η πρώτη ύλη γίνεται κατάλληλη για την παραγωγή βιοντίζελ στις συμβατικές μονάδες. Ικανοποιητική σταθερότητα του καταλύτη ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗ / ΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗ Συνεργική δράση οξύτητας καταλύτη Ανθεκτικότητα του καταλύτη στο Η 2 Ο Ικανοποιητικοί χρόνοι αντίδρασης Υψηλής ποιότητας/διαυγής Γλυκερίνη ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΕΤΕΣΤΕΡΟΠΟΙΣΗΣΗ / ΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗ Μεγάλοι χρόνοι αντίδρασης Απουσία καταλύτη από το τελικό προϊόν εύκολος καθαρισμός

Ικανοποιητική σταθερότητα του καταλύτη ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕΤΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗ / ΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗ Συνεργική δράση οξύτητας καταλύτη Ανθεκτικότητα του καταλύτη στο Η 2 Ο

15 Πράσινο Ντίζελ 1. Υδρογονάνθρακες πλήρως συμβατών με το πετρελαϊκό Ντίζελ 2. Χρήση φθηνών Φυτικών Ελαίων και Αποβλήτων Φυτικών Ελαίων και Ζωϊκών Λιπών 3. Χρήση εμπορικών καταλυτών HDS Ταυτόχρονη HDT 4. Εύκολη παραγωγή σε υπάρχουσες διυλιστηριακές εγκαταστάσεις δίχως νέες επενδύσεις 5. Παραγωγή Προπανίου αντί Γλυκερίνης 6. Υψηλός Αριθμός Κετανίου 7. Παραγωγή μικρών ποσοτήτων Μεθανίου από τις αντιδράσεις της αέριας φάσης 15

Χρήση εμπορικών καταλυτών HDS Ταυτόχρονη HDT 4.

16 Υγρή Φάση Υδρογονοαποξυγονωση (HD) φυτικών ελαίων: H 2 ---R1 Βασικές Αντιδράσεις Διεργασίας 2 + R1-H + R2-H + R3-H + 3H8 DEARBXYLATIN H---R2 +H2 H 2 ---R3 DEARBNYLATIN + R1-H + R2-H + R3-H + 3H8 + H2 R1, R2 and R3 κορεσμένες ή ακόρεστες ανθρακικές αλυσίδες με 10 to 18 άτομα Υδρογονοαποθείωση (HDS) του αεριελαίου (gasoil): 2R-S + 3H2 2R-H + 2H2S

+ R1-H + R2-H + R3-H + 3H8 + H2 R1, R2 and R3 κορεσμένες ή ακόρεστες ανθρακικές

17 Βασικές Παράπλευρες Αντιδράσεις Αέρια Φάση Αντίδραση Water Gas Shift (WGS): + H2 2 + H2 Μεθανίωση (Methanation): + 3H2 H4 + H2 Η αντίδραση Μεθανίωσης θεωρείται ως η μόνη αντίδραση παραγωγής μεθανίου το οποίο υπάρχει στην αέρια φάση.

18 Διεργασίες Παραγωγής Πράσινου Ντίζελ Φυτικό Έλαιο Gasoil H 2 Gasoil H2 Αποθειωμένο Diesel, H 2 /H 2 S Φυτικό Έλαιο Πράσινο Ντίζελ + Αποθειωμένο Συμβατικό Ντίζελ Μείγμα Πράσινου και Αποθειωμένου Συμβατικού Ντίζελ

Φυτικό Έλαιο Πράσινο Ντίζελ + Αποθειωμένο Συμβατικό

19 ΠΡΑΣΙΝΟ Ή ΒΙΟΛΟΓΙΚΟ ΝΤΙΖΕΛ Τυπικά προϊόντα και απαίτηση Υδρογόνου Τροφοδοσίες, %κ.β. Φυτικό Λάδι 100 Υδρογόνο Προϊόντα, %κ.ό, Προπάνιο 8-9 Νάφθα - Κεροζίνη 1-10 Πράσινο Diesel Η βάση υπολογισμού των προϊόντων είναι 100 lt Φυτικών Ελαίων 55/60

20 Σύγκριση Ιδιοτήτων Ντίζελ % Ο Πυκνότητα, g/ml Περιεκτικότητα S, ppm Θερμογόνος (Κατωτέρα) MJ/kg % Μεταβολή εκπομπών N x Σημείο Θόλωσης o Απόσταξη % Αριθμός Κετανίου Βιοντίζελ (FAME) Πράσινο Ντίζελ < 10 < (-10) -5-5 (-30)

Απόσταξη 10 90 % Αριθμός Κετανίου Βιοντίζελ (FAME) Πράσινο Ντίζελ 11 0

21 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ι Το Βιοντίζελ εμφανίζεται ως ένα βιοκαύσιμο με μεγάλη σημασία για την βελτίωση της ποιότητας του περιβάλλοντος αλλά και της ελληνικής και της ευρωπαϊκής οικονομίας Υπάρχουν περιθώρια βελτίωσης της παραγωγικής διαδικασίας με ανάπτυξη νέων τεχνολογιών μετατροπής και χρήσης μη βρώσιμων ελαίων (όπως απόβλητα έλαια, έλαια από άλγη) 59/60

22 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΙΙ Το πράσινο ντίζελ εμφανίζεται ως σημαντικό εναλλακτικό προϊόν των φυτικών ελαίων και λιπών ως καύσιμο μεταφορών Το Βιοντίζελ εμφανίζεται κατάλληλο για τοπικές παραγωγές ενώ το Πράσινο Ντίζελ κατάλληλο για διυλιστηριακές παραγωγές μεγάλης κλίμακας 60/60

23 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Στους Μεταπτυχιακούς Φοιτητές κ. Α. Βονόρτα, Υ.Δ. κ. Β. Τεμπλή, Υ.Δ. κ. Σ. Πασιά, Υ.Δ. κ. Ν. Μπαράκο, Υ.Δ. στις Εταιρείες που υποστήριξαν ή/και υποστηρίζουν την έρευνα : EΛ.ΠΕ., ΜΟΤΟΡ ΟΙΛ, ΜΙΝΕΡΒΑ, ΜΥΛΟΙ ΣΟΓΙΑΣ, GF ENERGY, Δ.Ε.Η., GREEN IL και I.F.P.

Σχετικά έγγραφα

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΑΠΟ ΟΞΙΝΟ ΒΑΜΒΑΚΕΛΑΙΟ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΤΕΡΟΓΕΝΟΥΣ ΒΑΣΙΚΟΥ ΚΑΤΑΛΥΤΗ

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ) Σχολή Χημικών Μηχανικών Τομέας ΙΙ Μονάδα Μηχανικής Διεργασιών Υδρογονανθράκων και Βιοκαυσίμων ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΑΠΟ ΟΞΙΝΟ ΒΑΜΒΑΚΕΛΑΙΟ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΤΕΡΟΓΕΝΟΥΣ ΒΑΣΙΚΟΥ