Ученые из Института нефти, химии и нанотехнологий Казанского национального исследовательского технологического университета разработали и проверили способ улучшения качества биодизеля с помощью сверхкритического углекислого газа. Они показали, как можно управлять составом топлива, удаляя из него наиболее тяжелые и вязкие компоненты. Для этого ученые использовали компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты, чтобы понять, как давление влияет на процесс разделения.
Одна из ключевых проблем биодизеля заключается в высокой вязкости. Это связано с тем, что в его составе есть такие насыщенные эфиры, как, например, этилпальмитат. Они ухудшают текучесть топлива, мешают нормальному запуску двигателя и могут вызывать образование отложений. Чтобы сделать биодизель более удобным в использовании, такие компоненты нужно удалять, оставляя более легкие и текучие вещества, такие как, например, этилолеат.
Ученые предложили использовать для этого углекислый газ в сверхкритическом состоянии. В таком виде он легко проникает в смесь и хорошо растворяет вещества, что позволяет использовать его как эффективный, но при этом экологически чистый разделитель.
Чтобы проверить свою идею, ученые собрали лабораторную установку и пропускали через смесь этилолеата и этилпальмитата поток сверхкритического CO2. Параллельно они создали подробную компьютерную модель этого процесса. Поскольку нужных веществ не было в стандартных базах, их свойства пришлось задавать с помощью специальных программных модулей. В расчетах учитывалось все, что влияет на результат, включая устройство аппарата, движение потока внутри него, контакт газа с жидкостью. Моделирование проводили при температуре 40 oC и различных давлениях.
Выяснилось, что давление играет решающую роль. При 14 МПа углекислый газ становится плотнее примерно на 15-20% и проходит через установку более равномерно. За счет этого он становится более эффективным растворителем. Одновременно усиливается избирательность. Тяжелый этилпальмитат извлекается заметно активнее, чем этилолеат. С ростом давления эта разница увеличивается.
Эксперименты подтвердили расчеты. При давлении 14 МПа и времени 30 минут полученный экстракт на 94,3% состоял именно из этилпальмитата, а оставшаяся смесь становилась более легкой и текучей.
Следующим шагом должна стать проверка процесса на более крупных установках, где поменяются структура потока, распределение фаз и энергетические затраты. Также потребуется объективная экономическая оценка, так как высокое давление дает лучшее разделение, но требует больше энергии на сжатие CO2.
В перспективе результаты исследования могут помочь в создании промышленных линий очистки биодизеля, где сверхкритический CO2 будет использоваться как экологически чистая альтернатива обычным растворителям. Это позволит получать топливо с более стабильными свойствами и сделать биодизель более конкурентоспособным.
