Praktické skúsenosti s projektovaním, inžinieringom, výstavbou a prevádzkou lisovní olejnín a závodov na výrobu bionafty

Slovak version

Doposiaľ sa o ekologických obnoviteľných palivách hovorilo v spojitosti s ekologickými problémami pri spaľovaní fosílnych palív, hlavne s tvorbou kysličníka uhličitého a jeho prebytkoch v atmosfére a s tým súvisiacim skleníkovým efektom. Metylestery rastlinných olejov pri svojom spálení vytvárajú kysličník uhličitý, ktorý spotrebujú olejnaté rastliny pri svojom raste.

V poslednom čase sa začínajú uverejňovať odborné články hovoriace o energetických problémoch vzhľadom na narastajúcu spotrebu ropných látok a súčastne postupne klesajúcu ťažbu. Podľa odborníkov sme sa už dostali do etapy, v ktorej nie sú ropne ložiska ešte zďaleka vyčerpané, no ťažba je čoraz finančne náročnejšia a táto náročnosť ďalej narastá s postupným vyprázdňovaním ložísk. Iba veľmi obtiažne aj z technického hľadiska je možné ďalšie zvýšenie ťažby a vždy si vyžaduje podstatne vyššie náklady na vyťaženie jedného barelu ropy. Predpokladá sa, že v priebehu dvoch až piatich rokov sa energetická kríza začne už naplno prejavovať. Problémy sa predpokladajú nielen v doprave, ale hlavne pri výrobe potravín, zabezpečení pitnej vody, vo farmaceutickom priemysle, ale aj vo výrobe spotrebného tovaru. Pre ľudstvo bude hlavným problémom nedostatok potravín, prípadne potraviny niekoľkonásobne drahšie. Odhady v tomto smere sú veľmi pesimistické.

Obnoviteľné ekologické palivá, máme na mysli prídavok do nafty – metylestery rastlinných olejov a prídavky do benzínov – bezvodý bioetanol samozrejme, že nedokážu nahradiť fosílne palivá v plnom rozsahu. Podľa vedeckých odhadov pri prioritnom zavádzaní a podpore zo strany vlád jednotlivých štátov je možné v priebehu piatich až desiatich rokov dosiahnuť desať až dvadsaťpercentnú náhradu fosílnych palív. A to už nie je jedno, či budeme v čase veľkého nedostatku ropy a pri jej niekoľkonásobnej cene mať, alebo nemať jej dvadsaťpercentnú náhradu.

V súčasnosti v krajinách, kde sa problematikou výroby ekologických obnoviteľných palív seriózne zaoberajú, mám na mysli Rakúsko, Francúzsko, Nemecko, Českú republiku, Taliansko, Švédsko a pred niekoľkými rokmi aj Slovensko, majú postavené výrobné kapacity v oblasti náhrady motorovej nafty na úrovni troch až piatich percent celkovej spotreby. V oblasti náhrady motorových benzínov je situácia horšia, no v posledných rokoch sa tomuto problému venuje značná pozornosť a dá sa predpokladať, že výroba bezvodého bioetanolu dokonca predbehne produkciu metylesterov.

Pri zavádzaní výroby obnoviteľných ekologických palív nestačí len ekonomická podpora, ale je potrebná aj nová legislatíva. Práve príprava nových zákonoch o výrobe ekologických obnoviteľných palív a ich začlenenie na trh s fosílnymi palivami sa javí ako najväčšia prekážka. Napríklad v Poľsku už niekoľko rokov sa pripravuje nový zákon, ten aj bol pripravený, niekoľkokrát upravovaný, nakoniec aj podpísaný prezidentom, no v súčasnej dobe je znovu v rekonštrukcii. Za takýchto legislatívnych podmienok iba veľmi ťažko môže sa rozvíjať toto odvetvie. A po prijatí príslušných zákonov ešte treba rozpracovať dotačnú, prípadne inú podpornú metodiku, bez ktorej sa skutočný rozvoj výroby obnoviteľných ekologických palív nedá úspešne realizovať.

Samotná výrobná linka musí spĺňať príslušné ekologické predpisy a výroba musí byť z energetického hľadiska čo najmenej náročná. Veľmi ťažko možno obhájiť výrobnú linku, ktorá vyrába obnoviteľné ekologické palivo, no pritom produkuje množstvo odpadovej vody, ktorá sa ani bežne v čističkách nedá čistiť, ale vyžaduje nákladné špeciálne čistiace zariadenia. Veľmi dôležitým ukazovateľom je aj spotreba tepla a elektrickej energie prepočítaná na tonu vyrobeného metylesteru.

V súčasnej dobe platia pre výrobu metylesterov európske normy, z ktorých národné normy sú odvodené, alebo priamo európsku normu prevzali. Splniť všetky kritéria kvality predpísané európskou normou nie je také jednoduché a vyžaduje dlhodobé skúsenosti projektantov, výrobcov a dodávateľov technologických zariadení. Dôležité je, aby dodávateľ technologického zariadenia tieto parametre nielen deklaroval, ale skutočne aj preukázal na rozboroch posúdenia kvality produkcie na už doteraz postavených výrobných linkách.

Jednou z podmienok dosiahnutia predpísaných kvalitatívnych parametrov je vstupná surovina, ktorá spĺňa predpísanú kvalitatívnu normu. V prípade výroby metylesterov sa v európskych podmienkach spravidla jedná o repkový olej. Najvýhodnejšie je, keď výrobca metylesteru má vlastnú lisovňu a môže tak zabezpečiť vysokú kvalitu vstupnej suroviny. Najmenej problémov pri ďalšom spracovaní je s repkovým olejom lisovaným za studena, ktorý už nevyžaduje ďalšie nákladné úpravy ako degumming na odstránenenie fosforu a iných rozpustných látok, ktoré sa do oleja dostávajú vo väčšom množstve pri lisovaní za tepla. Pritom pri lisovaní za studena sa získajú vysoko hodnotné, tepelne nedegradované výlisky, vhodné na prípravu a tukovanie vysokokvalitných krmných zmesí. Z ekonomického hľadiska je veľmi dôležité za akú cenu budú výlisky, tie tvoria cca 67 percent z hmotnosti semena, ďalej realizované.

Je vôbec diskutabilné, či väčšie výnosy oleja pri energeticky a investične nákladnom lisovaní za tepla sú ekonomicky výhodnejšie, keď potom musia byť vykonávané technicky aj nákladovo náročné ďalšie technologické operácie na úpravu takto vylisovaného oleja. Nehovoriac o tom, že každá takáto ďalšia technologická operácia predstavuje aj stratu draho získaného oleja.

Pri lisovaní za studena sa môže získať až 33 percent oleja z celkovej hmotnosti repkového semena. Závisí to od úrovne a vyspelosti lisovacej technológie a technologického lisovacieho zariadenia. Naša firma má prepracovanú technologickú linku na lisovanie olejnatých semien prevažne repky olejnej a slnečnice za studena. Lisovanie je dvojstupňové s medzioperačnou úpravou výliskov po prvom stupni. Dosahovaná výťažnosť je na úrovni svetovej špičky pre lisovanie za studena a predstavuje obsah oleja vo výliskoch na úrovni 10 %. Linka je riadená technologickým počítačom a jej hlavné agregáty – šnekové lisy spĺňajú kritéria na lisovacie zariadenia špičkovej svetovej úrovne aj čo sa týka životnosti a spoľahlivosti.

Pre väčšie výrobné linky sa podľa skúsenosti ukazuje najvýhodnejším riešením organizovať niekoľko menších lisovní ( s výrobnou kapacitou 5000 až 10000 ton semien za rok) po regiónoch pestovateľov repky, priamo, alebo v blízkosti skladovacích síl. Pritom výlisky môžu byť na mieste odpredané výrobcom krmných zmesí a tak je potrebné prepravovať iba cca 30 percent materiálu – filtrovaný olej. Naviac nie je treba v mieste výroby metylesteru budovať nákladovo náročné skladovacie kapacity na uskladnenie repkového semena.

Značná rezerva doteraz nedostatočne využívaná, sú použité rastlinné oleje, ktoré zbytočne zaťažujú životné prostredie. Jedná sa hlavne o odpadové rastlinné oleje z veľkých kuchynských zariadení hotelov, vývarovní, školských stravovacích zariadení, podnikov rýchleho občerstvenia a pod. Pritom by problém riešila legislatívna úprava, ktorá by predpisovala producentom odpadových rastlinných olejov dokladovať, ako bolo s odpadovým olejom naložené.

Moderné technologické linky na výrobu metylesterov rastlinných olejov sú schopné spracovať aj tieto odpadové rastlinné oleje. V rámci zberu odpadov by podniky miestneho hospodárstva dostali námet pre ďalšiu podnikateľskú aktivitu – zber opotrebovaných rastlinných olejov. Ako ukazujú skúsenosti z Rakúska môže byť táto aktivita aj ekonomicky zaujímavá pre všetky zúčastnené strany.

Ďalšou rezervou pre ekologické využitie rastlinných olejov pri ich prepracovávaní na metylestery je dôkladné využitie všetkých cenných surovín, ktoré v procese transesterifikácie vznikajú. Jedná sa hlavne o glycerol, ktorý vzniká ako vedľajší produkt a voľné mastné kyseliny, ktoré sa procesu transesterifikácie nezúčastňujú a vytvárajú tak ďalší cenný vedľajší produkt. V súčasnosti sa glycerol produkuje ako 80% vodný roztok a na ďalšie spracovanie ho nakupujú hlavne firmy v Nemecku. S narastajúcim objemom výroby metylesterov rastlinných olejov v Európskej únii, ale aj vo svete, bude narastať aj objem produkovaného glycerolu a tak jeho cena ako suroviny na výrobu destilovaného glycerolu bude postupne klesať. Naša firma sa uvedenou problematikou už niekoľko rokov zaoberá a má pripravené riešenie pre iné využitie glycerolu z výroby metylesterov po jeho technologickom prepracovaní. Predpokladá sa vybudovanie technologickej linky, ktorá by prepracovávala glycerol od všetkých výrobcov metylesteru, ktorí vyrábajú na nami dodanom technologickom zariadení a vlastnia naše know-how.

Je niekoľko možností, ako prepracovať a využiť voľné mastné kyseliny. Jedná sa o cennú surovinu, ktorá po spracovaní by bola využitá v oleochémii, alebo ju prepracovať na metylester. Pri prepracovaní na metylester sa jedná o esterifikáciu s kyslým katalyzátorom, čo so sebou prináša celú radu technických ťažkostí. Uvedená problematika bola na Slovensku zvládnutá hlavne vďaka systematickej práci na výskumných úlohách zadaných štátnym rozvojom vedy a techniky a spolupráci špecialistov Slovenskej technickej univerzity, fakulty potravinárskej a chemickej technológie v Bratislave, Výskumného ústavu textilnej chémie v Žiline a Výskumného týmu firmy Biorafinéria SK, divízia engineering v Martine. V októbri 2004 bude zahájená výstavba závodu na spracovanie voľných mastných kyselín s produkciou 2000 ton za rok v Liptovskom Mikuláši na severnom Slovensku. Bude spracovávať voľné mastné kyseliny z výrobní metylesteru z Českej republiky, Slovenska a Litvy. Spustenie prevádzky je plánované na koniec apríla 2005.

Vyrobený metylester musí pre použitie v zimných mesiacoch spĺňať aj nízkoteplotné vlastnosti, ktoré sú požadované príslušnými normami. Uvedenej problematike sa bude venovať v samostatnom príspevku zástupca Slovenskej technickej univerzity z Bratislavy. Technologické zariadenia dodávané našou firmou môžu byť na požiadanie doplnené aj aditivačným zariadením práve pre nadávkovanie prísady pre zabezpečenie nízkoteplotných vlastností metylesteru.

- napísané 9/2004, publikované na www.biom.cz 11/2008

English version

Methyl esters (ME – methyl esters) of vegetable oils have been definitely accepted by technical society as an alternative fuel for diesel engines. ME are produced from domestic renewable sources and exhibit ecologically friendly profile of combustion gas. ME are not involved in the production of greenhouse gases (CO₂), which occur during combustion, as CO₂ is consumed during growth of oilseed plants. There are also new reasons for ME production as the price of crude oil is rising (due to war conflicts and instability in oil production regions) and its production has become difficult and expensive. Utilization of ME has become a worldwide tendency in the field of alternative liquid biofuels.

Our ME production technology lines are friendly to the environment (no waste waters occur during ME production and treatment) with low energy consumption, high production efficiency and with high quality products and by-products.

There is a European norm for ME quality in force. National ME quality norms were derived from it or took the European norm as it is. The important thing is not only to declare all required ME parameters by biodiesel plant suppliers, but also to demonstrate achieving of these ME parameters in existing biodiesel plants.

A suitable input raw material is another important condition of high quality production. In European conditions rapeseeds oil is very popular in ME production. ME producers who have their own pressing units have a big advantage as they can directly control their input raw material. Cold pressed rapeseed oil is the best raw material for transferring into ME, as it does not contain high level of phosphor (degumming is not needed) and other unwanted materials. High quality press cakes, as a by-product of cold pressing, are not degraded by high temperatures, so they are a very good by-product for an animal feeding mixtures production. The way in which press cakes are sold is very important, as they create about 67% of rapeseeds weight. It is on consideration if higher yielding of hot pressing, with its higher investment and higher energy consumption is economically favourable - especially if following technology operations must be added to clean such hot pressed oil (with further loss of such oil during degumming and other cleaning operations).

We can get 33 % of oil from the total weight of rapeseed by cold pressing. Our company has developed cold pressing techniques for oilseeds, mostly rapeseed and sunflower seed, utilization. Pressing has two stages with the press cakes treatment-taking place after first pressing stage. The yielding of oil that we achieve by our type of pressing is on the level of 10% of remaining oil in the press cakes – which means world-leading cold pressing technology. Industrial computers control the entire pressing technology line. The main parts of the pressing technology line are our presses, which are easy to operate and highly reliable. The best option for large biodiesel production capacities is to build more small pressing plants (with pressing capacity from 5 000 to 10 000 tons of oilseed a year) in the regions of oilseed production directly or close to the oilseed storage silos, according to our knowledge. In these cases press cakes can be sold directly in the pressing regions to animal feeding mixtures producers. Then, it is only necessary to transport 30% of material to the biodiesel plant – raw filtered oil. Another advantage of this scenario is that oilseed storage silos are not needed to be built in the biodiesel plant site.

Used cooking oils (UCO) are another suitable raw materials for ME production, which has so far not been very well exploited. UCO are waste oils produced by hotel restaurants, school canteens, fast food restaurants, etc. In the past UCO used to be collected and utilized for animal feeding mixtures production. From November 1st 2004 there has been a ban on the use of such oils for animal feeding mixtures production in the European Union, which creates new opportunities for their ME utilization. Simple legislation, which checks how UCO producers and UCO collectors handle UCO, could be useful for the protection of the environment. The latest ME production technology lines are able to convert UCO into ME without problems.

There are also reserves in the utilization of transesterification by-products. These are glycerine (80% glycerine water solution) and free fatty acids (FFA), which are valuable by-products of ME production. The increase of ME production in the European Union will also bring increase of glycerine production and its lower prices. Our company has been involved in this problem for a couple of years and we have developed a solution for the alternative utilization of glycerine after its transformations. We assume construction of a technology line which transforms glycerine collected from all ME producers (those, who own our ME technology line and ME production know-how).

There are more possibilities for FFA transformations. FFA are valuable for oleo chemical utilization, or after their special treatment, FFA can be transformed into ME. FFA transformation into ME is achieved by acid catalysed esterification, which brings a lot of technical and technological problems. These problems had been solved by systematic work and mutual cooperation of a research team at the Department of Food and Chemical Technology at the Slovak Technical University in Bratislava, the Research Institute of Textile Chemistry in Zilina and the research team of Engineering Department at the Biorafineria SK in Martin.

The construction of a new biodiesel plant, where FFA as a raw material will be used for ME production, started in October 2004 in Liptovsky Mikulas, Slovakia. The production capacity of this biodiesel plant will be 2000 tons of ME per year. This biodiesel plant will transform FFA from biodiesel plants situated in the Czech Republic, Slovakia, Lithuania and other countries. Production is expected to start at the end of April 2005.

Produced ME must also fulfil CFPP, especially in the winter months. The representative of the Slovak Technical University will focus on solving this problem in his contribution. ME production lines supplied by our company can on request have an additivation unit for the adding of special low temperature depressant into ME.

- written on 9/2004, publicated on www.biom.cz 11/2008

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky