Διερεύνηση παραμέτρων παραγωγής βιοντήζελ (F.A.M.E-FA.E.E)(Πρώτες ύλες, ομογενής-ετερογενής κατάλυση, επίδραση βελτιωτικών προσθέτων)

Abstract

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη μελέτη για την διερεύνηση διαδικασιών παραγωγής βιοντήζελ (ομογενής-ετερογενής κατάλυση, μεθανόλυση-αιθανόλυση) από πρώτες ύλες του Ελλαδικού χώρου. Τα πειραματικά αποτελέσματα αξιολογήθηκαν σύμφωνα με το ΕΝ 14214. Παράλληλα διερευνήθηκε η βελτιστοποίηση της οξειδωτικής σταθερότητας των μελυλεστέρων. Μελετήθηκαν έλαια από τυπικές καλλιέργειες της Ελληνικής γης και παραπροϊόντα της Ελληνικής βιομηχανίας. Ραφιναρισμένα έλαια όπως ηλιέλαιο, σογιέλαιο, βαμβακέλαιο και καπνέλαιο και μη ραφιναρισμένα όπως χρησιμοποιημένα μαγειρικά έλαια, ζωικά λίπη, καστορέλαιο και έλαια από υπολείμματα καφέ αξιολογήθηκαν στις αντιδράσεις της μεθανόλυσης. Οι αντιδράσεις πραγματοποιήθηκαν με την χρήση ενώσεων καλίου και νατρίου, τυπικών ομογενών καταλυτών. Tα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι τα έλαια που χρησιμοποιήθηκαν αποτελούν ελκυστικές εναλλακτικές πρώτες ύλες για την παραγωγή βιοντήζελ. Παράλληλα μελετήθηκε η αντίδραση της αιθανόλυσης με τα περισσότερα έλαια που ήδη έχουν αναφερθεί προς παραγωγή βιοντήζελ. Η παραγωγή αιθυλεστέρων αντί μεθυλεστέρων έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς επιτρέπει την παραγωγή ενός νέου εναλλακτικού καυσίμου. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε η παρασκευή νέων στερεών ετερογενών καταλυτών. Διερευνήθηκε η καταλυτική συμπεριφορά αυτών στην αντίδραση της μετεστεροποίησης. Διερευνήθηκαν οι παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση και την ταχύτητα της αντίδρασης. Βρέθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες των μεταβλητών της αντίδρασης και αξιολογήθηκαν οι φυσικοχημικές ιδιότητες των τελικών προϊόντων. Η χρήση στερεών καταλυτών απλοποιεί την διαδικασία της μετεστεροποίησης, με την εξάλειψη των σταδίων πλύσης και ξήρανσης των μεθυλεστέρων. Τέλος διερευνήθηκε η αντιοξειδωτική δράση των κυριοτέρων εμπορικών αντιοξειδωτικών προσθέτων. Συντέθηκαν νέα φαινολικά προσθετά και αξιολογήθηκε η επίδραση τους. Η αξιολόγηση των προσθέτων πραγματοποιήθηκε σε διαφορετικούς τύπους μεθυλεστέρων και σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Οι μετρήσεις οξειδωτικής σταθερότητας εκτελέστηκαν χρησιμοποιώντας την επίσημη μέθοδο του Ευρωπαϊκού προτύπου. Η σταθερότητας στην οξείδωση για το αυτούσιο βιοντήζελ προσδιορίζεται από την μέθοδος Rancimat (EN 14112-ελάχιστο 6 h). Παράλληλα οι μετρήσεις οξειδωτικής σταθερότητας προσδιορίστηκαν με την μέθοδο Petrotest PetroOXY (prΕΝ 16091). Στην μέθοδο αυτή, το Ευρωπαϊκό πρότυπο δεν έχει θεσπίσει όριο προδιαγραφής.

This thesis presents a comprehensive study to investigate biodiesel production processes (homogeneous-heterogeneous catalysis methanolysis-aithanolysi) from raw materials in Greece. Experimental results were evaluated in accordance with EN 14214. Alongside investigated the optimization of the methylesters oxidation stability. Studied oils from crops typical of Greek land and products of Greek industry. Refined oils such as sunflower, soybean, cottonseed, tobacco seed and unrefined as used cooking oil, animal fats, castor oils and residues from spent coffee grounds assessed the reactions of methanolysis. The reactions were performed with the use of sodium and potassium compounds, typical homogeneous catalysts. The experimental results showed that the oils used are attractive alternative raw materials for production of biodiesel. The reaction of aithanolysis with most oils have been reported to produce biodiesel. The production of ethyl ethyl instead of particular interest as it allows the production of a new alternative fuel. Then held the preparation heterogeneous catalysts. Investigated the catalytic behavior of those in the reaction of transesterification. Investigated the factors that influence the efficiency and speed of the reaction. Found the optimum conditions of the reaction variables evaluated and the physicochemical properties of the final products. The use of solid catalysts simplifies the process of transesterification, by eliminating the step of washing and drying methyl. Finally investigated the antioxidant effects of major commercial antioxidant additives. New phenolic additives synthesized and evaluated their effect. The assessment of additives in different types methyl esters and at different concentrations.The oxidation stability measurements were performed using the official method of the European standard. The oxidation stability of the biodiesel is defined as such by the method Rancimat (EN 14112-minimum 6 h). While the oxidation stability measurements were determined by the method Petrotest PetroOXY (prEN 16091). In this method, the European model has not adopted specification limit.