Kasviöljyjen puhdistaminen elektrostaattisesti

Abstract

Neste Oilin NExBTL-prosessin raaka-aineen esikäsittelyssä poistetaan kasviöljyjen sisältämät haitalliset epäpuhtaudet, etenkin fosforiyhdisteet ja metallit. Puhdistus toteutetaan muodostamalla öljystä ja pienestä määrästä vettä emulsio ja lisäämällä happoa ja emästä fosfolipidien paremman vesiliukoisuuden aikaansaamiseksi. Emulsio hajotetaan, jolloin vesi ja epäpuhtaudet poistuvat öljystä. Faasien erottamiseen käytetään tällä hetkellä separaattoria. Öljyssä olevat epäpuhtaudet ja hiekanjyvät aiheuttavat kuitenkin separaattorin kulumista sekä tukkeutumista ja häiritsevät näin prosessin vakaata toimintaa.

Insinöörityön tarkoituksena oli selvittää, miten palmu- ja soijaöljyn esikäsittelyssä muodostetun emulsion hajottaminen onnistuu elektrostaattisesti sähkökenttää apuna käyttäen. Tavoitteena oli saada yleiskäsitys siitä, kuinka sähköinen erotus toimii, kun raaka-aineena on kasviöljy, ja millaisiin vesi- ja metallipitoisuuksiin elektrostaattisella erotuksella voidaan päästä.

Työn teoriaosassa käydään läpi kasviöljyjen koostumusta ja niiden sisältämiä epäpuhtauksia sekä teoriaa vesi-öljyssä emulsiosta ja sähkökentästä. Kokeellinen osuus toteutettiin laboratoriomittakaavan koelaitteistolla, jossa öljyyn asetettuihin elektrodiverkkoihin johdettiin korkea jännite. Sähkökäsittelyn jälkeen öljyn annettiin laskeutua lämpökaapissa ja siitä otettiin näytteet tasaisin väliajoin.

Koetuloksista ilmenee, että näillä koejärjestelyillä emulsio saatiin hajoamaan ja puhdistustulos fosforin ja metallien osalta oli hyvä. Nollakokeisiin verrattaessa huomattiin kuitenkin, että emulsio hajosi samassa ajassa jo pelkällä laskeutuksella. Sähkökenttä saa kuitenkin aikaan muutoksia emulsiossa, mikä nähdään jännitteen muuttumisesta kokeiden aikana. Emulsion pisarakoon tutkimisella voisi saada tarkempaa tietoa emulsion rakenteesta. Sähkökentän kyky hajottaa vahvempia, parempaan aineensiirtoon tähtääviä emulsioita, jotka eivät hajoa itsestään laskeutuksella, jää vielä tutkittavaksi.

In the pretreatment process of Neste Oil´s NExBTL production, harmful impurities in vegetable oils, especially phosphor compounds and metals, are removed. This is achieved by producing a water-in-oil emulsion and by adding acid and base, thus making the phospholipids more water-soluble. The emulsion is then separated to remove water and impurities from the oil. At the moment a separator is used for this purpose. Impurities and sand in the oil disturb stable operation of the process by causing erosion and jamming the centrifuge.

The aim of this thesis was to give a general overview on how the electrostatic separation process works when using vegetable oils as a raw material. It was also important to find out how the amount of water and metal in oil decrease by using this technology.

The composition of the vegetable oils and the impurities in them are explained in the theory part. Also the theory about water-in-oil emulsion and electric field is explained briefly. A laboratory scale installation was built to study the benefits of the electrostatic separation process in vegetable oil treatment.

The results show that the emulsion separation and the results from the purification of phosphor and metal were good. However, it was noted that the emulsion separated by itself equally fast in control tests where only settling and no electricity was used. It is clear that the electric field causes changes in the structure of the emulsion. This can be seen as a change in voltage during electrostatic separation. By investigating the emulsion drop size, more information about the structure of the emulsion could be achieved. Further research is also required to study the efficiency of electric field in the separation of stronger emulsions allowing improved mass transfer.