Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Samankaltaiset tiedostot
Biodieselin (RME) pientuotanto

Kondensaatio ja hydrolyysi

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY

Biodieselin valmistus Fischer Tropsch-synteesillä

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Kemialliset reaktiot ja reaktorit Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta I

BJ90A1000 Luonnonvarat ja niiden prosessointi kemianja energiateollisuudessa 3 op

Ainemäärien suhteista laskujen kautta aineiden määriin

TEKNIIKKA. Dieselmoottorit jaetaan kahteen ryhmään: - Apukammiomoottoreihin - Suoraruiskutusmoottoreihin

AJONEUVOTEKNIIKAN KEHITTYMINEN JA UUSIEN ENERGIAMUOTOJEN SOVELTUMINEN SÄILIÖKULJETUKSIIN. Mika Jukkara, Tuotepäällikkö / Scania Suomi Oy

Lämpö- eli termokemiaa

Neste Oilin Biopolttoaineet

Biodieselin valmistus kasviöljyistä vaihtoesteröintimenetelmällä

Nesteen biodieselprosessi

2. Prosessikaavioiden yksityiskohtainen tarkastelu

Ilmiö 7-9 Kemia OPS 2016

BIODIESELIN VALMISTUS KASVIÖLJYISTÄ VAIHTOESTERÖINTIMENETELMÄLLÄ

Rypsiöljyn metyyliesterin paikallinen valmistus ja käyttö

Margariinin. ainesosat ja valmistus

2. Täydennä seuraavat reaktioyhtälöt ja nimeä reaktiotuotteet

Kehittyneet työkoneiden käyttövoimavaihtoehdot moottorinvalmistajan näkökulmasta Pekka Hjon

BJ90A1000 Luonnonvarat ja niiden prosessointi kemianja energiateollisuudessa 3 op

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Reaktiosarjat

Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

Energian tuotanto haasteita ja mahdollisuuksia Pohjois- Suomessa. Pekka Tynjälä Ulla Lassi

Öljyhuippu- ja bioenergiailta Yhdyskuntien ja teollisuuden sivuainevirtojen ja biomassan hyödyntäminen sähköksi ja lämmöksi

Uusiutuvan energian tuotanto haasteet ja mahdollisuudet. Ulla Lassi

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

Bioöljyn ja biodieselin säilyvyyden parantaminen

AJOPARAMETRIEN VAIKUTUS TUOTTEEN SAANTOON BIODIESELIN VALMISTUKSESSA

HSC-ohje laskuharjoituksen 1 tehtävälle 2

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Biomolekyylit ja biomeerit

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

Biopolttoaineet, niiden ominaisuudet ja käyttäytyminen maaperässä

TAMPEREEN AMMATTIKORKEAKOULU Kemiantekniikan koulutusohjelma Kemiantekniikka. Tutkintotyö. Maija Mäihäniemi BIODIESELIN VALMISTUSMENETELMÄT

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

Seokset ja liuokset. 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen

Energia ja ilmastonmuutos- maatilojen uusiutuvan energian ratkaisuja

Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8.

Uusi ejektoripohjainen hiilidioksidin talteenotto-menetelmä. BioCO 2 -projektin loppuseminaari elokuuta 2018, Jyväskylä.

Nimi sosiaaliturvatunnus. Vastaa lyhyesti, selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

VESI JA VESILIUOKSET

Ympäristöteema 2010: Maatilojen biokaasun mahdollisuudet hyödyt ympäristölle ja taloudelle

Bensiiniä voidaan pitää hiilivetynä C8H18, jonka tiheys (NTP) on 0,703 g/ml ja palamislämpö H = kj/mol

Moottoritekniikan kehityssuuntia ja tulevaisuuden polttoaineet

Liikennepolttoaineet nyt ja tulevaisuudessa

Mitä polttoaineita moottoreihin tulevaisuudessa?

vetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL taulukot, Otava

Kurkistus soodakattilan liekkeihin

Lämmitysenergia Sisältö. 1. Uusiutuvat tuotteet, miksi? 2. Nesteen cleantech-liiketoiminta 3. Uusiutuva polttoöljy? 22.5.

Kaasutus tulevaisuuden teknologiana haasteita ja mahdollisuuksia

Vetykäsitellyn kasviöljyn käyttö dieselmoottorissa

Luento 9 Kemiallinen tasapaino CHEM-A1250

Biopolttoaineiden ympäristövaikutuksista. Kaisa Manninen, Suomen ympäristökeskus Uusiutuvan energian ajankohtaispäivät

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

Influence of nano-sized catalysts on pyrolysis of plastic waste (PYROL) Tausta

Nestemäisten lämmityspolttoaineiden tulevaisuus. Lämmitysteknikkapäivä 2013

Mika Jukkara, Tuotepäällikkö / Scania Suomi Oy. Biokaasu, Biodiesel, HVO vai Sähkö raskaan liikenteen käyttövoimana

UPM THE BIOFORE COMPANY

KE Johdatus prosesseihin, 2 op. Aloitusluento, kurssin esittely

Aine-, energia- ja rahataseet prof. Olli Dahl

BioGTS Biojalostamo - Jätteestä paras tuotto

Katsaus biopolttoaineisiin

MITÄ SIDOKSILLE TAPAHTUU KEMIALLISESSA REAKTIOSSA

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Keraamit ja komposiitit

Hiilen ja vedyn reaktioita (1)

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

Jaksollinen järjestelmä

Liittymis- eli additioreaktio Määritelmä, liittymisreaktio:

Reaktiotekniikka. Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta Teema 4 Kaisa Lamminpää

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko

kun hiilimonoksidia ja vettä oli 0,0200 M kumpaakin ja hiilidioksidia ja vetyä 0,0040 M kumpaakin?

Orgaanisissa yhdisteissä on hiiltä

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

KPL1 Hiili ja sen yhdisteet. KPL2 Hiilivedyt

Uusi teollinen biotekniikka ja biotalous. Prof. Merja Penttilä VTT

Liikenteen polttoaineet - Riittääkö pelloilta tankin täytteeksi?

2. Reaktioyhtälö 3) CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O

AJONEUVOTEKNIIKAN KEHITTYMINEN Erikoiskuljetusseminaari Mika Jukkara, Tuotepäällikkö / Scania Suomi Oy

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Erilaisia entalpian muutoksia

Antti Salmijärvi BIODIESELIN VALMISTUSPROSESSIN OPTIMOINTI JA TUOT- TEEN KARAKTERISOINTI FTIR-ANALYYSILLÄ

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

MIKKELIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka T8415SJ Energiatekniikka. Hannu Sarvelainen HÖYRYKATTILAN SUUNNITTELU

Nestemäiset biopolttoaineet fossiilisten korvaajana. Ville Vauhkonen, UPM Biopolttoaineet Uudistuva liikenne - seminaari

Määritelmät. Happo = luovuttaa protonin H + Emäs = vastaanottaa protonin

Solun perusrakenne I Solun perusrakenne. BI2 I Solun perusrakenne 4. Entsyymit ovat solun kemiallisia robotteja

TOISEN SUKUPOLVEN BIOPOLTTONESTEET

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

Transkriptio:

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa Tuotantomenetelmät Kasviöljyjen vaihtoesteröinti Kasviöljyjen hydrogenointi Fischer-Tropsch-synteesi Kasviöljyt Rasvan kemiallinen rakenne Lähde: Malkki, Rypsiöljyn metyyliesterin paikallinen valmistus ja käyttö, Jyväskylän yliopisto, 2006.

Suuri molekyyli ominaisuudet eivät sovi dieselmoottorin polttoaineen syöttöön - viskositeetti, erityisesti kylmässä - pisaran muodostuminen ruiskutuksessa Rasvan muodostuminen glyserolista ja rasvahapoista (tässä happona öljyhappo) Ominaisuuksia parannetaan pilkkomalla rasvamolekyyli pienemmiksi molekyyleiksi Tavallisin menetelmä on vaihtoesteröinti (käytetään myös nimitystä esteröinti) 1. Vaihtoesteröinti (ensimmäisen sukupolven biodiesel) Lähde: http://en.wikipedia.org/wiki/file:biodiesel_reaction2.gif

Vaihtoesteröinnissä tarvittavat aineet Kasvi- tai eläinrasvat Pienimolekyylinen alkoholi Metanoli Etanoli Katalyytti Emäs Happo lähde: http://images.google.fi/imgres?imgurl=http://www.preseco.fi/image.php%3fblob_id%3 D157&imgrefurl=http://www.preseco.fi/index.php%3F2655&usg= J3iZxxhy0DEzWbvBR_MyFSR5Ko=&h=342&w=520&sz=32&hl=fi&start=3&tbnid=2ER3hjDWD GSScM:&tbnh=86&tbnw=131&prev=/images%3Fq%3Dglyseroli%26gbv%3D2%26hl% 3Dfi%26sa%3DG Kasvi- ja eläinrasvat Periaatteessa mikä tahansa rasva käy Juoksevat (kasvirasvat) yleisimpiä Vapaat rasvahapot haittaavat prosessia On yleensä 0,5 3 m-% Saisi olla enintään 0,5 m-% Emäskatalysoinnissa muodostavat saippuoita Sitoo Na + -ioneja suurempi katalyytin tarve Saippuat emulgoituvat glyserolifaasiin erottuminen hidastuu Puhtaissa kasviöljyissä ei yleensä liikaa rasvahappoja, kierrätysraaka-aineissa (paistinrasvat) on liikaa Poisto Esteröinti Neutralointi ja etikkahappopesu sekä vesipesu

Suuri vesipitoisuus haittaa prosessia Ei saa olla yli 0,1 m-% Esteröityminen on tasapainoreaktio, jossa tuotteena vesi vesipitoisuus pienentää saantoa Vesi sitoo emästä, katalyytin vaikutus heikkenee Alkoholit Metanolin etuja ja haittoja (verrattuna etanoliin) pienempi molekyylikoko vedetön (etanoli 96 %) myrkyllisyys (työturva) tuotettu petrokemiassa (ei voida sanoa biopolttoaineeksi) Katalyytit Emäkset (NaOH tai KOH), yleisimpiä Emäskatalyytti muodostaa alkoholin kanssa alkoksididin CH 3OH NaOH CH 3O Na H 2O Hapot (HCl) Emäkset parempia katalysoivat reaktiota alemmassa lämpötilassa kuin hapot Vähemmän laitteiston korroosiota Ainesuhteet teoreettinen metanoli : rasva ainemääräsuhde 3:1 Jos metanolia alle 67 % teoreettisesta ei saantoa Käytännön havainto: metanolia tarvitaan ainemääräsuhteessa 6:1 rasvaan nähden saanto 98 % teoreettisesta Ainemääräsuhde 6:1 vastaa suunnilleen tilavuussuhdetta 0,2:1 Ylimääräinen metanoli menee lähes täysin glyserolifaasiin metanoli voidaan erottaa molemmista faaseista ja käyttää uudelleen (tislaus ja kuivaus)

Katalyytin tarve n. 0,5 % - 1 % öljyn massasta Päästään yli 94 % saantoon Ylimääräisen katalyytin poistosta kustannuksia Reaktioaika Huoneenlämmössä n. 2 h Kaksivaiheisessa 2 X 20 min Välillä erotetaan glyserolifaasi pois ja lisätään uusi alkoholi-katalyyttiseos 60 ºC:ssa 30 min (katalyyttiä 0,2 % öljyn massasta ja metanoli:öljy 8:1) Metanolin kp. n. 65 ºC, reaktion lämpötila oltava alle tämän Sivutuote: glyseroli Glyserolifaasi sisältää myös vettä, metanolia, org. yhdisteitä (estereitä, rasvahappoja) ja mahd. suoloja Ei kannata puhdistaa pienissä erissä Ei sovellu rehuksi (metanolijäämät) Poltto (teknologiaa ei ole juurikaan kehitelty) Synteesikaasu Poltto Kemianteollisuuden prosessit CH 2OHCHOHCH2OH CO 4 3 H 2 Sovelluksia vaihtoesteröinnstä Kaksivaiheinen 1. vaihe (n. 20 min) faasit erilleen uusi katalyytti ja 2. vaihe (väh. 20 min, yleensä kauemmin) faasit erilleen Etu: 1. vaiheen jälkeen saippuat ja rasvahapot glyserolifaasiin Ylikriittinen Lämpötila 240 ºC 400 ºC Paine 9 MPa 65 MPa Aika n. 3 min Nopea Hyvä saanto Kalliit laiteinvestoinnit Yksi faasi

2. Kasviöljyjen hydrogenointi (toisen sukupolven biodiesel) öljy hydrolyysi rasva rasvahapot vety pitkäketjuiset hiilivedyt vesi Lähde: http://www.climatechange.ca.gov/events/2006-06- 27+28_symposium/presentations/CalHodge_handout_NESTE_OIL.PDF Lähtöaineet Kasviöljyt Vety (mistä valmistetaan?) Voidaan tuottaa sekä hiilivedyistä että vedestä Tuote muistuttaa petrokemiallista dieseliä Ominaisuudet paremmat kuin vaihtoesteröinnin tuotteella Syttyvyys Alhaisen lämpötilan ominaisuudet Sopii nykyisiin moottoreihin 3. Fischer-Tropsch-synteesi (kolmannen sukupolven biodiesel) biomassa poltto katalyytti( Fe Co) vajaassa hapessa synteesikaasu pitkäketjuiset hiilivedyt vesi

Raaka-aineeksi sopii monenlainen biomassa Tuote muistuttaa petrokemiallista dieseliä Kalliit laitteistot pitkäaikainen investointi, jotta kilpailukykyinen tuote Lähde: http://images.google.fi/imgres?imgurl=http://sustainabledesignupdate.com/wp-content/uploads/2008/04/fischertropsch.gif&imgrefurl=http://sustainabledesignupdate.com/%3fp%3d753&usg= bqlqbwcww7kege3wjdm2_h - YnmQ=&h=430&w=574&sz=71&hl=fi&start=1&tbnid=Uk8tXxXLADNr6M:&tbnh=100&tbnw=134&prev=/images%3 Fq%3DFischer%2BTropsch%26gbv%3D2%26hl%3Dfi%26sa%3DG Kaasutusvaihe Muita kaasutusvaiheen reaktioita C + H 2 O CO + H 2, H = 135,1 kj/mol C + 2 H 2 O CO 2 + 2 H 2, H = 96,2 kj/mol C + CO 2 2 CO, H = 173,2 kj/mol C + ½ O 2 CO, H = -110,5 kj/mol C + O 2 CO 2, H = -393,7 kj/mol CO + H 2 O CO 2 + H 2, H = -38,5 kj/mol CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O, H = -217,6 kj/mol rikki H 2 S typpi NH 4

Kaasu puhdistetaan ennen F-T-reaktiota Erilaiset kaasunpesutekniikat Krakkaus Rikin poisto tärkeää Haittaa synteesivaiheen katalyyttiä Saadaan rikitön lopputuote F-T-synteesivaiheen reaktiot CO + 2 H 2 -(CH 2 )- + H 2 O, H = -165 kj/mol CO + H 2 O CO 2 + H 2, H = -42 kj/mol 2 CO + H 2 -(CH 2 )- + CO 2, H = -204 kj/mol Tyypilliset reaktio-olot: 200 350 ºC ja 15 40 bar. Korkeammissa lämpötiloissa pääasiassa lyhytketjuisia yhdisteitä, matalammissa enemmän pitkäketjuisia hiilivetyjä Koboltti- tai rautakatalyytti (Co parempi) Dieselin tuotanto: Ensin pitkäketjuisia hiilivetyjä Krakataan lyhyemmiksi Näin saadaan parempi saanto Lisäksi muodostuu Muita hiilivetyjä Olefiineja Alkoholeja Nämä voidaan käyttää kem. teoll. raakaaineina