Översikt
När transesterifieringsreaktionen närmar sig fullbordan innehåller reaktorblandningen fettsyrametylestrar (FAME), råglycerin, restalkohol, katalysator, tvålar samt ofullständigt omvandlade mono-, di- och triglycerider. Slutbearbetning innefattar sammanlänkade efterreaktionsoperationer. Vid en våttvättningsprocess inkluderar dessa glycerinseparation, tvätt för att reducera kvarvarande föroreningar samt efterföljande torkning, andra slutbearbetningsarrangemang är också möjliga. Varje steg påverkar huruvida den färdiga B100 kan uppfylla de egenskapsgränser som fastställs i ASTM D6751, den amerikanska specifikation som sammanfattas i AFDC:s offentliga tabeller.
Glycerinseparation
Separationen av ester och glycerol utnyttjar densitetsskillnaden mellan faserna. Deras faktiska densiteter beror på sammansättning och temperatur, inklusive den metanol, det vatten och den katalysator som förekommer i råglycerinet. Denna skillnad är tillräcklig för gravitationsbaserad separation, även om den hastighet med vilken de två faserna skiljs åt beror på flera faktorer. Intensiv omrörning under reaktionen kan dispergera glycerol som fina droppar i esterfasen, vilket avsevärt förlänger koalescenstiden. Omrörning, katalysatorrester och omvandlingsgrad påverkar separationen. Kontrollen av dessa faktorer måste följa den faktiska processdesignen snarare än en generisk förändring av omrörningen eller ett vattenbaserat pH-mål tillämpat på en icke-vattenbaserad blandning. Betydande mängder mono-, di- och triglycerider i produkten kan ge upphov till ett emulsionsskikt vid gränsytan, vilket innebär en produktförlust och kan äventyra uppfyllandet av specifikationskrav.
Separationsutrustning
Produktionsguiden behandlar gravitationsdekantrar, centrifuger och hydrocykloner för ester–glycerolseparation. Dekantersystem förlitar sig enbart på uppehållstid och gravitation, för små eller satsvis drivna anläggningar kan den uppehållstid på flera timmar som krävs vara acceptabel, men kontinuerliga anläggningar kräver proportionerligt större behållare. Centrifugsystem skapar ett artificiellt höggravitationsfält som väsentligt påskyndar separationen, även om de medför högre anläggningskostnad och kräver noggrann och frekvent underhåll. Hydrocyklonsystem förefaller vara känsliga för flyktiga komponenter: restmetanol kan flasha under den snabba tryckreduktionen inne i enheten och störa separationen, risken behöver bedömas utifrån faktiskt tryck, temperatur, sammansättning och utrustningsdesign.
Vattentvätt av FAME-fasen
Det primära syftet med tvätten är att avlägsna tvålar som bildats under transesterifieringen. Vatten utgör även medium för tillsats av syra för att neutralisera kvarvarande baskatalysator samt för avlägsnande av de resulterande salterna och eventuellt fritt glycerol och metanol som kvarstår i esterfasen. Idealt avlägsnas restmetanol före tvättsteget för att undvika att den tillförs avloppsvattnet, även om vissa processer avlägsnar metanol med tvättvattnet i stället. Varmt, avhärdat vatten är att föredra: värmen minskar risken för utfällning av mättade estrar, och ett skonsamt tvättförfarande är lika viktigt för att begränsa emulsionsbildning och uppnå effektiv fasseparation. Lämplig behandling av tvättvattnet bidrar till att undvika tillförsel av hårdhetsjoner och andra föroreningar, avhärdat vatten ensamt visar inte att alla oönskade metaller har avlägsnats. Löst vatten kan kvarstå efter synlig separation av tvättvattnet. AFDC-sammanfattningen anger en gräns för vatten och sediment på 0,050 volymprocent enligt D2709, men detta centrifugtest fastställer inte halten löst vatten. Torkning behöver verifieras med den metod som är lämplig för det tillämpliga vattenkvalitetskravet.
Torkning och kvalitet nedströms
Vakuumtorkar och fallfilmsindunstare används båda för att avlägsna tvättvattnet från esterfasen. Drift under reducerat tryck medger avdunstning vid lägre temperaturer, försiktighet krävs vid användning av högtemperaturindunstare, eftersom alltför hög värme kan orsaka polymerisering av fleromättade metylestrar och synligt mörkna bränslet. Fritt glycerol som kvarstår efter otillräcklig tvätt eller separation kan sedimentera i lagringsbehållare och bilda ett viskost skikt som blockerar bränslefilter och orsakar förbränningsproblem. Den aktuella offentliga sammanfattningen av ASTM D6751 från AFDC fastställer en gräns för fritt glycerol på 0,020 viktprocent och en gräns för totalt glycerol på 0,240 viktprocent (båda enligt D6584) samt en syratalgräns på 0,50 mg KOH/g (D664), tillämpliga på alla kvaliteter. Restmetanol är också ett problem: metanol kan avsevärt sänka det färdiga bränslets flampunkt. ASTM D6751 reglerar alkoholkontroll antingen genom en gräns för metanolhalt på högst 0,2 viktprocent (EN14110) eller genom ett krav på en flampunkt på minst 130 °C (D93), varvid ett av de två villkoren ska vara uppfyllt.
Glycerinfas och tvålhantering
Tvål bildas i första hand när fria fettsyror i råvaran reagerar med baskatalysatorn, överskott av katalysator kan öka tvålbildningen. Tvål försvårar glycerinseparationen genom att främja emulgering, och tvål som kvarstår i esterfasen måste avlägsnas under tvätten. Tvålbildning förbrukar alkaliskt material och minskar därigenom vad som återstår tillgängligt för transesterifiering. Vatten kan separat främja hydrolys och ytterligare komplicera bearbetningen. Att hålla råvarans halt av fria fettsyror inom det intervall som är lämpligt för vald reaktionskemi, och att inte använda mer katalysator än nödvändigt, begränsar båda tvålbildningen. Råglycerin-biprodukten innehåller metanol, vatten, katalysatorsalter, resterande estrar och oreagerade glycerider vid sidan av glycerinet självt, dess sammansättning varierar med processförhållandena, eftersom mängden metanol, vatten och katalysator som lösts i det direkt påverkar dess densitet och karaktär.