Etude des paramètres physico-chimiques du biodiesel obtenu par transestérification en utilisant les noyaux des dattes comme catalyseur

Abstract

Le biodiesel est un biocarburant qui peut substituer le diesel d'origine fossile, il peut être obtenu par la réaction de transetérification des huiles végétales ou des graisses animales, durant le processus industriel de production du biodiesel on utilise généralement des catalyseurs chimiques (dangereux pour l'environnement) pour accélérer la réaction de transestérification. Dans notre travail nous avons synthétisé un nouveau catalyseur vert issu des noyaux de datte dans le but de remplacer le catalyseur chimique et de diminuer ainsi, les effets négatifs de ce dernier sur l'environnement. Aussi, et dans le but d'améliorer le processus de production de biodiesel nous avons réalisé un nouveau réacteur oscillant à l'échelle de laboratoire. Le catalyseur produit a été caractérisé par plusieurs méthodes physiques tel que BET, XRF, MEB, TPD-CO2 et IR. L'influence des paramètres opératoires sur le rendement de la réaction de transestérification ont été étudié à savoir; la température de calcination du catalyseur, la température de la réaction, la concentration du catalyseur, le rapport molaire méthanol/huile, le temps de la réaction et la teneur en acides gras libres. Concernant le réacteur réalisé, nous avons étudié l'effet de la vitesse d'agitation sur le rendement en biodiesel de ce réacteur en comparant les résultats de celui-ci avec le réacteur classique STR. L'efficacité du réacteur inventé a été comparée au système conventionnel en utilisant deux types de catalyseurs (un catalyseur homogène et le catalyseur vert hétérogène développé dans la présente étude). Les résultats de ce travail ont révélé que le catalyseur synthétisé à partir des noyaux des dattes a présenté une activité catalytique importante dans la transestérification de l'huile de tournesol. L'utilisation de ce produit peut réduire le coût de production de biodiesel car il peut être préparé par simple calcination (à 800°C) de substrat local et abondant (noyaux des dattes). Les conditions optimales de la réaction de transetérification sont; le rapport molaire méthanol/huile 9/1, la température de réaction de 60°C, le temps de réaction 2 heure avec une concentration du catalyseur de 5 %. Dans ces conditions, le rendement en biodiesel a atteint 96,6 %. De plus, l'effet négatif des acides gras libres sur la production de biodiesel peut être réduit en augmentant la concentration du catalyseur qui conduit à l'augmentation de la surface active de ce dernier. Concernant le réacteur oscillant, un rendement élevé en biodiesel a été obtenu pour une faible vitesse d'agitation avec le réacteur IOR (93% et 93,5%) par rapport au réacteur STR classique (90,10% et 92,7%) et cela en présence respectivement de catalyseur hétérogène et homogène. Dans le cas de vitesses d'agitation plus élevées, le rendement en biodiesel atteint par le système conventionnel est légèrement supérieur à celui du réacteur oscillant lors de l'utilisation du catalyseur hétérogène (94,42% contre 96%), alors que l'inverse a été observé lors de l'utilisation de catalyseur homogène (95% contre 94,42%).

Biodiesel is a fuel that can replace diesel of fossil origin; it can be obtained by the transeterification reaction of vegetable oils or animal fats. During the industrial process of biodiesel production, chemical catalysts (dangerous for the environment) are generally used to accelerate the transesterification reaction. In the present work we have synthesized a new green catalyst from date seed in order to substitute the chemical catalyst and thus reduce the negative effects of the latter on the environment. Also, and with the aim of improving the biodiesel production process, we have realized a new oscillating reactor on the laboratory scale. The catalyst produced was characterized by several physical methods such as BET, XRF, SEM, TPD-CO2 and IR. The influence of the operating parameters on the yield of the transesterification reaction have been studied namely; catalyst calcination temperature, reaction temperature, catalyst concentration, methanol/oil molar ratio, reaction time and free fatty acid content. About the oscillating reactor, we have studied the effect of stirring speed on the biodiesel yield using an innovative oscillating reactor compared to the conventional STR reactor was tested. The efficiency of the invented reactor was compared to the conventional system using two types of catalysts (a homogeneous catalyst and the heterogeneous green catalyst developed in the present study). The operating parameters influencing the transesterification reaction were fixed according to the optimum results of the first experiment. The operating parameters influencing the transesterification reaction were fixed according to the optimum results of the first experiment. The results of this work revealed that the catalyst synthesized from date seeds exhibited significant catalytic activity in the transesterification of sunflower oil. The use of this product can reduce the cost of biodiesel production because it can be prepared by simple calcination of date seeds at 800°C for 2 hours. The optimum conditions for the transeterification reaction are; methanol/oil molar ratio 9/1, reaction temperature 60°C, reaction time 2 hours with catalyst concentration 5%. Under these conditions, the biodiesel yield reached 96.6%. Moreover, the negative effect of Free Fatty Acid on the production of biodiesel can be reduced by increasing the concentration of the catalyst which leads to the increase of the active surface of the latter. Regarding the oscillating reactor, a high biodiesel yield was obtained for a low stirring speed with the IOR reactor (93% and 93.5%) compared to the conventional STR reactor (90.10% and 92.7%) and this in the presence respectively of heterogeneous and homogeneous catalyst. In the case of higher stirring speeds, the biodiesel yield achieved by the conventional system is slightly higher than that of the oscillating reactor when using the heterogeneous catalyst (94.42% against 96%), whereas the opposite was observed when using homogeneous catalyst (95% against 94.42%).

الديزل الحيوي هو عبارة عن وقود يمكن أن يحل محل الديزل الأحفوري ، ويمكن الحصول عليه من خلال تفاعل الأسترة التبادلية للزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية ، أثناء العملية الصناعية لإنتاج وقود الديزل الحيوي يتم استخدام بشكل عام محفزات كيميائية (خطرة على البيئة) و ذلك من أجل تسريع التفاعل. من خلال هذا العمل قمنا بتصنيع محفز أخضر جديد مشتق من نواة التمر و ذالك بهدف استخدامه كمحفز بديل للمحفز الكيميائي وبالتالي تقليل الآثار السلبية لهذا الأخير على البيئة. أيضًا ، و من أجل تحسين عملية إنتاج وقود الديزل الحيوي ، فقد قمنا بإنشاء مفاعل متذبذب جديد. على مستوى المخبر. تم إجراء تحاليل للمحفز الناتج باستخدام عدة طرق فيزيائية مثل BET و XRF و SEM و TPD-CO2 و IR. كما تمت دراسة تأثير عدة عوامل على مردود تفاعل الاسترة وهي: درجة حرارة تكليس المحفز ، درجة حرارة التفاعل ،وتركيز المحفز ،النسبة المولية للميثانول مع الزيت ، مدة التفاعل و كذا نسبة الأحماض الذهنية الحرة. فيما يخص المفاعل المتذبذب، فقد تم اختبار تأثير سرعة التحريك على مردود وقود الديزل الحيوي باستخدام المفاعل التذبذبي و مقارنته بالمفاعل التقليديSTR . تمت هذه المقارنة باستخدام نوعين من المحفزات (محفز متجانس والمحفز الأخضر غير المتجانس الذي تم تطويره في هذه الدراسة). و ذلك وفقا للنتائج المتحصل عليها في التجربة الأولى. أظهرت نتائج هذا العمل أن المحفز الذي تم إنتاجه من نوى التمر أظهر نشاطًا تحفيزيًا كبيرًا في تفاعل الأسترة التبادلية لزيت عباد الشمس.يمكن أن يقلل استخدام هذا المنتج من تكلفة إنتاج وقود الديزل الحيوي و ذلك لأن طريقة تحضيره بسيطة حيث تتم هذه العملية بتكليس نواة التمر تحت درجة حرارة 800 درجة مئوية لمدة ساعتين. الشروط المثلى لتفاعل الأسترة هي ؛ النسبة المولية للميثانول مع الزيت هي 9/1 ، درجة حرارة التفاعل 60 درجة مئوية ، زمن التفاعل ساعتان مع تركيز المحفز 5٪. في ظل هذه الظروف ، بلغ إنتاج الديزل الحيوي 96.6٪. علاوة على ذلك ، يمكن تقليل التأثير السلبي للأحماض الدهنية الحرة على إنتاج الديزل الحيوي عن طريق زيادة تركيز المحفز مما يؤدي إلى زيادة السطح النشط لهذا الأخير. فيما يتعلق بالمفاعل التذبذبي IOR ، تم الحصول على إنتاجية عالية من وقود الديزل الحيوي و ذلك من أجل سرعة رج منخفضة مقارنة بالمفاعل التقليدي, STR (93٪ و 93.5٪) IOR (90.10٪ و 92.7٪) STR وهذا في وجود المحفز المتجانس و غير المتجانس على التوالي. في حالة سرعات الرج العالية ، يكون إنتاج الديزل الحيوي الذي يحققه المفاعل التقليدي أعلى بقليل من إنتاج المفاعل التذبذبي عند استخدام المحفز غير المتجانس (94.42٪ مقابل 96٪) ، بينما لوحظ العكس عند استخدام المحفز المتجانس (95) ٪ مقابل 94.42٪).