7. Рослинні олії і їхні складні ефіри

Рослинні олії є гліцеринами (гліцериновими ефірами ненасичених жирних кислот). Одержують їх у процесі гідравлічної обробки рослин. За своїй хімічній структурі вони відрізняються один від одного тільки вмістом вуглецю й рівнем насичення жирної кислоти, що з'єднана із гліцерином. Тому всі рослинні олії є горючими й можуть бути використані для живлення двигунів із запаленням від стиску. Найпоширенішими рослинними оліями, над використанням яких проводяться дослідження, є: рапсове, соєве, соняшникове й пальмове. Термічна нестабільність і висока в'язкість рослинних олій ускладнює їх використання як альтернативного палива. Тому виробляються їхні ефіри. Метилові ефіри вищих жирних кислот, наприклад, рапсової олії, одержують промисловим способом шляхом застосування процесу алкоголізації ефірів, тобто за допомогою реакції тригліцеринов зі спиртами в присутності жирних й основних каталізаторів. Для одержання ефірів рослинних олій використається процес гідролізу в присутності каталізаторів. Поверхневий натяг рослинного палива менше за значенням, ніж у дизельного палива, незважаючи на його більш високу в'язкість.

На рис. Рисунок 2 .17 представлене схематично протікання реакції одержання метилового ефіру жирної кислоти рапсового масла.

Рисунок 2.17 – Одержання метилового ефіру жирної кислоти рапсової олії: Rl, R2, R3 залишки жирної кислоти, OR - рапсова олія [36]

У результаті цієї реакції виникають три молекули метилового ефіру жирної кислоти. Під час протікання хімічної реакції, метиловий спирт додається до олії в кількості 10%. За допомогою каталізаторів (наприклад, калійного) метиловий ефір відокремлюється від побічних продуктів, які не можна використати як паливо (гліцерин, корм). У цьому випадку маємо справу із замкнутим виробничим циклом у сільському господарстві й хімічній промисловості. Відповідно до німецьких оцінок – на території цієї країни можна заправити метиловим ефіром жирної кислоти рапсової олії 500 автозаправних станцій – вартість виробництва 1 літра метилового палива (без вартості сировини) приблизно дорівнює 0,15-0,20 [ДМ].

Іншою країною, у якій у промислових масштабах виробляється метиловий ефір жирної кислоти, але з пальмового масла, є Малайзія. Застосовують його як паливо в автобусах Мерседес-Бенц, що експлуатуються у містах [50].

У переробці пальмової олії розрізняють два виробничих етапи:

• етерифікація жирних кислот, що є присутніми у рапсової олії, на метилові ефіри,

• трансетерифікація гліцеринів на метилові ефіри.

Відділенням гліцеринів від метилових ефірів забезпечується виникнення метанолу в процесі трансетерифікації. Як продукти даної реакції утворюються метиловий ефір пальмової олії Crude Palm Oil (CPO) і метиловий ефір пальмового стеарину Crude Palm Stearin (CPS). Варто підкреслити, що в процесі одержання ефірів жирних кислот з масляних рослин побічним продуктом є гліцерин, необхідний для фармацевтики.

8. Порівняння фізико-хімічних властивостей рослинних палив й їхніх складних ефірів із властивостями дизельного палива

З порівняння фізико-хімічних властивостей рослинних палив й їхніх складних ефірів із властивостями дизельного палива можна зробити висновок:

• рослинні палива і їхні ефіри мають приблизно на 8-17% меншу калорійність (36 МДж/кг у порівнянні з 43,84 МДж/кг для дизельного палива),

• рослинні палива і їхні ефіри мають на 9% більшу щільність (0,917 кг/дм й 0,839 кг/дм ), що частково компенсує меншу їхню теплотворну здатність,

• цетанове число для окремих рослинних палив порівняно за значенням з дизельним паливом, для ефірів же воно незначно вище; так, для ефіру EMKOR - на 8%, а для ефіру СРО дорівнює 62,4 (визначено по методу ASTM D613),

• ефіри рапсової олії містять у кілька разів менше сірки, чим дизельне паливо (0,02...0,05% – ефіри й 0,1% – дизельне паливо), ефіри пальмової олії містять сірки від 0,04% СРО до 0,002% CPS,

• ефіри рослинних палив містять на кілька десятків відсотків більше зв'язаного кисню в жирних кислотах, що поліпшує процес згоряння за рахунок зниження вмісту сажі й твердих часток (РМ) у продуктах згоряння, що викидають в атмосферу,

• рослинні палива мають приблизно на один порядок більшу в'язкість, що у значній мірі впливає на процеси упорскування й розпилювання палива. Висока в'язкість обмежує застосування цих палив при низьких температурах навколишнього середовища,

• в'язкість ефірів рослинних палив приблизно на 60% нижче, ніж у самих палив, що і є причиною більше широких можливостей застосування їх для живлення дизельних двигунів у кліматичних зонах з температурою до –20 °С.

Перевагою рослинних палив й їхніх ефірів є можливість змішування їх з дизельним паливом у будь-якому співвідношенні.

Рослинні олії мають приблизно на 8...13% нижче поверхневий натяг, чим ОМ, що впливає на процес розпилювання палива в камері згоряння двигуна [9,39].