автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии переработки жирового сырья животного происхождения в биодизельное топливо

004610083

На правах рукописи

—................^.....................

ГОРОХОВ ДМИТРИЙ ГЕРМАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИРОВОГО СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В БИОДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных, рыбных

продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 7 0К7 2010

Москва 2010

004610083

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат биологических наук, доцент Бабурина Марина Ивановна

доктор технических наук, с.н.с. Хвыля Сергей Игоревич

кандидат технических наук, с.н.с. Апраксина Светлана Константиновна

Ведущая организация:

ГНУ ВНИИ птицеперерабатывающей промышленности

Защита диссертации состоится "26" окТж^ръ 2010 г. в ч на заседании диссертационного совета Д 006.021.01 при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан и опубликован на сайте www.vniimp.ru "24" сгНИдрЯ 2010 г.

Отзывы в двух экземплярах присылать по адресу: 109316, Москва, ул. Талалихина, д. 26

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из существенных проблем в пищевой отрасли является рациональная переработка скапливающегося жирового сырья в связи со сменой идеологии питания и утилизация жировых отходов. Сточные воды многих мясоперерабатывающих предприятий содержат значительное количество жировых компонентов, находящихся в трудноперерабатываемом эмульгированном и неэмульгированном состоянии. Очистка указанных стоков приводит к образованию побочных продуктов, которые подвергают захоронению на специальных полигонах. Это наносит серьезный ущерб экологии окружающей среды. Рядом ученых Л.Л. Никифоровым, Б.Ф. Щербаком, M.JI. Файвишевским, Г.Н. Кузнецовой, А.Р. Hopwood, G.D. Rosen, J. W. Abson и др. разработаны теоретические и практические положения выделения жировой фракции из сточных вод мясоперерабатывающих предприятий и мясокомбинатов и переработки ее в полезный продукт.

В настоящее время сильнейшим загрязнителем атмосферного воздуха является автотранспорт, обеспечивающий до 90 % поступающих загрязнений. Прямой ежегодный ущерб от пагубного воздействия только транспортного комплекса России на окружающую среду и здоровье населения составляет 3-4 млрд. долл. США. Поэтому все большую актуальность приобретают вопросы, касающиеся степени влияния выхлопов автотранспорта на состояние воздушной среды, а также перевод техники на экологически безопасные виды биотоплива.

Ежегодно предприятия АПК потребляют около 5,5 млн. т дизельного топлива, получаемого из нефти, являющейся невозобнов-ляемым источником энергии, поэтому использование альтернативного топлива на мясоперерабатывающих предприятиях является экономически оправданным. Биодизельное топливо, получаемое го растительных масел, считается одним из наиболее перспективных возобновляемых альтернативных топлив, однако его производят из масла, используемого для приготовления пищи.

Поскольку на мясоперерабатывающих предприятиях Российской Федерации имеются достаточные ресурсы животного жира и жировых отходов, ежегодно скапливающихся в объеме порядка 250 тыс. т., существует техническая возможность их утилизации переработкой в экологически чистое топливо с высокими качественными показателями, которое может быть использовано в автопарке пред-

приятии, а также на предприятиях отраслей АПК. Производство биотоплива из жирового сырья животного происхождения позволит более рационально использовать жировое сырье, снизить себестоимость выпускаемой продукции, улучшить экологию автотранспорта предприятия и города в целом.

На сегодняшний день в России нет промышленного производства биодизельного топлива из растительного и животного сырья, отсутствует технология его производства, что является актуальной задачей для исследования в данного области.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка технологии переработки жирового сырья и отходов животного происхождения в биодизельное топливо.

В соответствии с поставленной целью были поставлены следующие задачи:

- определить химический состав жирового сырья и отходов животного происхождения;

- разработать рациональные технологические режимы и параметры переработки жирового сырья и отходов в биодизельное топливо;

- определить показатели качества полученных образцов биодизельного топлива;

- установить сроки хранения биодизельного топлива;

- разработать технологию производства биодизельного топлива и рекомендации по его применению;

- рассчитать экономическую эффективность применения биодизельного топлива.

Научная новизна работы:

- изучено влияние физико-химических свойств жирового сырья на течение алкоголиза липидов животного происхождения в биодизельное топливо.

- установлены режимы предварительной подготовки жиров и жировых отходов для дальнейшего алкоголиза.

- определены основные технологические факторы, влияющие на процесс переработки животных жиров в биодизельное топливо.

- определены показатели качества полученных образцов биодизельного топлива из животных жиров, соответствующих зарубежным стандартам.

- установлены сроки хранения биодизельного топлива из животных жиров.

Научно обосновано использование биодизельного топлива в виде добавки к нефтяному дизтопливу.

Практическая значимость. Разработанная технология позволяет получить биодизельное топливо из животных жиров и жировых

отходов с высокими качественными характеристиками.

Разработана техническая документация "Биодизельное топливо из животных жиров" (ТУ 0251-991-00419779-10) и технологическая инструкция на его производство.

Новизна предложенной технологии подтверждена тремя патентами РФ № 2381262, № 2385900, №83773.

Проведены производственные испытания полученного биодизельного топлива из животного жирового сырья в тракторной автотехнике, акт испытаний утвержден от 10.11.08.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на конференциях: XI Международной конференции "Тенденции и перспективы развития инновационных и информационных технологий мясной промышленности", Москва 2008 г., конференции-конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов "Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" Россельхозакадемии Москва 2008., "Биоэнергетика и биотехнологии - эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки" г. Мытищи, 2009.

Исследования по технологии переработки животных жиров в биотопливо удостоены персональной премии имени В.М. Горбатова за 2008 г., грамотой на конференции-конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов "Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" Россельхозакадемии. ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова на 9-ой Российской агропромышленной выставке "Золотая осень" награжден серебряной медалью и дипломом за разработку экологически безопасной технологии биотоплива, а также медалью и дипломом на 7-й Международной специализированной выставке "Мир биотехноло-гии-2009" за разработку альтернативного вида топлива из жиросо-держащих отходов пищевой промышленности.

Публикации. По результатам диссертации опубликована 20 работа, в том числе 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методов экспериментальных исследований, результатов и их обсуждений, выводов, списка использованной литературы и приложений.

Работа изложена на_страницах машинописного текста, содержит _таблиц,_рисунков, библиография включает_наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные направления исследований.

В первой главе представлен обзор научно-технической и патентной литературы, раскрывающей теоретические аспекты создания производства биодизельного топлива с использованием различных видов растительного сырья. Рассмотрены мировые тенденции развития биотопливной промышленности за рубежом. Приведен анализ факторов, влияющих на процесс алкоголиза и скорость образования моноалкиловых эфиров, а также побочного продукта глицерина, их влияние на качественные характеристики конечного продукта. На основании анализа литературных данных представлена цель и определены задачи диссертационной работы.

Во второй главе "Объекты и методы исследований" дана характеристика объектов исследования, описаны условия постановки эксперимента и методы определения изучаемых показателей.

Объектами исследований являлись: жир топленый пищевой, кормовой и технический, а также жировые фракции жироловок мясоперерабатывающих предприятий, образцы моноалкиловых эфиров (биодизельного топлива) полученные из вышеперечисленного сырья.

Исследования проводили в соответствии со схемой (рис. 1).

При проведении экспериментальных исследований определяли следующие показатели по стандартным и модифицированным методикам: 1 - массовая доля влаги по ГОСТ 2477; 2 - массовая доля жира по ГОСТ 23042; 3 - массовая доля белка по ГОСТ 25011; 4 -массовая доля золы по общепринятой методике; 5 - кислотное число по ГОСТ Р 50457; 6 - жирнокислотный состав по ГОСТ 30418; 7 -содержание моноалкиловых эфиров по ГОСТ Р ЕН 14103; 8 - массовая доля моноглицеридов по ГОСТ Р ЕН 14105; 9 - массовая доля диглицеридов по ГОСТ Р ЕН 14105; 10 - массовая доля триглицери-дов по ГОСТ Р ЕН 14105; 11 - содержание свободного глицерина по ГОСТ Р ЕН 14105; 12 - содержание общего глицерина по ГОСТ Р ЕН 14105; 13 - цетановое число по ГОСТ 3122; 14 - плотность по ГОСТ 3900; 15 - кинематическая вязкость по ГОСТ 33; 16 - температура помутнения по ГОСТ 5066; 17 - содержание металлов I группы (Na, К) по ГОСТ 3594.3; 18 - теплота сгорания по ГОСТ 21261; 19 - определение выхлопов (оксид углерода, дымность) по ГОСТ 17.2.2.01.

В разделах экспериментальной части работы обсуждены и обобщены результаты исследований, приведены данные лабораторных и производственных испытаний и выводы.

Рис. 1. Схема проведения исследований РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Определение физико-химического состава различных видов жирового сырья животного происхождения

В качестве жирового сырья для производства биодизельного топлива были использованы животный жир технический, жир животный топленый пищевой, жир животный кормовой. Жировой отход, скапливающийся на жироловках мясоперерабатывающих предприятий, пройдя предварительную подготовку, описанную ниже, должен соответствовать техническим требованиям на животный жир технический. Был изучен химический и жирнокислотный состав широго спектра животных жиров и жировых отходов как потенциального сырья для получения биодизельного топлива. Результаты исследований представлены в табл. 1,2, 3.

Таблица 1

Химический состав жирового сырья (п= 10)_

Показатели Животный жир технический (1-3 сорт) Жир животный кормовой (1-2 сорт) Жир животный топленый пищевой (1с, сборный)

Жир, % 98,5-99,5 99,0-99,5 99,5-99,8

Влага, % 0,5-1,5 0,5-1,0 0,2-0,5

Кислотное число, мг КОН/г 10-180 10-20 1,1-3,5

Таблица 2

Химический состав жиромассы жироловок (n—18)

Жиромасса жироловок

Показатели Раменский Микояновский АПК Черкизовский мясокомбинат

мясокомбинат мясокомбинат Дубинине

Жир, % 45-52 47-56 54-58 50-60

Зола, % 2-3 2-3 1-2 0,5-2

Влага, % 32-38 30-40 32-40 24-30

Белок, % 10-15 9-10 6-10 5-8

Кислотное число, мг КОН/г 75-90 35-42 60-75 20-35

Таблица 3

Жирнокислотный состав потенциального сырья (п=10)

Наименование жирных кислот Жиромасса жироловки, % Животный жир технический, % Жир животный топленый пищевой, % Рапсовое масло, %

ХНЖК, в том числе: Миристиновая С14:0 Пальмитиновая С16:0 Стеариновая С18:0 44,50±2,00 3,05±0,14 24,21 ±1,09 13,90±0,63 47,70±2,15 3,71±0,17 27,22±1,22 16,10±0,72 45,40*2,04 3,02*0,14 25,45*1,14 14,84*0,67 7,43*0,34 4,54*0,20 5,68*0,25

£МНЖК, в том числе: Пальмитолеиновая С16:1 Олеиновая С 18:1 Эруковая С 22:1 33,91±1,53 2,73±0,12 30,60±1,38 0,61±0,03 32,60±1,47 3,80±0,17 26,30±1,18 0,20±0,01 36,02±1,62 2,05*0,09 31,31*1,41 0,10*0,004 55,10*2,02 25,51*1,15 27,80*1,25

¡ГПНЖК, в том числе: Линолевая С18:2 Линоленовая С18:3 3,70±0,17 1,52±0,07 0,40±0,02 ЗД0±0,14 0,40*0,02 0,80±0,04 5,91*0,27 3,30*0,15 0,92*0,04 34,72*1,56 24,22*1,10 9,60*0,43

*НЖК - насыщенные жирные кислоты, МНЖК - мононенасыщенные жирные кислоты, ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты

Как видно из табл. 3, жирнокислотный состав животных жиров отличается от рапсового масла, традиционно используемого за рубежом для производства биодизельного топлива, большей степенью насыщенности, что в дальнейшем отразилось на качественных характеристиках полученного из них биотоплива.

Изучение условий подготовки жирового сырья к переработке в биодизельное топливо Все скапливающиеся жировые отходы, образующиеся на очистных сооружениях мясоперерабатывающих предприятиях, в частности на жироловках, доводятся до состояния технического жира ГОСТ 1045-73 для обеспечения соответствующего качества конечного продукта - биодизельного топлива, соответствующего требованиям зарубежного стандарта. Посторонние фракции воды, белка и минеральных частиц удаляются. Полученный жир из жирового отхода соответствует техническому жиру 1,2 и 3 сортам в зависимости от степени окисленности исходного сырья.

Топленые технические, кормовые и пищевые жиры достаточно расплавить перед процессом алкоголиза в моноалкиловые эфиры.

Установление рациональных режимов переработки жирового сырья в биотопливо Животные жиры перерабатывали в сложные эфиры жирных кислот (биодизельное топливо) путем алкоголиза различными спиртами, как традиционным - метиловым (СН3ОН), так и новыми, менее токсичными - этиловым (С2Н5(ОН)), изопропиловым (СН3СН(ОН)СН3) и бутиловым (С4Н9ОН). В качестве жирового сырья использовали жир животный сборный топленый, животный жир технический 1 сорта (кислотное число 10 мг КОН/г) и технические жиры (кислотное число 45 и 90 мг КОН/г), полученные при переработке жиромассы с жироловок.

В связи с тем, что технические и кормовые жиры обычно обладают высоким кислотным числом (КЧ), то прямая трансэтерифика-ция в присутствие щелочного катализатора приведет к его полному отравлению свободными жирными кислотами с образованием мыла и, как показали дальнейшие исследования по влиянию уровня кислотности на ход реакции трансэтерификации, значение кислотного числа перерабатываемого жира должно быть не выше 2 мг КОН/г.

Наиболее эффективным способом понижения высоких значений кислотного числа животных жиров является реакция этерификации свободных жирных кислот спиртом с образованием моноалкиловых эфиров. Это позволит избежать потери сырья и получить целевой продукт. Реакция этерификации проводится в присутствии кислотного катализатора во избежание нежелательного омыления. Степень конверсии свободных жирных кислот в моноалкиловые эфиры определяли снижением уровня значения кислотного числа.

Подбор наиболее активного гомогенного кислотного катализатора проводили в количестве 1% к окисленной массе жирового сырья, активном перемешивании и молярном соотношении спирта и жира 9:1, при температуре 60 °С с использованием метилового спирта (рис. 2). В качестве кислотных катализаторов использовали концентрированную серную (H2S04), азотную (HN03) и соляную кислоты (HCl).

в присутствии различных гомогенных кислотных катализаторов

Установлено, что серная кислота обеспечивает быструю конверсию большинства свободных жирных кислот в эфиры и позволяет проводить дальнейшую трансэтерификацию оставшихся триглице-ридов с предотвращением нежелательного омыления.

Корреляцию уровня кислотного числа и количества кислотного катализатора в процессе этерификации проводили при активном перемешивании реакционной смеси, молярном соотношении спирта и жира 9:1, в течение 90 мин, при температуре 60 °С с использованием

концентрации катализатора в реакционной смеси

Установлено, что для понижения кислотного числа жира с исходного уровня 10 мг КОН/г до допустимого 2 мг КОН/г достаточно 1% концентрации кислотного катализатора, для жирового отхода с

кислотным числом 45 мг КОН/г необходимо 5% концентрации кислотного катализатора, с 90 мг КОН/г необходимо 10% кислота к окисленной массе жира соответственно.

Дальнейшим этапом исследования являлось определение оптимальной температуры реакционной смеси при этерификации с различными спиртами (рис, 4). Исследование проводили в течение 90 мин, концентрации катализатора 1%, постоянном перемешивании и молярном соотношении спирта: жира 9:1. Изучали диапазон температур от 30 °С до температуры близкой к кипению спирта. Установлено, что оптимальной температурой является 60±5 °С для метанола, 65±5 °С для этанола, 75±5 °С для изопропила и 100±5 °С для бутанола.

Как видно из приведенного графика, температура играет важнейшую роль в увеличении скорости этерификации свободных жирных кислот животного жира. Увеличение температуры до уровня близкого к температуре кипения спирта повышает значительно скорость реакции и сокращая при этом сроки достижения полной конверсии.

о га 4в бо <о юо 120 Температура, "С

Рис. 4. Динамика реакции этерификации жирового сырья при различных температурах

Снижение уровня значений кислотного числа животных жиров при выбранных оптимальных условиях в присутствии различных спиртов представлено на рис. 5.

90 мг КОН/г в присутствии алифатических спиртов

Снижение кислотного числа происходит быстрее при использовании метилового и этилового спиртов.

После того, как в ходе предварительной обработки величину кислотного числа животного сырья с высоким содержанием свободных жирных кислот снижали до значения менее 2 мг КОН/г, проводили реакцию трансэтерификации триглицеридов в моноалкиловые эфиры в присутствии щелочного катализатора. При переработке топленых животных жиров в биодизельное топливо с кислотным числом не выше 2 мг КОН/г предварительная обработка с понижением кислотного числа не требовалась.

В дальнейшем изучен процесс трансэтерификации животных триглицеридов в моноалкиловые эфиры в присутствие кислотного гомогенного катализатора - серной кислоты. Конверсию жирового сырья в моноалкиловые эфиры определяли методом газовой хроматографии с внутренней калибровкой.

Исследовали активность щелочного и кислотного катализаторов в процессе трансэтерификации жирового сырья при использовании метилового спирта с молярным соотношением 6:1 к жиру, в течение 60 мин и температуре 60±5 "С (рис. 6). Исходя из полученных данных, использование щелочного катализатора гидроксида калия (КОН) в концентрации 0,5 % дает более высокий выход моноалкило-вых эфиров, чем гидроксида натрия (ИаОН) при тех же концентрациях. Кислотный катализатор Н25>04 не обладает достаточной активностью для ускорения реакции трансэтерификации.

0 0,2 0,4 0,в 0,8 1

Концентрация катализатора, %

Рис. 6. Зависимость уровня конверсии жирового сырья в моноалкиловые эфиры от концентрации катализатора

Изучались оптимальные молярные соотношения различных спиртов и триглицеридов при постоянном активном перемешивании в областях температур близких к температуре кипения спиртов. Время проводимой реакции - 60 мин для метилового и этилового спиртов, 120 мин для изопропилового и бутилового спиртов, концентрация катализатора 0,5 % (рис. 7).

О -.-,-1-,-,-,

3 4 5 6 7 8 9

Молярное соотношение спирт: жир

Рис. 7. Реакция трансэтерификации животных жиров при различном молярном соотношении спирт: жир

Как видно из полученных данных, с повышением молярного соотношения спирт : жир уровень конверсии увеличивается, так как избыток спирта действует как псевдокатализатор. Так эффективными молярными соотношениями спирта и жира являются для метанола 6:1, этанола 6:1, изопропила 9:1 и бутанола 9:1. При более высоких концентрациях спирта по окончании реакции седиментация глицерина значительно замедляется или полностью прекращается, что затрудняет дальнейшие технологические этапы получения биодизельного топлива.

Также исследовали влияние свободных жирных кислот (СЖК) и воды на уровень конверсии триглицеридов в эфиры при использовании метилового спирта (рис. 8). Как показали проведенные исследования содержание воды и свободных жирных кислот в реакционной смеси не должно превышать 0,5%.

Трансэтерификация животных жиров различными спиртами в оптимальных условиях обеспечивает максимальную конверсию жирового сырья в моноалкиловые эфиры (рис.9).

Как показали исследования при использовании гомогенны* катализаторов в двухстадийном процессе обработки животных жиров алкоголизом, исходное жировое сырье может перерабатываться с максимальным выходом моноалкиловых эфиров.

Применение гомогенных кислотных катализаторов при снижении кислотного числа реакцией этерификацией и щелочных катализаторов при дальнейшей трансэтерификации триглицеридов обеспечивает высокую конверсию жирового сырья в моноалкиловые эфиры (97-98 %).

Свободные жирньм кислоты, %

Рис. 8. Уровень конверсии жирового сырья в зависимости от содержания СЖК и воды

Длительность реакции, мин

Рис. 9. Динамика реакции трансэтерификации триглицеридов жирового сырья при выбранных оптимальных параметрах

Однако недостатками применения гомогенных катализаторов являются: невозможность их повторного использования после проведения реакции, нейтрализация по завершении реакции, возможность загрязнения ими'полученного биодизельного топлива и глицерина.

Исследовали алкоголю животных жиров в биодизельное топливо в присутствии гетерогенных щелочных и кислотных катализаторов. Преимуществами использования гетерогенных катализаторов являются: многократное их использование в реакции, снижение расхода катализатора, отсутствие необходимости нейтрализации и последующей очистки биотоплива, возможность непрерывного производства биотоплива, снижение общей токсичности производства.

Несмотря на то, что гомогенный катализ высокоэффективный процесс, его недостатками являются: серьезное загрязнение получаемого продукта, однократное использование гомогенного катализатора и удорожание процесса.

Для изучения механизма кислотной этерификации животных жиров в работе исследовали: ионообменные смолы Amberlyst-46, Dowex DR-2030 и синтезированный в лаборатории высокоэффективный фосфат алюминия (А1РСХ,) с подобранными параметрами процесса: молярное соотношение этилового спирта и жира 9:1, температура 65°С, концентрация катализатора 10-30 % к окисленной массе жира, время реакции 150 мин (рис. 10).

Рис. 10. Этерификация СЖК в присутствии твердых кислотных катализаторов

Исходя из полученных данных, А1Р04 обладает наилучшей каталитической способностью при концентрации 20 % к окисленной массе жира и позволяет максимально понизить значение кислотного числа в перерабатываемом жире.

Изучали процесс трансэтерификации триглицеридов этиловым спиртом в присутствии кислотных катализаторов (рис. II). Эксперимент проводился в двух вариантах: 1) температура реакционной смеси 65°С, молярное соотношение этилового спирта и жира 9:1, количество катализатора 20 %, время реакции 150 мин, 2) температура реакционной смеси 120 °С, молярное соотношение этилового спирта и жира 12:1, концентрация катализатора 25 %, время реакции 180 мин.

Как и в случае использования гомогенных кислотных катализаторов, гетерогенные катализаторы кислого типа не обладают достаточной активностью для трансэтерификации триглицеридов в тех же условиях.

Изучали наиболее активный щелочной катализатор и его эффективная концентрацию. Реакцию трансэтерификации проводили в присутствии твердых щелочных катализаторов оксидов: MgO и СаО, а также синтезированного в лаборатории алюмината натрия (NaAICb) в следующих условиях: молярное соотношение этилового

спирта и жира 9:1, температура 65 °С, количество катализатора 1030 %, время реакции 150 мин (рис. 12).

алюминия Дауэкс

Рис. 11. Трансэтерификация триглицеридов в присутствие кислотных твердых катализаторов

Рис. 12. Трансэтерификация триглицеридов в присутствие твердых щелочных катализаторов Применение твердого щелочного катализатора МаАЮ? в концентрации 20 % при температурах (близких к температуре кипения спирта) и молярном соотношении спирта к жиру 9:1 позволяет достигать высокого выхода моноалкиловых эфиров (97-98 %), сопоставимого с выходом при традиционной трансэтерификации растительного масла в присутствие щелочных катализаторов КОН и ЫаОН.

Реакции этерификации СЖК и трансэтерификации триглицеридов животных жиров различными спиртами в присутствии кислотно-щелочных катализаторов в оптимальных условиях представлены на рис. 13, 14.

О 40 «О 120 1 60 200

Продолжительность реакции, мин

Рис. 13. Этерификация свободных жирных кислот в присутствие твердого кислотного катализатора А1Р04 различными спиртами

100

80

60

40

о

X

о л

| 20 о

£ 0

♦ метанол )

■ этанол |

д изопроланол 1

X бутанол _]

О 50 100 150 200

Продолжительность реакции, мин

. Рис. 14, Трансэтерификация триглицеридов в присутствие твердого щелочного катализатора КаА102 различными спиртами

На основании полученных результатов, можно сделать вывод, что твердые пористые катализаторы ИаАЮг и А1Р04 наиболее активные ускорители реакций, обеспечивающие необходимый выход мо-ноалкиловых эфиров (97-98 %).

На рис. 15 представлены результаты многократного применения выбранных гетерогенных катализаторов. Как видно из приведенных данных, гетерогенные катализаторы сохраняют свою активность в течение 10-кратного использования.

Рис. 15. Многократные реакции алкоголиза

Определение характеристик качества полученных образцов биодизельного топлива

Были определены наиболее важные показатели качества биодизельного топлива (БДТ) как потенциального моторного топлива в лабораторных условиях (табл. 4).

Высокое содержание моноалкиловых эфиров животных жиров и низкое содержание moho-, ди-, триглицеридов, свободного глицерина в полученных образцах биотоплива говорит о полноте алкоголиза исходного сырья.

Цетановое число было несколько выше, чем у эфиров растительного масла, что характеризует хорошую способность топлива к воспламенению. Оно влияет на запуск двигателя, жесткость работы, расход топлива и дымность отработавших газов.

Моноалкиловые эфиры животных жиров (ЖЖ) характеризуются несколько повышенными показателями кинематической вязкости, плотности, температурами помутнения и застывания по сравнению с моноалкиловыми эфирами рапсового масла (РМ), но находящимися в пределах допустимых стандартом.

Определение условий и сроков хранения биодизельного топлива

Изучали сроки годности биодизельного топлива из животных жиров. В качестве главных признаков разложения биодизельного топлива выступают такие показатели, как кислотное число, так и кинематическая вязкость. Была определена динамика изменения кинематической вязкости и кислотного числа метиловых, этиловых, изопропиловых, бутиловых эфиров животных жиров и метиловых эфиров рапсового масла в процессе хранения (рис. 16,17).

Рис. 16. Динамика изменения кинематической вязкости моноалкиловых эфиров во времени

Таблица 4

Физико-химические показатели полученных образцов биодизельного топлива (п=3) _

Показатели метиловые эфиры этиловые эфиры изопропиловые эфиры бутиловые эфиры БДТ

РМ ЖЖ РМ ЖЖ РМ ЖЖ РМ ЖЖ А5ТМ 06751

Содержание: 98,2±1,6 98,0±1,5 98,4±1,5 97,2±1,4 98,1±1,5 97,8±1,4 97,5±1,4 97,2±1,3 >96,5

моноалкиловые эфиры, %

триглицериды, % 0,1±0,01 0,1±0,01 0,1±0,01 0,15± 0,1±0,01 0,2±0,02 0,1±0,01 0,2±0,02 <0,2

диглицериды, % 0,1±0,01 0,1±0,01 0,1±0,01 0,1±0,01 0,1±0,01 0,15±0,01 0,1±0,01 0,15±0,01 <0,2

моноглицериды, % 0,6±0,05 0,6±0,05 0,6±0,05 0,7±0,06 0,6±0,05 0,7±0,06 0,6±0,05 0,7±0,06 <0,8

общий глицерин, % 0,1±0,01 0,1±0,01 0,1±0,01 0,15±0,01 0,1±0,01 0,15±0,01 0,1±0,01 0,15±0,01 <0,25

влага, % 0,02±0,01 0,02±0,01 0,02±0,01 0,02±0,01 0,02±0,01 0,01±0,01 0,02±0,01 0,01±0,01 <0,05

металлы I группы (Иа, К), мг/кг 1,00±0,15 1,20±0,15 1,11±0,15 1,42±0,15 1,10±0,15 1,23±0,15 1Д2±0,15 1,35±0,15 <5

Цетановое число 47±2,3 60±3,0 48,2±2,4 62±3,1 49±2,4 65±3,2 52±2,6 68±3,4 >51

Плотность, при 15°С, кг/м3 880±17,6 888±17,8 873±27,5 885±17,7 869±17,4 882±17,6 865±17,3 880±17,6 <900

Кинетическая вязкость, при 40°С, мм2/с 4,10±0,01 4,30±0,01 4,31±0,01 4,62±0,01 4,71 ±0,01 4,93±0,01 4,94±0,01 5,02±0,01 3,5-5,0

Температура помутнения, °С 11,2±0,1 12,5±0,1 8,1±0,1 9,2±0,1 5,3 ±0,1 6,5±0,1 0,7±0,1 2,0±0,1 от-11 до 16

Кислотное число, мг КОН/г 0,21±0,02 0д0±0,02 0,22±0,02 0ДЗ±0,02 0,20±0,02 0,21 ±0,02 0Д2±0,02 0Д1±0,02 <0,8

Теплота сгорания, МДж/кг 37,7±1,1 37,8±1,1 37,9±1,1 38,1±1,1 39,7±1Д 39,9±1,2 41±1,2 41,2±1,2 32,0

эфиров во времени

Образцы биотоплива хранились при 20-25 °С, без доступа прямых солнечных лучей в емкостях, предназначенных для хранения автомобильного топлива. В качестве контроля использовались метиловые эфиры подсолнечного масла. Установлено, что биодизельное топливо, состоящее из моноалкиловых эфиров жирных кислот животных жиров, способно хранится не менее 6 месяцев, что соответствует требованиям стандарта США на биодизельное топливо АБТМ Б6751.

Рекомендации по применению биодизельного топлива из животных жиров В настоящее время в России нормативными требованиями Евро ГОСТ Р 52368-2005 предусмотрена возможность осуществлять биодобавки моноалкиловых эфиров жирных кислот в минеральное дизельное топливо в количестве до 5%. Однако в мировой практике биодизельное топливо применяется также в виде 20, 50% - ных добавок и даже в чистом виде. В связи с этим было решено провести исследования по изучению изменения основных показателей дизельного топлива (ДТ), влияющих на эффективность эксплуатации двигателя - температура помутнения (1П0Ы), кинематическая вязкость (и) и плотность (р) при добавлении моноалкиловых эфиров (МЭ) животных жиров в различном соотношении (табл. 5).

Как следует из приведенных данных возможно применение всех видов моноалкиловых эфиров жирных кислот в виде 5 - 20% добавки к стандартному дизтопливу без добавления вредных присадок и без отклонений от требований стандарта на минеральное дизтопливо (кинематическая вязкость не более 4,5 мм2/с; температура помутнения не выше -10°С; плотность не более 845 кг/м3), что позволяет

эксплуатировать бинарную смесь без каких-либо изменений в регулировке двигателя.

Таблица 5

Динамика изменения кинематической вязкости, плотности и температуры помутнения бинарной смеси от массовой доли эфиров

Бинарная смесь

э< метиловые жры/дизель этиловые эфиры/дизель изопропиловые зфиры/дизель бутиловые эфиры/дизель

мэ, % ДГ, % !пом> •с Т), 40 "С, ми^/с Р. 15°С, кг/м3 1пом> ЧС 40 Г. мм^с Р. 15 "С, кг/м3 ^пом, и, 40 °С, мм^с Р. 15 V, кг/м3 1дом, с 1), 40 "С, мм'/с Р. 15 "С, кг/м3

100 0 7 4,3* 0,0129 ООО* 17,8 9* 0,1 4,6± 0,0138 885* 17,6 6* 0,1 4,9* 0,0147 882* 17,6 2* 0,1 5.0* 0,0150 880* 17,6

80 20 4,5* 0,1 4,25* 0,0127 870* 17,4 4,5± 0,1 4,5* 0,0135 870± 17,4 3± 0,1 4,83* 0,0144 870* 17,4 0* 0,1 4,88* 0,0146 86&± 17,4

60 40 1± 0,1 4,2* 0,0126 858* 17,1 1± 0,1 4,45--* 0,0133 858* 17,1 0± 0,1 4,68* 0,0139 858* -5* 0,1 4,72* 0,0142 856*

40 60 -3± 0,1 4,15* 0,0124 850* 17,0 -3* 0,1 4,4* 0,0132 850* 17,0 -6* 0,1 4,5* 0,0135 850* 17,0 -9* 0,1 4,52* 0,0135 849* 16,9

20 80 -12± 0,1 4,1* 0,01В 845* 16,9 -12* 0,1 4,25* 0,0127 845± 16,9 -17* 0,1 43* 0,0129 842* 16,8 -19* 0,1 437* 0,0131 841* 16,8

5 95 -18± 0,1 4,05* 0,0121 837* 16,7 -17* 0,1 4,15± 0,0124 837* 16,7 -19* 0,1 4,2* 0,0126 835* 16,7 -20* 0,1 4,27* 0,0128 835* 16,7

0 100 -20* 0,1 4,0* 0,0120 835* 16,7 -20± ОД 4,0* 0,0120 835± 16,7 -20* 0,1 4,0* 0,0120 835* 16,7 -20* °т1 4,0* 0,0120 835* 16,7

Таким образом, проведенный анализ результатов исследований показал, что биодизельное топливо, состоящее из этиловых эфиров жирных кислот животных жиров, является экологичным, так и экономически эффективным и соответствует качественным характеристикам зарубежного стандарта.

В процессе испытаний бинарной смеси этиловых эфиров жирных кислот и минерального дизельного топлива с содержание эфиров 5-20 % наблюдалось снижение токсичных выхлопов окиси углерода, сажи и углеводородов (рис. 18).

Рис. 18. Эмиссия выхлопов бинарных смесей

Разработка технологии производства биодизельного топлива

На основании проведенных исследований была разработана технологическая схема производства биодизельного топлива из жирового сырья и отходов с использованием различных спиртов и катализаторов (рис. 19).

Было подобрано наиболее эффективное оборудование для переработки жирового сырья в биодизельное топливо. Технологический процесс получения биодизельного топлива представлен на рис.20. Подготовленный жировой отход из смесителя-запарника [1] подается насосом [3] в реактор [4] для процесса алкоголиза, куда также подается отдельно подготовленная смесь катализатора и спирта из емкости [8]. По завершении реакций этерификации и трансэтерифика-ции отгоняется избыточное количество спирта, конденсируемое в охладителе [9] и возвращается в емкость с реактивами [8]. Полученное биотопливо направляется насосом [3] в отстойник [5] для отделения от побочного продукта - глицерина и очистки полученного биотоплива душированием водой. Седиментированный глицерин подается в резервуар для хранения [6]. Полученное очищенное биодизельное топливо подается насосом [3] в резервуар для хранения [7].

Годовой экономический эффект при объеме производства биодизельного топлива 65 тыс. тонн в год от внесения 5% разработанного жидкого биотоплива в дизельное топливо может составить 28,6 млн. руб. при использовании метиловых эфиров, 21,12 млн. руб. при использовании этиловых эфиров, 8,32 млн. руб. при использовании изопропиловых эфиров, 10,24 млн. руб. при использовании бутиловых эфиров. Замена 20% дизельного топлива жидким биотопливом может составить 111,36 млн. руб. при использовании метиловых эфиров, 83,20 млн. руб. при использовании этиловых эфиров, 33,92 млн. руб. при использовании изопропиловых эфиров, 40,32 млн. руб. при использовании бутиловых эфиров.

Рис. 19. Технологическая схема производства биодизеля

Рис. 20. Схема аппаратурного оформления производства биодизельного топлива из животных жиров с этапом этерификации свободных жирных кислот

выводы

1. Определены показатели качества различных животных жиров. Проведено исследование влияния химических свойств сырья на процесс переработки жиров в биодизельное топливо, а также характеристики полученного биотоплива. Установлено, что содержание воды и содержание свободных жирных кислот не должно превышать в исходном жировом сырье 0,5% и 1% соответственно.

2. Установлены оптимальные технологические параметры процессов этерификации и трансэтерификации (температура реакции 60±5 °С для метанола, 65±5 °С для этанола, 75±5 °С для изопропила и 100±5 °С для бутанола, длительность реакции 60- 150 мин). Установлены рациональные концентрации катализаторов (для КОН 0,51%, для Н2804 1-10%, для №АЮ2 и А1Р04 20%) и рациональные молярные соотношения спиртов к жиру (метиловый и этиловый 6:1-9:1, изопропиловый и бутиловый 9:1).

3. Определены физико-химические свойства полученных образцов биодизельного топлива. Установлено, что наилучшими свойствами обладают этиловые эфиры жирных кислот животного происхождения.

4. Установлено, что биодизельное топливо из животных жиров может храниться не менее 6 месяцев, эффективная массовая доля биотоплива в минеральном топливе составляет 5-20 %.

5. Разработана технология биодизельного топлива из животных жиров и техническая документация "Биодизельное топливо из животных жиров" (ТУ 0251-991-00419779-10).

6. Ожидаемый годовой экономический эффект от внесения 5% разработанного биотоплива в дизельное топливо составит 8-28 млн. руб., а при замене 20% составит 40 - 111 млн. руб. при годовом объеме производства биодизельного топлива 65 тыс. тонн.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. Горохов Д.Г. Биодизельное топливо из животных жиров / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Мясная индустрия. -2008.-№11.-С. 60-63.

2. Горохов Д.Г, Переработка жиров в биодизель как возможное решение проблемы производства энергии из возобновляемого сырья / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Все о мясе. - 2008. -

№2.-С. 30-33.

3. Горохов Д.Г. Кинетические закономерности в технологии биодизеля / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Рыбная промышленность. - 2008. - № 3-4, - С. 38-40.

4. Горохов Д.Г. Биотехнологическая переработка жиров в биодизель как возможное решение проблемы производства энергии из возобновляемого сырья / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Сборник научных трудов. - ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова, Москва, 2008 г. - С. 33-42.

5. Горохов Д.Г. Оптимизация получения моноалкиловых зфиров жирных кислот животных жиров с использованием этилового спирта / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина // Сборник докладов XI Международной конференции "Тенденции и перспективы развития инновационных и информационных технологий мясной промышленности". -Москва, 2008 г.-С. 48-51.

6. Горохов Д.Г. Алкилирование липидов животного происхождения в биогенное топливо / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина // Конференция-конкурс научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов "Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" Россельхозакадемии, - Москва, 2008 г. - С. 4145.

7. Иванкин А.Н. Биотопливо из возобновляемого сырья: перспективы производства и потребления / А.Н.Иванкин, А.Д.Неклюдов, Н.А.Горбунова, М.И.Бабурина, Д.Г.Горохов // Лесной вестник, - 2008. - №6. - С. 91-95.

8. Бабурина М.И. Переработка липидов животного происхождения в биотопливо / М.И.Бабурина, Д.Г.Горохов, А.Н.Иванкин, Н.Ф.Небурчилова // Мясные технологии. - 2009. - №2. - С. 60-62.

9. Бабурина М.И. Производство биотоплива с высоким содержанием свободных жирных кислот / М.И.Бабурина, Д.Г.Горохов, А.Н.Иванкин // Мясные технологии. - 2009. - №3. - С. 60-62.

10. Горохов Д.Г. Модификация жировых отходов в жидкое биотопливо / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Мясная индустрия. - 2009. - №3. - С. 42-46.

11. Горохов Д.Г. Переработка жировых отходов в биодизельное топливо. Принципиальная технологическая схема / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Все о мясе. - 2009. - №2. - С. 45-47.

12. Горохов Д.Г. Перспективы производства и потребления биодизельного топлива из жиров животного происхождения / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Мясная индустрия.

2009.-№7.-С. 62-65.

13. Горбунова H.A. Получение биологического дизельного топлива как способ утилизации жировых отходов животного происхождения / Н.А.Горбунова, М.И.Бабурина, Д.Г.Горохов, А.Н.Иванкин // Сборник материалов Всероссийской науч.-практ.конф. «Современные биотехнологии переработки с\х сырья и вторичных ресурсов». -Углич: ГНУ ВНИИМПС Россельхозакадемии. - 2009 г. - С. 44-47.

14. Горохов Д.Г. Жидкое биотопливо из растительного и животного сырья. Технические и экономические аспекты / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин, О.П.Прошина // Тез. Докл. Междунар. Научно-практ.конф. "Биоэнергетика и биотехнологии - эффективное использование отходов лесозаготовок и деревообработки" М.: ГОУ ВПО МГУЛ - Москва, 14-16 октября 2009 г. - С. 52-53.

15. Горохов Д.Г. Получение различных производных жирных кислот и рассмотрение их качественных показателей / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина // Конференция-конкурс научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов "Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" Россельхозакадемии - Москва, 2009 г. - С. 109-111.

16. Горохов Д.Г. Алкилирование жировых отходов различными спиртами в жидкое биотопливо / ДГ.Горохов, М.И.Бабурина // Сборник докладов XII Международной конференции "Тенденции и перспективы развития инновационных и информационных технологий мясной промышленности" - Москва, 2009 г. - С. 100-102.

17. Горохов Д.Г. Производство биодизельного топлива из жи-рошлама и отработанных фритюрных жиров / Д.Г.Горохов, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин // Мясная индустрия. - 2010. - №3. - С. 64-65.

18. Лисицын А.Б. Способ переработки животного жира в жидкое топливо / А.Б.Лисицын, М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин, Д.Г.Горохов // Пат. № 2008112639/13(013669).

19. Бабурина М.И. Способ получения жидкого топлива / М.И.Бабурина, А.Н.Иванкин, Д.Г.Горохов // Пат. РФ № 2008126414/13(032217).

20. Иванкин А.Н. Устройство для переэтерификации жиров спиртами / А.Н.Иванкин, М.И.Бабурина, ДГ.Горохов, Г.Л.Олифенко. // Пат. РФ на полезную модель №83773. опубл. 20.06.09.

Бум. тип Тираж!00 экз.' Заказ № 123

ООО «Полиграф» 109316 Москва, ул. Талалихина, 26

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Теоретические аспекты производства биодизельного топлива.

1.2 Перерабатываемое сырье в биодизельной промышленности.

1.3 Влияние технологических параметров и катализаторов на течение реакции алкоголиза.

1.4 Перспективы биоэнергетики сельского хозяйства и автопарка России.

Экономия энергоносителей нефтяного происхождения, ужесточение норм выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, а также ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют большинство стран искать пути снижения опасности влияния тепловых двигателей на окружающую среду. Зависимость от импорта нефти рассматривается большинством стран как вопрос национальной, экономической и энергетической безопасности, а использование нефтепродуктов несёт в себе значительную экологическую опасность. Именно это определяет актуальность исследований и разработок, направленных на диверсификацию сырьевой базы, поиск альтернативных моторных топлив.

Одной из существенных проблем в пищевой отрасли являются рациональная переработка скапливающегося жирового сырья в связи со сменой идеологии питания и утилизация жировых отходов. Сточные воды многих мясоперерабатывающих предприятий содержат значительное количество жировых компонентов, находящихся в трудноперерабатываемом эмульгированном и неэмульгированном состоянии. Очистка указанных стоков приводит к образованию побочных продуктов, которые подвергают захоронению на специальных полигонах. Это наносит серьезный ущерб экологии окружающей среды. Рядом ученых Л.Л. Никифоровым, Б.Ф. Щербаком, J1.M. Файвишевским, Г.Н. Кузнецовой, А.Р. Hopwood, G.D. Rosen, J.W. Abson и др., разработаны теоретические и практические положения выделения жировой фракции из сточных вод мясоперерабатывающих предприятий и мясокомбинатов и переработки ее в полезный продукт.

В настоящее время сильнейшим загрязнителем атмосферного воздуха является автотранспорт, обеспечивающий до 90 % поступающих загрязнений. Автопарк нашей страны насчитывает более 20 млн. автомобилей и его прирост составляет 7 - 10 % в год. Обостряются экологические проблемы, связанные с использованием традиционных моторных топлив, при сжигании которых образуется большое количество токсичных выхлопов. Прямой ежегодный ущерб от пагубного воздействия только транспортного комплекса России на окружающую среду и здоровье населения составляет 3-4 млрд. долл. США. Поэтому все большую актуальность приобретают вопросы, касающиеся степени влияния выхлопов автотранспорта на состояние воздушной среды, а также перевод техники на экологически безопасные виды биотоплива.

Цены на моторное топливо из года в год растут, негативно влияя на себестоимость выпускаемой продукции. Ориентация отечественной нефтяной отрасли на экспортные поставки, увеличение цен на моторное топливо в 5 раз за последние пять лет привели к росту затрат на топливо в себестоимости сельскохозяйственной продукции в 3-4 раза. В настоящее время доходность сельского хозяйства резко снижается в результате несовершенства системы его кредитования и низкой платежеспособность населения - основного потребителя продукции сельского хозяйства. В этих условиях сельскохозяйственные товаропроизводители не могут обеспечить себя в достаточном количестве основными и оборотными средствами, и в частности топливом.

Ежегодно предприятия АПК, в том числе мясокомбинаты потребляют около 5,5 млн. т дизельного топлива, получаемого из нефти, являющейся невозобновляемым источником энергии, поэтому использование альтернативного топлива на мясоперерабатывающих предприятиях является экономически перспективным. В связи с этим поиск альтернативных источников энергии очень важен.

Биодизельное топливо, получаемое из растительных масел, считается одним из наиболее перспективных возобновляемых альтернативных топлив, однако его производят из масла, используемого для приготовления пищи. Биодизель является высококачественной, целесообразной с экономической и

1 экологической точек зрения заменой традиционному топливу. Прежде всего, I из-за незначительных вредных выбросов в атмосферу, особенно углекислого газа для предотвращения парникового эффекта. Биодизель сгорает практически без токсических отходов, количество копоти уменьшается до 50%. Биодизель легко разлагается микроорганизмами, а это значит, что при попадании в почву он не наносит ущерба ни грунтовым водам, ни почве. Другим важным фактором является то, что при производстве биодизеля практически не остается отходов. Получающиеся "побочные" продукты, в частности фармакологический глицерин и сульфат калия, используются соответственно в химической промышленности и в производстве удобрений. Таким образом, производство биодизеля - один из производственных процессов, при котором перерабатывается практически 100% сырья. "В развитии именно таких, экологически чистых технологий наблюдается в настоящее время бум. И нам приятен тот факт, что Вена является первой европейской столицей, где построена такая производственная установка",-подчеркнул вице-бургомистр д-р Сепп Ридер на открытии установки в Лобау.

В настоящее время в мире для производства биотоплива используются очищенные растительные масла, которые содержат главным образом триглицериды с низкой долей свободных жирных кислот. Растительные масла, отработанное пищевое масло, животные жиры - эти источники энергии представляют собой не только производственную альтернативу для сельского хозяйства, но и важный шаг к экологическому энергообеспечению. Ряд применяемых очищенных масел (такие как соевое и рапсовое) имеют высокую себестоимость, что составляет до 60-80 % от себестоимости получаемого из них биодизельного топлива. В связи с этим биотопливо, полученное из таких масел коммерчески неконкурентоспособно по сравнению с минеральным дизельным топливом. В мире до настоящего времени производство биотоплива путем переработки животных липидов не создано.

Поскольку на мясоперерабатывающих предприятиях Российской Федерации имеются достаточные ресурсы животного жира и жировых отходов, ежегодно скапливающихся в объеме порядка 250 тыс. т., существует техническая возможность их утилизации переработкой в экологически чистое топливо с высокими качественными показателями, которое может быть использовано в автопарке мясоперерабатывающих предприятий, а также на предприятиях отраслей АПК. Производство биотоплива из жирового сырья животного происхождения позволит снизить себестоимость выпускаемой продукции, более рационально использовать само сырье, за счет эффективной утилизации жировых отходов, а также положительно повлияет на экологию автотранспорта предприятия и города в целом, а стало быть, и на здоровье человека за счет снижения уровня образования выхлопных газов. В странах ЕС потребность в биогенном, экологически чистом топливе постоянно возрастает. По оценкам экспертов, увеличение потребления биодизеля в ЕС с 2008 г. ожидается до 25% в год. Нормы Европейского союза в отношении автомобильного топлива предписывают подмешивание в автомобильное горючее с 1 октября 2005 года не менее 2,5% биогенного топлива. В последующие годы эта доля должна быть увеливена: с 1 октября 2007 года - 4,3%, с 1 октября 2008 года - 5,75%.

Рудольф Дизель, изобретатель дизельного мотора (работавшего первоначально на арахисовом масле), был не только дальновиден, но и, безусловно, прав, когда в 1912 году сказал: "Использование растительного масла в качестве топлива сегодня может показаться малозначимым, однако со временем оно будет так же важно, как нефть или угольные продукты".

По прогнозам специалистов в ближайшие десятилетия ожидается дальнейшее снижение производства традиционных источников энергии, в том числе и добычи нефти. Приводимые в печати сроки исчерпания нефтяных ресурсов в среднем по мировой нефтедобывающей отрасли составляют около 80 лет с учетом месторождений континентального шельфа, характеризующихся высокой стоимостью нефтедобычи от 170 до 700 долл. США за тонну (для сравнения: добыча нефти на Ближнем Востоке стоит от 5 до 6 долл. США за тонну). В связи с этим возникла необходимость в перестройке энергетического баланса, в развитии полиэнергетики, т.е. системы, базирующейся на использовании нескольких источников энергии, ни один из которых не играет определяющей роли. Необходимы диверсификация энергоснабжения, являющаяся "страховкой против риска", и глубокие технические изменения в разработке и освоении новых видов энергии, а также в ее рациональном использовании.

В связи с вышеизложенным, весьма актуальным является поиск альтернативных, более дешевых видов топлива, каким является биотопливо на основе возобновляемых липидов, которое может производиться самими сельскохозяйственными предприятиями и предприятиями мясной отрасли. Использование биотоплива имеет преимущества перед традиционными видами топлива в связи с его экологической безопасностью, что особенно важно в связи с напряженностью экологической ситуации в пищевых отраслях.

выводы

1. Определены показатели качества различных животных жиров. Проведено исследование влияния химических свойств сырья на процесс переработки жиров в биодизельное топливо, а также характеристики полученного биотоплива. Установлено, что содержание воды и содержание свободных жирных кислот не должно превышать в исходном жировом сырье 0,5% и 1% соответственно.

2. Установлены оптимальные технологические параметры процессов этерификации и трансэтерификации (температура реакции 60±5 °С для метанола, 65±5 °С для этанола, 75±5 °С для изопропила и 100±5 °С для бутанола, длительность реакции 60 - 150 мин). Установлены рациональные концентрации катализаторов (для КОН 0,5-1%, для Н2Б04 1-10%, для ]ЧаАЮ2 и А1РО4 20%) и рациональные молярные соотношения спиртов к жиру (метиловый и этиловый 6:1-9:1, изопропиловый и бутиловый 9:1).

3. Определены физико-химические свойства полученных образцов биодизельного топлива. Установлено, что наилучшими свойствами обладают этиловые эфиры жирных кислот животного происхождения.

4. Установлено, что биодизельное топливо из животных жиров может храниться не менее 6 месяцев, эффективная массовая доля биотоплива в минеральном топливе составляет 5-20 %.

5. Разработана технология биодизельного топлива из животных жиров и техническая документация "Биодизельное топливо из животных жиров" (ТУ 0251-991-00419779-10).

6. Ожидаемый годовой экономический эффект от внесения 5% разработанного биотоплива в дизельное топливо составит 8 — 28 млн. руб., а при замене 20% составит 40 - 111 млн. руб. при годовом объеме производства биодизельного топлива 65 тыс. тонн.

1. Акопов И.Э. Важнейшие отечественные растения и их применение / И.Э. Акопов — Ташкент: медицина, 1986. 576 с.

2. Аронов Э.Л. Производство и применение биодизельного топлива (с рапсовым маслом) в сельском хозяйстве / Э.Л. Аронов // Техника и оборудование для села — 2007. — №3. — С.38-40.

3. Ашпина О.П. Рапс — культура стратегическая / О.П. Ашпина // The Chemical journal. — 2005. — №9. — С. 40-45.

4. Большой скачок на биогорючем //Масложировая промышленность. — 2005.— №4. —С. 20-21.

5. Вагнер В.А. Применение альтернативных топлив в ДВС / В.А. Вагнер // Двигателестроение. 2000. — №3. - С.12-16.

6. Гаврилова В.А., Дубовская А.Г., Конькова Н.Г., Низова Г.К. Перспективы и реальность использования масел растительного происхождения в качестве биотоплива / В.А. Гаврилова //Масложировая промышленность. — 2005. —№4. —С. 15-17.

7. Головенчик E.H. Зарубежный опыт организации производства и использования дизельного биотоплива на основе продуктов переработки рапсового масла / E.H. Головенчик // Агроэкономика. — 2005. — № 8. — С. 40-42.

8. Губанов A.B., Почернаков В.И. Научно-теоретические аспекты использования продуктов масложировой отрасли при производстве биодизеля / A.B. Губанов // Масла и жиры. — 2006. — №5. С. 22-25.

9. Давыдова Е.М., Пасхин H.H. Развитие топливного рынка ЕС: биодизельного топливо возобновляемый энергетический ресурс / Е.М. Давыдова //Масложировая промышленность. — 2005. —№4. —С. 22-23.

10. Жегалин О.И. Альтернативные топлива и перспективы их применения на тракторных дизелях, обзорная информация / О.И. Жегалин // М.,

11. J ЦНИИТЭИ, Тракторсельхозмаш, 1986. С. 10-40.•! 11. Емельянов В.Е. Решение экологических проблем автотранспорта /i