AT502149A1

AT502149A1 - Verfahren zur herstellung von fettsäuremethylester und anlage zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: AT502149A1
Application number: AT180798A
Authority: AT
Inventors: Nurhan Erguen; Peter Panning
Original assignee: Energea Umwelttechnologie Gmbh
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2007-01-15

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fettsäuremetfrylester, insbesondere Dieselkraftstoff für Fahrzeuge, wobei höhere, gesättigte und ungesättigte Fette pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs mit einer Lösung von starken Laugen, insbesondere Kalilauge, in Alkohol, insbesondere in Methanol, versetzt werden und die beiden Komponenten in einer Reaktionsstrecke durch Emulgierung der Mischung über eine Grenzflächenreaktion, wobei die Fette in Fettsäuremethylester umgeestert werden, ihren chemischen Gleichgewichtszustand erreichen und nach Erreichen des Gleichgewichtszustand die Rückstände, wie Triglyceride, Glycerin, Seife, nicht umgeesterte Fette u. dgl., vom Fettsäuremethylester getrennt werden sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Verfahren sind bekannt, wobei die in Alkohol gelöste Lauge mit dem Fett bzw.

Öl in einem Rührtank etwa 20 Minuten bis zu einer Stunde gerührt wird. Nach dem Rührvorgang lässt man die Mischung ruhen. Dieser Absetzvorgang dauert etwa 5-8 Stunden. Nach dem Absetzen wird die Glycerinphase abgezogen. Nun wird die Flüssigphase gegebenenfalls wieder mit der Methanol-Kalilauge-Lösung versetzt und der Vorgang des Rührens und Abziehens entsprechend wiederholt. Die umgeesterte Flüssigkeit wird anschliessend mit Phosphorsäure, Zitronensäure oder andere Säuren neutralisiert, wobei sich dabei Seife und Kaliumsalze der Säuren absetzen. In manchen Fällen wird es auch mit Wasser gewaschen, wobei das Wasser die Seife, Kalilauge u. dgl. aufnimmt. Diese Phase wird ebenfalls abgezogen. Anschliessend können alle erdenklichen Reinigungsschritte durchgeführt werden.

Auch der Verfahrensschritt Strippen ist möglich, wobei in einem Waschturm Luft im Gegenstrom zum Ester geführt wird. Als Nachteil dieses Verfahrens, dem ein Niederdruckumesterungsprozess zugrunde liegt, ist die lange Herstellzeit zu werten. Abgesehen vom Rührvorgang sind in den Absetzphasen lange Stillstandszeiten erforderlich. Darüber hinaus ist auch ein grosser Platzbedarf für die Behälter notwendig. Ebenfalls nachteilig hat sich der grosse statische Aufwand für die schweren Konstruktionen und Fundamente ausgewirkt.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist darin zu sehen, dass immer eine mehr oder minder grosse Verschmutzung des Kraftstoffes gegeben ist. 0 0 .0 0 0 09 0 0
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Aus der Literaturstelle in Falbe und Regitz, RÖMPP Chemie Lexikon, 9. erw.

Aufl., Bd.2, Georg Thieme Verlag Stuttgart-New York 1990, Seite 1343 ist ein Verfahren zur Herstellung von Fettsäuremethylester bekannt, bei dem nach Absetzung der GlycerinLösung in einem Seperator eine Destillation zur Reinigung und gegebenenfalls eine Fraktionierung des Methylesters durchgeführt wird. Ferner kann eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit bei der Umesterung durch Temperaturerhöhung sowie durch alkalische oder saure Katalysatoren erreicht werden.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass durch die Absetzphase im Seperator für die Glycerin-Lösung und auch die Möglichkeit der erhöhten Reaktionsgeschwindigkeit keine nennenswerte Verkürzung der Herstelldauer, wie sie aus dem obigen Stand der Technik bekannt ist, eintritt.
Ferner ist aus der AT-PS 398777 ein Verfahren zur Reinigung von rohen Pflanzenölestern bekannt, wobei der Pflanzenölester durch alkalische Umesterung erhalten wird. Die Umesterung erfolgt mit Me anol im Überschuss, unter Zugabe von Kaliumhydroxid als Katalysator. Der rohe Pflanzenölester wird mit Wasserdampf behandelt, wobei eine Glycerinphase gebildet wird, die abgezogen wird.

Bei diesem Verfahren wird zur Umesterung intensiv gerührt und der ausgetriebene Alkohol kann nach der Rückgewinnung durch eine Destillationskolonne wiederverwertet werden.
Es sind aber auch Verfahren bekannt, denen ein Hochdruckumesterungsprozess zugrunde liegt. Dabei erfolgt die Umesterung in einem Autoklaven mit einer relativ kurzen Reaktionszeit. Der Nachteil derartiger Verfahren bzw. Anlagen liegt darin, dass eine wirtschaftliche Herstellung des Fettsäurememylesters, also beispielsweise eines Dieselkraftstoffes für Fahrzeuge, absolut nicht möglich ist.
Darüber hinaus ist es auch bekannt, den Umesterungsprozess in zwei Stufen durchzuführen.

Dabei ist die quantitative und qualitative Ausbeute sicherlich höher als bei einer Umesterung in einem Arbeitsvorgang, jedoch ist auch hier eine Wirtschaftlichkeit nicht zu erzielen, da hohe Anlage- und Herstellkosten gegeben sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Fettsäuremethylester, insbesondere von Dieselkraftstoff für Fahrzeuge, zu schaffen, das ... ;

einerseits die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und das anderseits eine rationelle Herstellung in einer wirtschaftlich vertretbaren Anlage, vorzugsweise in einer industriellen Grossanlage, erlaubt, aber auch Kleinanlagen in die Wirtschaftlichkeit bringt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke die Phasengrenzflächen der Mischung durch hohe bzw. starke, dynamische Turbulenzen vergrössert werden.
Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, Dieselkraftstoff, sogenannten ÖKO-Diesel oder Biodiesel, mit allen seinen Vorteilen unter optimalen ökologischen Produktionsbedingungen herzustellen.

Durch die Erfindung werden positive wirtschaftspolitische und ökologische Argumente geschaffen, die anregen, die Rolle von erneuerbarer Energie und Rohstoffen wieder intensiver zu überdenken.
Ein weiterer überraschender Vorteil ergibt sich durch die Erfindung, nämlich auch am Sektor der Abfallbeseitigung bzw. bei der Problemstoffentsorgung. Durch die Erfindung ist es auch möglich Altspeiseöl ökologisch wieder und weiter zu verwerten. Der Einsatz von Altspeiseöl ist beim erfindungsgemässen Verfahren durch die hohe Reinheit der Endprodukte bedenkenlos möglich.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, die Reaktion durch die Vergrösserung der Grenzflächen und durch dynamische Vorgänge bei der Umesterung zu beschleunigen.

Durch die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen werden praktisch die Tropfen der Flüssigkeitsphasen wirksam verkleinert, wodurch also viel kleinere Tropfen entstehen, somit eine viel grössere Oberfläche gegeben ist und das chemische Gleichgewicht schneller erreicht wird. Die Einstellung des Gleichgewichtes beträgt mitunter weniger wie eine Minute. Daraus resultiert eine immense Verkürzung der Herstellzeit. Dieses erfindungsgemässe Verfahren ist jedoch nicht für das sogenannte Absetzverfahren geeignet, da die Absetzzeiten durch die feine Verteilung der Tropfen zu lange dauern würden. .0
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Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung werden die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch physikalische Kräfte, beispielsweise mechanische Scherkräfte erzeugt.

Vorteilhaft ist dabei, dass durch die Scherkräfte, die durchaus mechanisch erzeugt werden können, viel stärkere Turbulenzen gegeben sind, die die Anzahl der Tropfen auf Kosten der Tropfengrösse wesentlich erhöhen.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch einen Spaltemulsionsvorgang erzeugt. Durch die Spalte entsteht eine hohe Strömung der durchtretenden Flüssigkeit, die am Spaltende in hohe Turbulenzen bzw. Verwirbelungen übergeht. Diese Turbulenzen bzw. Verwirbelungen führen zu einer Vergrösserung der Phasengrenzflächen.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch dynamische Emulgierung, beispielsweise über einen Turbulator, erzeugt. Auch in diesem Fall führen die Turbulenzen bzw.

Verwirbelungen zu einer Vergrösserung der Phasengrenzflächen der Mischung.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsart der Erfindung werden die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch Kavitationsemulgation erzeugt. Mit diesem Verfahrensschritt ist eine weitere Verkürzung der Reaktionszeit zu erzielen, da diese durch diese Optimierung nur mehr etwa 20 Sekunden beträgt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die grossen Phasengrenzflächen durch Ultraschall erzeugt. Mit einem Ultraschallgerät können in der Reaktionsstrecke ebenfalls grosse Grenzflächen erzeugt werden, durch eine weitere Teilung der Tropfen.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung wird die Umesterung unter hohem Druck durchgeführt.

Durch den hohen Druck entsteht in den Verengungen der Reaktionsstrecke eine hohe Strömung, die wiederum am Ende der Verengung zu hohen Turbulenzen führt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beginnt die Umesterung unter hohem Druck und der Druck wird während der Umesterung abgebaut. Es ist erwiesen, dass die
Länge der Reaktionsstrecke umso kürzer gewählt werden kann, je grösser der Druckverlust ist. Es ist erwiesen, dass der Druckverlust zugunsten der Vergrösserung der Phasengrenzflächen geht. Vorteilhaft ist dabei, dass der Druck am Beginn der Umesterung bis zu 200 bar betragen kann. Natürlich wird dadurch die Dynamik der Turbulenzen erhöht.

Der Druckverlust wird im Laufe der Reaktionsstrecke in Grenzflächenvergrösserung und -dynamik verwertet.
Gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung wird die Trennung der Phasen des Emulgates auf physikalischem Weg durchgeführt. Mit diesem vorteilhaften Verfahrensschritt ist eine Abtrennung der einzelnen Phasen der Mischung zu erreichen, wobei durch die mechanischen Einrichtungen, wie beispielsweise Filtrationsanlagen, die aus dem Stand der Technik bekannte Absetzphase nicht mehr durchgeführt wird und durch rationelle, moderne Industriemethoden ersetzt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird nach der Trennung der Phasen des Emulgates eine Reinigung des Fettsäuremetiiylesters durchgeführt.

Prinzipiell kann durch diesen Verfahrensschritt reiner Fettsäuremeüiylester erzielt werden.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Trennung der Phasen des Emulgates unter Ausnützung der Oberflächenkräfte, insbesondere über eine Filtration durchgeführt. Durch diese Art der Trennung der Phasen der Mischung wird eine gute Wirtschaftlichkeit bei einer industriellen Herstellung erzielt.
Gemäss einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Trennung der Phasen des Emulgates über eine mehrstufige Filtration durchgeführt. Dabei fällt in der ersten Stufe die Glycerin-Phase und in einer zweiten Stufe die Triglyceride als Retendat an. In einer dritten Stufe wird das Memanol vom Fettsäureme ylester getrennt. Eine derartige Filteranlage wird auch als Cross-flow Filter ausgeführt.

Durch diesen vorteilhaften Verfahrensschritt können beliebig viele Stufen durchlaufen und die gewünschte Reinheit erzielt werden. So ist es durchaus denkbar, je nach Fettsäurekette, Sommer- oder Winterdiesel als ÖKO- oder Biodiesel herzustellen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden zur Filtrierung Filter aus der Membrantechnologie, beispielsweise aus dem Ultra- und/oder Nano- und/oder Mikrobereich, eingesetzt. Derartige Filter gewährleisten bei der heutigen Technologie einen einwandfreien Betrieb, wobei auch die Reinigung dieser Filter überaus einfach ist.
Entsprechend eines besonderen Merkmals der Erfindung werden lipophile und/oder hydrophile und/oder amphotere Filter eingesetzt.

In Hinblick auf deren Aufgabe wird die Eigenschaft des Filters ausgewählt.
Gemäss einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung werden die nicht umgeesterten Anteile separiert und vor der Reaktionsstrecke den Fetten wieder zugeführt. Dadurch wird die Ausbeute an ökologischen Kraftstoff aus den eingesetzten Basisstoffen erhöht.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber eigenständig auch durch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gelöst.

Die erfindungsgemässe Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Behälter für die Fette sowie je ein Vorratsbehälter für die starke Lauge und für den Alkohol bzw. mindestens ein Mischbehälter für deren Lösung vorgesehen sind und mindestens der Behälter und der Mischbehälter mit der Reaktionsstrecke verbunden sind und dass der Reaktionsstrecke eine Einrichtung zur Trennung der Phasen des Emulgates, bestehend aus mindestens einer Filtrationseinrichtung, nachgeschaltet ist. Mit dieser erfindungsgemässen Anlage ist es erstmals möglich, das erfindungsgemässe Verfahren effizient und mit einem verschwindend geringen Anteil an Umweltbelastung durchzuführen. Die erfindungsgemässe Anlage hat den Vorteil, dass sie platzsparend und dadurch kostengünstig gebaut werden kann.

Es ist ein Bau als industrielle Grossanlage, die wirtschaftlich betrieben werden kann, möglich.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung besteht die Reaktionsstrecke aus einem Statikmixer. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung werden mit einer einfachen Einrichtung hohe bzw. starke dynamische Turbulenzen für die Umesterungsphase erzielt. Dieses Standardgerät hat sich vorteilhaft im Einsatz in der erfmdungsgemässen Anlage bewährt. 00 0000 90
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Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Statikmixer, vorzugsweise ein mit verschieden grossen Kugeln gefülltes Rohr und/oder gegebenenfalls Einbauten, wie Leitbleche, Propeller, Widerstandskörper, od. dgl. auf. Dieses Gerät ist einfach im Aufbau und dadurch auch wartungsarm im Betrieb.

Die Turbulenzen entstehen in erster Linie durch die rasche Strömung der Mischung um die Kugeln.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Reaktionsstrecke ein dynamischer Emulgator vorgesehen. Da ja aus der Reaktionsstrecke eine Emulsion austreten soll, das heisst eine Flüssigkeit die zwei Phasen aufweist, die durch die Braun 'sehe Molekularbewegung in Schwebe gehalten werden, ist eine derartige Einrichtung bestens geeignet, dass dieses Ziel sehr rasch erreicht wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Emulgator ein Spaltemulgator. Diese Einrichtung hat den Vorteil, dass die Spaltbreite und/oder die Spaltlänge entsprechend den Erfordernissen frei gewählt werden kann bzw. können. Dadurch kann auch auf die nach dem Spalt erfolgenden Turbulenzen bzw.

Verwirbelungen Einfluss genommen werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist in der Reaktionsstrecke ein Turbulator vorgesehen. Auch mit einem derartigen Gerät kann in vorteilshafterweise eine Vergrösserung der Phasengrenzfläche in kurzer Zeit erzielt werden.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der Reaktionsstrecke eine Mischform eines Spaltemulgators und eines Turbulators vorgesehen, die beispielsweise aus zwei sich relativ zueinander bewegender Scheiben besteht und die Zuführung des Emulgates mittig einer Scheibe erfolgt. Der Vorteil einer derartigen Einrichtung ist darin zu sehen, dass eine äusserst kurze Reaktionszeit erreichbar ist.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist in der Reaktionsstrecke ein Kavitationsemulgator vorgesehen.

Mit dieser Einrichtung ist vorteilhafterweise die kürzeste Reaktionszeit zu erreichen, ohne dass qualitative oder quantitative Einbussen hingenommen werden müssen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Reaktionsstrecke ein Ultraschallgerät vorgesehen. Die Integrierung eines Ultraschallgerätes hat sich als vorteilhaft erwiesen, da damit durch grosse Grenzflächen die Umesterung gezielt beschleunigt werden kann.
Gemäss einem ganz besonderen Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung zum Trennen der Phasen des Emulgates eine Filtrationseinrichtung. Mit dieser vorteilhaften Einrichtung ist eine Abtrennung der einzelnen Phasen der Mischung zu erreichen, wobei durch die mechanischen Einrichtungen die aus dem Stand der Technik bekannte Absetzphase nicht mehr durchgeführt werden muss.

Sie wird ersetzt durch Arbeitsgänge, die mit rationellen, modernen und industriellen Einrichtungen, Anlagen bzw. Geräten durchgeführt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist als Filtrationseinrichtung ein Oberflächenfilter in Membrantechnologie vorgesehen. Mit einer derartigen Einrichtung werden vorteilshafterweise beste Ergebnisse erzielt und zwar sowohl in qualitativer wie auch in quantitativer Hinsicht.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Oberflächenfilter aus einem porösen Trägerkörper und einer auf diesen Trägerkörper aufgebrachten Schicht, die als Membran wirkt. Mit einem solchem vorteilbehafteten Oberflächenfilter kann die Anlage mit höchster Effizienz und die Energie optimal ausnützend betrieben werden.

Der Oberflächenfilter kann natürlich auch als Platte ausgeführt werden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerkörper als Rohr ausgebildet. Der Vorteil dieser Ausführung ist darin zu sehen, dass ein kontinuierlicher Verfahrensablauf auch bei unterschiedlichen Zuflussmengen gewährleistet ist.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung besteht der Trägerkörper beispielsweise aus Aluminiumoxid, porösem Glas oder Silikaten. Derartige Materialien sind relativ einfach zu bearbeiten und haben sich im Verfahren bestens bewährt. 0 0 0 0 0 . . . .
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Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die als Membran wirkende Schicht lipophile und/oder hydrophile und /oder amphotere Eigenschaften auf.

Durch die Wahl dieser Eigenschaftenkann bestimmt werden, welche Phase der Mischung durch den Filter durchtritt und welche Phase als Retendat verbleibt.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die als Membran wirkende Schicht eine Keramikmembran, die beispielsweise aus Titandioxid, Zirkondioxid, Silizium oder Siliziumverbindungen o. dgl. besteht. Auf dieser Schicht mit den zitierten Materialien bildet sich eine Deckschicht aus Fettsäureme ylester, die beispielsweise die GlycerinPhase nicht durchtreten lässt. Auf dieser Schicht aus Titandioxid bzw. Zirkondioxid bildet sich keine Glycerinschicht als Deckschicht aus.
Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung weist die als Membran wirkende Schicht Poren im Nano- und/oder Mikrobereich, insbesondere mit einer Grösse von 1-200 nm, auf.

Derartige Porengrössen sind mit den heutigen Technologien herstellbar und haben ausgezeichnete Ergebnisse geliefert.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist bzw. umfasst die Filtrationseinrichtung ein Molekularsiebfilter bzw. eine Molekularsiebmembran. Mit derartigen speziellen Filtern ist überraschenderweise auch eine Trennung der nicht umgeesterten Fette vom Fettsäurememylester möglich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Filtrationseinrichtung mehrstufig ausgebildet. Entsprechend des gewünschten Reinigungsgrades des Fettsäurememylesters können mehrere Filter in Serie oder parallel angeordnet werden.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist der Einrichtung zum Trennen der Phasen des Emulgates eine Scheideeinrichtung nachgeschaltet.

Durch den Einsatz einer Scheideeinrichtung können die Rückstände, wie beispielsweise Glycerin einfach erfasst und die Qualität bestimmt werden. Entsprechend der festgestellten Qualität wird die weitere Vorgangsweise festgelegt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Scheideeinrichtung mit der Verbindungsleitung vom Behälter der Fette zur Reaktionsstrecke verbunden. Sollte bei der Analyse der in der Scheideeinrichtung befindlichen Stoffe festgestellt werden, dass noch nicht umgeesterte Fette vorhanden sind, werden diese einer weiteren Umesterung unterworfen. Die Ausbeute wird entsprechend erhöht.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist zum Einbringen der Flüssigkeit in die Reaktionsstrecke eine Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe vorgesehen.

Die Integration einer Hochdruckpumpe hat sich vorteilhafterweise deshalb bewährt, da die Turbulenzen für die Umesterung eine hohe Dynamik und damit eine grosse Grenzfläche erzielen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung verdampft das überschüssige Metiianol in einem Entspannungsreaktor. Durch diesen Schritt wird der Metiiylester methanolfrei gemacht.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Fig. ist ein Fliessschema des Verfahrensablaufes dargestellt.
Einführend sei festgehalten, dass in der beschriebenen Ausführungsform gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung entiialtenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile bzw.

Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Weiters können auch Einzelmerkmale aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel für sich eigenständige, erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
Gemäss der Fig. beinhaltet der Behälter 1 höhere, gesättigte und ungesättigte Fette pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs. Ferner ist ein Vorratsbehälter 2 für eine starke Lauge, insbesondere für eine Kalilauge, und ein weiterer Vorratsbehälter 3 für den Alkohol, insbesondere für Methanol vorgesehen. Die Lauge wird in Alkohol gelöst, wobei dieser Vorgang im Mischbehälter 4 erfolgt. Zur Mischung der Lauge im Alkohol ist im Mischbehälter 4 ein Mischer 5 angeordnet. In den Zuleitungen 6 der Vorratsbehälter 2, 3 [phi]
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sind entsprechende Steuerventile 7 vorgesehen.

Der Behälter 1 mit den Fetten und der Mischbehälter 4 sind über Verbindungsrohre 9 bzw. 10 mit der Umesterungsstrecke 8 verbunden. In den Verbindungsrohren 9 bzw. 10 sind weitere Steuerventile 7 angeordnet und zum Einbringen der Fette bzw. der Lösung in die Umesterungsstrecke 8 ist eine Hochdruckpumpe 11 vorgesehen.
Die Umesterungs- bzw. Reaktionsstrecke 8 besteht aus einem dynamischen Emulgator 25, der in diesem Fall aus einem gewendeldeten Rohr 26 gebildet ist, das mit verschieden grossen Kugeln gefüllt ist. In dem Rohr 26 können auch wieder weitere Einbauten, wie Leitbleche, Propeller, Widerstandskörper od. dgl. angeordnet sein. Der Emulgator 25 verwirbelt die vom Dreifachester zum Einfachester umzuesternde Flüssigkeit durch hohe bzw. starke Turbulenzen. Dadurch werden die Phasengrenzflächen sehr stark vergrössert.

Dies erfolgt dadurch, dass die Tropfengrösse der umzuesternden Flüssigkeit durch die Turbulenzen stark verkleinert werden und so die Oberfläche stark vergrössert wird. Da die Umesterung eine Grenzflächenreaktion ist, wird durch die vergrösserte Oberfläche die Reaktionsgeschwindigkeit entsprechend erhöht, so dass sich das chemische Gleichgewicht sehr rasch einstellt.
Statt des dynamischer Emulgator 25 könnte auch ein Spaltemulgator oder ein Turbulator bzw. eine Mischform von Spaltemulgator und Turbolator oder auch ein Kavitationsemulgator vorgesehen sein. Natürlich wäre es auch denkbar zwei oder mehrere Emulgatoren in Serie oder parallel vorzusehen. Die Vergrösserung der Phasengrenzflächen könnte aber auch über Ultraschall erfolgen.

Es ist daher durchaus denkbar, dass die Reaktionsstrecke mit einem Ultraschallgerät versehen wird.
Um nun die Reaktionszeit noch weiter zu beeinflussen, wird der Prozessablauf bei bestimmten Temperaturen, beispielsweise 40-70[deg.] C, durchgeführt bzw. beginnt der Prozessablauf mit hohem Druck, der vorzugsweise im Zuge des Prozesses abgebaut wird. Es könnte aber auch ein Temperaturbereich gewählt werden, in dem das überschüssige Methanol in einem Entspannungsreaktor verdampft und durch diesen Schritt der Me ylester methanolfrei gemacht wird. **
Die sich im chemischen Gleichgewicht befindliche Flüssigkeit wird über eine Leitung 17 einer Einrichtung 27 zum Trennen der Phasen der Mischung zugeführt.

Gegebenenfalls kann vor der Einrichtung 27 in der Leitung 17 eine Einrichtung 28 zur Anzeige des Druckes vorgesehen werden.
Die Einrichtung 27 besteht mindestens aus einer Filtrationseinrichtung 29. Entsprechend der Ausbildung der Einrichtung 27 werden die einzelnen Phasen, wie eben der Fettsäuremethylester, abgetrennt und an der Ausbringstelle 30 abgezogen. Die GlycerinPhase kann an der Ausbringstelle 31 zu ihrer weiteren Verwendung entnommen werden.
Durch die Ausbildung der Filtrationseinrichtung 29 kann der Reinheitsgrad des Fettsäuremethylesters beeinflusst werden. Natürlich könnte auch der Fettsäuremethylester in einer nachgeschalteten Einrichtung zur Reinigung 32 weiterbehandelt werden.

Ebenso ist es denkbar, dass die Filtrationseinrichtung 29 ein Molekularsiebfilter umfasst.
Die Filtrationseinrichtung 29 ist ein Oberfiächenfilter, das in Membrantechnologie hergestellt ist und aus einem porösen Trägerkörper, beispielsweise aus Aluminiumoxid, der als Rohr ausgebildet ist und einer auf den Trägerkörper aufgebrachten Schicht, beispielsweise eine Titandioxidschicht, besteht. Die Schicht kann amphotere Eigenschaften aufweisen, wobei die Porengrösse im Nanobereich liegt.
Die nicht umgeesterten Anteile werden separiert und in einer Scheideeinrichtung 19, die über eine Leitung 20 mit der Destilliereinrichtung 15 verbunden ist, gesammelt. Zum Einbringen dieser Anteile in die Scheideeinrichtung 19 ist in der Leitung 20 eine Pumpe 21 vorgesehen. In der Scheideeinrichtung 19 werden diese Anteile analysiert und entsprechend weiterverarbeitet.

Gegebenenfalls wird ein Teil des nicht umgeesterten Anteiles über die Leitung 22, die eine Pumpe 23 aufweist, wieder den Fetten vor der Reaktionsstrecke 8 zugeführt. Bestimmte Anteile werden aus der Scheideeinrichtung 19 über eine Ausbringvorrichtung 24 abgezogen. Abschliessend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unpropotional und massstäblich verzerrt dargestellt sind.
Es können auch einzelne Merkmale des Ausführungsbeispieles mit anderen Einzelmerkmalen oder jeweils für sich alleine den Gegenstand von eigenständigen Erfindungen bilden. Vor allem können die einzelnen in der Fig. gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemässen Lösungen bilden.

Die diesbezüglichen erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den detaillierten Beschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

Claims

00 00000000 90 0 0 * PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Fettsäurememylester, insbesondere Dieselkraftstoff für Fahrzeuge, wobei höhere, gesättigte und ungesättigte Fette pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs mit einer Lösung von starken Laugen, insbesondere Kalilauge, in Alkohol, insbesondere in Methanol, versetzt werden und die beiden Komponenten in einer Reaktionsstrecke durch Emulgierung der Mischung über eine Grenzflächenreaktion, wobei die Fette in Fettsäuremethylester umgeestert werden, ihren chemischen Gleichgewichtszustand erreichen und nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes die Rückstände, wie Triglyceride, Glycerin, Seife, nicht umgeesterte Fette u. dgl., vom Fettsäurememylester getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) die Phasengrenzflächen der Mischung durch hohe bzw. starke, dynamische Turbulenzen vergrössert werden.

1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Behälter (1) für die Fette sowie je ein Vorratsbehälter (2,3) für die starke Lauge und für den Alkohol bzw. mindestens ein Mischbehälter (4) für deren Lösung vorgesehen sind und mindestens der Behälter (1) und der Mischbehälter (4) mit der Reaktionsstrecke (8) verbunden sind und dass der Reaktionsstrecke (8) eine Einrichtung (27) zur Trennung der Phasen des Emulgates, bestehend aus mindestens einer Filtrationseinrichtung (29), nachgeschaltet ist.

1. Verfahren zur Herstellung von Fettsäuremethylester, insbesondere Dieselkraftstoff für Fahrzeuge, wobei höhere, gesättigte und ungesättigte Fette pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs mit einer Lösung von starken Laugen, insbesondere Kalilauge, in Alkohol, insbesondere in Memanol, versetzt werden und die beiden Komponenten in einer Reaktionsstrecke durch Emulgierung der Mischung über eine Grenzflächenreaktion, wobei die Fette in Fettsäurememylester umgeestert werden, ihren chemischen Gleichgewichtszustand erreichen und nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes die Rückstände, wie Triglyceride, Glycerin, Seife, nicht umgeesterte Fette u. dgl., vom Fettsäuremethylester getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) die Phasengrenzflächen der Mischung durch hohe bzw. starke, dynamische Turbulenzen vergrössert werden.

2. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) eine Mischform eines Spaltemulgators und eines Turbulators vorgesehen ist, die beispielsweise aus zwei sich relativ zueinander bewegender Scheiben besteht und die Zuführung des Emulgates mittig einer Scheibe erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch physikalische Kräfte, beispielsweise mechanische

Scherkräfte erzeugt, werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch physikalische Kräfte, beispielsweise mechanische Scherkräfte erzeugt, werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch einen Spaltemulsionsvorgang erzeugt

werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch einen Spaltemulsionsvorgang erzeugt werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch dynamische Emulgierung, beispielsweise über einen Turbulator, erzeugt werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch Kavitationsemulgation

erzeugt werden.

NACHGEREICHT

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hohen bzw. starken dynamischen Turbulenzen durch Kavitationsemulgation erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grossen Phasengrenzflächen durch Ultraschall erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die grossen Phasengrenzflächen durch Ultraschall erzeugt werden. *

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umesterung unter hohem Druck durchgeführt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umesterung unter hohem Druck beginnt und der Druck während der Umesterung abgebaut wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Phasen des Emulgates auf physikalischem Weg durchgeführt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trennung der Phasen des Emulgates eine Reinigung (32) des Fettsäuremethylesters durchgeführt wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Phasen des Emulgates unter Ausnützung der Oberflächenkräfte, insbesondere über eine Filtration durchgeführt wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Phasen des Emulgates über eine mehrstufige Filtration durchgeführt wird.

13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Filtrierung Filter aus der Membrantechnologie, beispielsweise aus dem Ultraund/oder Nano- und/oder Mikrobereich, eingesetzt werden.

NACHGEREICHT 0

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass lipophile und/oder hydrophile Filter eingesetzt werden.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass lipophile und/oder hydrophile und/oder amphotere Filter eingesetzt werden.

15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht umgeesterten Anteile separiert und vor der Reaktionsstrecke (8) den Fetten wieder zugeführt werden.

16. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Behälter (1) für die Fette sowie je ein Vorratsbehälter (2,3) für die starke Lauge und für Methanol bzw. mindestens ein Mischbehälter (4) für deren Lösung vorgesehen sind und mindestens der Behälter (1) und der Mischbehälter (4) mit der Reaktionsstrecke (8) verbunden sind und dass der Reaktionsstrecke (8) eine Einrichtung (27) zur Trennung der Phasen des Emulgates, bestehend aus mindestens einer Filtrationseinrichtung (29), nachgeschaltet ist.

16. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche

17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsstrecke (8) aus einem Statikmixer besteht.

17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsstrecke aus einem Statikmixer besteht.

18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Statikmixer, vorzugsweise ein mit verschieden grossen Kugeln gefülltes Rohr und/oder gegebenenfalls Einbauten wie Leitbleche, Propeller, Widerstandskörper aufweist.

18. Anlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Statikmixer, vorzugsweise ein mit verschieden grossen Kugeln gefülltes Rohr (26) und/oder gegebenenfalls Einbauten wie Leitbleche, Propeller, Widerstandskörper, od. dgl. aufweist.

19. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein dynamischer Emulgator (25) vorgesehen ist.

19. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein dynamischer Emulgator (25) vorgesehen ist.

20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Emulgator (25) ein Spaltemulgator ist.

20. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Emulgator (25) ein Spaltemulgator ist.

21. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein Turbulator vorgesehen ist.

NACHGEREICHT

21. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein Turbulator vorgesehen ist.

22. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) eine Mischform eines Spaltemulgators und eines Turbulators vorgesehen ist, die beispielsweise aus zwei sich relativ zueinander bewegender Scheiben besteht und die Zuführung des Emulgates mittig einer Scheibe erfolgt. . . . ..... .. .. .

23. Anlage nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein Kavitationsemulgator vorgesehen ist.

23. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein Kavitationsemulgator vorgesehen ist.

24. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein Ultraschallgerät vorgesehen ist.

24. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionsstrecke (8) ein Ultraschallgerät vorgesehen ist.

25. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (27) zum Trennen der Phasen des Emulgates eine Filtrationseinrichtung (29) ist.

26. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Filtrationseinrichtung (29) ein Oberflächenfilter in Membrantechnologie vorgesehen ist.

27. Anlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenf<i>lter aus einem porösen Trägerkörper und einer auf diesen Trägerkörper aufgebrachten Schicht, die als Membran wirkt, besteht.

27. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenfilter aus einem porösen Trägerkörper und einer auf diesen Trägerkörper aufgebrachten Schicht, die als Membran wirkt, besteht.

28. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper als Rohr ausgebildet ist.

28. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper als Rohr ausgebildet ist.

29. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper beispielsweise aus Aluminiumoxid, porösem Glas oder Silikaten besteht.

NACHGEREICHT

29. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper beispielsweise aus Aluminiumoxid, porösem Glas oder Silikaten besteht.

30. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die als Membran wirkende Schicht lipophile und/oder hydrophile Eigenschaften aufweist.

30. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die als Membran wirkende Schicht lipophile und/oder hydrophile und /oder amphotere Eigenschaften aufweist.

31. Anlage nach Anspmch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die als Membran wirkende Schicht eine Keramikmembran ist, die beispielsweise aus Titandioxid oder Zirkondioxid besteht.

31. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die als Membran wirkende Schicht eine Keramikmembran ist, die beispielsweise aus Titandioxid, Zirkondioxid, o. dgl. besteht.

32. Anlage nach Ansprach 27, dadurch gekennzeichnet, dass die als Membran wirkende Schicht Poren im Nano- und/oder Mikrobereich, insbesondere mit einer Grösse von 5-200 nm, aufweist.

32. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die als Membran wirkende Schicht Poren im Nano- und oder Mikrobereich, insbesondere mit einer Grösse von 5-200 nm, aufweist.

33. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationseinrichtung (29) ein Molekularsiebfilter bzw. eine Molekularsiebmembran ist bzw. umfasst.

34. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationseinrichtung (29) mehrstufig ausgebildet ist.

35. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung (27) zum Trennen der Phasen des Emulgates eine Scheideeinrichtung (19) nachgeschaltet ist.

36. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheideeinrichtung (19) mit der Verbindungsleitung (9) vom Behälter (1) der Fette zur Reaktionsstrecke (8) verbunden ist.

NACHGEREICHT

37. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Flüssigkeit in die Reaktionsstrecke (8) eine Pumpe (11), insbesondere eine Hochdruckpumpe vorgesehen ist.

38. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das überschüssige Methanol in einem Entspannungsreaktor verdampft. <EMI ID=18.1> -i öA 1807/98

38. Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdampfung des überschüssigen Methanols ein Entspannungsreaktor vorgesehen ist.

[Epsilon]NERGEA" HandelsgmbH <EMI ID=24.1>

NACHGEREtOt i[iota]

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