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Die gegenständliche Erfindung befasst sich mit der Verwendung von verschiedenartigsten gebrauchten pflanzlichen und/oder tierischen Olen bzw. Fetten, welche als Sonderabfall z. B. im Haushalt, im Gastgewerbe, in Schlachthäusern oder in Kläranlagen anfallen, zur Herstellung von Dieselkraftstoff bzw. Brennstoff. Zu diesem Zweck werden diese Fette bzw. Öle nach dem Verfahren des Stammpatentes Nr. 386222 durch Umesterung mit Alkoholen in die entsprechenden Fettsäureester umgewandelt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Ausgestaltung des Verfahrens gemäss Stammpatent Nr. 386222 auf die Verwendung von als Abfall anfallenden pflanzlichen und/oder tierischen Fetten bzw. Ölen.
Alle bisher bekannten technischen Umesterungsverfahren (z. B. in den US-PSen 2 360 844,2 383 632 und 2 283 633) zeichnen sich durch die im Stammpatent Nr. 386222 angeführten Schwierigkeiten aus und sind insbesondere bei Verwendung von Abfallfetten bzw. -ölen nur beschränkt einsetzbar, zumal für die genannten Verfahren hauptsächlich raffinierte, gereinigte Öle bzw. Fette eingesetzt werden müssen. Ausserdem ist bekannt, dass längeres Erhitzen von Fetten und Ölen, wie es z. B. beim Frittieren der Fall ist, zu einer chemischen Veränderung der Fettsäuren führen und dadurch die Umesterung beeinflussen kann. Umso überraschender ist es, dass das im Stammpatent Nr. 386222 beschriebene Verfahren auch für stark erhitzte und verunreinigte Fette und Öle einsetzbar ist.
Der breite Einsatz von Fetten und Ölen als Dieselkraftstoff steht und fällt mit dem Preis des Rohproduktes. Gerade deshalb ist die Verwendung von Abfallprodukten einerseits wirtschaftlich sehr interessant, andererseits führt eine Wiederverwertung von Abfallprodukten zu einer deutlichen Entlastung der Umwelt. So werden z. B. in Österreich pro Jahr ca. 100. 000 t Speiseöle und -fette verbraucht, ein grosser Teil dieser Produkte wird entweder im Haushalt weggeschüttet bzw. muss in gewerblichen Betrieben entsorgt werden. Gegenstand dieser Erfindung ist es, auf Basis des im Stammpatent Nr. 386222 beschriebenen Verfahrens ohne weitere Vorreinigung die als Abfall anfallenden Fette bzw. Öle in hochwertige Dieselkraftstoffe umzuwandeln.
Als Ausgangsprodukte können die in einem Haushalt anfallenden flüssigen Abfallspeiseöle eingesetzt werden, aber auch insbesondere die im Haushalt wie auch im Gastgewerbe verwendeten teilhydrierten festen Frittieröle oder auch festen tierischen Fettabfälle (Schmalz), die nach entsprechender Umesterung flüssige
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dienen, welcher ebenfalls nach der Umesterung ein flüssiges Produkt liefert. Auch die in Kläranalgen in Fettabscheidern erhaltenen Rohfette können als Rohstoff eingesetzt werden.
Zur Vorreinigung dieser Produkte ist lediglich ein Filtriervorgang durch einen groben Sieb notwendig, um grössere Verunreinigungen wie z. B. Speisereste zu entfernen. Zu diesem Zweck müssen feste Produkte wie Talg und Frittierfette zum Schmelzen auf eine Temperatur von 40-50 C gebracht werden. Die Umesterung erfolgt mit einem geeigneten einwertigen Alkohol wie Ethanol, Isopropanol, Butanol, insbesondere aber mit Methanol in Anwesenheit eines basischen Umesterungskatalysators, vorzugsweise Natrium bzw. Kaliumhydroxid.
Für feste Öle bzw. Fette erfolgt die Umesterung bei einer Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des entsprechenden Produktes liegt, bei flüssigen Produkten kann die Umesterung bei 20-25 C erfolgen. Wie schon im Stammpatent Nr. 386222 angegeben, werden stöchiometrische Mengen an Alkohol eingesetzt. Da sich gebrauchte Fette bzw. Öle durch einen höheren Anteil an freien Fettsäuren auszeichnen, der bis zu 10 % ausmachen kann, ist eine entsprechende Erhöhung der Katalysatormenge notwendig. Bei einem Fettsäuregehalt bis zu 3 % ist eine Katalysatormenge von 1, 3 bis 1, 7 Masse % notwendig, bei einem höheren Fettsäuregehalt muss die Menge dementsprechend höher liegen, um die freien Fettsäuren zu neutralisieren.
Nach erfolgter Umsetzung scheidet sich das Glycerin am Boden des Gefässes ab, wobei ein grosser Vorteil des verwendeten Verfahrens darin liegt, dass sich der Grossteil der im Ausgangsfett bzw. -öl enthaltenen Verunreinigungen inklusive der freien Fettsäuren in der Glycerinphase löst, sodass die Hauptreinigung der Fette und Öle in der Abscheidung der Glycerinphase besteht
Gerade die weitere Reinigung der Esterphase ist mit herkömmlichen wässrigen Aufarbeitungsverfahren nicht möglich, da die starke Emulsionsbildung bei Behandlung mit Wasser eine Abtrennung unmöglich macht.
Hier ist gerade die Entfernung des restlichen Katalysators mit Hilfe von Ionenaustauschern in nicht wässrigem Lösungsmittel ideal. Dabei wird der Ester vollständig von gelöstem Metallhydroxid befreit und kann ohne Trocknung und Reinigung direkt verwendet werden. Durch die Aufarbeitung der Glycerinphase und anschliessende Destillation lassen sich sowohl reines Glycerin als auch die ursprünglich vorhandenen freien Fettsäuren gewinnen.
Die auf diese Art erhaltenen Fettsäureestergemische eignen sich auf Grund ihrer Treibstoffspezifikationen hervorragend als Dieselkraftstoff. Ein aus einem Gemisch aus gebrauchten Haushaltsa 1md Frittierfett gewonnener Methylester wurde auch hinsichtlich seiner Emissionen in einem Diesel-PKW am Rollenprüfstand getestet.
Dabei zeigt sich im Vergleich zu Methylester aus frischem Pflanzenöl eine deutliche Verringerung der Partikelemissionen, was auf bessere Verbrennungseigenschaften hinweist. Diese bessere Verbrennung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass sich in gebrauchten Ölen bzw. Fetten ein höherer Sauerstoffanteil auf Grund einer erfolgten Voroxidation befindet. Ausserdem ist ein hoher Anteil an gesättigten Fettsäuren, wie er in teilhydrierten Frittierfetten bzw. im Talg vorliegt, für die Verwendung als Treibstoff ideal, da gerade das Vorliegen von Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäuren die Verkokungsgefahr im Motor erhöht.
Somit zeigt sich, dass gebrauchte Fette und Öle ideale Ausgangsprodukte für die Herstellung von Fettsäureestern als Dieselkraftstoff darstellen, wobei diese hinsichtlich der Abgasemissionen sogar Produkte aus
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raffinierten bzw. ungebrauchten Fetten und Ölen übertreffen. Die gegenständliche Erfindung wird im folgenden an Hand von zwei Beispielen näher erläutert.
Beispiel l 8. 9 kg Altspeiseöl, welches aus Haushalten bzw. dem Gastgewerbe gesammelt wurde und welches teilweise flüssige, teilweise feste Konsistenz aufweist, wird auf 400C erwärmt, grob filtriert und in einem 25 1 Kolben mit einer Lösung von 150 g Kaliumhydroxid in 1. 3 1 Methanol versetzt. Anschliessend rührt man bei 40 C 30 Minuten und lässt abkühlen. Nach 6 h Verweilzeit wird die dunkle Glycerinphase, welche den Grossteil der Verunreinigungen enthält, abgetrennt. Die leichtere, hellgelbe Esterphase wird nun über eine Säule, gefüllt mit wasserfreiem Kationenaustauscher Amberlite IR-120 (H-Form), der unter dieser Markenbezeichnung von der Fa.
Rohm und Haas Com., USA vertrieben wird, geschickt. Ausbeute : 7, 9 kg klare hellgelbe Flüssigkeit.
Beispiel 2 8. 9 kg Talg, welches als Schlachthofabfall anfällt, wird durch Erhitzen geschmolzen und bei 40 C mit einer Lösung von 170 g Kaliumhydroxid in 1. 3 l Methanol versetzt. Nach 30 minütigem Rühren wird abgekühlt und stehengelassen. Die Glycerinphase wird nach 6 Stunden abgetrennt und die Esterphase wird wie unter Beispiel 1 beschrieben über eine wasserfreie Kationenaustauschersäule geschickt. Ausbeute : 7. 4 kg klare hellgelbe Flüssigkeit.
Das nach Beispiel 1 erhaltene Methylestergemisch wurde auf seine Eignung als Dieselkraftstoff wie folgt getestet : a) 200 1 des Methylestergemisches wurden in einem Volkswagen, Type Golf Diesel, mit einem 1. 6 14Zylinder 4-Takt Motor als 100 %iger Treibstoff getestet Es konnten keinerlei Änderungen oder Störungen im täglichen Betrieb, verglichen mit reinem Dieselkraftstoff, beobachtet werden. b) Die Abgase eines mit dem Methylestergemisch nach Beispiel 1 als Kraftstoff betriebenen 2, 3 1 turbogeladenen 4-Takt-Dieselmotors mit Direkteinspritzung wurden untersucht. Dabei wurde beobachtet, dass die in den USA geltenden Abgasvorschriften nicht überschritten wurden. Die Emissionen der Partikel waren sogar geringer, verglichen mit denen bei Verwendung von Rapsölmethylester.
PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur insbesondere kontinuierlichen Herstellung eines als Kraft- bzw. Brennstoff geeigneten Fettsäureestergemisches durch Umestem von pflanzlichen und/oder tierischen Fetten und/oder Ölen mit insbesondere niederen aliphatischen Alkoholen in Gegenwart eines basischen Umesterungskatalysators, wobei das gebildete Fettsäureestergemisch als Oberphase abgezogen wird, wobei die Umesterungsalkohole in stöchiometrischen Mengen, bezogen auf die Triglyceride des Ausgangsproduktes, eingesetzt werden und der Umesterungskatalysator, insbesondere technisches Kaliumhydroxid, in Anteilen von mindestens 1 Masse %, vorzugsweise von 1. 3 bis 1.
7 Masse %, bezogen auf die Fett-und/oder Ölphase, eingesetzt wird, wobei das gebildete Glycerin, welches die grösste Menge des eingesetzten Katalysators enthält, als Unterphase vorzugsweise kontinuierlich abgetrennt wird, und die Esterphase, welche noch Spuren des gelösten Katalysators enthält, ohne weitere Vorbehandlung über einen wasserfreien Kationenaustauscher geleitet wird und somit ohne zusätzliche Behandlung in reiner Form und in hohen Ausbeuten anfällt, nach Patent Nr. 386222, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsprodukte dieses Verfahrens gebrauchte, tierische und/oder pflanzliche Fette bzw. Öle, welche für den menschlichen Genuss nicht mehr brauchbar sind und somit als Abfall im Haushalt bzw. in Gastbetrieben anfallen, sowie andere Abfallprodukte eingesetzt werden, welche zum Grossteil aus Fettsäuretriglyceriden bestehen.