Új felhasználások a biodízelgyártásból származó nyers glicerin számára

Bevezetés

A glicerin (más néven glicerin) a biodízel gyártási folyamatának fő mellékterméke. Általában minden 100 font előállított biodízelhez hozzávetőlegesen 10 font nyers glicerin keletkezik. Mivel a biodízelipar gyorsan terjeszkedik, a nyers glicerin tömege keletkezik. Mivel ezt a glicerint drága tisztítani az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban és a kozmetikai iparban, a biodízel-gyártóknak alternatív módszereket kell keresniük ártalmatlanításához. A nyers glicerin ártalmatlanítására és felhasználására különféle módszereket próbáltak megtenni, ideértve az égést, a komposztálást, az anaerob emésztést, az állati takarmányokat és a termokémiai/biológiai átalakításokat hozzáadott értékű termékekké. A cikk célja, hogy általános hátteret nyújtson a hulladék glicerin felhasználása szempontjából.

biodízelgyártásból

A glicerin hulladék jellemzése

A biodízel előállítása során keletkező nyers glicerin tisztátalan és csekély gazdasági értékű. Általában a glicerin a nyers áram 65-85 tömeg% -át teszi ki (Gonzalez-Pajuelo és mtsai 2005; Mu és mtsai 2006). A tisztasági értékek széles skálája tulajdonítható a különböző glicerin-tisztítási módszereknek vagy a biodízel-gyártók által használt különböző alapanyagoknak. Például Thompson & He (2006) jellemezte a különféle biodízel alapanyagokból előállított glicerint. A szerzők azt találták, hogy a mustármag alacsonyabb (62%) glicerint termelt, míg a szójaolajban 67,8% volt a glicerin, a növényi olajban pedig a legmagasabb (76,6%) a glicerin.

A metanol és a szabad zsírsavak (szappanok) a nyers glicerin két fő szennyezője (Thompson & He 2006). A metanol megléte annak köszönhető, hogy a biodízel-gyártók a felesleges metanolt használják a kémiai átészterezés befejezéséhez, és nem nyerik vissza az összes metanolt. A glicerin rétegben oldható szappanok a kiindulási alapanyagban jelen lévő szabad zsírsavak és a katalizátor (bázis) közötti reakcióból származnak.,

A nyers glicerin a metanolon és a szappanokon kívül számos elemet tartalmaz, például kalciumot, magnéziumot, foszfort vagy ként. Thompson & He (2006) arról számoltak be, hogy a különböző alapanyagok (például repce, repce és szója) glicerinben lévő elemei hasonlóak voltak. A kalcium 3-15 ppm, a magnézium 1-2 ppm, a foszfor 8-13 ppm és a kén 22-26 ppm volt. Amikor azonban crambe-t (évelő olajos növény) használtak alapanyagként, a nyers glicerin ugyanazokat az elemeket tartalmazta, de nagyon eltérő koncentrációban. Schröder és Südekum (1999) szintén beszámolt a repceolaj-alapanyagok nyers glicerin elemi összetételéről. A foszfor mennyisége a nyers glicerin 1,05% és 2,36% (w/w) között van. A kálium 2,20% és 2,33%, míg a nátrium 0,09% és 0,11% között volt. A kadmium, a higany és az arzén mind a kimutatható határértékek alatt voltak.

Az alkáli-katalizált átészterezés során kapott nyers glicerin általában sötétbarna színű, magas pH-értékű (11-12). Ha a pH-t semleges tartományba állítják, a szappanok szabad zsírsavakká alakulnak át, amint azt a következő egyenlet mutatja

A nyers glicerináramban lévő szabad zsírsavak zavaros oldatot eredményeznek. Egy ideig történő leülepedés után ez a zavaros oldat két tiszta fázisra válik szét, a felső réteg a szabad zsírsav fázis, az alsó réteg pedig a glicerin fázis.

A glicerin hulladék új felhasználási módjai

A biodízel üzemekben keletkező nyers glicerin ártalmatlanítására és hasznosítására különféle kivezetések vannak. Nagyüzemi biodízel-gyártók számára a nyers glicerin tiszta formába finomítható, majd felhasználható az élelmiszer-, gyógyszer- vagy kozmetikai iparban. A kistermelők számára azonban a tisztítás túl drága ahhoz, hogy a gyártási helyükön elvégezzék őket. Nyers glicerint általában nagy finomítóknak értékesítik frissítés céljából. Az utóbbi években azonban a biodízelipar gyors növekedésével a piacot túlzott nyers glicerin árasztja el. Ennek eredményeként a biodízel-gyártók csak 2,5-5 cent/lb-t kapnak ezért a glicerinért (Johnson és Taconi, 2007). Ezért a termelőknek új, hozzáadott értékű felhasználásokat kell keresniük ennek a glicerinnek.

Számos vizsgálatot végeztek a nyers glicerin alternatív felhasználására vonatkozóan. Javasolták az égetés, a komposztálás, az etetés, a termokémiai átalakításokat és a glicerin felhasználásának és ártalmatlanításának biológiai átalakítási módszereit. Johnson és Taconi (2007) arról számolt be, hogy a nyers glicerin égetése olyan módszer, amelyet ártalmatlanításra használtak. Ez a módszer azonban nem gazdaságos a biodízel nagy gyártói számára. Azt is felvetették, hogy a glicerin komposztálható (Brown 2007) vagy felhasználható az anaerob emésztők biogáztermelésének növelésére (Holm-Nielsen et al. 2008). DeFrain és mtsai. (2004) megkísérelte biodízel eredetű glicerin etetését tejelő tehenekkel a ketózis megelőzése érdekében, de megállapította, hogy ez nem volt hasznos.

Lammers és mtsai. (2008) tanulmányozta a növekvő sertések étrendjének kiegészítését nyers glicerinnel. Ez a tanulmány megállapította, hogy a glicerin metabolizálható-emészthető energiaaránya hasonló a kukorica- vagy szójaolajhoz, ha sertéseket etetnek. Ezért a tanulmány arra a következtetésre jutott, hogy „a nyers glicerin kiváló energiaforrásként felhasználható a sertések növesztésében”, ugyanakkor figyelmeztet arra is, hogy a glicerinben lévő szennyeződések hatásairól keveset tudni. Továbbá Cerrate és mtsai. (2006) némi sikert arattak a glicerinnel brojlercsirkék etetésében. Az 5% -os glicerintartalmú étrend 2,5% -át tápláló madaraknál magasabb volt a mellhozam, mint a kontrollcsoportnál, de a szerzők óvatosságra intenek, hogy a glicerinben még mindig aggódnak a metanol szennyeződések.

A nyers glicerin termikus-kémiai vagy biológiai módszerekkel történő hozzáadott értékű termékekké történő átalakítása alternatívája ennek a hulladékáramnak a felhasználása. Beszámoltak arról, hogy a glicerin termokémiai úton átalakítható propilénglikollá (Dasari és mtsai 2005; Alhanash és mtsai 2008), acetollá (Chiu és mtsai 2006) vagy számos más termékké (Johnson & Taconi 2007). Cortright és mtsai. (2002) kifejlesztettek egy vizes fázisú reformáló eljárást, amely a glicerint hidrogénné alakítja. A Virent Energy Systems jelenleg ezt a technológiát próbálja kereskedelmi forgalomba hozni, és azt állítja, hogy a nátrium-hidroxid, a metanol és a nyers glicerin magas pH-szintje segíti a folyamatot (Nilles 2005).

A nyers glicerin biológiai átalakításához a glicerin alapanyagként szolgál a különféle fermentációs folyamatokban. Például Lee és mtsai. (2001) glicerint használtak borostyánkősav előállításához az Anaerobiospirillum succiniciproducens fermentációjában. Az E. coli glicerinnel történő fermentálása etanol, szukcinát, acetát, laktát és hidrogén keverékének előállításához vezet (Dharmadi et al. 2006). A glicerint a Yarrowia lipolytica élesztővel citromsavvá is átalakíthatjuk. Beszámoltak arról, hogy ez a szervezet azonos mennyiségű citromsavat termel, ha glükózon vagy nyers glicerinen termesztik (Papanikolaou & Aggelis 2002). Rymowicz és mtsai. (2006) megállapította, hogy az Y. lipolytica acetát mutáns törzsei magas citromsavszintet képesek előállítani, miközben nagyon kevés izocitrátot termelnek. Ezenkívül bebizonyosodott, hogy a Clostridium butyricum biodízelből származó glicerint képes felhasználni 1,3-propándiol (fontos vegyi építőelem, sok ipari felhasználással) előállítására mind szakaszos, mind folyamatos tenyészetekben. A fermentációs folyamat során a szervezet ecetsav- és vajsav melléktermékeket is termel (Papanikolaou és mtsai 2004). A Virginia Tech kutatói algak fermentációs folyamatokat is fejlesztenek a nyers glicerin nagy értékű omega-3 többszörösen telítetlen zsírsavakká történő átalakítására (Pyle et al., 2008; Athalye et al., 2009)

További információkért

  • A szarvasmarháknak szánt takarmány, kukoricatáplálék alternatívája a biodízeliparból származhat - cikk a glicerinnel a szarvasmarháknak történő etetéséről
  • A glicerin átalakítása nagyobb értékű termékekké - 2 oldalas műszaki megjegyzés az Idahói Egyetem biodízel oktatási programjából
  • A nyers glicerin jellemzői
  • A nyers glicerin felhasználásának jelenlegi kutatási tevékenységei
  • Bevezetés a mezőgazdasági energiába
  • Bevezetés a biodízelbe
  • Biodízel alapanyagok
  • Biodízel-feldolgozás
  • A biodízel hasznosítása
  • Biodízel Online Forrástár

    Bibliográfia

    • Alhanash A, Kozhevnikova E F, Kozhevnikov I V (2008) A glicerin hidrogenolízise propándiollá ru felett: Polyoxometalate bifunkcionális katalizátor. Catalysis Letters 120: 307-311.
    • Brown R (2007) wyoming-i biodízel-melléktermék-piacok a wyomingi mezőgazdasági részleg számára. Lakewood, társ: A megfelelő és fenntartható technológia nemzetközi központja. Http://www.ams.usda.gov/AMSv1.0/getfile? DDocName = STELPRDC5064918
    • Cerrate S, Yan F, Wang Z, Coto C, Sacakli P, Waldroupand P W (2006) A biodízelgyártásból származó glicerin mint brojlerek takarmány-összetevőjének értékelése International Journal of Poultry Science 5: 1001-1007.
    • Chiu C W, Dasari M A, Sutterlin W R, Suppes G J (2006) A maradék katalizátor eltávolítása a szimulált biodízel nyers glicerinjéből a glicerin-hidrogenolízishez propilénglikollá. Ipari és mérnöki kémiai kutatások 45: 791-795.
    • Cortright R D, Davda R R, Dumesic J A (2002) Hidrogén biomasszából származó szénhidrogének folyékony vízben történő katalitikus reformálásából. Nature 418: 964-967.
    • Dasari MA, Kiatsimkul P P, Sutterlin W R, Suppes G J (2005) A glicerin alacsony nyomású hidrogenolízise propilénglikollá. Applied Catalysis a-General 281: 225-231.
    • DeFrain J M, Hippen A R, Kalscheur K F, Jardon P W (2004) Glicerin etetése átmeneti tejelő tehenekhez: Hatás a vér metabolitjaira és a laktációs teljesítményre. Journal of Dairy Science 87: 4195-4206.
    • Dharmadi Y, Murarka A, Gonzalez R (2006) A glicerin anaerob fermentációja escherichia coli által: Egy új platform az anyagcsere-mérnöki munkára. Biotechnology and Bioengineering 94: 821-829.
    • Gonzalez-Pajuelo M, Meynial-Salles I, Mendes F, Andrade J C, Vasconcelos I, Soucaille P (2005) Clostridium acetobutylicum metabolikus tervezése 1,3-propándiol glicerinből történő ipari előállításához. Metabolic Engineering 7: 329-336.
    • Holm-Nielsen J B, Lomborg C J, Oleskowicz-Popiel P, Esbensen K H (2008) A glicerinnel fokozott anaerob emésztési folyamatok on-line közeli infravörös monitorozása: Folyamatanalitikai technológiák értékelése. Biotechnology and Bioengineering 99: 302-313.
    • Johnson D T, Taconi K A (2007) A glicerin glut: A nyers glicerin hozzáadott érték-átalakításának lehetőségei a biodízel előállítása során. Environmental Progress 26: 338-348.
    • Lammers P J, Kerr B J, Honeyman M S, Stalder K, Dozier W A, Weber T E, Kidd M T, Bregendahl K (2008) A tojótyúkok nyers glicerin nitrogénnel korrigált látszólagos metabolizálható energiaértéke. Baromfitudomány 87: 104-107.
    • Lee P C, Lee W G, Lee S Y, Chang H N (2001) Borostyánkősav-termelés csökkent melléktermékképződéssel az anaerobiospirillum succiniciproducens fermentációjában glicerint használva szénforrásként. Biotechnology and Bioengineering 72: 41-48.
    • Mu Y, Teng H, Zhang D J, Wang W, Xiu Z L (2006) 1,3-propándiol mikrobiális előállítása klebsiella pneumoniae által nyers glicerin felhasználásával biodízel készítményekből. Biotechnology Letters 28, 1755-1759.
    • Nilles D (2005) Glicerin faktor. Biodízel magazin augusztus/szeptember. Grand forks, második: Bbi nemzetközi. http://www.biodieselmagazine.com/articles/377/a-glycerin-factor/
    • Papanikolaou S, Aggelis G (2002) Yarrowia lipolytica lipidtermelése ipari glicerinnel egylépcsős folyamatos tenyészetben. Bioresource Technology 82: 43-49.
    • Papanikolaou S, Fick M, Aggelis G (2004) A nyers glicerinkoncentráció hatása az 1,3-propándiol Clostridium butyricum általi termelésére. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 79: 1189-1196.
    • Rymowicz W, Rywinska A, Zarowska B, Juszczyk P (2006) Citromsavtermelés nyers glicerinből a yarrowia lipolytica acetátmutánsai által. Chemical Papers-Chemicke Zvesti 60: 391-394.
    • Schröder A, Südekum K H (1999). A glicerin, mint a kérődzők étrendjében a biodízel előállításának mellékterméke. In: A 10. nemzetközi repcekonferencia anyagai. A regionális intézet, Ltd. http://www.regional.org.au/au/gcirc/1/241.htm#TopOfPage, Canberra, Ausztrália.
    • Thompson J C, He B B (2006) Több nyersanyagból származó biodízel előállításából származó nyers glicerin jellemzése. Alkalmazott mérnöki munka a mezőgazdaságban 22: 261-265.

    Az oldal közreműködői

    Peer Reviewers

    • Jon Van Gerpen, professzor, Biológiai és Agrártechnikai Tanszék, Országos Biodízel Oktatási Program, Idahói Egyetem
    • Dev Shrestha, egyetemi docens, Biológiai és Agrártechnikai Tanszék, Országos Biodízel Oktatási Program, Idahói Egyetem