バイオディーゼル産業は世界中で大幅に成長しており、再生可能なディーゼルに対する需要が高まっていることから、さらなる成長が期待されています。鉱物性ディーゼルと比較して、バイオディーゼルは生分解性、無毒、安全な保管と取り扱いなどの独自の利点を提供します。さらに、その燃焼により、汚染物質の排出が大幅に削減されます。
長鎖脂肪酸 (C14-C24) のアルキルエステルとしても知られるバイオディーゼルに加えて、副産物として大量のグリセロールも生成され、通常は全生産量の 10% に相当します。適切に処理されない場合、つまり最終的に廃棄物になる場合、そのような大量の有機廃棄物の流れは、プロセス全体の環境に優しい性質をある程度危険にさらす可能性があります.それを考慮して、バイオディーゼルグリセロールを付加価値製品に変換して、上記の課題に対処するだけでなく、プロセスの経済的実行可能性を高める努力が向けられてきました.
付加価値製品の中で、グリセロール アセテート (アセチンとしても知られる) は、その多様な産業用途 (極低温、化粧品、燃料添加剤など) により大きな注目を集めており、酢酸によるグリセロールのエステル化によって生成されます。この反応は可逆的で多段階であり、より高い反応温度や酢酸とグリセロールのモル比などの多くの要因により、生成物、すなわちアセチンの収率が高くなる可能性があります。しかし、収量が高くなる条件は、必ずしも最も環境にやさしく、資源効率が高く、費用対効果が高いとは限りません。幸いなことに、エクセルギー解析などの高度なエンジニアリング ツールを適用することで、この欠点を大幅に克服できます。より良い言葉で言えば、エネルギーと物質の変換プロセスの不可逆的な側面は、エクセルギー分析を使用して正確に位置を特定し、定量化することができます。
最近公開された研究では、酢酸によるエステル化によってグリセロールを評価するために開発した連続反応器の詳細なエクセルギー分析を実行しました。すべてのエクセルジェティック分析は、得られた実験データに基づいていました。また、応答曲面法 (RSM) を使用して、供給流量、酸酢酸とグリセロールのモル比、反応温度などの 4 つの独立変数に基づいて、正規化されたエクセルギー破壊、普遍的なエクセルギー効率、機能エクセルギー効率の 3 つの主要なエクセルギー パラメーターの数学モデルを開発しました。 、および圧力。次に、開発したモデルを使用して、普遍的および機能的なエクセルギー効率を最大化し、正規化されたエクセルギー破壊を最小化することにより、原子炉の動作条件を最適化しました。ここに要約されている興味深い結果が得られました。
より具体的には、プロセスの正規化されたエクセルギー破壊は、供給流量を増やすことによって大幅に減少しました。それどころか、酢酸とグリセロールのモル比と反応温度の両方を上げると、プロセスの正規化されたエクセルギー破壊が増加しました。プロセスの普遍的なエクセルギー効率の場合、このパラメーターは供給流量を増やすことで増加しましたが、この指標と酢酸とグリセロールのモル比および反応温度の両方との間に負の相関が観察されました。上記の 4 つの独立したパラメーターすべてを高めることにより、プロセスの機能的運動効率が低下しました。
さらに、RSM は原子炉のエクセルギー性能パラメーターを適切に予測できることがわかりました (R> 0.98)。したがって、酸酢酸によるグリセロールのエステル化に最も熱力学的に好ましい条件は、反応温度 117 °C、供給流量 0.6 mL/分、酸酢酸とグリセロールのモル比 1.1、および圧力 1 bar であることがわかりました。これらの条件下で、正規化されたエクセルギー破壊、普遍的なエクセルゲティック効率、および機能的なエクセルゲティック効率は、それぞれ 3.1、37.5%、および 20.8% でした。
全体として、この研究の調査結果に基づいて、再生可能資源からの化学物質生産プロセスに関連する資源の枯渇を特定および定量化するために、エクセルギー分析を使用することを強くお勧めします。さらに、アセチンなどの再生可能な化学物質の最も費用対効果が高く、環境に優しい生産条件を達成するために、将来の研究では、エクエルゴエコノミックおよびエクエルゴ環境アプローチを使用して、経済的および環境的側面も考慮に入れる必要があります。
これらの調査結果は、ジャーナル Energy に最近掲載された、酢酸によるエステル化を通じてグリセロールから付加価値のある化学物質を生成するために適用される連続反応器のエクセルギーベースの最適化というタイトルの記事で提示され、議論されています。 .この作業は、テヘラン大学の Mortaza Aghbashlo と、Biofuel Research Team (BRTEam) / Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII) の Meisam Tabatabaei によって主導されました。研究チームには、ABRII の Elena Valijanian と、イスファハン工科大学の Hajar Rastegari と Hassan S. Ghaziaskar も含まれていました。
* 出典:https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.02.151;必要な権限は Elsevier から取得済みです。 Copyright 2018© ライセンス番号:4324990009317.
