DE10040388A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Biokraftstoff unter Verwendung von biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung und Verwendung eines Biokraftstoffes, der aus biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffen, insbesondere Rückläufern und Reststoffen der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie erzeugt wird. Die Ausgangsstoffe werden einer rein biologischen Aufbereitung unterzogen, wobei keine Veränderung der molekularen Struktur der Ausgangsstoffe und keine Umwandlung im Biogas erfolgt. So erzeugte Biokraftstoffe können in einer Energieerzeugungsanlage (z. B. Blockheizkraftwerk) genutzt werden, die unmittelbar mit der zur Aufbereitung der Ausgangsstoffe verwendeten Vorrichtung verbunden ist. Somit wird eine Verfahrenskette beschrieben, die einen vollständig geschlossenen Prozeß von der Zufuhr biogener Reststoffe/Rückläufer über deren Aufbereitung bis hin zur Nutzung als Energieträger darstellt. Insbesondere werden die Ausgangsstoffe in Abhängigkeit von deren jeweiliger Qualität (Verbrennungseigenschaft) durchgeführt, wobei bei der Aufbereitung abgetrenntes Wasser als Prozeßwasser bei der Aufbereitung weiter verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Bio­ kraftstoffes aus Ausgangsstoffen, die biogene Fette und/oder Öle enthalten. Insbesondere betrifft die Erfindung die Aufbe­ reitung von biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Rückläufern oder Reststoffen, die bei anderen Herstellungs- oder Verarbei­ tungsverfahren anfallen, beispielsweise in der Kosmetik- oder Lebensmittelproduktion. Ferner beschäftigt sich die Erfindung mit der Herstellung eines Biokraftstoffes aus biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffen, die ohne Zufuhr weiterer Stoffe aufbereitet werden, wobei die Aufbereitung der Ausgangsstoffe in Abhängigkeit von deren Qualität (Verbren­ nungseigenschaft) durchgeführt wird.

Der Ersatz von auf Mineralöl basierenden Kraftstoffen durch aus Biomasse hergestellte Kraftstoffe gewinnt immer mehr an ökolo­ gischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Insbesondere der Ein­ satz von aus Pflanzen (z. B. Raps, Oliven) hergestellten Bio­ kraftstoffen anstelle herkömmlicher Dieselkraftstoffe findet aufgrund einer Reduzierung der Kohlendioxidbelastung bei der Verbrennung der Biokraftstoffe, deren biologischer Abbaubarkeit und Schwefelfreiheit sowie des geringeren Kraftstoffpreises zunehmend statt. Prinzipiell ist es möglich, rein pflanzliche Öle zur Verbrennung in Dieselmotoren zu verwenden. Reine Pflan­ zenöle führen aber zu einer starken Düsenverkokung von Ein­ spritzdüsen in Dieselmotoren, wobei zusätzlich die Strahlaufbe­ reitung der reinen Pflanzenöle beim Einspritzen in einen Die­ selmotor aufgrund ihrer hohen Viskosität verschlechtert wird.

Diese Probleme werden vermieden, wenn mit Methanol umgeesterte Pflanzenöle verwendet werden. Das bekannteste Beispiel derarti­ ger Biokraftstoffe ist der aus Rapsöl gewonnene Biodiesel, der auch als Rapsölmethylester bezeichnet wird. Das Umestern der Pflanzenöle verschlechtert jedoch die Energiebilanz bei der Herstellung entsprechender Biokraftstoffe und stellt mit einem Anteil von etwa 20% einen nicht unerheblichen Anteil der Herstellungskosten dar.

Diese Biokraftstoffe, insbesondere der sogenannte Biodiesel, werden in Dieselmotoren für Kraftfahrzeuge und in geringem Umfang auch für Generatoren in Blockheizkraftwerken verwendet. Um Biokraftstoffe in solchen Energieerzeugungsvorrichtungen zu verbrennen, ist es normalerweise erforderlich, daß diese an die Verbrennungseigenschaften des Biokraftstoffs angepaßt werden müssen, um Beschädigungen zu vermeiden und eine hohe Energie­ ausnutzung zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für Bio­ kraftstoffe, die reine Pflanzenöle und keine umgeesterten oder mit Zusätzen versehenen Öle sind.

Ein weiteres Problem bei der Verwendung pflanzlicher Öle zur Erzeugung von Biokraftstoffen besteht darin, daß entsprechend große landwirtschaftliche Anbauflächen bereitgestellt werden müssen, die zu ökologisch unerwünschten Monokulturen führen. Die Gefahr von Monokulturen wird insbesondere dadurch ver­ stärkt, daß bei der Herstellung von Biokraftstoffen aus pflanz­ lichen Ölen normalerweise nur ein Ausgangsstoff, d. h. eine Pflanzensorte (z. B. Raps, Oliven), verwendet wird.

Gemäß der WO 95/25152 werden Bioöle aus zwei Biokomponenten hergestellt, wobei die erste Biokomponente ein pflanzliches oder ein tierisches Öl ist und die zweite Biokomponente ein Alkylester eines pflanzlichen oder tierischen Öls sein kann.

Aus der WO 00/00572 ist es bekannt, Öle oder Fette aus der Industrie oder von Nahrungsmitteln zur Herstellung von Brenn­ stoffen zu emulgieren. Die emulgierten Stoffe werden mit Zusät­ zen versehen, die die Brenneigenschaften der erzeugten Brenn­ stoffe für Anwendungen in Fahrzeugmotoren verbessern sollen.

Gemäß der WO 00/05492 wird Talg, insbesondere ein mit einem BSE-Erreger verunreinigter Talg in einem Motor verbrannt, wobei die Verbrennung unter erhöhter Sauerstoffzufuhr durchgeführt wird, um unerwünschte Fremdstoffe in dem Talg effektiv zu verbrennen und den Betrieb des Motors zu optimieren.

Die WO 00/07947 ist auf die Herstellung eines flüssigen organi­ schen Kraftstoffs gerichtet, der aus Abfällen erzeugt wird, die bei der Reinigung von Abwässern entstehen. Hierbei werden die Abfälle im wesentlichen dehydriert und darin enthaltene Dioxine entfernt.

Aus der DE 196 22 601 C1 ist ein Biokraftstoff für motorbetrie­ bene Blockheizkraftwerke auf der Basis von Fettsäure- und Fettsäureestermischungen bekannt. Zur Herstellung dieses Bio­ kraftstoffes werden Rohfette enthaltende heterogene Stoffgemi­ sche mechanisch gereinigt und dehydriert. Danach wird ein basisches stickstoffhaltiges Additiv (z. B. Ammoniak) hinzuge­ fügt. Als Ausgangsstoffe werden hierbei Stoffgemische auf der Grundlage von fetthaltigen Abscheiderinhalten kommunaler und industrieller Abwasserbehandlungsanlagen verwendet.

Den zuvor beschriebenen Lösungen ist gemeinsam, daß sie spezi­ elle Ausgangsstoffe oder spezielle Ausgangsstoffmischungen und entsprechend speziell darauf abgestimmte Verarbeitungsverfahren verwenden, so daß mit einem Verarbeitungsverfahren immer nur ein bestimmtes Ausgangsmaterial behandelt werden kann.

Die vorliegende Erfindung soll eine Lösung bereitstellen, die es erlaubt, unterschiedliche Ausgangsstoffe jeweils optimiert in Biokraftstoff umzuwandeln. Insbesondere sollen zur Erzeugung von Biokraftstoff Rückläufer und/oder Reststoffe verwendet werden können, die bei anderen Verarbeitungs- und/oder Herstel­ lungsverfahren und/oder -vorrichtungen anfallen. Ferner soll es die Erfindung ermöglichen, Biokraftstoffe aus unterschiedlichen Ausgangsstoffen ohne Zugabe weiterer Stoffe, wie z. B. Methanol, Ammoniak, (rein) pflanzliche Öle, etc., zu erzeugen. Außerdem sollen diese Biokraftstoffe in Energieerzeugungseinrichtungen (z. B. Dieselmotoren, Generatoren von Blockheizkraftwerken) verwendet werden können, ohne daß dabei eine Modifikation derselben gegenüber einer Verwendung herkömmlicher (Diesel-) Kraftstoffe erforderlich ist.

Zur Lösung stellt die Erfindung ein Verfahren zur Aufbereitung von Ausgangsstoffen, die biogene Fette und/oder Öle enthalten, zu Biokraftstoff bereit. Erfindungsgemäß werden Parameter festgelegt, die Verbrennungseigenschaften charakterisieren, und es werden erste Parameterbereiche für diese Parameter defi­ niert, die gewünschte Verbrennungseigenschaften eines zu erzeu­ genden Biokraftstoffes charakterisieren. Es wird ein biogene Fette und/oder Öle enthaltender Ausgangsstoff bereitgestellt und zum Ermitteln seiner Parameterwerte hinsichtlich der fest­ gelegten Parameter analysiert, wodurch dessen Verbrennungsei­ genschaften bestimmt werden. In Abhängigkeit von den Verbren­ nungseigenschaften des dem Verfahren zugeführten Ausgangsstof­ fes wird dieser zum Erzeugen eines Biokraftstoffes mit den gewünschten Verbrennungseigenschaften so lange aufbereitet, bis seine Parameterwerte für die festgelegten Parameter in die definierten ersten Parameterbereiche fallen. Hierfür wird der Ausgangsstoff in Abhängigkeit seiner Verbrennungseigenschaften einer oder mehreren unterschiedlichen Aufbereitungsstufen zugeführt. Die für den Ausgangsstoff ermittelten Parameterwerte dienen zur Beurteilung von dessen Verbrennungseigenschaften und zur Festlegung der Aufbereitungsstufe(n), der bzw. denen der Ausgangsstoff zugeführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für jeden Parameter zweite Parameterbereiche definiert, die jeweils den zugehörigen ersten Parameterbereich umfassen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens werden für jeden Parameter dritte Parameter­ bereiche definiert, die jeweils den zugehörigen zweiten Parame­ terbereich umfassen.

Ausgehend von den ersten Parameterbereichen wird geprüft, ob die für den Ausgangsstoff ermittelten Parameterwert innerhalb des zugehörigen ersten Parameterbereichs liegen oder nicht. Falls wenigstens einer der Parameterwerte des Ausgangsstoffes außerhalb des zugehörigen ersten Parameterbereichs liegt, aber alle seine Parameterwerte innerhalb des zugehörigen zweiten Parameterbereichs liegen, wird der Ausgangsstoff einer ersten Aufbereitungsstufe zugeführt.

Liegt wenigstens einer der für den Ausgangsstoff ermittelten Parameterwerte außerhalb des zugehörigen zweiten Parameterbe­ reiches und liegen alle seine Parameterwerte innerhalb des zugehörigen dritten Parameterbereiches, wird der Ausgangsstoff einer zweiten Aufbereitungsstufe zugeführt, die der ersten Aufbereitungsstufe vorgeschaltet ist.

In analoger Weise wird der Ausgangsstoff einer dritten Aufbe­ reitungsstufe zugeführt, die der zweiten Aufbereitungsstufe vorgeschaltet ist, wenn wenigstens einer der für den Ausgangs­ stoff ermittelten Parameterwerte außerhalb des zugehörigen dritten Parameterbereichs liegt.

Grundsätzlich ist es möglich, jede der drei Aufbereitungsstufen für sich zur Erzeugung eines Biokraftstoffes zu verwenden. Vorzugsweise werden aber in der zweiten Aufbereitungsstufe erzeugte und zur Herstellung des Biokraftstoffes geeignete Stoffe, z. B. Fette und/oder Öle enthaltende Stoffe, der ersten Aufbereitungsstufe zugeführt. Ebenso werden vorzugsweise in der dritten Aufbereitungsstufe erzeugte zur Herstellung des Bio­ kraftstoffes geeignete Stoffe der zweiten Aufbereitungsstufe zugeführt. Diese Aneinanderreihung der Aufbereitungsstufen erlaubt die Verwendung von Aufbereitungsstufen, die im Ver­ gleich zu für sich den Biokraftstoff erzeugenden Aufbereitungs­ stufen einen weniger komplexen Aufbau erfordern, da Komponenten der nachgeschalteten Aufbereitungsstufe(n) genutzt werden können.

Vorzugsweise werden Ausgangsstoffe mit "besonders schlechten" Verbrennungseigenschaften, d. h. mit Verbrennungsparameterwerten außerhalb der dritten Parameterbereiche, in der dritten Aufbereitungsstufe soweit aufbereitet, daß deren Parameterwerte zwar innerhalb des zugehörigen dritten Parameterbereichs aber wenig­ stens teilweise noch außerhalb des zugehörigen zweiten Parame­ terbereichs liegen. In der dritten Aufbereitungsstufe gewonne­ ne, Fette und/oder Öle enthaltende Stoffe, die zur Erzeugung eines Biokraftstoffes verwendet werden können, werden dann in der zweiten Aufbereitungsstufe weiter verarbeitet. Die zweite Aufbereitungsstufe sollte dann Fette und/oder Öle enthaltende Stoffe erzeugen, deren Parameterwerte in dem jeweils zugehöri­ gen zweiten Parameterbereich liegen. Zur Erzeugung des Bio­ kraftstoffes mit den gewünschten Verbrennungseigenschaften werden geeignete Ausgangsstoffe aus der zweiten Aufbereitungs­ stufe in der ersten Aufbereitungsstufe zu Biokraftstoff aufbe­ reitet. Die die erste Aufbereitungsstufe verlassenden Stoffe, die Fette und/oder Öle enthalten, stellen dann den Biokraft­ stoff mit den gewünschten Verbrennungseigenschaften dar.

Vorzugsweise werden in der ersten Aufbereitungsstufe feindis­ perse Inhaltsstoffe des Ausgangsstoffes in einem Clarifikator entfernt, wobei davor eine Erwärmung in einem ersten Vorwärmer durchgeführt werden kann. In der zweiten Aufbereitungsstufe wird vorzugsweise ein Trennseparator (Purifikator) zum Abtren­ nen von Restwasser und feindispersen Feststoffen verwendet, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dem Trennseparator Prozeßwasser zum Auswaschen von Metallsalzen und/oder Silikaten zugeführt wird.

Vorzugsweise werden in der dritten Aufbereitungsstufe ein Mehr- Phasen-Trennbehälter zum Abtrennen von Wasser und Sinkstoffen sowie ein 3-Phasen-Dekanter verwendet, der in dem Mehr-Phasen- Trennbehälter abgetrennte Sinkstoffe in flüssige Organik, Feststoffe und Wasser trennt. Zur besseren Emulsionsspaltung des Ausgangsstoffes kann hierbei der Mehr-Phasen-Trennbehälter erwärmt werden, wobei in diesem Fall der Dekanter die in dem Mehr-Phasen-Trennbehälter abgetrennten Sinkstoffe in erwärmter Form erhält. Somit ist es möglich, Fette und/oder Öle enthal­ tende Stoffe, die bei der Emulsionsspaltung anfallen, aus dem Mehr-Phasen-Trennbehälter und/oder die flüssige Organik aus dem 3-Phasen-Dekanter der zweiten Aufbereitungsstufe zuzuführen.

Die Ökobilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens kann verbessert werden, wenn als das dem Trennseparator zuzuführende Prozeßwas­ ser solches Wasser verwendet wird, das beim Aufbereiten des Ausgangsstoffes abgetrennt wird. Hierzu wird das abgetrennte Wasser in einer Wasseraufbereitungseinrichtung so aufbereitet, daß es der zweiten Aufbereitungsstufe als Prozeßwasser zuge­ führt werden kann.

Die Aufbereitung des zugeführten Ausgangsstoffes in Abhängig­ keit von dessen Verbrennungseigenschaften erlaubt es, einen Ausgangsstoff zu verwenden, der eine Mischung von unterschied­ liche Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffen ist. Folglich können als Ausgangsstoff Rückläufer und/oder Reststof­ fe aus der Kosmetikindustrie und/oder der Lebensmittel­ industrie, pflanzliche und/oder tierische Fettabscheiderinhal­ te, Frittierfette, Stearinöle, mineralölfreie Öl- und/oder Schmierstoffe, Konservierungsmittel und/oder Trennmittel und Mischungen der vorgenannten Stoffe verwendet werden.

Die Erfindung stellt ferner ein System zur Herstellung von Biokraftstoff unter Verwendung von biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffen bereit. Dieses System umfaßt eine Zufuhreinrichtung zur Zufuhr eines Fette und/oder Öle enthal­ tenden Ausgangsstoffes, eine mit der Zufuhreinrichtung verbun­ dene Analyseeinrichtung zur Analyse des Ausgangsstoffes, mit der Analyseeinrichtung verbundene erste, zweite und dritte Aufbereitungsstufen, und eine mit der ersten Aufbereitungsstufe verbundene Abgabeeinrichtung zur Abgabe des aufbereiteten Ausgangsstoffes als Biokraftstoff. Die Aufbereitungsstufen sind so miteinander verbunden, daß die zweite Aufbereitungsstufe der ersten Aufbereitungsstufe vorgeschaltet ist und die dritte Aufbereitungsstufe der zweiten Aufbereitungsstufe vorgeschaltet ist. In der dritten Aufbereitungsstufe aufbereitete Stoffe können somit der zweiten Aufbereitungsstufe und in der zweiten Aufbereitungsstufe aufbereitete Stoffe der ersten Aufbereitungsstufe zugeführt werden. Insbesondere ist die Zufuhrein­ richtung und/oder die Analyseeinrichtung so ausgelegt, daß der Ausgangsstoff in Abhängigkeit von dessen Verbrennungseigen­ schaften der ersten, der zweiten oder der dritten Aufberei­ tungsstufe zugeführt wird.

In der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die beigefügte Figur Bezug genommen, die eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Herstel­ lung von Biokraftstoff unter Verwendung von biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffen zeigt.

Das in der Figur gezeigte System umfaßt eine Zufuhreinrichtung 1, eine Aufbereitungseinheit AE und eine Energieerzeugungsein­ heit E, deren Komponenten im folgenden beschrieben werden.

Die Zufuhreinrichtung 1 dient zur Zufuhr von biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffen unterschiedlicher Herkunft. So können beispielsweise Rückläufer, Reststoffe und Abfälle aus der Kosmetikindustrie (Ausgangsstoff a), Öle und Fette aus der Herstellung von Lebensmitteln (Ausgangsstoff b), pflanzliche/tierische Fettabscheiderinhalte und Frittierfette (Ausgangsstoff c), Fette aus Destillations- und Härtungsverfah­ ren, Stearinöle und Fettsäuren (Ausgangsstoff d) sowie mineral­ ölfreie Öl- und Schmiermittel und Konservierungsstoffe (Aus­ gangsstoff e) verwendet werden. In einer optionalen Rohmateri­ alpumpe mit Großsieb 1a können die Ausgangsstoffe vor ihrer Aufbereitung vorgereinigt werden.

Um eine gleichbleibende Qualität eines aus den Ausgangsstoffen zu erzeugenden Biokraftstoffs und eine effiziente Herstellung desselben zu gewährleisten, werden die Ausgangsstoffe a, b, c, d und e entsprechend ihrer Zusammensetzung und den daraus resultierenden Verbrennungseigenschaften wie im folgenden beschrieben aufbereitet.

Um die Zusammensetzungen der Ausgangsstoffe a, b, c, d und e und die daraus resultierenden Verbrennungseigenschaften zu bestimmen, werden diese in einer Eingangskontrolleinrichtung EK analysiert. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, daß hierfür eine mit der Zufuhreinrichtung 1 verbundene Analyseein­ richtung Q verwendet wird.

In Abhängigkeit von der Art des zu erzeugenden Biokraftstoffes und von gewünschten Verbrennungseigenschaften für den zu erzeu­ genden Biokraftstoff, werden Parameter (Kenngrößen) festgelegt, die die Zusammensetzung und Qualität der Ausgangsstoffe a, b, c, d und e hinsichtlich ihrer Verbrennungseigenschaften charak­ terisieren. Diese Parameter können sein der Feststoffgehalt, der Wassergehalt, der Metallsalzgehalt, der Silikatgehalt, der Schwefelgehalt, der Flammpunkt, der Siedepunkt, die Dichte, die Schmierfähigkeit, die Viskosität, der Verkokungsrückstand und/oder die Zündwilligkeit (Cetanzahl, Cetanindex). Bei der Analyse der Ausgangsstoffe a, b, c, d und e werden deren Para­ meterwerte für die festgelegten Parameter zur Bestimmung der Verbrennungseigenschaften ermittelt.

Die Aufbereitungseinheit AE umfaßt eine erste Aufbereitungsstu­ fe I, eine zweite, der ersten vorgeschaltete Aufbereitungsstufe II und eine dritte, der zweiten vorgeschaltete Aufbereitungs­ stufe III sowie weitere Einrichtungen 19, 20, 21 und 22 zur Aufbereitung von Stoffen, die bei der Aufbereitung der Aus­ gangsstoffe a, b, c, d und e anfallen.

Die Aufbereitungsstufen I, II und III sind mit der Zufuhrein­ richtung 1 über die Analyseeinrichtung Q (falls vorhanden) verbunden. Ferner sind die Aufbereitungsstufen I, II und III so miteinander verbunden, daß bei der Aufbereitung in der Aufbe­ reitungsstufe III erhaltene Stoffe, die zur Erzeugung des Biokraftstoffes verwendet werden können, der zweiten Aufberei­ tungsstufe II zugeführt werden, während bei der Aufbereitung in der zweiten Aufbereitungsstufe II gewonnene zur Biokraftstof­ ferzeugung geeignete Stoffe der ersten Aufarbeitungsstufe I zugeführt werden.

Die erste Aufbereitungsstufe I umfaßt einen ersten Vorwärmer 7, der die Ausgangsstoffe a, b, c, d und e und gegebenenfalls in der zweiten Aufbereitungsstufe II gewonnene Stoffe erhält. Der erste Vorwärmer 7 ist mit einem Clarifikator 8 verbunden, der von dem ersten Vorwärmer 7 erwärmte Stoffe von feindispersen Inhaltsstoffen befreit. Die von den feindispersen Inhaltsstof­ fen befreiten Stoffe stellen den Biokraftstoff dar, der über eine als Ausgabeeinrichtung am Clarifikator 8 angebrachte Zahnradpumpe (nicht bezeichnet) zu der Energieerzeugungseinheit E übertragen wird.

Die zweite Aufbereitungsstufe II umfaßt einen zweiten Vorwärmer 5 und einen Trennseparator 6, der auch als Purifikator bezeich­ net wird. Der zweite Vorwärmer 5 ist zum Erhalt aufzubereiten­ der Stoffe mit der Zufuhreinrichtung 1 (gegebenenfalls über die Analyseeinrichtung Q) und mit der dritten Aufbereitungsstufe III verbunden. Von dem zweiten Vorwärmer 5 erwärmte Stoffe werden in dem Trennseparator 6 von Restwasser und feindispersen Feststoffen befreit. Ferner werden in den Stoffen enthaltene Metallsalze (Schwermetalle) und Silikate in einem leicht sauren Milieu unter Verwendung von Prozeßwasser ausgewaschen. Das Prozeßwasser wird dem Trennseparator 6 von einer Wasseraufbe­ reitung 19 zugeführt, die im folgenden beschrieben wird. Bei der Aufbereitung in der zweiten Aufbereitungsstufe II gewonnene Stoffe, die zur Erzeugung des Biokraftstoffes verwendet werden können, werden der ersten Aufbereitungsstufe I zugeführt.

Die dritte Aufbereitungsstufe III umfaßt einen Mehr-Phasen- Trennbehälter 3 und einen 3-Phasen-Dekanter 4. Der Mehr-Phasen- Trennbehälter 3 erhält die Ausgangsstoffe a, b, c, d und e unmittelbar von der Zufuhreinrichtung 1 (gegebenenfalls über die Analyseeinrichtung Q) oder von der Zufuhreinrichtung 1 (gegebenenfalls über die Analyseeinrichtung Q) über einen beheizten Mischer 2, der bei Bedarf zur Einhaltung einer gleichbleibenden und gleichmäßigen Zusammensetzung der zuge­ führten Ausgangsstoffe a, b, c, d und e dient. In dem Mehr- Phasen-Trennbehälter 3 werden in den zugeführten Stoffen enthaltenes Wasser und Sinkstoffe durch Dichteverschiebung und eine Erhöhung der Sinkgeschwindigkeit gravimetrisch abgetrennt. Ferner ist es möglich, den Mehr-Phasen-Trennbehälter 3 zu beheizen, um durch eine Temperaturerhöhung eine Emulsionsspal­ tung zu erreichen. Aufgrund einer solchen Emulsionsspaltung und der gravimetrischen Trennung werden bei der Aufbereitung in dem Mehr-Phasen-Trennbehälter 3 Fette und/oder Öle enthaltende Stoffe gewonnen, die zur Erzeugung des Biokraftstoffs geeignet sind und der zweiten Aufbereitungsstufe II zugeführt werden.

In dem Mehr-Phasen-Trennbehälter 3 abgetrennte Sinkstoffe (z. B. Feststoffe, organischer Schlamm) werden dem 3-Phasen-Dekanter 4 zugeführt, in dem eine weitere Trennung in eine flüssige Orga­ nik, Feststoffe und Wasser erfolgt. Die flüssige Organik, die zur Erzeugung des Biokraftstoffs verwendet werden kann, wird der zweiten Aufbereitungsstufe II zugeführt.

Das in den Aufbereitungsstufen I, II und III abgeschiedene Wasser wird der Wasseraufbereitung 19 zugeführt, wo es unter Verwendung einer Reinigungseinrichtung 20 gereinigt wird. Die Reinigungseinrichtung 20 kann beispielsweise eine Meß- und Dosiereinrichtung sein, um dem abgeschiedenen Wasser zur Ab­ trennung von Schwebstoffen Flockungsmittel zuzusetzen. Die Qualität des Wassers in der Wasseraufbereitung 19 wird mittels einer Meßeinrichtung 21 überprüft. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da in der Wasseraufbereitung 19 aufbereitetes Wasser der zweiten Aufbereitungsstufe II zugeführt und dort als Pro­ zeßwasser verwendet wird. Diese Rückführung von aus den Aus­ gangsstoffen a, b, c, d und e gewonnenen Wassers als für die Aufbereitung erforderliches Prozeßwasser vermeidet die Verwen­ dung zusätzlichen Prozeßwassers und reduziert die anfallende und zu entsorgende Wassermenge. Folglich muß lediglich über­ schüssiges nicht als Prozeßwasser verwendetes Wasser abgeführt und kann beispielsweise in einer biologischen Abwasserbehand­ lung (nicht gezeigt) weiterverarbeitet werden.

Aus dem 3-Phasen-Dekanter 4, dem Trannseparator 6 und dem Clarifikator 8 gewonnene und in der Wasseraufbereitung 19 anfallende Feststoffe werden in einem beheizten Kontakttrockner 21 getrocknet und anschließend einer Entsorgung/Verwertung zugeführt. Zur Erwärmung des Kontakttrockners 21 wird beim Betrieb der Energieerzeugungseinheit E erzeugte thermische Energie (Prozeßwärme) benutzt.

In der Aufbereitungseinheit AE erzeugter Biokraftstoff wird der Energieerzeugungseinheit E zugeführt. Diese weist einen beheiz­ ten Stapeltank 9 zur Bevorratung des biogenen Kraftstoffes, einen An- und Abfahrbehälter 10 zum An- und Abfahren der Ener­ gieerzeugungseinheit E und einen, vorzugsweise auf 95°C erwärm­ ten, Tagestank 11 zum Speichern des biogenen Kraftstoffes auf, um diesen nach der Erzeugung in der Energieerzeugungseinheit E zu verbrennen.

Wenn beim ersten Anfahren (Inbetriebnahme) der Energieerzeu­ gungseinheit E kein biogener Kraftstoff in den Tanks 9, 10 und 11 vorhanden ist, wird der An- und Abfahrbehälter 10 über eine Kraftstoffzufuhr f mit extern zugeführten (Bio)Kraftstoff befüllt. Über einen redundanten Sicherheitsfilter 12 und eine Kraftstoffpumpe 13 wird der Biokraftstoff (im Betrieb von dem Tagestank 11; beim Anfahren von dem An- und Abfahrbehälter 10) einem Viskosimat 14 zugeführt, der vorzugsweise dampfbeheizt ist und als P-Regler mit pneumatischer Hilfsenergie die zur Verbrennung des Biokraftstoffs erforderliche Viskosität selbst­ tätig regelt. Nach der Einstellung der Viskosität für den Biokraftstoff wird dieser einem Motor 15 oder optional einer Gasturbine (nicht gezeigt) zugeführt. Mit einem an dem Motor 15 bzw. an der Gasturbine (nicht gezeigt) gekoppelten Generator 16 wird elektrische Energie erzeugt, die beispielsweise ins örtli­ che Stromnetz eingespeist wird. Eine dem Motor 15 und dem Generator 16 zugeordnete Wärmetauschereinheit 17 dient zur Wärmeübertragung von Wärme des Motors 15 und des Generators 16 zu den beheizbaren Systemkomponenten 2, 3, 5, 7, 14 und 22. Falls von der Wärmetauschereinheit 17 bereitgestellte thermi­ sche Energie nicht vollständig beim Betrieb des Systems verwen­ det wird, kann diese beispielsweise in angeschlossene Nah- und Fernwärmenetze eingespeist werden. Abgase, die bei der Verbrennung des Biokraftstoffs entstehen, werden über einen Kamin 18 gereinigt in die Atmosphäre abgelassen.

Der Stapeltank 9 dient zur Bevorratung des biogenen Kraftstof­ fes, wenn beispielsweise die von der Aufbereitungseinheit AE bereitgestellte Menge an Biokraftstoff größer als die Menge des in dem Motor 15 verbrannten Biokraftstoffes ist. Der in dem Stapeltank 9 bevorratete Biokraftstoff kann einer weiteren energetischen Nutzung zugeführt werden, beispielsweise als Biokraftstoff an Tankstellen für Kraftfahrzeuge. Der biogene Kraftstoff des Stapeltanks 9 kann auch verwendet werden, um den An- und Abfahrbehälter 10 zum Anfahren des Motors 15 mit Bio­ kraftstoff zu versorgen.

Der Tagestank 11 dient als Zwischenspeicher für den Biokraft­ stoff nach dessen Erzeugung in der Aufbereitungseinheit AE. Diese Zwischenspeicherung ist wünschenswert, da die Ausgangs­ stoffe a, b, c, d und e entsprechend ihrer Zusammensetzung und der daraus resultierenden Verbrennungseigenschaften wie im folgenden beschrieben aufbereitet werden, wodurch die Menge erzeugten Biokraftstoffes variieren kann. Ohne eine solche Zwischenspeicherung könnten Mengenschwankungen durch Biokraft­ stoff aus dem Stapeltank 9 und/oder dem An- und Abfahrbehälter 10 kompensiert werden.

Die Aufbereitungsstufen I, II und III dienen zur Aufbereitung von Ausgangsstoffen mit unterschiedlichen Verbrennungseigen­ schaften, wobei die erste Aufbereitungsstufe I zur Aufbereitung von Ausgangsstoffen dient, deren Verbrennungseigenschaften nahezu die gewünschten Verbrennungseigenschaften für einen zu erzeugenden Biokraftstoff haben. Ausgangsstoffe, deren Verbren­ nungseigenschaften schlechter als die gewünschten Verbrennungs­ eigenschaften sind, werden in der zweiten Aufbereitungsstufe II und nachfolgend in der ersten Aufbereitungsstufe I oder in der dritten Aufbereitungsstufe III und nachfolgend in den zweiten und ersten Aufbereitungsstufen II und I aufbereitet.

Um festzulegen, welche der Aufbereitungsstufen I, II und III zur Aufbereitung eines Ausgangsstoffes zu verwenden sind, sind für die oben genannten zur Charakterisierung von Verbrennungs­ eigenschaften gewählten Parameter Parameterbereiche zu wählen, die zur Bewertung des aktuell aufzubereitenden Ausgangsstoffes verwendet werden. Entsprechend der Anzahl der Aufbereitungsstu­ fen werden erste, zweite und dritte Parameterbereiche defi­ niert, wobei die zweiten Parameterbereiche jeweils den zugehö­ rigen ersten Parameterbereich und die dritten Parameterbereiche jeweils den zugehörigen zweiten Parameterbereich umfassen. Ausgangsstoffe, von denen wenigstens einer der Parameterwerte für die festgelegten Parameter außerhalb des zugehörigen drit­ ten Parameterbereichs liegt, werden der dritten Aufbereitungs­ stufe III zugeführt und danach in allen Aufbereitungsstufen III, II und I in dieser Reihenfolge aufbereitet. Ausgangsstof­ fe, bei denen wenigstens einer der Parameterwerte für die festgelegten Parameter außerhalb des zugehörigen zweiten Para­ meterbereichs, ansonsten aber innerhalb der dritten Parameter­ bereiche liegt, werden der zweiten Aufbereitungsstufe II zuge­ führt und in dieser sowie danach in der ersten Aufbereitungs­ stufe I aufbereitet.

Ausgangsstoffe, mit Verbrennungseigenschaften, die (nahezu) den gewünschten Verbrennungseigenschaften entsprechen (d. h. wenig­ stens einer der Ausgangsstoffparameterwerte für die festgeleg­ ten Parameter liegt nicht innerhalb des zugehörigen ersten Parameterbereichs), werden nur in der ersten Aufbereitungsstufe I zum Erzeugen des gewünschten Biokraftstoffes aufbereitet. Falls Ausgangsstoffe bereitgestellt werden, die die gewünschten Verbrennungseigenschaften aufweisen (d. h. die Ausgangsstoffpa­ rameterwerte für die festgelegten Parameter liegen jeweils innerhalb des zugehörigen ersten Parameterbereichs), müssen diese nicht aufbereitet und können unmittelbar als Biokraft­ stoff verwendet werden. Diese Möglichkeit ist in Fig. 1 nicht gezeigt. Um zu vermeiden, daß derartige (gute) Ausgangsstoffe dem System zugeführt werden, wodurch eine Verschlechterung derselben aufgrund einer Vermischung mit anderen Ausgangsstof­ fen auftreten kann und eine eigentlich nicht erforderliche Analyse und Aufbereitung durchgeführt wird, sollte die Ein­ gangskontrolleinrichtung EK so ausgeführt sein, daß diese Ausgangsstoffe unmittelbar der Energieerzeugungseinheit E zugeführt werden können.

Claims (24)

1. Verfahren zur Herstellung von Biokraftstoff unter Verwen­ dung von biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstof­ fen mit folgenden Schritten:

• - Festlegen von Verbrennungseigenschaften charakterisierenden Parametern,
• - Definieren erster Parameterbereiche, die gewünschte Verbren­ nungseigenschaften des Biokraftstoffes für diese Parameter charakterisieren,
• - Bereitstellen eines biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffes (a, b, c, d, e),
• - Ermitteln der Parameterwerte des Ausgangsstoffes (a, b, c, d, e) für die festgelegten Parameter, und
• - Aufbereiten des bereitgestellten Ausgangsstoffes (a, b, c, d, e) so lange, bis die Parameterwerte für die festgelegten Para­ meter in die definierten ersten Parameterbereiche fallen, wobei der Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) in Abhängigkeit derjenigen für ihn ermittelten Parameter, die außerhalb der zugehörigen ersten Parameterbereiche liegen, einer oder mehrerer unter­ schiedlichen Aufbereitungsstufen (I, II, III) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt:

• - Definieren von zweiten Parameterbereichen, die jeweils den zugehörigen ersten Parameterbereich enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt:

• - Definieren von dritten Parameterbereichen, die jeweils den zugehörigen zweiten Parameterbereich enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) einer ersten Aufbereitungsstufe (I) zugeführt wird, wenn wenig­ stens einer der ermittelten Parameterwerte außerhalb des zugehörigen ersten Parameterbereichs liegt und alle ermittelten Parameterwerte in dem zugehörigen zweiten Parameterbereich liegen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) einer zweiten, der ersten vorgeschalteten Aufbereitungsstufe (II) zugeführt wird, wenn wenigstens einer der ermittelten Parameterwerte außerhalb des zugehörigen zweiten Parameterbe­ reichs liegt und alle ermittelten Parameterwerte in dem zugehö­ rigen dritten Parameterbereich liegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) einer dritten, der zweiten vorgeschalteten Aufbereitungsstufe (III) zugeführt wird, wenn wenigstens einer der ermittelten Parameterwerte außerhalb des zugehörigen dritten Parameterbe­ reichs liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Aufbereitungsstufe (II) erzeugte Stoffe, die Fette und/oder Öle enthalten, der ersten Aufbereitungsstufe (T) zugeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Aufbereitungsstufe (III) erzeugte Stoffe, die Fette und/oder Öle enthalten, der zweiten Aufbereitungsstufe (II) zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die erste Aufbereitungsstufe (I) verlassenden Stoffe, die Fette und/oder Öle enthalten, den Biokraftstoff mit den gewünschten Verbrennungseigenschaften bilden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Aufbereitungsstufe (I) feindisperse Inhaltsstoffe des Ausgangsstoffes (a, b, c, d, e) entfernt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Aufbereitungsstufe (II) Restwasser und feindisperse Feststoffe abgetrennt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Aufbereitungsstufe (II) Prozeßwasser zum Auswaschen von Metallsalzen und/oder Silikaten zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Aufbereitungsstufe (III) Wasser und Sinkstoffe abgetrennt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Aufbereitungsstufe (III) der Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) zur Emulsionsspaltung erwärmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Aufbereitungsstufe (III) abgetrennte Sinkstoffe in flüssige Organik, Feststoffe und Wasser getrennt werden.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abgetrenntes Wasser aufbereitet und als der zweiten Aufbereitungsstufe (II) zuzuführendes Prozeß­ wasser verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bereitstellen des Ausgangsstof­ fes (a, b, c, d, e) unterschiedliche Fette und/oder Öle enthal­ tende Ausgangsstoffe (a, b, c, d, e) gemischt werden.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter solche gewählt werden, die den Feststoffgehalt, den Wassergehalt, den Metallsalz­ gehalt, den Silikatgehalt, den Schwefelgehalt, den Flammpunkt, den Siedepunkt, die Dichte, die Schmierfähigkeit, die Viskosi­ tät, den Verkokungsrückstand und/oder die Zündwilligkeit (Ce­ tanzahl, Cetanindex) charakterisieren.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Definieren der Parameterberei­ che Parametergrenzwerte gewählt werden, die den maximalen Feststoffgehalt, den maximalen Wassergehalt, den maximalen Metallsalzgehalt, den maximalen Silikatgehalt, den maximalen Schwefelgehalt, den minimalen Flammpunkt, einen Siedebereich, einen Dichtebereich, die minimale Schmierfähigkeit, die maxima­ le Viskosität, den maximalen Verkokungsrückstand und/oder die minimale Zündwilligkeit (minimale Cetanzahl, minimaler Cetanin­ dex) charakterisieren.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Rückläufer und/oder Reststoffe aus der Kosmetikindustrie und/oder der Lebensmittelindustrie, pflanzliche und/oder tierische Fettabscheiderinhalte, Frittier­ fette, Stearinöle, mineralölfreie Öl- und/oder Schmierstoffe, Konservierungsmittel, und/oder Trennmittel als Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) bereitgestellt werden.

21. Vorrichtung zur Herstellung von Biokraftstoff unter Ver­ wendung von biogene Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangs­ stoffen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit:
einer Zufuhreinrichtung (1, 1a, EK) zum Zuführen eines Fette und/oder Öle enthaltenden Ausgangsstoffes (a, b, c, d, e),
einer mit der Zufuhreinrichtung (1, 1a, EK) verbundenen Analyseeinrichtung (Q) zur Analyse des Ausgangsstoffes (a, b, c, d, e),
einer mit der Analyseeinrichtung (Q) verbundenen ersten Aufbereitungsstufe (I),
einer mit der Analyseeinrichtung (Q) verbundenen zweiten Aufbereitungsstufe (II), die der ersten Aufbereitungsstufe (I) vorgeschaltet ist und letzterer Fette und/oder Öle enthaltende Stoffe zuführt, wenn der zweiten Aufbereitungsstufe (II) der Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) zugeführt wird,
einer mit der Analyseeinrichtung (Q) verbundenen dritten Aufbereitungsstufe (III), die der zweiten Aufbereitungsstufe (II) vorgeschaltet ist und letzterer Fette und/oder Öle enthal­ tende Stoffe zuführt, wenn der dritten Aufbereitungsstufe (III) der Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) zugeführt wird, und
einer mit der ersten Aufbereitungsstufe (I) verbundenen Abgabeeinrichtung zur Abgabe von Fette und/oder Öle enthalten­ den Stoffen als Biokraftstoff, wobei
die Zufuhreinrichtung (1, 1a, EK) und/oder die Analyseeinrich­ tung (Q) dazu ausgelegt sind, den Ausgangsstoff (a, b, c, d, e) in Abhängigkeit von dessen Verbrennungseigenschaften der er­ sten, der zweiten oder der dritten Aufbereitungsstufe (I, II, III) zuzuführen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Aufbereitungsstufe (I) einen Clarifikator (8),
die zweite Aufbereitungsstufe (II) einen Trennseparator (Purifikator) (6), und
die dritte Aufbereitungsstufe (III) einen beheizbaren Mehr- Phasen-Trennbehälter (3) und einen 3-Phasen-Dekanter (4) auf­ weisen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch eine mit den Aufbereitungsstufen (I, II, III) verbundene Wasseraufbereitungseinrichtung (19, 20, 21) zur Aufnahme und Aufbereitung in den Aufbereitungsstufen (I, II, III) abgetrennten Wassers und zur Zufuhr aufbereiteten Wassers als Prozeßwasser zu der zweiten Aufbereitungsstufe (II).

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet durch eine mit der Abgabeeinrichtung verbundene Energieerzeugungseinheit (E) zur Verbrennung des aus dem Aus­ gangsstoff (a, b, c, d, e) erzeugten Biokraftstoffes.