Overzicht
Zodra de omestering nagenoeg volledig is verlopen, bevat het reactormengsel vetzuurmethylesters (FAME), ruwe glycerol, resterende alcohol, katalysator, zepen en onvolledig omgezette mono-, di- en triglyceriden. Afwerking omvat onderling verbonden bewerkingen na de reactie. Bij een natwasmethode omvatten deze bewerkingen glycerolscheiding, wassen om resterende verontreinigingen te verminderen en aansluitend drogen, andere afwerkingsarrangementen zijn eveneens mogelijk. Elke stap is van invloed op de vraag of het afgewerkte B100 kan voldoen aan de eigenschapsgrenzen vastgelegd in ASTM D6751, de Amerikaanse specificatie samengevat in de openbare tabellen van het AFDC.
Glycerinescheiding
De scheiding van ester en glycerol maakt gebruik van het dichtheidsverschil tussen de fasen. De werkelijke dichtheden zijn afhankelijk van de samenstelling en de temperatuur, inclusief de methanol, het water en de katalysator die aanwezig zijn in de ruwe glycerol. Dit verschil is voldoende voor scheiding op basis van zwaartekracht, hoewel de snelheid waarmee de twee fasen zich ontkoppelen van meerdere factoren afhangt. Intensief mengen tijdens de reactie kan glycerol als fijne druppels door de esterfase verspreiden, waardoor de coalescentietijd aanzienlijk toeneemt. Menging, katalysatorresten en omzetting beïnvloeden de scheiding. De beheersing hiervan dient te zijn afgestemd op het werkelijke procesontwerp, in plaats van op een generieke roerwijziging of een waterige pH-streefwaarde die wordt toegepast op een niet-waterig mengsel. Aanzienlijke hoeveelheden mono-, di- en triglyceriden in het product kunnen een emulsielaag op het scheidingsvlak vormen, wat productverlies betekent en de naleving van de specificaties in gevaar kan brengen.
Scheidingsapparatuur
De productiegids bespreekt zwaartekrachtdecanters, centrifuges en hydrocyclonen voor de ester-glycerolscheiding. Decanteersystemen zijn uitsluitend afhankelijk van verblijftijd en zwaartekracht, voor kleine of batchgewijs werkende installaties kan de vereiste verblijftijd van enkele uren aanvaardbaar zijn, maar continue installaties vereisen navenant grotere vaten. Centrifugesystemen creëren een kunstmatig hooggravitationeel veld dat de scheiding aanzienlijk versnelt, hoewel zij gepaard gaan met hogere investeringskosten en zorgvuldig en frequent onderhoud vereisen. Hydrocycloonsystemen lijken gevoelig te zijn voor vluchtige componenten: resterende methanol kan verdampen onder de snelle drukverlaging in het apparaat, waardoor de scheiding wordt verstoord, het risico dient te worden beoordeeld aan de hand van de werkelijke druk, temperatuur, samenstelling en het apparaatontwerp.
Natwassen van de FAME-fase
Het primaire doel van het wassen is het verwijderen van zepen die zijn gevormd tijdens de omestering. Water biedt tevens het medium voor het toevoegen van zuur om de resterende basische katalysator te neutraliseren, en voor het verwijderen van de gevormde zouten en eventuele vrije glycerol en methanol die in de esterfase aanwezig blijven. Bij voorkeur wordt resterende methanol vóór de wasstap verwijderd om te voorkomen dat deze aan het afvalwater wordt toegevoegd, hoewel sommige processen methanol met het waswater verwijderen. Warm, onthard water heeft de voorkeur: warmte vermindert het risico op neerslag van verzadigde esters, en een zachte waswerking is even belangrijk om emulsievorming te beperken en een effectieve fasescheiding te bereiken. Een passende behandeling van het waswater helpt voorkomen dat hardheidsionen en andere verontreinigingen worden geïntroduceerd, onthard water alleen garandeert niet dat elk ongewenst metaal is verwijderd. Opgelost water kan achterblijven nadat het zichtbare waswater is afgescheiden. De AFDC-samenvatting vermeldt een limiet voor water en sediment van 0,050 volumeprocent volgens D2709, maar die centrifugetest stelt het opgeloste watergehalte niet vast. Drogen dient te worden geverifieerd met de methode die geschikt is voor de van toepassing zijnde waterkwaliteitseis.
Drogen en kwaliteit stroomafwaarts
Vacuümdrogers en vallende-filmverdampers worden beide gebruikt om waswater uit de esterfase te verwijderen. Werken onder verlaagde druk maakt verdamping bij lagere temperaturen mogelijk, bij verdampers die op hogere temperaturen werken is voorzichtigheid geboden, omdat overmatige warmte kan leiden tot polymerisatie van meervoudig onverzadigde methylesters, waardoor de brandstof zichtbaar donkerder wordt. Vrije glycerol die achterblijft na onvoldoende wassen of onvoldoende scheiding kan bezinken in opslag, waardoor een viskeuze laag ontstaat die brandstoffilters verstopt en verbrandingsproblemen veroorzaakt. De huidige openbare samenvatting van ASTM D6751 van het AFDC stelt een limiet voor vrije glycerol van 0,020 massaprocent en een limiet voor totale glycerol van 0,240 massaprocent (beide volgens D6584), en een zuurgetallimiet van 0,50 mg KOH/g (D664), van toepassing op alle kwaliteitsklassen. Resterende methanol is eveneens een punt van zorg: methanol kan het vlampunt van de afgewerkte brandstof aanzienlijk verlagen. ASTM D6751 regelt de alcoholbeheersing hetzij via een maximaal methanolgehalte van 0,2 massaprocent (EN14110), hetzij via een minimale vlampunteis van 130 °C (D93), waarbij aan één van beide voorwaarden moet worden voldaan.
Glycerinefase en zeepbeheer
Zeep wordt voornamelijk gevormd wanneer vrije vetzuren in de grondstof reageren met de basische katalysator, een overmaat aan katalysator kan de zeepvorming vergroten. Zeep bemoeilijkt de glycerolscheiding door emulsificatie te bevorderen, en zeep die in de esterfase achterblijft moet tijdens het wassen worden verwijderd. Zeepvorming verbruikt alkalisch materiaal, waardoor minder beschikbaar blijft voor de omestering. Water kan afzonderlijk hydrolyse bevorderen en de verwerking verder bemoeilijken. Het houden van het vrije-vetzuurgehalte van de grondstof binnen het bereik dat geschikt is voor de gekozen reactiechemie, en het gebruik van niet meer katalysator dan noodzakelijk, beperken beide de zeepvorming. Het bijproduct ruwe glycerol bevat methanol, water, katalysatorzouten, resterende esters en niet-omgezette glyceriden naast de glycerol zelf, de samenstelling varieert met de procesomstandigheden, omdat de hoeveelheid methanol, water en katalysator die erin is opgelost rechtstreeks de dichtheid en het karakter ervan beïnvloedt.