[go: up one dir, main page]

RU2665041C2 - Method for obtaining biodiesel fuel - Google Patents

Method for obtaining biodiesel fuel Download PDF

Info

Publication number
RU2665041C2
RU2665041C2 RU2016152705A RU2016152705A RU2665041C2 RU 2665041 C2 RU2665041 C2 RU 2665041C2 RU 2016152705 A RU2016152705 A RU 2016152705A RU 2016152705 A RU2016152705 A RU 2016152705A RU 2665041 C2 RU2665041 C2 RU 2665041C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
catalytically active
water
mixture
diffusion layer
Prior art date
Application number
RU2016152705A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016152705A (en
RU2016152705A3 (en
Inventor
Наиля Рафиковна Альмяшева
Лариса Викторовна Жигалова
Елена Викторовна Савельева
Дмитрий Сергеевич Копицын
Михаил Сергеевич Котелев
Андрей Александрович Новиков
Павел Александрович Гущин
Евгений Владимирович Иванов
Владимир Арнольдович Винокуров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина"
Priority to RU2016152705A priority Critical patent/RU2665041C2/en
Publication of RU2016152705A publication Critical patent/RU2016152705A/en
Publication of RU2016152705A3 publication Critical patent/RU2016152705A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2665041C2 publication Critical patent/RU2665041C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L1/00Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D17/00Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/02Preparation of carboxylic acid esters by interreacting ester groups, i.e. transesterification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11CFATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C3/00Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
    • C11C3/04Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fats or fatty oils
    • C11C3/10Ester interchange
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/40Apparatus specially designed for the use of free, immobilised, or carrier-bound enzymes, e.g. apparatus containing a fluidised bed of immobilised enzymes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/08Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/18Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic polyhydric
    • C12P7/20Glycerol
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/64Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Fats And Perfumes (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the production of fuels from renewable raw materials. This method for producing biodiesel fuel lies in the fact that oil is mixed with a low alcohol to obtain a mixture, then the transesterification process is carried out using water and a catalytically active membrane consisting of a diffusion layer made on the basis of a polymer that is permeable to low alcohols and glycerol, as well as a connecting layer made of a porous polymer and a catalytically active layer formed by a lipolytic microorganism, wherein the porous polymer is selected from woven or non-woven materials of polyethylene fibers, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyamide, wherein said mixture is brought into contact with the catalytically active membrane layer and the water is brought into contact with the diffusion layer of the membrane, after which the product of the contact of said mixture with the catalytically active layer is subjected to evaporation to remove unreacted alcohol to obtain the desired biodiesel fuel, and the product of the contact of water with the diffusion layer is separated into water and glycerin.
EFFECT: improvement of the technology for obtaining biodiesel fuel, which is provided by the lipolytic microorganism, which is in active state during the entire contact time, and the product is obtained in a sufficiently high yield.
1 cl, 5 ex

Description

Изобретение относится к области получения топлив из возобновляемого сырья, в частности, к области получения биодизельного топлива из растительных масел.The invention relates to the field of producing fuels from renewable raw materials, in particular, to the field of producing biodiesel from vegetable oils.

Под биодизельным топливом понимают смеси сложных эфиров жирных кислот, в особенности метиловых и этиловых эфиров жирных кислот.Biodiesel is understood to mean mixtures of fatty acid esters, especially methyl and ethyl fatty acid esters.

Известны способы получения биодизельного топлива с использованием неорганического катализатора - кислоты или щелочи (US 6211390, 2001, WO 2005/093015, 2005; US 5713965, 1998; US 5525126, 1996). Общим и существенным недостатком данных решений является необходимость очистки продуктов от неорганического катализатора путем промывки водой с последующей нейтрализацией. Кроме того, к недостаткам можно отнести образование большого количества щелочных или кислых стоков, что отрицательно сказывается на экологических показателях процесса в целом.Known methods for producing biodiesel using an inorganic catalyst - acid or alkali (US 6211390, 2001, WO 2005/093015, 2005; US 5713965, 1998; US 5525126, 1996). A common and significant drawback of these solutions is the need to purify the products from the inorganic catalyst by washing with water and subsequent neutralization. In addition, the disadvantages include the formation of a large number of alkaline or acidic effluents, which negatively affects the environmental performance of the process as a whole.

Также описаны методы получения биодизельного топлива с использованием биокатализаторов: ферментов или нативных клеток различных липолитических микроорганизмов. Данные методы позволяют избежать присутствия неорганических примесей в продуктах, однако такие показатели как выход и конверсия исходного сырья для описанных способов не велики, поскольку при использовании биокатализатора невозможно использовать большой избыток спирта в исходной смеси. Кроме того, биокатализатор теряет свою активность в ходе реакции за счет образования глицерина.Also described are methods for producing biodiesel using biocatalysts: enzymes or native cells of various lipolytic microorganisms. These methods avoid the presence of inorganic impurities in the products, however, such indicators as the yield and conversion of the feedstock for the described methods are not large, since when using a biocatalyst it is impossible to use a large excess of alcohol in the feed mixture. In addition, the biocatalyst loses its activity during the reaction due to the formation of glycerol.

Так, известен способ получения биодизельного топлива, проводимый с помощью биореактора, содержащего полупроницаемую мембрану из регенерированной целлюлозы и иммобилизированной на носителе липазы Candida antarctica lipase В (KR 101143313, 2012).Thus, there is a known method for producing biodiesel using a bioreactor containing a semipermeable membrane of regenerated cellulose and immobilized on a Candida antarctica lipase B lipase carrier (KR 101143313, 2012).

Недостатками данного способа являются необходимость использования дорогостоящей выделенной липазы, а также необходимость иммобилизации липазы, которая приводит к частичной потере каталитической активности.The disadvantages of this method are the need to use expensive isolated lipase, as well as the need for immobilization of lipase, which leads to a partial loss of catalytic activity.

Наиболее близким к изобретению является способ получения биодизельного топлива (CN 101265413, 2008) с использованием липазы, иммобилизированной на пористой мембране. Мембрана, при этом, выполнена в виде пустотелого волокна, находящегося внутри реактора. Смесь масла и спирта циркулирует в объеме реактора, вода - в полости волокна. Образующийся в качестве продукта глицерин проникает сквозь мембрану и выводится из реакционной среды, обеспечивая смещение равновесие в реакции переэтерификации. Кроме того, вода, циркулирующая через полость волокна мембраны, частично проникая в реакционный объем, обеспечивает высокую активность иммобилизированной липазы.Closest to the invention is a method for producing biodiesel (CN 101265413, 2008) using lipase immobilized on a porous membrane. The membrane, in this case, is made in the form of a hollow fiber inside the reactor. A mixture of oil and alcohol circulates in the reactor volume, water in the fiber cavity. Glycerin formed as a product penetrates the membrane and is removed from the reaction medium, providing an equilibrium shift in the transesterification reaction. In addition, water circulating through the cavity of the membrane fiber, partially penetrating into the reaction volume, provides high activity of the immobilized lipase.

Недостатками данного способа являются необходимость использования дорогостоящей липазы, а также сложность проведения процесса иммобилизации последней.The disadvantages of this method are the need to use expensive lipase, as well as the complexity of the process of immobilization of the latter.

Техническая проблема заключается в упрощении технологии получения биодизельного топлива и снижении затрат на его производство.The technical problem is to simplify the technology for producing biodiesel and reduce the cost of its production.

Поставленная проблема решается описываемым способом получения биодизельного топлива, заключающийся в том, что смешивают масло с низшим спиртом с получением смеси и проводят процесс переэтерификации с использованием воды и каталитически активной мембраны, состоящей из диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом, при этом указанную смесь приводят в контакт с каталитически активным слоем мембраны, а воду - с диффузионным слоем мембраны, после чего продукт контактирования указанной смеси с каталитически активным слоем подвергают упариванию для удаления непрореагировавшего спирта с получением целевого биодизельного топлива, а продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин.The problem posed is solved by the described method for producing biodiesel, which consists in mixing the oil with lower alcohol to obtain a mixture and carrying out the transesterification process using water and a catalytically active membrane consisting of a diffusion layer based on a polymer permeable to lower alcohols and glycerin, a connecting layer made of a porous polymer, and a catalytically active layer formed by a lipolytic microorganism, wherein said mixture contact with the catalytically active layer of the membrane, and water with the diffusion layer of the membrane, after which the product of contacting the mixture with the catalytically active layer is evaporated to remove unreacted alcohol to obtain the target biodiesel, and the product of contacting water with a diffusion layer is separated into water and glycerol.

Технический результат заключается в повышении площади поверхности контактирования смеси масла со спиртом с каталитически активным слоем за счет использования липолитического микроорганизма, находящегося в активном состоянии в течение всего времени контактирования.The technical result consists in increasing the surface area of the contacting of a mixture of oil with alcohol with a catalytically active layer through the use of a lipolytic microorganism that is in an active state for the entire time of contacting.

Способ получения биодизельного топлива проводят следующим образом.The method of producing biodiesel is as follows.

Смешивают масло с низшим спиртом с получением смеси и проводят процесс переэтерификации с использованием воды и каталитически активной мембраны, состоящей из диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом.The oil is mixed with lower alcohol to obtain a mixture and the transesterification process is carried out using water and a catalytically active membrane consisting of a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerin, a connecting layer made of a porous polymer and a catalytically active a layer formed by a lipolytic microorganism.

Диффузионный слой мембраны представляет собой слой полимерного материала, проницаемого по отношению к низшим спиртам, в том числе по отношению к многоатомным спиртам, в частности, к глицерину. В качестве полимера возможно использовать любые полимерные материалы, совместимые с водными растворами спиртов, например, ацетат целлюлозы, поликарбонат, политетрафторэтилен.The diffusion layer of the membrane is a layer of polymeric material permeable to lower alcohols, including polyhydric alcohols, in particular glycerol. As the polymer, it is possible to use any polymer materials compatible with aqueous solutions of alcohols, for example, cellulose acetate, polycarbonate, polytetrafluoroethylene.

Соединительный слой выполнен из пористого полимера, инертного по отношению к используемым в способе реагентам и липолитическим микроорганизмам. В качестве указанного пористого полимера возможно, например, использовать вспененные полимеры, в частности, пенополиуретан, а также тканые и нетканые материалы из полимерных волокон, например, тканые или нетканые материалы из волокон полиэтилена, полипропилена, политетрафторэтилена, поламидных волокон (нейлона, капрона), целлюлозных волокон.The connecting layer is made of a porous polymer inert to the reagents and lipolytic microorganisms used in the method. As the specified porous polymer, it is possible, for example, to use foamed polymers, in particular polyurethane foam, as well as woven and non-woven materials from polymer fibers, for example, woven or non-woven materials from fibers of polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyamide fibers (nylon, capron), cellulose fibers.

Каталитически активный слой мембраны образован липолитическим микроорганизмом.The catalytically active membrane layer is formed by a lipolytic microorganism.

Используемую в описываемом способе каталитически активную мембрану получают следующим образом.Used in the described method, the catalytically active membrane is prepared as follows.

Предварительно готовят питательную среду для культивирования липолитических микроорганизмов.Pre-prepared nutrient medium for the cultivation of lipolytic microorganisms.

Состав питательной среды подбирают в соответствии с видовой принадлежностью используемого липолитического микроорганизма. Предпочтительно используют загущенную питательную среду, содержащую необходимые для роста микроорганизма минеральные соли, источник углерода, источник азота и полисахарид для загущения среды. Минеральные соли выбирают в соответствии с видовой принадлежностью используемого липолитического микроорганизма. Так, в случае использования в качестве липолитического микроорганизма грибов вида Aspergillus niger или дрожжей вида Yarrowia lipolytica возможно использовать для приготовления питательной среды в качестве источника минеральных солей водопроводную воду.The composition of the nutrient medium is selected in accordance with the species of the used lipolytic microorganism. It is preferable to use a thickened nutrient medium containing mineral salts necessary for the growth of the microorganism, a carbon source, a nitrogen source and a polysaccharide to thicken the medium. Mineral salts are selected in accordance with the species of the lipolytic microorganism used. So, if fungi of the Aspergillus niger species or yeast of the Yarrowia lipolytica species are used as a lipolytic microorganism, it is possible to use tap water as a source of mineral salts for preparing the nutrient medium.

Источник углерода выбирают из ряда: масло подсолнечника, рапсовое масло, глюкоза, фруктоза, глюкозо-фруктозный сироп, меласса, солодовый экстракт.The carbon source is selected from the series: sunflower oil, rapeseed oil, glucose, fructose, glucose-fructose syrup, molasses, malt extract.

Источник азота выбирают из ряда: соевая мука, дрожжевой экстракт, пептон, триптон, мочевина.The nitrogen source is selected from the series: soy flour, yeast extract, peptone, tryptone, urea.

Полисахарид для загущения среды выбирают из ряда: агар, альгинат натрия, карбоксиметилцеллюлоза.The polysaccharide for thickening the medium is selected from the range: agar, sodium alginate, carboxymethyl cellulose.

Полученную загущенную питательную среду распределяют по поверхности соединительного слоя мембраны, состоящей из двух слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину и соединительного слоя, выполненного из пористого полимера.The resulting thickened nutrient medium is distributed over the surface of the connecting layer of the membrane, which consists of two layers - a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerin and a connecting layer made of a porous polymer.

При этом споры или клетки липолитических микроорганизмов возможно импрегнировать в загущенную питательную среду перед или после ее распределения по поверхности соединительного слоя данной мембраны.In this case, spores or cells of lipolytic microorganisms can be impregnated into a thickened nutrient medium before or after its distribution over the surface of the connecting layer of this membrane.

Затем мембрану с распределенной по поверхности соединительного слоя загущенной питательной средой выдерживают в присутствии воздуха при термостатировании при температуре, подходящей для роста выбранного липолитического микроорганизма, в течение 20-200 часов. Предпочтительно проводят термостатирование при температуре, оптимальной для роста выбранного липолитического микроорганизма.Then, the membrane with the thickened nutrient medium distributed over the surface of the connecting layer is kept in the presence of air at thermostating at a temperature suitable for the growth of the selected lipolytic microorganism for 20-200 hours. Preferably, thermostating is carried out at a temperature optimal for the growth of the selected lipolytic microorganism.

Таким образом, достигают равномерного зарастания поверхности исходной мембраны липолитическим микроорганизмом с получением каталитически активной мембраны, состоящей из трех слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом.Thus, the surface of the initial membrane is uniformly overgrown with a lipolytic microorganism to obtain a catalytically active membrane consisting of three layers — a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerin, a connecting layer made of a porous polymer, and a catalytically active a layer formed by a lipolytic microorganism.

Полученная мембрана может быть выполнена в виде пустотелого волокна (трубок) или в виде полимерной пленки.The resulting membrane can be made in the form of a hollow fiber (tubes) or in the form of a polymer film.

При этом в качестве липолитического микроорганизма возможно использовать любой микроорганизм, характеризующийся тем, что он синтезирует липазы - ферменты, катализирующие реакции гидролиза, этерификации и переэтерификации липидов, в том числе триглицеридов жирных кислот, свободных жирных кислот и их сложных эфиров. К числу таких микроорганизмов могут относиться, например, бактерии, археи и эукариоты, в том числе одноклеточные грибы (дрожжи) и мицелиальные грибы. Возможно также использование генно-модифицированных микроорганизмов. Предпочтительно в качестве липолитического микроорганизма используют мицелиальные грибы, характеризующиеся тем, что они синтезируют липазы. Наиболее предпочтительно использовать грибы вида Aspergillus niger и дрожжи вида Yarrowia lipolytica.In this case, it is possible to use any microorganism as a lipolytic microorganism, characterized in that it synthesizes lipases - enzymes that catalyze the hydrolysis, esterification and transesterification of lipids, including triglycerides of fatty acids, free fatty acids and their esters. Such microorganisms may include, for example, bacteria, archaea and eukaryotes, including unicellular fungi (yeast) and mycelial fungi. It is also possible to use genetically modified microorganisms. Preferably, mycelial fungi are used as the lipolytic microorganism, characterized in that they synthesize lipases. Most preferably, Aspergillus niger species and Yarrowia lipolytica are used.

В качестве масла возможно использовать растительные масла (например, масло подсолнечника, рапсовое масло, пальмовое масло, масло рыжика и другие), а также смеси растительных масел с животными жирами, в том числе, с высоким содержанием свободных жирных кислот.As an oil, it is possible to use vegetable oils (for example, sunflower oil, rapeseed oil, palm oil, camelina oil and others), as well as mixtures of vegetable oils with animal fats, including those with a high content of free fatty acids.

В качестве спирта возможно использовать различные низшие спирты, предпочтительно, используют метиловый и этиловый спирты.As the alcohol, it is possible to use various lower alcohols, preferably methyl and ethyl alcohols are used.

Наиболее предпочтительно (в случае использования в качестве липолитического микроорганизма грибов вида Aspergillus niger) в качестве питательной среды используют загущенную агаром среду следующего состава: дрожжевой экстракт - 6,2 г/л, соевую муку - 7,4 г/л, масло подсолнечника - 13,2 г/л, агар бактериологический - 15 г/л. Указанную среду готовят на основе водопроводной воды.Most preferably (in the case of using Aspergillus niger fungi as a lipolytic microorganism), agar-thickened medium of the following composition is used as a nutrient medium: yeast extract - 6.2 g / l, soy flour - 7.4 g / l, sunflower oil - 13 , 2 g / l, bacteriological agar - 15 g / l. The specified environment is prepared on the basis of tap water.

Далее смесь масла с низшим спиртом, предпочтительно в массовом соотношении от 3:1 до 20:1, приводят в контакт с каталитически активным слоем мембраны, образованным липолитическим микроорганизмом, а воду - с диффузионным слоем мембраны. Процесс проводят в периодическом или непрерывном режиме. При проведении указанного контактирования продукт контактирования подвергают рециркуляции с добавлением низшего спирта, предпочтительно из расчета от 1:3 до 1:20 в массовых долях по отношению к массе масла на каждый цикл рециркуляции. После проведения достаточного числа циклов рециркуляции продукт контактирования смеси масла с низшим спиртом с каталитически активным слоем мембраны подвергают упариванию для удаления непрореагировавшего спирта с получением целевого биодизельного топлива. Число циклов рециркуляции определяют исходя из суммарного расхода низшего спирта, который предпочтительно составляет от 1:2 до 1:5 по отношению к массе масла. Продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин. При этом отделенную воду возможно направлять на рециркуляцию, а глицерин использовать в качестве товарного продукта.Further, a mixture of oil with a lower alcohol, preferably in a mass ratio of 3: 1 to 20: 1, is brought into contact with the catalytically active layer of the membrane formed by the lipolytic microorganism, and water with the diffusion layer of the membrane. The process is carried out in batch or continuous mode. When carrying out the specified contacting, the contacting product is recycled with the addition of lower alcohol, preferably based on a ratio of 1: 3 to 1:20 in mass fractions relative to the mass of oil for each recirculation cycle. After a sufficient number of recycling cycles, the product of contacting the mixture of oil with a lower alcohol with a catalytically active layer of the membrane is evaporated to remove unreacted alcohol to obtain the target biodiesel fuel. The number of recirculation cycles is determined based on the total consumption of lower alcohol, which is preferably from 1: 2 to 1: 5 with respect to the weight of the oil. The product of contacting water with a diffusion layer is separated into water and glycerin. In this case, the separated water can be sent for recycling, and glycerin can be used as a commercial product.

Реализацию описываемого способа возможно осуществлять с использованием любых известных аппаратов, предпочтительно реакторов, например, мембранных реакторов.The implementation of the described method can be carried out using any known apparatus, preferably reactors, for example, membrane reactors.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие описываемый способ, но не ограничивающие его.Below are examples illustrating the described method, but not limiting it.

Пример 1.Example 1

Предварительно готовят питательную среду следующего состава: дрожжевой экстракт - 6,2 г, соевая мука - 7,4 г, масло подсолнечника - 13,2 г, агар бактериологический - 15 г; водопроводная вода - до объема 1 л. Растворяют агар бактериологический при постоянном нагреве и перемешивании, затем среду в стеклянном сосуде помещают в автоклав и стерилизуют при избыточном давлении. После окончания стерилизации охлаждают жидкую среду до температуры 50-60°С. Затем в стерильных условиях полученную загущенную питательную среду распределяют по поверхности соединительного слоя мембраны, состоящей из двух слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину - ацетата целлюлозы и соединительного слоя, выполненного из пористого полимера - полипропилена и выдерживают при комнатной температуре до затвердевания.Nutrient medium of the following composition is preliminarily prepared: yeast extract - 6.2 g, soy flour - 7.4 g, sunflower oil - 13.2 g, bacteriological agar - 15 g; tap water - up to a volume of 1 liter. Bacteriological agar is dissolved with constant heating and stirring, then the medium in a glass vessel is placed in an autoclave and sterilized under excessive pressure. After sterilization is complete, the liquid medium is cooled to a temperature of 50-60 ° C. Then, under sterile conditions, the obtained thickened nutrient medium is distributed over the surface of the connecting layer of the membrane, which consists of two layers - a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerin - cellulose acetate and a connecting layer made of a porous polymer - polypropylene and incubated at room temperature until solidified.

Полученную мембрану помещают в мембранный биореактор. Объемы биореактора со стороны соединительного слоя мембраны с затвердевшей загущенной питательной средой и со стороны диффузионного слоя заполняют стерилизованной водопроводной водой. Объем биореактора со стороны соединительного слоя засевают спорами гриба Aspergillus niger, туда же подают воздух и термостатируют в течение 20 часов при температуре 30°С. Во время термостатирования мицелий гриба равномерно покрывает мембрану, образуя каталитически активный слой.The resulting membrane is placed in a membrane bioreactor. The volumes of the bioreactor from the side of the connecting layer of the membrane with the hardened thickened nutrient medium and from the side of the diffusion layer are filled with sterilized tap water. The volume of the bioreactor from the side of the connecting layer is inoculated with Aspergillus niger spores, air is supplied there and thermostated for 20 hours at a temperature of 30 ° C. During thermostating, the mycelium of the fungus uniformly covers the membrane, forming a catalytically active layer.

Таким образом, после проведения термостатирования получают каталитически активную мембрану, состоящую из трех слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину - ацетата целлюлозы, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера полипропилена, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом - грибом Aspergillus niger.Thus, after thermostating, a catalytically active membrane is obtained, which consists of three layers - a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerin - cellulose acetate, a connecting layer made of a porous polypropylene polymer, and a catalytically active layer, formed by a lipolytic microorganism - Aspergillus niger fungus.

Затем смесь масла с низшим спиртом приводят в контакт с каталитически активным слоем полученной мембраны, а воду - с диффузионным слоем данной мембраны следующим образом.Then the mixture of oil with lower alcohol is brought into contact with the catalytically active layer of the obtained membrane, and water with the diffusion layer of this membrane as follows.

В реакционный объем биореактора (со стороны каталитически активного слоя мембраны) подают смесь рапсового масла и метанола, взятых в массовом соотношении 10:1. В объем биореактора со стороны диффузионного слоя подают дистиллированную воду и одновременно отводят из него воду, обогащенную глицерином.A mixture of rapeseed oil and methanol taken in a mass ratio of 10: 1 is fed into the reaction volume of the bioreactor (from the catalytically active layer of the membrane). Distilled water is supplied to the volume of the bioreactor from the side of the diffusion layer and at the same time water enriched in glycerin is removed from it.

Процесс переэтерификации ведут при температуре 20-22°С при рециркуляции смеси внутри реакционного объема. Рециркуляцию смеси проводят с добавлением метанола из расчета 1:10 в массовых долях по отношению к массе масла на каждый цикл рециркуляции до достижения суммарного расхода метанола, равного 1:3 по отношению к массе масла. После окончания процесса переэтерификации продукт контактирования указанной смеси с каталитически активным слоем мембраны замещают на новую порцию смеси масла и спирта и повторяют процесс.The transesterification process is carried out at a temperature of 20-22 ° C during the recirculation of the mixture inside the reaction volume. Recirculation of the mixture is carried out with the addition of methanol at a rate of 1:10 in mass fractions with respect to the mass of oil for each recirculation cycle until a total methanol consumption of 1: 3 with respect to the mass of oil is reached. After the end of the transesterification process, the product of contacting the mixture with the catalytically active layer of the membrane is replaced with a new portion of the mixture of oil and alcohol and the process is repeated.

Продукт контактирования смеси с каталитически активным слоем мембраны подвергают упариванию, а именно, нагреванию под вакуумом для удаления непрореагировавшего спирта. Полученный после упаривания продукт представляет собой биодизельное топливо. Продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин. При этом отделенную воду возможно направлять на рециркуляцию, а глицерин использовать в качестве товарного продукта.The product of contacting the mixture with a catalytically active layer of the membrane is subjected to evaporation, namely, heating under vacuum to remove unreacted alcohol. The product obtained after evaporation is biodiesel. The product of contacting water with a diffusion layer is separated into water and glycerin. In this case, the separated water can be sent for recycling, and glycerin can be used as a commercial product.

Выход биодизельного топлива составляет 68% от массы исходного рапсового масла.The yield of biodiesel is 68% of the weight of the original rapeseed oil.

Пример 2.Example 2

Предварительно готовят питательную среду состава по примеру 1. Растворяют агар бактериологический при постоянном нагреве и перемешивании, затем среду в стеклянном сосуде помещают в автоклав и стерилизуют при избыточном давлении. После окончания стерилизации охлаждают питательную среду до температуры 50-60°С и вносят в нее при перемешивании споры гриба Aspergillus niger. Затем в стерильных условиях полученную загущенную питательную среду равномерно распределяют по поверхности мембраны, состоящей из диффузионного слоя (поликарбонат) и соединительного слоя (полиэтилен), со стороны соединительного слоя и выдерживают при комнатной температуре до затвердевания. Полученную мембрану помещают в мембранный биореактор. Объемы биореактора со стороны питательного слоя и со стороны диффузионного слоя заполняют стерилизованной водопроводной водой. В объем биореактора со стороны питательного слоя подают воздух и термостатируют в течение 50 часов при температуре 25°С. Во время термостатирования мицелий гриба равномерно покрывает мембрану, образуя каталитически активный слой.The nutrient medium of the composition of Example 1 is preliminarily prepared. The bacteriological agar is dissolved with constant heating and stirring, then the medium in a glass vessel is placed in an autoclave and sterilized under excessive pressure. After sterilization is completed, the nutrient medium is cooled to a temperature of 50-60 ° C and spores of Aspergillus niger fungus are introduced into it with stirring. Then, under sterile conditions, the obtained thickened nutrient medium is evenly distributed over the surface of the membrane, consisting of a diffusion layer (polycarbonate) and a connecting layer (polyethylene), from the side of the connecting layer and kept at room temperature until solidified. The resulting membrane is placed in a membrane bioreactor. The volumes of the bioreactor from the side of the nutrient layer and from the diffusion layer are filled with sterilized tap water. Air is fed into the bioreactor volume from the nutrient layer and thermostated for 50 hours at a temperature of 25 ° C. During thermostating, the mycelium of the fungus uniformly covers the membrane, forming a catalytically active layer.

Таким образом, после проведения термостатирования получают каталитически активную мембрану, состоящую из трех слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину - поликарбоната, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера - полиэтилена, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом - грибом Aspergillus niger.Thus, after temperature control, a catalytically active membrane is obtained, which consists of three layers - a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerol - polycarbonate, a connecting layer made of a porous polymer - polyethylene, and a catalytically active layer, formed by a lipolytic microorganism - Aspergillus niger fungus.

Затем смесь масла с низшим спиртом приводят в контакт с каталитически активным слоем полученной мембраны, а воду - с диффузионным слоем данной мембраны следующим образом.Then the mixture of oil with lower alcohol is brought into contact with the catalytically active layer of the obtained membrane, and water with the diffusion layer of this membrane as follows.

В реакционный объем биореактора (со стороны каталитически активного слоя мембраны) подают смесь масла подсолнечника и этанола, взятых в массовом соотношении 5:1. В объем биореактора со стороны диффузионного слоя подают дистиллированную воду и одновременно отводят из него воду, обогащенную глицерином.A mixture of sunflower oil and ethanol taken in a mass ratio of 5: 1 is fed into the reaction volume of the bioreactor (from the catalytically active layer of the membrane). Distilled water is supplied to the volume of the bioreactor from the side of the diffusion layer and at the same time water enriched in glycerin is removed from it.

Процесс переэтерификации ведут в непрерывном режиме при температуре 20-22°С, при рециркуляции смеси в реакционном объеме с добавлением этанола из расчета 1:5 в массовых долях по отношению к массе масла на каждый цикл рециркуляции. При этом рециркуляцию проводят до достижения суммарного расхода этанола, равного 1:2 по отношению к массе масла. После окончания процесса переэтерификации продукт контактирования указанной смеси с каталитически активным слоем мембраны замещают на новую порцию смеси масла и спирта и повторяют процесс.The transesterification process is carried out continuously at a temperature of 20-22 ° C, while recirculating the mixture in the reaction volume with the addition of ethanol at a ratio of 1: 5 in mass fractions relative to the mass of oil for each recirculation cycle. In this case, recirculation is carried out until a total ethanol consumption of 1: 2 with respect to the weight of the oil is achieved. After the end of the transesterification process, the product of contacting the mixture with the catalytically active layer of the membrane is replaced with a new portion of the mixture of oil and alcohol and the process is repeated.

Продукт контактирования смеси с каталитически активным слоем мембраны подвергают упариванию, а именно, нагреванию под вакуумом для удаления непрореагировавшего спирта. Полученный после упаривания продукт представляет собой биодизельное топливо. Продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин. При этом отделенную воду возможно направлять на рециркуляцию, а глицерин использовать в качестве товарного продукта.The product of contacting the mixture with a catalytically active layer of the membrane is subjected to evaporation, namely, heating under vacuum to remove unreacted alcohol. The product obtained after evaporation is biodiesel. The product of contacting water with a diffusion layer is separated into water and glycerin. In this case, the separated water can be sent for recycling, and glycerin can be used as a commercial product.

Выход биодизельного топлива составляет 66% от массы исходного масла подсолнечника.The yield of biodiesel is 66% of the mass of the original sunflower oil.

Пример 3Example 3

Предварительно готовят питательную среду состава по примеру 1. Растворяют агар бактериологический при постоянном нагреве и перемешивании, затем среду в стеклянном сосуде помещают в автоклав и стерилизуют при избыточном давлении. После окончания стерилизации охлаждают жидкую среду до температуры 50-60°С. Затем в стерильных условиях питательную среду равномерно распределяют по поверхности соединительного слоя мембраны, состоящей из диффузионного слоя (ацетат целлюлозы) и соединительного слоя (полипропилен) и формованной в виде трубки таким образом, что диффузионный слой образует внутреннюю поверхность трубки, а соединительный слой - внешнюю поверхность трубки, и выдерживают при комнатной температуре до затвердевания. Полученную мембрану в виде трубки, помещают в мембранный биореактор. Внешний по отношению к мембранным трубкам объем биореактора, а также внутренний объем мембранных трубок заполняют стерилизованной водопроводной водой. Внешний объем биореактора засевают спорами гриба Aspergillus niger, туда же подают воздух и термостатируют в течение 96 часов при температуре 25°С. Во время термостатирования мицелий гриба равномерно покрывает поверхность соединительного слоя мембраны, образуя каталитически активный слой.The nutrient medium of the composition of Example 1 is preliminarily prepared. The bacteriological agar is dissolved with constant heating and stirring, then the medium in a glass vessel is placed in an autoclave and sterilized under excessive pressure. After sterilization is complete, the liquid medium is cooled to a temperature of 50-60 ° C. Then, under sterile conditions, the nutrient medium is evenly distributed over the surface of the connecting layer of the membrane, which consists of a diffusion layer (cellulose acetate) and a connecting layer (polypropylene) and molded in the form of a tube so that the diffusion layer forms the inner surface of the tube, and the connecting layer forms the outer surface tube, and incubated at room temperature until solidified. The resulting membrane in the form of a tube is placed in a membrane bioreactor. The volume of the bioreactor external to the membrane tubes, as well as the internal volume of the membrane tubes, is filled with sterilized tap water. The external volume of the bioreactor is seeded with Aspergillus niger spores, air is also fed there and thermostated for 96 hours at 25 ° C. During thermostating, the mycelium of the fungus uniformly covers the surface of the connecting layer of the membrane, forming a catalytically active layer.

Таким образом, после проведения термостатирования получают каталитически активную мембрану, состоящую из трех слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину - поликарбоната, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера - полиэтилена, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом - грибом Aspergillus niger.Thus, after temperature control, a catalytically active membrane is obtained, which consists of three layers - a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerol - polycarbonate, a connecting layer made of a porous polymer - polyethylene, and a catalytically active layer, formed by a lipolytic microorganism - Aspergillus niger fungus.

Затем смесь масла с низшим спиртом приводят в контакт с каталитически активным слоем полученной мембраны, а воду - с диффузионным слоем данной мембраны следующим образом.Then the mixture of oil with lower alcohol is brought into contact with the catalytically active layer of the obtained membrane, and water with the diffusion layer of this membrane as follows.

В реакционный объем биореактора (со стороны каталитически активного слоя мембраны) подают смесь масла рыжика и этанола, взятых в массовом соотношении 15:1.A mixture of camelina and ethanol oil, taken in a mass ratio of 15: 1, is fed into the reaction volume of the bioreactor (from the catalytically active layer of the membrane).

Процесс переэтерификации ведут при температуре 20-22°С при рециркуляции указанной смеси, проводимой с добавлением этанола из расчета 1:15 в массовых долях по отношению к массе масла на каждый цикл рециркуляции. При этом рециркуляцию проводят до достижения суммарного расхода этанола, равного 1:2 по отношению к массе масла. Во внутренний объем мембранных трубок непрерывно подают дистиллированную воду и одновременно отводят воду, обогащенную глицерином.The transesterification process is carried out at a temperature of 20-22 ° C during the recirculation of the specified mixture, carried out with the addition of ethanol at a rate of 1:15 in mass fractions relative to the mass of oil for each recirculation cycle. In this case, recirculation is carried out until a total ethanol consumption of 1: 2 with respect to the weight of the oil is achieved. Distilled water is continuously supplied into the inner volume of the membrane tubes and at the same time water enriched in glycerin is taken off.

После окончания процесса переэтерификации прореагировавшую массу в объеме биореактора замещают на новую порцию смеси масла и спирта и повторяют процесс.After the end of the transesterification process, the reacted mass in the volume of the bioreactor is replaced with a new portion of the mixture of oil and alcohol and the process is repeated.

Продукт контактирования смеси с каталитически активным слоем мембраны подвергают упариванию, а именно, нагреванию под вакуумом для удаления непрореагировавшего спирта. Полученный после упаривания продукт представляет собой биодизельное топливо. Продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин. При этом отделенную воду возможно направлять на рециркуляцию, а глицерин использовать в качестве товарного продукта.The product of contacting the mixture with a catalytically active layer of the membrane is subjected to evaporation, namely, heating under vacuum to remove unreacted alcohol. The product obtained after evaporation is biodiesel. The product of contacting water with a diffusion layer is separated into water and glycerin. In this case, the separated water can be sent for recycling, and glycerin can be used as a commercial product.

Выход биодизельного топлива составляет 62% от массы исходного масла рыжика.The yield of biodiesel fuel is 62% of the mass of the original oil of camelina.

Пример 4.Example 4

Предварительно готовят питательную среду состава по примеру 1. Растворяют агар бактериологический при постоянном нагреве и перемешивании, затем среду в стеклянном сосуде помещают в автоклав и стерилизуют при избыточном давлении. После окончания стерилизации охлаждают жидкую среду до температуры 30-40°С и вносят в нее при перемешивании клетки дрожжей Yarrowia lipolytica. Затем в стерильных условиях питательную среду равномерно распределяют по поверхности соединительного слоя мембраны, состоящей из диффузионного слоя (политетрафторэтилен) и соединительного слоя (волокнистый политетрафторэтилен) и формованной в виде трубки таким образом, что диффузионный слой образует внутреннюю поверхность трубки, а соединительный слой - внешнюю поверхность трубки, и выдерживают при комнатной температуре до затвердевания. Полученную мембрану в виде трубки помещают в мембранный биореактор. Внешний по отношению к мембранным трубкам объем биореактора, а также внутренний объем мембранных трубок заполняют стерилизованной водопроводной водой. Во внешний объем биореактора подают воздух и термостатируют в течение 150 часов при температуре 30°С. Во время термостатирования дрожжи равномерно покрывают поверхность соединительного слоя мембраны, образуя каталитически активный слой.The nutrient medium of the composition of Example 1 is preliminarily prepared. The bacteriological agar is dissolved with constant heating and stirring, then the medium in a glass vessel is placed in an autoclave and sterilized under excessive pressure. After sterilization is complete, the liquid medium is cooled to a temperature of 30-40 ° C and the Yarrowia lipolytica yeast cells are introduced into it with stirring. Then, under sterile conditions, the nutrient medium is evenly distributed over the surface of the connecting layer of the membrane, which consists of a diffusion layer (polytetrafluoroethylene) and a connecting layer (fibrous polytetrafluoroethylene) and molded in the form of a tube so that the diffusion layer forms the inner surface of the tube, and the connecting layer forms the outer surface tube, and incubated at room temperature until solidified. The obtained membrane in the form of a tube is placed in a membrane bioreactor. The volume of the bioreactor external to the membrane tubes, as well as the internal volume of the membrane tubes, is filled with sterilized tap water. Air is supplied to the external volume of the bioreactor and thermostated for 150 hours at a temperature of 30 ° C. During temperature control, the yeast evenly covers the surface of the connecting layer of the membrane, forming a catalytically active layer.

Таким образом, после проведения термостатирования получают каталитически активную мембрану, состоящую из трех слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину - поликарбоната, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера - полиэтилена, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом - клетками дрожжей Yarrowia lipolytica.Thus, after temperature control, a catalytically active membrane is obtained, which consists of three layers - a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerol - polycarbonate, a connecting layer made of a porous polymer - polyethylene, and a catalytically active layer, formed by a lipolytic microorganism - Yarrowia lipolytica yeast cells.

Затем смесь масла с низшим спиртом приводят в контакт с каталитически активным слоем полученной трехслойной мембраны, а воду - с диффузионным слоем данной мембраны следующим образом.Then the mixture of oil with lower alcohol is brought into contact with the catalytically active layer of the obtained three-layer membrane, and water with the diffusion layer of this membrane as follows.

В реакционный объем биореактора (со стороны каталитически активного слоя мембраны) подают смесь масла рыжика и метанола, взятых в массовом соотношении 5:1.In the reaction volume of the bioreactor (from the catalytically active layer of the membrane) serves a mixture of camelina oil and methanol, taken in a mass ratio of 5: 1.

Процесс переэтерификации ведут в непрерывном режиме при температуре 30-32°С при рециркуляции указанной смеси с добавлением метанола из расчета 1:5 в массовых долях по отношению к массе масла на каждый цикл рециркуляции. Рециркуляцию проводят до достижения суммарного расхода метанола, равного 1:3 по отношению к массе масла. Во внутренний объем мембранных трубок непрерывно подают дистиллированную воду и одновременно отводят воду, обогащенную глицерином.The transesterification process is carried out continuously at a temperature of 30-32 ° C during the recirculation of the mixture with the addition of methanol at a ratio of 1: 5 in mass fractions relative to the mass of oil for each recirculation cycle. Recirculation is carried out until a total methanol consumption of 1: 3 with respect to the weight of the oil is reached. Distilled water is continuously supplied into the inner volume of the membrane tubes and at the same time water enriched in glycerin is taken off.

После окончания процесса переэтерификации продукт контактирования замещают на новую порцию смеси масла и спирта и повторяют процесс.After the end of the transesterification process, the contact product is replaced with a new portion of a mixture of oil and alcohol and the process is repeated.

Продукт контактирования смеси с каталитически активным слоем мембраны подвергают упариванию, а именно, нагреванию под вакуумом для удаления непрореагировавшего спирта. Полученный после упаривания продукт представляет собой биодизельное топливо. Продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин. При этом отделенную воду возможно направлять на рециркуляцию, а глицерин использовать в качестве товарного продукта.The product of contacting the mixture with a catalytically active layer of the membrane is subjected to evaporation, namely, heating under vacuum to remove unreacted alcohol. The product obtained after evaporation is biodiesel. The product of contacting water with a diffusion layer is separated into water and glycerin. In this case, the separated water can be sent for recycling, and glycerin can be used as a commercial product.

Выход биодизельного топлива составляет 55% от массы исходного масла рыжика.The yield of biodiesel fuel is 55% of the mass of the original oil of camelina.

Пример 5.Example 5

Предварительно готовят питательную среду состава по примеру 1. Растворяют агар бактериологический при постоянном нагреве и перемешивании, затем среду в стеклянном сосуде помещают в автоклав и стерилизуют при избыточном давлении. После окончания стерилизации охлаждают жидкую среду до температуры 50-60°С. Затем в стерильных условиях питательную среду равномерно распределяют по поверхности соединительного слоя мембраны, состоящей из диффузионного слоя (ацетат целлюлозы) и соединительного слоя (нейлон) и формованной в виде трубки таким образом, что диффузионный слой образует внутреннюю поверхность трубки, а соединительный слой - внешнюю поверхность трубки, и выдерживают при комнатной температуре до затвердевания. Полученную мембрану в виде трубки помещают в мембранный биореактор. Внешний по отношению к мембранным трубкам объем биореактора, а также внутренний объем мембранных трубок заполняют стерилизованной водопроводной водой. Во внешний объем биореактора вносят посевную культуру дрожжей Yarrowia lipolytica, туда же подают воздух и термостатируют в течение 200 часов при температуре 30°С. Во время термостатирования дрожжи равномерно покрывают поверхность соединительного слоя мембраны, образуя каталитически активный слой.The nutrient medium of the composition of Example 1 is preliminarily prepared. The bacteriological agar is dissolved with constant heating and stirring, then the medium in a glass vessel is placed in an autoclave and sterilized under excessive pressure. After sterilization is complete, the liquid medium is cooled to a temperature of 50-60 ° C. Then, under sterile conditions, the nutrient medium is evenly distributed over the surface of the connecting layer of the membrane, consisting of a diffusion layer (cellulose acetate) and a connecting layer (nylon) and molded in the form of a tube so that the diffusion layer forms the inner surface of the tube, and the connecting layer forms the outer surface tube, and incubated at room temperature until solidified. The obtained membrane in the form of a tube is placed in a membrane bioreactor. The volume of the bioreactor external to the membrane tubes, as well as the internal volume of the membrane tubes, is filled with sterilized tap water. A seed culture of Yarrowia lipolytica yeast is introduced into the external volume of the bioreactor, air is also supplied thereto and thermostated for 200 hours at a temperature of 30 ° C. During temperature control, the yeast evenly covers the surface of the connecting layer of the membrane, forming a catalytically active layer.

Таким образом, после проведения термостатирования получают каталитически активную мембрану, состоящую из трех слоев - диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину - ацетата целлюлозы, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера - нейлона, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом - клетками дрожжей Yarrowia lipolytica.Thus, after temperature control, a catalytically active membrane is obtained, which consists of three layers — a diffusion layer made on the basis of a polymer permeable to lower alcohols and glycerol — cellulose acetate, a connecting layer made of a porous polymer — nylon, and a catalytically active layer. formed by a lipolytic microorganism - Yarrowia lipolytica yeast cells.

Затем смесь масла с низшим спиртом приводят в контакт с каталитически активным слоем полученной трехслойной мембраны, а воду - с диффузионным слоем данной мембраны следующим образом.Then the mixture of oil with lower alcohol is brought into contact with the catalytically active layer of the obtained three-layer membrane, and water with the diffusion layer of this membrane as follows.

В реакционный объем биореактора (со стороны каталитически активного слоя мембраны) подают смесь масла рыжика и этанола, взятых в массовом соотношении 20:1.In the reaction volume of the bioreactor (from the catalytically active layer of the membrane) serves a mixture of camelina oil and ethanol, taken in a mass ratio of 20: 1.

Процесс переэтерификации ведут при температуре 30-32°С, в непрерывном режиме, при рециркуляции смеси во внешнем объема биореактора с добавлением этанола из расчета 1:20 в массовых долях по отношению к массе масла на каждый цикл рециркуляции. Указанную рециркуляцию проводят до достижения суммарного расхода этанола, равного 1:2 по отношению к массе масла. Во внутренний объем мембранных трубок непрерывно подают дистиллированную воду и одновременно отводят воду, обогащенную глицерином.The transesterification process is carried out at a temperature of 30-32 ° C, in a continuous mode, when the mixture is recycled in the external volume of the bioreactor with the addition of ethanol at a rate of 1:20 in mass fractions with respect to the mass of oil for each recirculation cycle. The specified recirculation is carried out until the total ethanol consumption equal to 1: 2 in relation to the mass of oil. Distilled water is continuously supplied into the inner volume of the membrane tubes and at the same time water enriched in glycerin is taken off.

После окончания процесса переэтерификации прореагировавшую массу - продукт контактирования в объеме биореактора замещают на новую порцию смеси масла и спирта и повторяют процесс.After the end of the transesterification process, the reacted mass - the contact product in the volume of the bioreactor is replaced with a new portion of the mixture of oil and alcohol and the process is repeated.

Полученный продукт контактирования смеси с каталитически активным слоем мембраны подвергают упариванию, а именно, нагреванию под вакуумом для удаления непрореагировавшего спирта. Полученный после упаривания продукт представляет собой биодизельное топливо. Продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин. При этом отделенную воду возможно направлять на рециркуляцию, а глицерин использовать в качестве товарного продукта.The resulting product of contacting the mixture with a catalytically active layer of the membrane is subjected to evaporation, namely, heating under vacuum to remove unreacted alcohol. The product obtained after evaporation is biodiesel. The product of contacting water with a diffusion layer is separated into water and glycerin. In this case, the separated water can be sent for recycling, and glycerin can be used as a commercial product.

Выход биодизельного топлива составляет 70% от массы исходного масла рыжика.The yield of biodiesel fuel is 70% of the mass of the original oil of camelina.

Проведение способа получения биодизельного топлива с использованием иных липолитических микроорганизмов, иного исходного сырья приводит к аналогичным результатам.A method for producing biodiesel using other lipolytic microorganisms, other feedstock leads to similar results.

Таким образом, способ согласно изобретению позволяет упростить процесс получения биодизельного топлива и позволяет снизить затраты на его производство за счет исключения использования дорогостоящих препаратов очищенных липолитических ферментов при высоком выходе целевого продукта.Thus, the method according to the invention allows to simplify the process of producing biodiesel and reduces the cost of its production by eliminating the use of expensive preparations of purified lipolytic enzymes with a high yield of the target product.

Claims (1)

Способ получения биодизельного топлива, заключающийся в том, что смешивают масло с низшим спиртом с получением смеси, затем проводят процесс переэтерификации с использованием воды и каталитически активной мембраны, состоящей из диффузионного слоя, выполненного на базе полимера, проницаемого по отношению к низшим спиртам и глицерину, соединительного слоя, выполненного из пористого полимера, и каталитически активного слоя, образованного липолитическим микроорганизмом, при этом пористый полимер выбран из тканых или нетканых материалов из волокон полиэтилена, полипропилена, политетрафторэтилена, полиамида, при этом указанную смесь приводят в контакт с каталитически активным слоем мембраны, а воду - с диффузионным слоем мембраны, после чего продукт контактирования указанной смеси с каталитически активным слоем подвергают упариванию для удаления непрореагировавшего спирта с получением целевого биодизельного топлива, а продукт контактирования воды с диффузионным слоем разделяют на воду и глицерин.The method of producing biodiesel fuel, which consists in mixing oil with lower alcohol to obtain a mixture, and then transesterifying using water and a catalytically active membrane consisting of a diffusion layer based on a polymer permeable to lower alcohols and glycerol, a connecting layer made of a porous polymer and a catalytically active layer formed by a lipolytic microorganism, the porous polymer selected from woven or non-woven materials h fibers of polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyamide, while the specified mixture is brought into contact with the catalytically active layer of the membrane, and water with the diffusion layer of the membrane, after which the product of contacting the specified mixture with the catalytically active layer is subjected to evaporation to remove unreacted alcohol to obtain the target alcohol biodiesel, and the product of contacting water with a diffusion layer is divided into water and glycerin.
RU2016152705A 2016-12-30 2016-12-30 Method for obtaining biodiesel fuel RU2665041C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016152705A RU2665041C2 (en) 2016-12-30 2016-12-30 Method for obtaining biodiesel fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016152705A RU2665041C2 (en) 2016-12-30 2016-12-30 Method for obtaining biodiesel fuel

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016152705A RU2016152705A (en) 2018-07-03
RU2016152705A3 RU2016152705A3 (en) 2018-07-03
RU2665041C2 true RU2665041C2 (en) 2018-08-27

Family

ID=62813881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016152705A RU2665041C2 (en) 2016-12-30 2016-12-30 Method for obtaining biodiesel fuel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2665041C2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060014974A1 (en) * 2004-07-12 2006-01-19 Laurent Bournay Process for producing fatty acid alkyl esters and glycerol of high-purity
CN101235351A (en) * 2008-02-27 2008-08-06 浙江大学 A kind of immobilized enzyme membrane reactor and its preparation and the method for producing biodiesel with it
CN101255347A (en) * 2008-04-03 2008-09-03 浙江大学 Method for preparing biodiesel by immobilized lipase-permeable membrane bioreactor
CN101265413A (en) * 2008-03-27 2008-09-17 浙江大学 Method for preparing biodiesel by immobilized lipase-porous membrane bioreactor
DE102007019379A1 (en) * 2007-04-23 2008-10-30 Bayer Technology Services Gmbh Process for the purification of product mixtures from transesterification reactions
WO2010005391A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Agency For Science, Technology And Research Biodiesel production via enzymatic hydrolysis followed by chemical/enzymatic esterification
RU2573929C9 (en) * 2011-08-31 2016-06-10 Транс Био-Дизель Лтд. Methods for enzymatic interesterification/esterification, in which lipases, immobilised on hydrophobic resins, are used in presence of water solutions

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060014974A1 (en) * 2004-07-12 2006-01-19 Laurent Bournay Process for producing fatty acid alkyl esters and glycerol of high-purity
DE102007019379A1 (en) * 2007-04-23 2008-10-30 Bayer Technology Services Gmbh Process for the purification of product mixtures from transesterification reactions
CN101235351A (en) * 2008-02-27 2008-08-06 浙江大学 A kind of immobilized enzyme membrane reactor and its preparation and the method for producing biodiesel with it
CN101265413A (en) * 2008-03-27 2008-09-17 浙江大学 Method for preparing biodiesel by immobilized lipase-porous membrane bioreactor
CN101255347A (en) * 2008-04-03 2008-09-03 浙江大学 Method for preparing biodiesel by immobilized lipase-permeable membrane bioreactor
WO2010005391A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Agency For Science, Technology And Research Biodiesel production via enzymatic hydrolysis followed by chemical/enzymatic esterification
RU2573929C9 (en) * 2011-08-31 2016-06-10 Транс Био-Дизель Лтд. Methods for enzymatic interesterification/esterification, in which lipases, immobilised on hydrophobic resins, are used in presence of water solutions

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N.R. Almyasheva et al. Methanolysis of sunflower oil using immobilized fungal cells as biocatalyst. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, vol.50, no.6, 2015,p.449-542. *
Альмяшева Н.Р., Копицын Д.С, Жигалова Л.В. Получение биодизельного топлива с использованием клеток грибов в качестве катализаторов. Материалы Международного молодежного научного форума "ЛОМОНОСОВ-2015", М., МАКС Пресс, 2015. *
Альмяшева Н.Р., Копицын Д.С, Жигалова Л.В. Получение биодизельного топлива с использованием клеток грибов в качестве катализаторов. Материалы Международного молодежного научного форума "ЛОМОНОСОВ-2015", М., МАКС Пресс, 2015. Шарипова Д.А. и др. Базидиальные грибы-перспективные продуценты липидного сырья для производства биодизельного топлива. Материалы Международного молодежного научного форума "ЛОМОНОСОВ-2015", М., МАКС Пресс, 2015. *
Шарипова Д.А. и др. Базидиальные грибы-перспективные продуценты липидного сырья для производства биодизельного топлива. Материалы Международного молодежного научного форума "ЛОМОНОСОВ-2015", М., МАКС Пресс, 2015. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016152705A (en) 2018-07-03
RU2016152705A3 (en) 2018-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tan et al. Biodiesel production with immobilized lipase: a review
Bharathiraja et al. Biodiesel production using chemical and biological methods–A review of process, catalyst, acyl acceptor, source and process variables
Gog et al. Biodiesel production using enzymatic transesterification–current state and perspectives
Kabbashi et al. Hydrolysis of Jatropha curcas oil for biodiesel synthesis using immobilized Candida cylindracea lipase
US5024942A (en) Biochemical process for reacting hydrophobic and hydrophilic substrates and apparatus therefor
NO338330B1 (en) Process for the preparation of 1,3-propanediol from glycerol, a by-product of biodiesel production
US9879291B2 (en) Continuous production of biodiesel fuel by enzymatic method
CN1276962C (en) Process for coupling producing bioloigical diesel oil and 1,3-propylene glycol
CN101255348B (en) Method for preparing biodiesel by immobilized lipase-permeable alcohol membrane bioreactor
Vijayalakshmi et al. Microalgae-based biofuel production using low-cost nanobiocatalysts
Sundaramahalingam et al. An encapsulated report on enzyme-assisted transesterification with an allusion to lipase
CN105462692A (en) Biodiesel preparation method
Ondul et al. Biocatalytic production of biodiesel from vegetable oils
KR101244469B1 (en) Method and Device for Producing Bio-Diesel and Fermentation Material by Culturing Microalgae
RU2665041C2 (en) Method for obtaining biodiesel fuel
CN105950674A (en) Method for improving quality of biodiesel
Fujii et al. Effect of volume ratio of cellulose carriers and time interval of repeated batch culture on citric acid productivity by immobilized Aspergillus niger
Soumanou et al. Lipase‐catalysed biodiesel production from Jatropha curcas oil
Shafei et al. Production and immobilization of partially purified lipase from Penicillium chrysogenum
Roy et al. Liquid fuels production from algal biomass
CN101265413B (en) Method for preparing biological diesel oil from immobilized lipase-porous membrane biological reactor
Osmolovskiy et al. Solid-state and membrane-surface liquid cultures of micromycetes: Specific features of their development and enzyme production (a Review)
Samoylova et al. Use of Microalgae Biomass to Synthesize Marketable Products: 4. Production of Biofuels from Microalgae Using Bioengineering Approaches
Posada et al. Biodiesel production: biotechnological approach
CN100480362C (en) Process for preparing biological diesel oil by using grease as raw material