Vad biodiesel är och varför det spelar roll
Biodiesel är ett bränsle sammansatt av mono-alkylestrar av långkedjiga fettsyror framställda från vegetabiliska oljor, animaliska fetter eller återvunna fetter. När metanol är den reagerande alkoholen kallas produkten mer specifikt för fettsyrametylestrar (FAME). Biodiesel kan användas i kompressionständningsmotorer och pannor, ofta inblandad med petroleumdiesel eller eldningsolja. Siffran efter "B" i en blandningsbeteckning anger biodieselns volymprocent, B20 innehåller 20 % biodiesel per volym, med resterande del bestående av petroleumbränsle.
Kärnkemin: Transesterifiering
Triglycerider i oljan eller fettet reagerar med en alkohol och bildar alkylestrar och glycerol. Den stökiometriska reaktionen använder tre mol alkohol per mol triglycerid och fortskrider via diglycerid- och monoglyceridintermediärer. Stökiometri beskriver den kemiska balansen, inte alkoholdosen för en viss reaktor. Baskatalyserade vägar använder katalysatorer som natriumhydroxid, kaliumhydroxid eller metoxidlösningar för att främja reaktionen. Olja och metanol blandas initialt dåligt, varför det är viktigt att bringa faserna i kontakt med varandra. Omrörning och katalys fyller olika funktioner: effektiv kontakt ersätter inte katalysatorns kemiska verkan.
Råvaror och hänsyn till fria fettsyror
Primära råvaror omfattar sojabönsolja, raps, palm, animaliska talger och återvunna fetter. Halten fria fettsyror (FFA) är en viktig variabel i processkemins sammanhang. Vid baskatalys reagerar fria fettsyror med alkalikatalysatorn och bildar tvålar i stället för estrar, vilket förbrukar katalysator och försvårar nedströmsbehandlingen. Vid en baskatalyserad väg kan råvaror med hög FFA-halt kräva förbehandling. Syrakatalyserad esterifiering är ett sätt att omvandla FFA till estrar innan transesterifieringen. Vatteninnehållet är lika viktigt: redan låga vattennivåer ökar tvålbildningen och minskar transesterifieringsutbytet.
Bearbetning efter reaktion och produktkvalitet
Efter reaktionen separerar blandningen i en esterdominerad övre fas och en glyceroldominerad nedre fas. Separation och metanolåtervinning är distinkta processteg vars ordningsföljd beror på anläggningens utformning. I ett våtvättningsförfarande reducerar metanolåtervinning och vattentvätt restalkohol, katalysator, tvål och glycerol, tvätten följs av torkning. ASTM D6751, den amerikanska standarden för B100, fastställer gränsvärden för fritt glycerin (0,020 vikt-% max), totalt glycerin (0,240 vikt-% max), vatten och sediment (0,050 vol-% max), syratal (0,50 mg KOH/g max), sulfaterad aska (0,020 vikt-% max) samt flampunkt (93 °C min för alla kvaliteter, med ett ytterligare alkoholkontrollkrav som uppfylls antingen av ≤ 0,2 vikt-% metanol eller en flampunkt om minst 130 °C). De specifikationsvärden som anges är hämtade från AFDC:s offentligt tillgängliga sammanfattning av ASTM D6751.
Materialkompatibilitet och lagring
Biodiesel kan mobilisera befintliga avlagringar i tankar som tidigare använts för petroleumbränsle. NREL:s handledning för hantering rapporterar ökad sedimentbildning vid kontakt med metaller inklusive bly, tenn, mässing, brons och zink. Kompatibiliteten beror också på elastomerer och andra material i bränslesystemet samt på den blandning som används. Utrustningens lämplighet bör därför kontrolleras snarare än förutsättas utifrån en låg inblandningsprocent. Köldegenskaper och oxidationsstabilitet är viktiga hänsyn vid lagring, varken en universell temperaturmarginal eller ett enskilt löfte om lagringstid gäller för varje bränsle.
Säkerhetshänsyn för operatörer
Kemiska processfarligheter och det färdiga bränslets egenskaper är skilda hänsyn. Alkalikatalysatorer kan absorbera fukt under lagring, vilket påverkar deras prestanda och produktkvaliteten. Ett flampunktskrav för det färdiga bränslet gör inte bränslet ofarligt, och blandningar kräver en egen bedömning av hanteringen. Biodieselindränkta trasor kan utgöra en brandrisk, inklusive spontan uppvärmning, använd anläggningens anvisade rutiner för hantering och bortskaffande i stället för att improvisera ett tvätt- eller torkningsförfarande. Personalen behöver utbildning i de kemikalier som används, nödåtgärder samt korrekt drift av anläggningens utrustning.