DE102006019763A1

DE102006019763A1 - Verfahren zur Gewinnung von Brennstoffen aus pflanzlichen und tierischen Fettabfällen sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102006019763A1
Application number: DE102006019763A
Authority: DE
Inventors: Stefan Farwick; Ludger Dr. Overmann
Original assignee: WULFENIA BETEILIGUNGS GmbH
Current assignee: Mhb Muellheizkraftwerk Betriebsgesellschaft Mb De
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: US20100058652A1; JP2009523866A; DE102006019763B4; CA2637799A1; EP1976961A1; WO2007087838A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Brennstoffen ausgehend von pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen, die neben Fetten und/oder Ölen freie Fettsäuren enthalten, wobei die in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren bei Reaktionstemperaturen oberhalb von 220°C mit mindestens einem mehrwertigen Alkohol in Abwesenheit enzymatischer und fester neutraler Katalysatoren umgesetzt werden, derart, dass eine Veresterung der freien Fettsäuren erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Brennstoffen aus Fettabfällen auf Basis pflanzlicher und tierischer Fette sowie die daraus hergestellten Brennstoffe und deren Verwendung.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung gleichermaßen eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fette und Öle ist die Sammelbezeichnung für feste, halbfeste oder flüssige, mehr oder weniger viskose Produkte des Pflanzen- oder Tierkörpers, die chemisch im wesentlichen aus Glycerinestern höherer Fettsäuren bestehen. Fette und Öle sind also Triglyceride, d. h. Esterverbindungen von Glycerin mit verschiedenen Fettsäuren, insbesondere höheren Fettsäuren. Im allgemeinen werden solche Fettsäuren als höhere Fettsäuren bezeichnet, die mehr als zwölf Kohlenstoffatome im Molekül enthalten. Dabei bindet in den üblichen Triglyceriden ein Molekülglycerin drei Moleküle Fettsäure. Die im jeweiligen Triglycerid enthaltenen Fettsäuren variieren stark und sind artabhängig. In pflanzlichen Ölen und Fetten überwiegt der Anteil ungesättigter und mehrfach ungesättigter Fettsäuren, wobei es sich hierbei z. B. um Ölsäure oder Linolsäure handeln kann, wohingegen gesättigte Fettsäuren, hauptsächlich Palmitinsäure, eine nur untergeordnete Rolle spielen. Im Vergleich hierzu überwiegt in tierischen Fetten der Anteil an einfach ungesättigten Fettsäuren, hauptsächlich Ölsäure, und der gesättigten Fettsäuren, hauptsächlich Palmitin- und Stearinsäure, woraus der hohe Schmelzpunkt der tierischen Fette im Vergleich zu pflanzlichen Fetten und Ölen resultiert. Für weitere Einzelheiten zu Fetten und Ölen kann beispielsweise verwiesen werden auf Römpp Lexikon Chemie, 10. Auflage, Band 2, 1997, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, Seiten 1320 bis 1322, Stichwort: "Fette und Öle".

Grundsätzlich sind Fette und Öle regenerative biogene Energiespeicher und somit als Brennstoffe geeignet. Unter dem Begriff der Brennstoffe wird erfindungsgemäß insbesondere eine summarische Bezeichnung für feste, flüssige oder gasförmige Stoffe verstanden, welche entweder in natürlicher oder davon durch Veredelung abgeleiteter Form mit Luftsauerstoff unter Abgabe nutzbarer Wärme wirtschaftlich verbrannt werden können (vgl. Römpp Lexikon Chemie, a.a.O., Band 1, 1996, Seiten 513/514, Stichwort: "Brennstoffe").

Folglich können Fette und Öle als Brennstoffe, beispielsweise zum Betreiben von Verbrennungsmotoren, eingesetzt werden. Viele Begleitstoffe der Fette und Öle sind jedoch für die technische Nutzung nicht erwünscht: Reine Fette und Öle sind geruchslos und geschmacksneutral; beim längeren Aufbewahren werden sie jedoch unter Zutritt von Licht und/oder Luft infolge von Autoxidation und Desmolyse, dem enzymatischen oder oxidativen Abbau zu übelriechenden, kurzwertigen Ketonen und Aldehyden, ranzig. Des weiteren treten Zersetzungsprozesse unter Abspaltung von Glycerin ein, bei dem Mono- und Diglyceride und vor allem freie Fettsäuren entstehen. Vorwiegend in tierischen Fetten sind zudem infolge der Nahrungsaufnahme auch Schwermetalle in geringsten Konzentrationen enthalten, welche die weitere Zersetzung der Fette und Öle in katalytischer Weise fördern können. Die vorgenannten, unerwünschten Begleitstoffe der Fette und Öle, insbesondere freie Fettsäuren, finden sich vor allem in Fettabfällen pflanzlichen oder tierischen Ursprungs.

Werden Fette bzw. Öle verbrannt und als Brennstoffe bzw. Energieträger genutzt, können die vorgenannten Abbau- bzw. Zersetzungsprodukte zwar mitverbrannt werden, wirken sich aber nachteilig auf die Abgaszusammensetzungen aus und wirken insbesondere korrosiv in bezug auf Verbrennungsmotoren. Insbesondere führt ein hoher Fettsäuregehalt zu einem starken korrosiven Verschleiß der Verbrennungsmotoren.

Folglich müssen pflanzliche und tierische Fette bzw. Öle, insbesondere in Form von Fettabfällen, vor ihrem Einsatz in Verbrennungsmotoren entsprechend aufbereitet werden.

Es existiert eine Vielzahl von Verfahren, um Fette für motorische Prozesse, insbesondere für die Verbrennung in Verbrennungsmotoren, aufzubereiten. Zwar können die als Abbauprodukte vorhandenen Schleimstoffe und gegebenenfalls vorhandenen Schwermetalle durch Waschen mit wäßrigen sauren Lösungen entfernt werden, jedoch werden hierdurch die korrosiv wirkenden freien Fettsäuren nicht entfernt; diese müssen vielmehr durch Waschen mit alkali scher Lösung, z. B. Natronlauge, entfernt werden, wobei derartige Verfahren infolge des hohen Verbrauchs an alkalischem Behandlungsmittel unwirtschaftlich und somit unrentabel sind.

Um die Acidität von Fetten und Ölen abzusenken, besteht weiterhin die Möglichkeit der Abtrennung der Fettsäuren durch Wasserdampfdestillation (Lurgi) oder durch selektiv wirkende Extraktionsmittel (z. B. Isopropanol/Hexan oder basische Extraktionsmittel, vgl. z. B. DE 199 18 097 A1 ).

Die DE 199 56 599 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von entsäuerten Fetten und Ölen, wobei man technische Triglyceride mit Säurezahlen von bis zu 60 in Gegenwart von Lipasen mit niederen aliphatischen Alkoholen behandelt, so daß ein Vorveresterungsprodukt mit einer Säurezahl im Bereich von 0,5 bis 10 resultiert, und das Reaktionsprodukt nach Entfernen von Wasser und nicht umgesetztem Alkohol und nachfolgender Trocknung unter erneuter Zugabe von niederen aliphatischen Alkoholen einer Nachveresterung unterworfen wird, in deren Verlauf die Säurezahl der Ausgangsstoffe bis auf Werte im Bereich von 0,1 bis 0,5 abgesenkt wird. Dieses Verfahren ist aufwendig, da eine zweifache Veresterung – Vorveresterung und Nachveresterung – durchgeführt werden muß, was bei großtechnischer Umsetzung unwirtschaftlich ist. Zudem erfordert das Verfahren die Verwendung enzymatischer Katalysatoren in Form von Lipasen, welche den Nachteil aufweisen, daß sie bei längerer Lagerung der entsäuerten Fette bzw. Öle unter technischen Bedingungen zu einem unerwünschten Abbau bzw. zu einer unerwünschten Zersetzung der Fette und Öle führen.

Weiterhin beschreibt die DE 101 55 241 C1 ein Verfahren zur Herstellung von Kraftstoffen aus sauren pflanzlichen oder tierischen Fetten mit einem Gehalt an freien Fettsäuren durch katalytische Veresterungsreaktion in einer Turmapparatur, wobei die in den sauren Fetten enthaltenen freien Fettsäuren bei erhöhter Temperatur und unter Vakuum mit mehrwertigen Alkoholen in Gegenwart fester neutraler Metallkatalysatoren, die in einem Festbett innerhalb des Reaktionssystems vorliegen, verestert werden, wobei die sauren Fette im Reaktionssystem von oben nach unten und hierzu im Gegenstrom der Alkohol geführt werden und unter der Einwirkung des Vakuums ein Alkohol und Wasser enthaltendes Gemisch im oberen Teil des Reaktionssystems abge zogen wird. Das dort beschriebene Verfahren ist mit einer Reihe von Nachteilen verbunden: Zum einen setzt das dort beschriebene Verfahren zwingend den Einsatz eines Metallkatalysators voraus; obwohl dieser Metallkatalysator in einem Festbett vorliegt, werden stets gewisse Mengen des Metallkatalysators in die aufbereiteten Fette miteingeschleust, die zwingend vor der Verbrennung der aufbereiteten Fette durch saure Wäsche entfernt werden müssen. Zudem wird die katalytische Aktivität durch die Bildung von Schleimstoffen als Reaktionsnebenprodukten, die sich auf die Katalysatoroberfläche abscheiden, schnell erschöpft, so daß diese häufig regeneriert bzw. ausgetauscht werden müssen. Zudem erfordert das in der DE 101 55 241 C1 beschriebene Verfahren eine aufwendige Turmapparatur und eine aufwendige Verfahrensführung, da das saure Fett einerseits und der Veresterungsalkohol andererseits im Gegenstrom geführt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Anlage bereitzustellen, mit dem bzw. mit der Brennstoffe ausgehend von pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen, die neben Fetten und/oder Ölen freie Fettsäuren enthalten, gewonnen werden können und/oder mit dem bzw. mit der freie Fettsäuren aus pflanzlichen und/oder tierischen Fetten bzw. Ölen, insbesondere Fettabfällen, entfernt bzw. umgesetzt werden kann.

Die Anmelderin hat nun überraschender Weise herausgefunden, daß sich im Falle saurer Fette und Öle, insbesondere im Falle freier Fettsäuren enthaltender pflanzlicher und/oder tierischer Fettabfälle, die freien Fettsäuren auch in Abwesenheit enzymatischer und fester neutraler Katalysatoren, insbesondere in Abwesenheit von metallischen Katalysatoren, in einer Veresterungsreaktion mit mehrwertigen Alkoholen zu den entsprechenden Estern umsetzen lassen, sofern Reaktionstemperaturen oberhalb von 220 °C gewählt werden.

Zur Lösung der zuvor geschilderten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Anlage gemäß Anspruch 24 vor. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist somit ein Verfahren zur Gewinnung von Brennstoffen ausgehend von pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen, die neben Fetten und Ölen freie Fettsäuren enthalten, wobei die in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren bei Reaktionstemperaturen T_Reaktion oberhalb von 220 °C (T_Reaktion > 220 °C) mit mindestens einem mehrwertigen Alkohol in Abwesenheit enzymatischer und fester neutraler Katalysatoren umgesetzt werden derart, daß eine Veresterung der freien Fettsäuren erfolgt.

Ein entscheidendes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Umsetzungs- bzw. Reaktionstemperatur oberhalb von 220 °C (T_Reaktion > 220 °C, wobei die Untergrenze von 220 °C nicht eingeschlossen ist) gewählt wird, da unter diesen Bedingungen eine zumindest im wesentlichen vollständige Umsetzung der freien Fettsäuren bzw. eine zumindest im wesentlichen vollständige Veresterung der freien Fettsäuren zu den entsprechenden Estern erfolgt, und dies ohne die betreffenden Katalysatoren und ohne daß eine nennenswerte Zersetzung bzw. Denaturierung der so behandelten Fette und Öle einsetzt.

Grundsätzlich können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beliebige Fettabfälle pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs eingesetzt werden. Dabei wird der Begriff der Fettabfälle erfindungsgemäß vereinfachend als Sammelbegriff für Abfälle auf Basis von Fetten und/oder Ölen verwendet. Hierzu zählen beispielsweise Abfälle auf Basis von Tierfetten, Altfetten, Abdeckfetten, industriellen Restfetten, Fetten aus Ölabscheidern, Fetten aus Kläranlagen, Fetten aus Gerbereien und sauren Pflanzenfetten bzw. -ölen. Beispielsweise können Abfälle auf Basis von Landtierfetten, insbesondere Schweinefett, Rindertalg, Hammeltalg, Pferdefett oder Gänse- und Hühnerfett, aber auch auf Basis von sauren Fischölen eingesetzt werden.

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten sauren Fetten und Ölen kann es sich beispielsweise um nicht besonders überwachungsbedürftige Fettabfälle zur Verwertung von lebensmittelverarbeitenden Betrieben, welche nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) verpflichtet sind, vor dem Einleiten des Abwassers einen Leichtstoffabschalter vorzuschalten, oder aber um anderweitige tierische und pflanzliche Fette und Öle mit einem hohen Gehalt an sogenannten freien Fettsäuren handeln.

Bevorzugt werden Fettabfälle mit einem Gehalt an freien Fettsäuren von 5 bis 80 Gew.-%, insbesondere von 10 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle eingesetzt. Dies entspricht Fettabfällen mit Säurezahlen in etwa im Bereich von 10 bis 160, insbesondere 20 bis 150, vorzugsweise 50 bis 150, wobei die Säurezahl (SZ) die Anzahl der mg KOH angibt, die zur Neutralisation von 1 g der betreffenden Probe bzw. Fettabfälle verbraucht wird und zur Bestimmung des Gehalts an freien organischen Säuren in Fetten und Ölen herangezogen wird (vgl. Römpp Lexikon Chemie, a.a.O., Band 5, 1998, Seite 3903, Stichwort: "Säurezahl" und die dort referierte DIN 53169: 1991-03 und 53402: 1990-09).

In erfindungsgemäß bevorzugter Weise werden Fettabfälle mit einem Gehalt an freien Fettsäuren von 25 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, eingesetzt. Dies entspricht Fettabfällen mit Säurezahlen von in etwa mindestens 50. Grundsätzlich können auch Fettabfälle mit einem geringeren Gehalt an freien Fettsäuren eingesetzt werden; jedoch kann es für den Fall, daß der freie Fettsäuregehalt unterhalb von 25 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, liegt, empfehlenswert sein, einen basischen Startkatalysator, insbesondere in Form eines anorganischen Hydroxids, zuzusetzen, wobei jedoch diese Maßnahme fakultativ und erfindungsgemäß weniger bevorzugt ist.

Denn – wie zuvor erwähnt – ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere darin zu sehen, daß die Umsetzung bzw. Reaktion in Abwesenheit enzymatischer und fester neutraler Katalysatoren durchgeführt wird. Insbesondere werden keine metallischen Katalysatoren eingesetzt, die in die aufzubereitenden Fettabfälle eingeschleust und nachträglich entfernt werden müssen. Im allgemeinen kommt das erfindungsgemäße Verfahren ohne jedweden Katalysator aus, d. h. es wird in Abwesenheit eines Katalysators durchgeführt.

Überraschenderweise führt das erfindungsgemäße Verfahren trotz des Verzichts auf einen Katalysator zu einer zumindest im wesentlichen vollständigen Umsetzung der in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren zu den entsprechenden Fettsäureestern.

Gleichermaßen überraschend ist es, daß die relativ hohen Reaktionstemperaturen die Qualität der letztendlich erhaltenen neutralisierten Fette und/oder Öle nicht in negativer Weise beeinträchtigen, insbesondere nicht im nennenswerten Umfang zu thermischen Zersetzungsprodukten führen.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als mehrwertiger Alkohol ein mindestens zweiwertiger Alkohol, insbesondere ein mindestens dreiwertiger Alkohol, bevorzugt ein zwei- bis vierwertiger Alkohol, eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe von Diolen wie Ethylenglykol, Triolen wie Glycerin, Pentaerythrit und Pentiten, insbesondere aus der Gruppe von Ethylenglykol und/oder Glycerin. Auch Mischungen verschiedener mehrwertiger Alkohole kommen erfindungsgemäß in Betracht.

In erfindungsgemäß bevorzugter Weise wird als mehrwertiger Alkohol Glycerin eingesetzt. Dies ist mit mehreren Vorteilen verbunden: Zum einen kann das Glycerin als dreiwertiger Alkohol eine größere Menge an Fettsäuren binden und liefert somit eine günstige Massenbilanz. Zum anderen hat Glycerin den besonderen Vorteil, daß die Fettsäuren überwiegend in Triglyceride überführt, welche der Hauptmasse der aufzubereitenden Fettabfälle chemisch gleichkommen. Neben den Triglyceriden werden jedoch auch Mono- und Diglyceride gebildet, so daß im allgemeinen ein Gemisch verschiedener Glycerinester, insbesondere aus Mono-, Di- und Triglyceriden, gebildet wird, wobei im allgemeinen die Triglyceride den Hauptbestandteil bilden.

Glycerin hat zudem den Vorteil, daß es in technischer Form relativ kostengünstig erhältlich ist. Technisches Glycerin hat zwar einen relativ hohen Wasseranteil, der aber vor der Reaktion ohne weiteres, beispielsweise durch Abdampfen bzw. Abziehen des Wassers aus dem umzusetzenden Gemisch vor Reaktion, entfernt werden kann. Jedoch sollte darauf geachtet werden, daß im Falle des Einsatzes von technischem Glycerin dieses im wesentlichen frei von Methanol und/oder Ethanol ist, um konkurrierende Veresterungsreaktionen der umzusetzenden freien Fettsäuren mit Methanol und/oder Ethanol zu verhindern.

Im allgemeinen wird die Umsetzung der freien Fettsäuren mit einem Überschuß an mehrwertigem Alkohol, bezogen auf die in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren, durchgeführt. Insbesondere wird mit einem Überschuß von 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew.-%, des mehrwertigen Alkohols in bezug auf die in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren verfahren. Die Überschußangabe des mehrwertigen Alkohols bezieht sich auf die Masse des insgesamt eingesetzten mehrwertigen Alkohols. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, den Gehalt an freien Fettsäuren in den zu behandelnden Fettabfällen vor Reaktion bzw. Umsetzung zu bestimmen, um den einzusetzenden Überschuß ermitteln zu können. Aus verfahrensökonomischen Gründen kann überschüssiger, nicht umgesetzter mehrwertiger Alkohol nach Umsetzung wieder abgetrennt bzw. zurückgewonnen und nachfolgend rezykliert werden. Die Abtrennung des überschüssigen mehrwertigen Alkohols, insbesondere Glycerin, nach Reaktion ist relativ unproblematisch, da nach Abkühlen des Reaktionsgemisches ein Zweiphasengemisch resultiert – der mehrwertige Alkohol, insbesondere das Glycerin, ist mit den Fetten und Ölen nicht mischbar –, so daß sich der nichtumgesetzte mehrwertige Alkohol leicht abtrennen läßt. Der auf diese Weise abgetrennte, überschüssige, nichtumgesetzte mehrwertige Alkohol kann dann dem nächsten Reaktionsansatz wieder zugeführt werden.

Wie zuvor beschrieben erfolgt die Umsetzung bzw. Veresterungsreaktion im allgemeinen bei Reaktionstemperaturen T_Reaktion im Bereich von oberhalb 220 °C (Untergrenze nicht eingeschlossen) bis 270 °C, insbesondere 225 °C bis 265 °C, vorzugsweise 225 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt 230 °C bis 240 °C. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die Umsetzung bei Temperaturen, die unterhalb des Siedepunkts des eingesetzten mehrwertigen Alkohols liegen, durchgeführt wird.

Im allgemeinen wird die Umsetzung bzw. Reaktion in einem Rührreaktor durchgeführt, der mit den entsprechenden Rührvorrichtungen zur Durchmischung des Reaktionsgemisches ausgestattet ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Rührreaktor zusätzlich zu den Rührvorrichtungen mindestens eine Düse zum Verdüsen, d. h. zum Zerstäuben oder Feinverteilen, des Reaktionsgemisches aufweist, wobei mit Hilfe der Düse das Reaktionsgemisch während der Umsetzung kontinuierlich verdüst, insbesondere zerstäubt und/oder feinverteilt wird. Hierdurch läßt sich die Umsetzung beschleunigen. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, läßt sich die auf diese Weise beschleunigte Reaktion durch eine Vergrößerung der Reaktionsoberfläche erklären. Beispielsweise kann die Düse derart angeordnet sein, daß sie in das Reaktionsgemisch eintaucht, wobei über eine am unteren Teil des Rührreaktors befindliche Leitung ein Teil des Reaktionsgemisches kontinuierlich abgezogen und dem in das Reaktionsgemisch eintauchenden Düsenkopf zu Zwecken der Verdüsung zugeführt wird. Mit anderen Worten wird das Reaktionsgemisch bei der Umsetzung durch Rühren mit den entsprechenden Rührvorrichtungen bzw. Rührwerkzeugen durchmischt und bevorzugterweise außerdem durch eine zusätzlich vorhandene Düse ("Veresterungsdüse") verdüst, d. h. zerstäubt bzw. feinverteilt.

Im allgemeinen wird die Umsetzung bzw. Reaktion diskontinuierlich, d. h. chargenweise bzw. batchweise, durchgeführt.

Zur Vervollständigung und/oder Beschleunigung der Reaktion ist es vorteilhaft, wenn das bei der Umsetzung entstehende Reaktionswasser kontinuierlich abgezogen wird. Dies geschieht mittels kontinuierlichen Abdampfens bzw. Abziehens des entstehenden Reaktionswassers, da bei Temperaturen oberhalb des Siedepunkts von Wasser gearbeitet wird. Vorteilhafterweise wird zu diesem Zweck ein leichter Unterdruck angelegt, insbesondere im Bereich von 100 bis 300 mbar, insbesondere 150 bis 250 mbar.

Im allgemeinen wird die Umsetzung bzw. Reaktion insgesamt bei Atmosphärendruck oder bei reduziertem Druck, insbesondere bei reduziertem Druck im Bereich von 100 bis 300 mbar, insbesondere 150 bis 250 mbar, durchgeführt.

Im allgemeinen erfolgt die Umsetzung dabei derart, insbesondere über eine solche Zeitdauer, daß die Umsetzung der Fettsäuren zu den entsprechenden Estern zu mindestens 95 %, insbesondere zu mindestens 97 %, bevorzugt zu mindestens 98 %, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 99 %, erfolgt (Umsetzungsgrad).

Dabei erfolgt die Umsetzung im allgemeinen derart, insbesondere über eine solche Zeitdauer, daß der Gehalt an freien Fettsäuren nach der Umsetzung höchstens 2 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,05 Gew.-%, bezogen auf das nach der Umsetzung erhaltene Produktgemisch (d. h. die neutralisierten Fette und/oder Öle), beträgt. Das nach der Umsetzung erhaltene Reaktionsgemisch weist im allgemeinen eine Säurezahl von höchstens 4, insbesondere höchstens 2, bevorzugt höchstens 1, besonders bevorzugt höchstens 0,2, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,1, auf.

Die Umsetzung bzw. Reaktion als solche wird im allgemeinen für eine Zeitdauer von 0,1 bis 5 Stunden, insbesondere 0,5 bis 4 Stunden, bevorzugt 0,75 bis 1,5 Stunden, durchgeführt.

Die zu neutralisierenden bzw. umzuesternden Fettabfälle werden im allgemeinen noch vor der eigentlichen Umsetzung bzw. Reaktion mit dem mehrwertigen Alkohol einer physikalischen Aufbereitung unterworfen. Die physikalische Aufbereitung umfaßt insbesondere eine (physikalische) Abtrennung von in den Fettabfällen enthaltenem Wasser, beispielsweise mittels Dekantieren, wobei insbesondere ein Restwassergehalt ≤ 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, eingestellt wird. Gleichermaßen umfaßt die physikalische Aufbereitung eine mechanische Abtrennung von Feststoffen, vorzugsweise mittels Siebung und/oder Filtration, wobei die Fettabfälle auf Restfeststoffgehalte 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, eingestellt wird. Im Rahmen der der eigentlichen Umsetzung bzw. Reaktion vorgeschalteten physikalischen Aufbereitung werden die Fettabfälle somit von überschüssigem Wasser einerseits und Feststoffen bzw. Sedimenten andererseits befreit. Die auf diese Weise aufbereiteten Fettabfälle können dann gegebenenfalls – vor ihrer nachfolgenden Umsetzung mit dem mehrwertigen Alkohol – in einem Puffertank zwischengelagert werden, bis eine ausreichende Menge für die nachfolgende Umsetzung bzw. Reaktion im Puffertank angesammelt ist.

Nach Beendigung der Umsetzung bzw. Reaktion können die Umsetzungsprodukte, gegebenenfalls nach Abkühlung, einer physikalischen Nachbereitung unterzogen werden. Die Nachbereitung umfaßt im allgemeinen eine physikali sche Abtrennung von in den Umsetzungsprodukten bei der Reaktion entstandenen Feststoffen, insbesondere Schleimstoffen, wie sie insbesondere durch Denaturierung der Fette und Öle entstehen können; die Abtrennung der Feststoffe, insbesondere Schleimstoffe, erfolgt vorzugsweise mittels Filtration ("Polierfiltration"), insbesondere unter Verwendung von Filterhilfsmitteln (z. B. Cellulose, Kieselgel, Kieselgur, Perliten, Holzkohle oder Holzmehl). Des weiteren umfaßt die Nachbereitung eine Abtrennung der in den Umsetzungsprodukten enthaltenden, überschüssigen, nichtumgesetzten mehrwertigen Alkohole, insbesondere mittels Phasentrennung (Die mehrwertigen Alkohole sind im allgemeinen mit dem Produktgemisch aus Fetten und/oder Ölen nicht mischbar.); wie zuvor beschrieben, wird überschüssiger, nichtumgesetzter mehrwertiger Alkohol anschließend vorteilhafterweise rezykliert.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Umsetzungsprodukte (d. h. die neutralisierten, von Fettsäuren befreiten, polierten Fett- bzw. Ölgemische) können, gegebenenfalls nach Zwischenlagerung in einem Puffertank, nachfolgend als Brennstoffe einer Wärmekraftmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor, zugeführt werden. Dort können sie zum Antrieb von Fahrzeugen jeglicher Art, beispielsweise von Schiffen, oder aber in Kraftwerken zur Stromgewinnung dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine effiziente Gewinnung von neutralisierten Fett- und/oder Ölgemischen ausgehend von sauren, fettsäurehaltigen Ausgangsfett- und/oder -ölgemischen, insbesondere Fettabfällen, und somit von biogenen Brennstoffen. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt dabei überraschenderweise ohne Katalysatoren aus, so daß es zum einen kostengünstig arbeitet und weniger komplex in der Verfahrensführung als Verfahren, die mit Katalysatoren arbeiten, ist und zum anderen die Gefahr der Einschleppung von Katalysatoren in die Endprodukte ausgeschlossen ist.

Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, wenn als Ausgangsrohstoffe saure Fett- und/oder Ölgemische bzw. Fettabfälle mit einem Gehalt an freien Fettsäuren von mindestens 25 Gew.-% bzw. mit Säurezahlen von mindestens 50 eingesetzt werden und/oder wenn mit einem Überschuß des mehrwertigen Alkohols in bezug auf die freien Fettsäuren verfahren wird, da in diesem Fall die Reaktion in besonders kurzer Zeit und bei besonders guten Umsetzungsraten verläuft.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind – gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung – die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgehend von sauren (d. h. ausgehend von freie Fettsäuren enthaltenden) pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen erhältlichen neutralisierten Fette und/oder Öle als solche bzw. Brennstoffe auf Basis pflanzlicher und/oder tierischer Fette. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen neutralisierten Fette und/oder Öle bzw. Brennstoffe zeichnen sich durch einen geringen Gehalt an freien Fettsäuren von höchstens 2 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,05 Gew.-%, bezogen auf die neutralisierten Fette und/oder Öle bzw. Brennstoffe, aus, was in etwa Säurezahlen von höchstens 4, insbesondere höchstens 2, bevorzugt höchstens 1, besonders bevorzugt höchstens 0,2, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,1, entspricht. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Produkte umfassen bei der Verwendung von Glycerin als mehrwertigem Alkohol im allgemeinen ein Gemisch aus mono-, di- und triglyceridischen Fetten und/oder Ölen (d. h. ein Gemisch verschiedener Glycerinester), wobei die Triglyceride im allgemeinen den Hauptanteil bilden.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung – ist die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen neutralisierten Fette und/oder Öle bzw. (biogenen) Brennstoffe zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, oder zum Betreiben eines Kraftwerks bzw. zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung.

Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung – gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung – eine Anlage zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Anlage, in der Reihenfolge der durchzuführenden Verfahrensschritte und jeweils hintereinandergeschaltet, die folgenden Einheiten umfaßt:

a) eine Aufbereitungseinheit 1 zur physikalischen Aufbereitung von pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen, die neben Fetten und/oder Ölen freie Fettsäuren und einen gewissen Anteil an Wasser und Feststoffen enthalten (Die Aufbereitungseinheit 1 kann insbesondere eine Vorrichtung zur physikalischen Abtrennung von Wasser, insbesondere eine Dekantiervorrichtung, und/oder eine Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen, insbesondere eine Sieb- und/oder Filtervorrichtung, umfassen.);
b) in Produktionslinie stromabwärts zur Aufbereitungseinheit 1 gegebenenfalls einen Puffertank 2 zur Aufnahme und/oder Zwischenlagerung der aus der Aufbereitungseinheit 1 stammenden, physikalisch aufbereiteten Fettabfälle;
c) in Produktionslinie stromabwärts zur Aufbereitungseinheit 1 und/oder zum gegebenenfalls vorhandenen Puffertank 2 eine Reaktoreinheit 3 zur Durchführung einer Veresterungsreaktion der aus der Aufbereitungseinheit bzw. dem Puffertank zugeführten, physikalisch aufbereiteten Fettabfälle, insbesondere in Form eines Rührreaktors mit Rührwerkzeugen zur Durchmischung des Reaktionsgemisches (Die Reaktionseinheit 3 ist über ein Heizmedium 5 beheizbar ausgebildet, und der Reaktoreinheit 3 können aus einem Vorratstank 4 Veresterungsalkohol und aus der Aufbereitungseinheit 1 und/oder dem gegebenenfalls vorhandenen Puffertank 2 die physikalisch aufbereiteten Fettabfälle, vorzugsweise als separate Eduktströme, zugeführt werden.);
d) in Produktionslinie stromabwärts zur Reaktoreinheit 3 gegebenenfalls einen Zwischentank 7 zur Aufnahme und/oder Zwischenlagerung, insbesondere zu Zwecken der Abkühlung, des aus der Reaktoreinheit stammenden Produktrohgemisches (Der Zwischentank 7 kann mit einem Heizmedium 8, insbesondere einem Wärmeaustauscher, zur Abführung von Wärme und deren Rückführung in die Reaktoreinheit 3 gekoppelt sein.).

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Anlage

e) in Produktionslinie stromabwärts zur Reaktoreinheit 3 und/oder zum gegebenenfalls vorhandenen Zwischentank 7 eine Nachbereitungseinheit 9 zur physikalischen Nachbereitung des aus der Reaktoreinheit 3 und/oder dem gegebenenfalls vorhandenen Zwischentank 7 stammenden Produktgemisches umfassen (Die Nachbereitungseinheit 9 kann insbesondere eine Vorrichtung zur physikalischen Abtrennung von Feststoffen, insbesondere von bei der Reaktion gebildeten Schleimstoffen, vorzugsweise eine Filtrationsvorrichtung, und/oder eine Vorrichtung zur physikalischen Abtrennung von Wasser, insbesondere eine Dekantier- und/oder Zentrifugiervorrichtung umfassen.).

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Anlage

f) in Produktionslinie stromabwärts zur Nachbereitungseinheit 9 einen Tank 10 zur Aufnahme und/oder Zwischenlagerung des aus der Nachbereitungseinheit 9 stammenden nachbereiteten, insbesondere polierten Produktgemisches umfassen (Der Tank 10 kann insbesondere an seinem unteren Teil, insbesondere am Fuß des Tanks 10, eine Leitung zum Abziehen von nichtumgesetztem, sich am Fuße des Tanks 10 absetzenden Veresterungsalkohols und zu dessen Rückführung in den Vorratstank 4 umfassen).

Die verschiedenen, in Produktionslinie hintereinandergeschalteten Einheiten, Tanks, Behältnisse und dergleichen 1, 2, 3, 4, 7, 9 sind vorteilhafterweise jeweils über Leitungen miteinander verbunden. Dabei sind die einzelnen Leitungen vorzugsweise getrennt voneinander absperrbar und/oder getrennt voneinander steuerbar ausgebildet.

Die Reaktoreinheit 3 der erfindungsgemäßen Anlage kann in besonders vorteilhafter Ausgestaltung zusätzlich eine Düse 6 zum Zerstäuben und/oder Feinverteilen des Reaktionsgemisches aufweisen. Dabei kann die Düse 6 derart angeordnet sein, daß sie im Betriebszustand der Reaktoreinheit 3 in das Reaktionsgemisch eintaucht, wobei über eine am unteren Teil der Reaktoreinheit 3, insbesondere am Fuß der Reaktoreinheit 3, befindliche Leitung ("Loop") Reaktionsgemisch abziehbar und in die Düse 6 einspeisbar ist.

Gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Anlage in ein Kraftwerk, insbesondere in ein Blockheizkraftwerk (BHKW) integriert bzw. dessen Bestandteil. Bei dieser Ausführungs form kann stromabwärts zu der erfindungsgemäßen Anlage mindestens eine Wärmekraftmaschine, insbesondere mindestens ein Verbrennungsmotor, zur Strom- und/oder zur Wärmeerzeugung durch Verbrennung der in der erfindungsgemäßen Anlage aufbereiteten Fettabfälle nachgeschaltet sein.

Für weitere Einzelheiten zu der erfindungsgemäßen Anlage kann Bezug genommen werden auf die diesbezüglichen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren, welche in bezug auf die erfindungsgemäße Anlage entsprechend gelten.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der einzigen Zeichnung.

Die einzige Fig. zeigt einen schematischen, vereinfachten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einen schematischen, vereinfachten Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage:
Bei 1 erfolgt eine physikalische Aufbereitung des Rohmaterials (Fettabfälle) aus Fetten/Ölen, Wasser und Sedimenten. Bei den aufzubereitenden Fettabfällen kann es sich beispielsweise um nicht besonders überwachungsbedürftige Abfälle zur Verwertung aus lebensmittelverarbeitenden Betrieben, welche nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) verpflichtet sind, vor dem Einleiten des Wassers einen Leichtstoffabscheider vorzuschalten, oder um Abfälle auf Basis tierischer und pflanzlicher Fette mit einem hohen Gehalt an sogenannten freien Fettsäuren, wie zuvor beschrieben, handeln. Diese Fettsäuren machen es bisher unmöglich, diese Fette und Öle beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zu verstromen, da die hohen bis sehr hohen Gehalte an freien Fettsäuren sehr korrosiv wirken und sowohl Brenner als auch Motoren in kurzer Zeit zerstören würden.

In der mechanisch-physikalischen Aufbereitung 1 werden aus den angelieferten Rohmaterialien bzw. Fettabfällen also zum einen Wasser und zum anderen Sedimente entfernt. Der Restwassergehalt wird hierbei vorteilhafterweise auf Werte unterhalb von 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Rohmaterialien, und der Restfeststoff- bzw. Restsedimentgehalt auf Werte < 0,1 Gew.-% bei einem Kornschnitt von 50 μm, jeweils bezogen auf die Rohmaterialien, eingestellt. Dies sind fakultative Eingangsvoraussetzungen für die nachgeschaltete chemische Aufbereitung bzw. Umsetzung.

Die in der physikalischen Aufbereitung 1 von Wasser und Feststoffen bzw. Sedimenten befreiten Fettabfälle können gegebenenfalls in einem Puffertank 2 zwischengelagert werden, von wo sie dann der chemischen Aufbereitungsanlage bzw. dem Reaktor 3, zusammen mit aus dem Vorratstank 4 stammendem mehrwertigem Alkohol, bevorzugt Glycerin, zur Veresterung der freien Fettsäuren zugeführt werden können. In der chemischen Aufbereitungsanlage (Reaktor) 3 werden die in den Rohfetten und -ölen enthaltenen freien Fettsäuren, im allgemeinen mit Fettsäuregehalten oberhalb von 25 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, in Abwesenheit enzymatischer und fester neutraler Katalysatoren mit dem Alkohol bzw. Glycerin in stöchiometrischem Überschuß in der erfindungsgemäßen Weise bei Temperaturen oberhalb von 220 °C umgesetzt, insbesondere in die entsprechenden Glycerinester, vorwiegend Triglyceride, überführt, wobei Mono- und Diglyceride als Nebenprodukte gebildet werden. Der Vorteil der auf diese Weise stattfindenden Absenkung bzw. Entfernung des Gehalts an freien Fettsäuren besteht darin, daß auch Rohmaterialien mit großen Mengen an freien Fettsäuren ohne Mengenverlust aufbereitet werden können – im Gegensatz zu Verfahren des Standes der Technik, welche die freien Fettsäuren durch alkalische Wäsche entfernen. Der Reaktor 3 wird über ein entsprechendes Heizmedium 5 auf die entsprechende Reaktionstemperatur gebracht. Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist in dem Reaktor 3 neben Rührvorrichtungen mindestens eine Düse ("Veresterungsdüse") 6 zum Verdüsen, insbesondere Zerstäuben oder Feinverteilen, des Reaktionsgemisches vorhanden, wobei das der Düse 6 zugeführte, zu verdüsende Reaktionsgemisch über eine Leitung bzw. Leitungsschleife ("Loop") im unteren Teil des Reaktors 3, insbesondere am Fuß des Reaktors 3, abgezogen wird.

Nach Beendigung der Veresterungsreaktion wird das Produkt zu Zwecken der Abkühlung einem Tank 7 zugeführt, wobei die bei der Abkühlung abgegebene Wärme über ein Heizmedium bzw. einen Wärmeaustauscher 8 wieder der Veresterung zugeführt werden kann. Das abgekühlte Produkt wird mittels Polierfiltration in 9, im allgemeinen unter Verwendung von Filterhilfsmitteln (z. B. Perliten), von Schleimstoffen befreit, wobei der resultierende Preßku chen beispielsweise in einem wasserdichten Behältnis bis zur ordnungsgemäßen Entsorgung zwischengelagert werden kann. Das auf diese Weise gereinigte Produkt, d. h. die neutralisierten und polierten Fette bzw. Öle, kann dann z. B. über ein doppelwandiges beheiztes Rohrsystem in Brennstofftanks 10 befördert und von dort aus in handelsüblichen, schweröltauglichen Motoren der Stromerzeugung zugeführt werden.

Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden, welches in bezug auf die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls beschränkend ist.

Ausführungsbeispiel:
Das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend der schematischen Darstellung in der einzigen Fig. wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Rahmen des Betreibens eines Blockheizkraftwerks (BHKW) angewandt:
Bei der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Anlage handelt es sich um ein Blockheizkraftwerk mit einer Feuerungswärmeleistung unterhalb von 20 MW, in dem biogene Brennstoffe auf Basis aufbereiteter tierischer und/oder pflanzlicher Fette zur Strom- und Wärmeerzeugung gemäß dem Gesetz zur Förderung erneuerbarer Energien (EEG) bzw. der Biomasse-Verordnung (BiomasseV) genutzt werden.
Die Annahme der pumpfähigen sauren Fettabfälle, insbesondere Fettabscheiderinhalte, welche im Mittel 20 Gew.-% saure Fette und/oder Öle, 75 Gew.-% Wasser und 5 Gew.-% Sedimente enthalten, erfolgt beispielsweise aus geschlossenen Saugwagen in einem geschlossenen System. Nach Anschluß einer druckfesten Leitung an den Saugwagen drückt dieser aktiv mit einem Nenndruck von maximal 1 bar die pumpfähigen Fettabscheiderinhalte in einen Sammelbalken, und nach dem Sammelbalken erfolgt die Abtrennung von Grobstoffen in einem Sieb mit einer Maschenweite von 10 mm, wobei das Sieb drucküberwacht ist; eine etwaige Verstopfung des Siebes wird sowohl durch Differenzdrucküberwachung als auch durch sinkende Flußraten bei der Mengenüberwachung angezeigt. Das Grobsieb wird arbeitstägig manuell gereinigt, die abgeschiedenen Grobstoffe einer geordneten Verwertung zugeführt. Die Lagerung der abgeschiedenen Grobstoffe erfolgt in dicht schließenden Deckelcontainern.
Nach dem Grobsieb werden die Fettabscheiderinhalte in einen Ausgleichs- bzw. Vakuumkessel geleitet, welcher füllstandsüberwacht ist. Von dort aus wird das Rohmaterial mittels einer Schneckenpumpe homogenisiert und in einen Tankgarten geleitet, wo die angelieferten Fettabscheiderinhalte bis zur Verarbeitung zwischengelagert werden. Der Tankgarten besteht aus zwei stehenden Tanks mit einem nutzbaren Volumen von je 400 m³, wobei beide Tanks mit Hilfe eines Wärmekreislaufs des Kraftwerks auf eine Temperatur von 35 °C erwärmt werden. Die Tanks werden wechselseitig über den Annahmebereich gefüllt. Die Beheizung und eine kontinuierliche Durchmischung des Tankinhalts erfolgt mit Hilfe eines Wärmetauschers. Das Rohmaterial wird unten aus dem Tank abgelassen, über einen Wärmetauscher geführt und von oben wieder in den Tank geleitet.
Das erwärmte Fett/Wasser-Gemisch wird anschließend aus dem Tank über ein beheiztes Rohrleitungssystem in die physikalische Aufbereitung gefördert. Die physikalische Aufbereitung besteht aus einem Drei-Phasen-Dekanter und einem Separator. Die Fette werden vom Tankgarten über das beheizte Rohrsystem direkt in den Dekanter gefördert. Die Fett/Wasser-Mischung wird über den Wärmekreislauf des BHKW auf eine Temperatur von 80 °C aufgeheizt. Das im Dekanter abgeschlagene Wasser wird der Abwasseraufbereitung zugeführt, abgetrennte Sedimente werden mit einer Kompressionsschnecke ausgetragen und in einem wasserdichten Container bis zur ordnungsgemäßen Entsorgung zwischengelagert. Das erhaltene Fett wird weiter auf eine Temperatur von 95 °C über den Wärmekreislauf des Kraftwerks aufgeheizt und in dem Separator gereinigt. Die hier abgeschlagene Wasserphase wird wiederum der Abwasseraufbereitung zugeführt, Sedimente werden in einem wasserdichten Container bis zur ordnungsgemäßen Entsorgung zwischengelagert. Die Container zur Lagerung der Sedimente sind mit einer aktiven Entlüftung versehen, wobei die Abluft über einen entsprechenden Biofilter gereinigt wird, um mögliche Geruchsemissionen zu vermeiden.
Das in der physikalischen Aufbereitung erhaltene Fett wird bis zur weiteren Behandlung in der chemischen Aufbereitung in einem Puffertank mit einem Volumen von 50 m³ zwischengelagert.
Die chemische Aufbereitung der Fette erfolgt im Batchbetrieb. Dabei erhält man 60 t Brennstoff (Gemisch aus Mono-, Di- und Triglyceriden bzw. Glycerinestergemisch) in 4 Batches (Chargen) pro 24 Stunden. Die Fette werden aus dem Puffertank der physikalischen Aufbereitung über ein Rohrleitungssystem in den Reaktor gefördert und mit Hilfe des Hochtemperaturkreislaufs des Kraftwerks auf eine Temperatur oberhalb von 220 °C, insbesondere auf etwa 230 °C bis etwa 245 °C, aufgeheizt. Unter Zugabe von technischem Glycerin aus einem Lagertank werden die in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren in Abwesenheit von Katalysatoren rückverestert. Die Rückveresterung erfolgt drucklos in einem Zeitraum von etwa eineinhalb Stunden. Der Reaktor ist ein Rührreaktor mit Rührwerkzeugen zur Durchmischung des Reaktionsgemisches und einer oder mehreren zusätzlichen, in das Reaktionsgemisch eintauchenden Veresterungsdüse zum Verdüsen des Reaktionsgemisches
Nach Beendigung des Batchbetriebes wird das Produkt im Rahmen einer Polierfiltration unter Verwendung von Filterhilfsmitteln mittels einer Kammerfilterpresse von Schleimstoffen befreit. Der Preßkuchen wird in einem wasserdichten Container bis zur ordnungsgemäßen Entsorgung zwischengelagert. Das gereinigte Produkt wird über ein doppelwandiges, beheiztes Rohrsystem in die Brennstofftanks gefördert.
Nach der Aufbereitung wird der gewonnene Brennstoff auf Basis des resultierenden, von freien Fettsäuren befreiten Fett- bzw. Ölgemisches bis zu seiner Verbrennung zwischengelagert. Das Brennstofflager besteht – ebenso wie der Tankgarten – aus zwei Tanks mit einem Volumen von je 400 m³. Die Tanks sind einwandig ausgebildet und mit einem Vakuumboden, einer Füllstandskontrolle und einem Leckanzeigegerät ausgestattet. Des weiteren werden sie durch eine Aufkantung als Anfahrschutz gesichert.
Die Verbrennungsmotoren des BHKW werden ausschließlich mit dem wie vorstehend beschrieben gewonnenen Kraftstoff betrieben. Dieser Kraftstoff hat die Eigenschaft, bei Temperaturen unterhalb von 30 °C auszukristallisieren. Im Normalbetrieb des Kraftwerks werden daher das Brennstofflager und die Brennstoffleitungen mittels eines Wärmekreislaufs des Kraftwerks be heizt, um die optimale Viskosität des Brennstoffs zu erhalten. Wird das Kraftwerk heruntergefahren, muß sichergestellt werden, daß kein Kraftstoff in den Leitungen und Maschinen bleibt und dort aushärtet. Aus diesem Grund wird herkömmlicher Diesel als Brennstoff zum An- und Abfahren des Kraftwerks genutzt.
Als Verbrennungsmotoren des Kraftwerks sind zwei Dieselmotoren mit je 3,257 MW elektrischer Leistung installiert. Bei den Motoren handelt es sich um 9-Zylinder/4-Takt-Reihenmotoren mit Aufladung und Ladeluftkühlung. Sie sind ursprünglich für den Schiffsantrieb konzipiert und nunmehr für den Betrieb mit dem erfindungsgemäß erzeugten Biokraftstoff umgerüstet. Jeder Motor ist mit einem Drehstrom-Synchron-Generator gekoppelt. Die erzeugte elektrische Energie wird über eine 10 kV-Schaltanlage in ein 10 kV-Stomversorgungsnetz eingespeist.
Jeder Motor-Generator-Einheit ist eine NO_x-Minderungsanlage zur Reinigung der entstandenen Rauchgase nachgeschaltet.
Im Abgaskessel werden die heißen Verbrennungsgase der Dieselmotoren genutzt, um ein Thermoöl für den sogenannten Hochtemperaturkreislauf auf 250 °C zu erwärmen.
Das Kraftwerk ist für die Erzeugung von Strom im Dauerbetrieb konzipiert. Während der Betriebszeit wird die chemische Energie der aufgegebenen Brennstoffe durch Verbrennung in Wärmeenergie umgewandelt. Die beiden Motoren liefern eine thermische Leistung von 8,6 MW. Die Wärmeenergie wird über die heißen Abgase dem Abgaskessel zugeführt. Der größte Teil der Wärme wird, wie zuvor beschrieben, von einem Thermoöl als Trägermedium aufgenommen.
Das während der Brennstoffaufbereitung anfallende Abwasser wird in einer Wasseraufbereitungsanlage gereinigt, welche einen Fettabscheider, einen Vorlagetank und eine Flotationsanlage umfaßt. Die Wasseraufbereitungsanlage bewirkt eine Restabscheidung von emulgierten Kohlenwasserstoffen und Schwermetallen nach einer Vorbehandlung durch eine Abscheideranlage. Durch die Nachreinigung der Abwässer wird die Einhaltung der Grenzwerte in Bezug auf pH-Wert, Kohlenwasserstoffe, lipophile Stoffe und Schwermetalle sichergestellt. CSB- und BSB-Werte werden in hohem Maße abgesenkt.

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Brennstoffen ausgehend von pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen, die neben Fetten und/oder Ölen freie Fettsäuren enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren bei Reaktionstemperaturen T_Reaktion oberhalb von 220 °C (T_Reaktion > 220 °C) mit mindestens einem mehrwertigen Alkohol in Abwesenheit enzymatischer und fester neutraler Katalysatoren umgesetzt werden derart, daß eine Veresterung der freien Fettsäuren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fettabfälle mit einem Gehalt an freien Fettsäuren von 5 bis 80 Gew.-%, insbesondere 10 bis 75 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, eingesetzt werden und/oder daß Fettabfälle mit Säurezahlen von 10 bis 160, insbesondere 20 bis 150, vorzugsweise 50 bis 150, eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fettabfälle mit einem Gehalt an freien Fettsäuren von mindestens 25 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, eingesetzt werden und/oder daß Fettabfälle mit Säurezahlen von mindestens 50 eingesetzt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrwertiger Alkohol ein mindestens zweiwertiger Alkohol, insbesondere ein mindestens dreiwertiger Alkohol, bevorzugt ein zwei- bis vierwertiger Alkohol, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe von Diolen wie Ethylenglykol, Triolen wie Glycerin, Pentaerythrit und Pentiten, insbesondere aus der Gruppe von Ethylenglykol und/oder Glycerin, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrwertiger Alkohol Glycerin eingesetzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung mit einem Überschuß an mehrwertigem Alkohol, insbesondere mit einem Überschuß von 5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew.-%, des mehrwertigen Alkohols in bezug auf die in den Fettabfällen enthaltenen freien Fettsäuren, durchgeführt wird, insbesondere wobei überschüssiger, nichtumgesetzter mehrwertiger Alkohol zurückgewonnen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Reaktionstemperaturen T_Reaktion im Bereich von oberhalb 220 °C bis 270 °C, insbesondere 225 °C bis 265 °C, vorzugsweise 225 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt 230 °C bis 240 °C, durchgeführt wird und/oder daß die Umsetzung bei Temperaturen, die unterhalb des Siedepunkts des eingesetzten mehrwertigen Alkohols liegen, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem Rührreaktor durchgeführt wird, insbesondere wobei der Rührreaktor zusätzlich zu Rührvorrichtungen mindestens eine Düse zum Zerstäuben und/oder Feinverteilen des Reaktionsgemisches aufweist, mit der während der Umsetzung das Reaktionsgemisch kontinuierlich zerstäubt und/oder feinverteilt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung diskontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Umsetzung entstehende Reaktionswasser kontinuierlich abgezogen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei Atmosphärendruck oder bei reduziertem Druck, insbesondere reduziertem Druck im Bereich von 100 bis 300 mbar, insbesondere 150 bis 250 mbar, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung derart, insbesondere über eine solche Zeitdauer, erfolgt, daß die Umsetzung der Fettsäuren zu den entsprechenden Estern zu mindestens 95 %, insbesondere zu mindestens 97 %, bevorzugt zu mindestens 98 %, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 99 %, erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung derart, insbesondere über eine solche Zeitdauer, erfolgt, daß der Gehalt an freien Fettsäuren nach der Umsetzung höchstens 2 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,05 Gew.-%, bezogen auf das nach der Umsetzung erhaltene Produktgemisch, beträgt und/oder daß das nach der Umsetzung erhaltene Produktgemisch eine Säurezahl von höchstens 4, insbesondere höchstens 2, bevorzugt höchstens 1, besonders bevorzugt höchstens 0,2, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,1, aufweist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung für eine Zeitdauer von 0,1 bis 5 Stunden, insbesondere 0,5 bis 4 Stunden, bevorzugt 0,75 bis 1,5 Stunden, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettabfälle vor der Umsetzung einer physikalischen Aufbereitung unterworfen werden, insbesondere wobei die Aufbereitung eine physikalische Abtrennung von in den Fettabfällen enthaltenem Wasser, vorzugsweise mittels Dekantieren, insbesondere auf einen Restwassergehalt ≤ 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, und/oder eine mechanische Abtrennung von Feststoffen, vorzugsweise mittels Siebung und/oder Filtration, insbesondere auf Restfeststoffgehalte ≤ 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Fettabfälle, umfaßt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzungsprodukte nach der Umsetzung und gegebenenfalls nach Abkühlen einer physikalischen Nachbereitung unterzogen werden, insbesondere wobei die Nachbereitung eine physikalische Abtrennung von in den Umsetzungsprodukten bei der Reaktion entstandenen Feststoffen, insbesondere Schleimstoffen, insbesondere mittels Filtration, vorzugsweise unter Verwendung von Filterhilfsmitteln, und/oder eine Abtrennung von in den Umsetzungsprodukten enthaltenem, überschüssigem, nichtumgesetztem mehrwertigem Alkohol umfaßt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzungsprodukte, gegebenenfalls nach Zwischenlagerung, einer Wärmekraftmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor, als Brennstoff zugeführt werden.
Brennstoffe auf Basis pflanzlicher und/oder tierischer Fette, erhältlich ausgehend von freie Fettsäuren enthaltenden pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen mittels eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 17.
Brennstoffe nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen Gehalt an freien Fettsäuren von höchstens 2 Gew.-%, insbesondere höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,05 Gew.-%, bezogen auf die Brennstoffe, und/oder durch eine Säurezahl von höchstens höchstens 4, insbesondere höchstens 2, bevorzugt höchstens 1, besonders bevorzugt höchstens 0,2, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,1.
Brennstoffe nach Anspruch 18 oder 19, umfassend ein Glycerinestergemisch, insbesondere ein Gemisch aus mono-, di- und triglyceridischen Fetten und/oder Ölen.
Verwendung der Brennstoffe nach einem der Ansprüche 18 bis 20 zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors.
Verwendung der Brennstoffe nach einem der Ansprüche 18 bis 20 als Kraftstoffsubstitut für Wärmekraftanlagen, insbesondere Verbrennungsmotoren.
Verwendung der Brennstoffe nach einem der Ansprüche 18 bis 20 zum Betreiben eines Kraftwerks und/oder zur Stromerzeugung und/oder zur Wärmeerzeugung.
Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Gewinnung von Brennstoffen ausgehend von pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen, die neben Fetten und/oder Ölen freie Fettsäuren enthalten, insbesondere gemäß den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage, in der Reihenfolge der durchzuführenden Verfahrensschritte und jeweils hintereinandergeschaltet, die folgenden Einheiten umfaßt: a) eine Aufbereitungseinheit (1) zur physikalischen Aufbereitung von pflanzlichen und/oder tierischen Fettabfällen, die neben Fetten und/oder Ölen freie Fettsäuren und einen gewissen Anteil an Wasser und Feststoffen enthalten, insbesondere wobei die Aufbereitungseinheit (1) eine Vorrichtung zur physikalischen Abtrennung von Wasser, insbesondere eine Dekantiervorrichtung, und/oder eine Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen, insbesondere eine Sieb- und/oder Filtervorrichtung, umfaßt; b) in Produktionslinie stromabwärts zur Aufbereitungseinheit (1) gegebenenfalls einen Puffertank (2) zur Aufnahme und/oder Zwischenlagerung der aus der Aufbereitungseinheit (1) stammenden, physikalisch aufbereiteten Fettabfälle; c) in Produktionslinie stromabwärts zur Aufbereitungseinheit (1) und/oder zum gegebenenfalls vorhandenen Puffertank (2) eine Reak toreinheit (3) zur Durchführung einer Veresterungsreaktion der aus der Aufbereitungseinheit (1) bzw. dem Puffertank (2) zugeführten, physikalisch aufbereiteten Fettabfälle, insbesondere in Form eines Rührreaktors mit Rührwerkzeugen zur Durchmischung des Reaktionsgemisches, wobei die Reaktoreinheit (3) über ein Heizmedium (5) beheizbar ausgebildet ist und der Reaktoreinheit (3) aus einem Vorratstank (4) Veresterungsalkohol und aus der Aufbereitungseinheit (1) und/oder dem gegebenenfalls vorhandenen Puffertank (2) die physikalisch aufbereiteten Fettabfälle, vorzugsweise als separate Eduktströme, zugeführt werden; d) in Produktionslinie stromabwärts zur Reaktoreinheit (3) gegebenenfalls einen Zwischentank (7) zur Aufnahme und/oder Zwischenlagerung, insbesondere zur Abkühlung, des aus der Reaktoreinheit (3) stammenden Produktrohgemisches, insbesondere wobei der Zwischentank (7) mit einem Heizmedium (8), insbesondere einem Wärmeaustauscher, zur Abführung von Wärme und deren Rückführung in die Reaktoreinheit (3) gekoppelt ist.
Anlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage e) in Produktionslinie stromabwärts zur Reaktoreinheit (3) und/oder zum gegebenenfalls vorhandenen Zwischentank (7) eine Nachbereitungseinheit (9) zur physikalischen Nachbereitung des aus der Reaktoreinheit (3) und/oder dem gegebenenfalls vorhandenen Zwischentank (7) stammenden Produktrohgemisches umfaßt, insbesondere wobei die Nachbereitungseinheit (9) eine Vorrichtung zur physikalischen Abtrennung von Feststoffen, insbesondere von bei der Reaktion gebildeten Schleimstoffen, vorzugsweise eine Filtrationsvorrichtung, und/oder eine Vorrichtung zur physikalischen Abtrennung von Wasser, insbesondere eine Dekantier- und/oder Zentrifugiervorrichtung, umfaßt.
Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage f) in Produktionslinie stromabwärts zur Nachbereitungseinheit (9) einen Tank (10) zur Aufnahme und/oder Zwischenlagerung des aus der Nachbereitungseinheit (9) stammenden, nachbereiteten, insbesondere polierten Produktgemisches umfaßt, insbesondere wobei der Tank (10) an seinem unteren Teil, insbesondere am Fuß des Tanks (10), eine Leitung zum Abziehen von nichtumgesetztem, sich am Fuß des Tanks (10) absetzendem Veresterungsalkohol und zu dessen Rückführung in den Vorratstank (4) umfaßt.
Anlage nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen, in Produktionslinie hintereinander geschalteten Einheiten, Tanks, Behältnisse und dergleichen (1, 2, 3, 4, 7, 9) jeweils über Leitungen miteinander verbunden sind, insbesondere wobei die einzelnen Leitungen getrennt voneinander absperrbar und/oder getrennt voneinander steuerbar ausgebildet sind.
Anlage nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoreinheit (3) zusätzlich eine Düse (6) zum Zerstäuben und/oder Feinverteilen des Reaktionsgemisches aufweist, insbesondere wobei die Düse (6) derart angeordnet ist, daß sie im Betriebszustand der Reaktoreinheit (3) in das Reaktionsgemisch eintaucht, und/oder insbesondere wobei über eine am unteren Teil der Reaktoreinheit (3), insbesondere am Fuß der Reaktoreinheit (3), befindliche Leitung Reaktionsgemisch abziehbar und in die Düse (6) einspeisbar ist.
Anlage nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage in ein Kraftwerk, insbesondere Blockheizkraftwerk, integriert ist.
Anlage nach Anspruch 29, daß der in den Ansprüchen 24 bis 29 beschriebenen Anlage stromabwärts mindestens eine Wärmekraftmaschine, insbesondere mindestens ein Verbrennungsmotor, zur Strom- und/oder zur Wärmeerzeugung durch Verbrennung der in der Anlage nach den Ansprüchen 24 bis 29 aufbereiteten Fettabfällen nachgeschaltet ist.