DE10252714A1 - Process for improving the storage stability of biodiesel comprises addition of a mono- or di-alkylhydroxy toluene - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsstabilität von Biodiesel sowie die Verwendung von Mono- oder Dialkylhydroxytoluol, insbesondere 2,6-Di-tert.Butylhydroxytoluol, zur Erhöhung der Oxidationsstabilität von Biodiesel.The invention relates to a method to increase the oxidation stability of biodiesel and the use of mono- or dialkylhydroxytoluene, especially 2,6-di-tert-butylhydroxytoluene, to increase the oxidation stability of biodiesel.
Biodiesel, der heutzutage in zunehmenden
Maße als
Ersatz für
Petroleumdiesel als Kraftstoff von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird,
besteht chemisch aus Fettsäurealkylestern.
Vorwiegend handelt es sich dabei um Fettsäuremethylester. Gewonnen wird
Biodiesel dabei durch eine sogenannte Umesterung, bei dem pflanzliche Öle wie Rapsöl oder Sojaöl aber auch
Altspeiseöle
oder tierische Fette mit Methanol in Gegenwart eines Katalysators
(zumeist Natronlauge oder Kalilauge) umgesetzt werden. Als weiteres
Produkt neben dem als Biodiesel einsetzbaren Fettsäuremethylester
fällt dabei
noch Glycerin an. Diese Herstellung von Biodiesel, auch als CD-Verfahren
bezeichnet, ist in mehreren Patentanmeldungen beschrieben (
Da die Bedeutung von Biodiesel in jüngster Zeit als alternativer Kraftstoff für Automobile immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, hat im entsprechenden Maße auch die Produktion von Biodiesel in den letzten Jahren immer mehr zugenommen. Ein Nachteil gegenüber mineralischen Kraftstoffen bleibt aber immer noch die geringere Oxidationsstabilität von Biodiesel. Dieses bedingt der hohe Gehalt an ungesättigten Fettsäureestern im Biodiesel, die durch den Luftsauerstoff leicht oxidiert werden können, so dass sich im Laufe der Zeit der Energiewert dieses alternativen Kraftstoffes immer weiter vermindert. Der Einsatz dieses alternativen Energieträgers aus nachwachsenden Rohstoffen als Kraftstoff für Automobile macht daher die Erhöhung der Oxidationsstabilität von Biodiesel unbedingt erforderlich.Since the importance of biodiesel in recently, Time as an alternative fuel for automobiles is increasing The production of Biodiesel has increased more and more in recent years. A disadvantage across from mineral fuels still remain the lower oxidation stability of biodiesel. This is due to the high content of unsaturated Fettsäureestern in biodiesel, which are easily oxidized by atmospheric oxygen can, so over time the energy value of this alternative Fuel reduced ever further. The use of this alternative energy source renewable raw materials as fuel for automobiles therefore makes increase the oxidation stability essential for biodiesel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Oxidationsstabilität von Biodiesel, also von Fettsäurealkylestern deutlich zu erhöhen.Object of the present invention it was therefore the oxidation stability of biodiesel, i.e. of fatty acid alkyl esters to increase significantly.
Gefunden wurde nun, dass der Zusatz von Mono- oder Dialkylhydroxytoluol die Oxidationsstabilität von Biodiesel deutlich erhöht.It has now been found that the addition of mono- or dialkylhydroxytoluene the oxidation stability of biodiesel clearly increased.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsstabilität von Biodiesel, bei dem man eine flüssige Stammlösung, welche, bezogen auf die Stammlösung, 10 bis 60 Gew.-% Mono- oder Dialkylhydroxytoluol in Biodiesel gelöst enthält, zum stabilisierenden Biodiesel bis zur einer Konzentration von 0,005 bis 2 Gew.-% Mono- oder Dialkylhydroxytoluol, bezogen auf die gesamt Lösung, zudosiert.The object of the invention is therefore a process of raising the oxidation stability of biodiesel, where you have a liquid stock solution, which, based on the stock solution, Contains 10 to 60 wt .-% mono- or dialkylhydroxytoluene dissolved in biodiesel, for stabilizing biodiesel up to a concentration of 0.005 up to 2% by weight of mono- or dialkylhydroxytoluene, based on the total Solution, added.
Bevorzugt wird als Dialkylhydroxytoluol dabei 2,6-Di-tert.-butylhydroxytoluol (nachfolgend BHT genannt; CAS-No. 67762-40-7) eingesetzt. (BHT ist auch unter der Bezeichnung 2,6-Di-tert.-butyl-p-kresol bekannt.)Dialkylhydroxytoluene is preferred 2,6-di-tert-butylhydroxytoluene (hereinafter referred to as BHT; CAS-No. 67762-40-7). (BHT is also under the label 2,6-di-tert-butyl-p-cresol known.)
Unter "Biodiesel" werden dabei alle als Biodiesel einsetzbaren gesättigten und ungesättigten Fettsäurealkylester, insbesondere Fettsäuremethylester verstanden, wie sie üblicherweise unter dem Begriff Biodiesel für den Einsatz als Kraftstoff in Automobilen angeboten werden. Üblicherweise sind die als Biodiesel eingesetzten Fettsäuremethylester C14-C24-Fettsäuremethylester, die sowohl rein als auch im Gemisch vorliegen können. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Biodiesel können darüber hinaus alle üblichen Zusatzstoffe, wie sie z.B. zur Erhöhung der Winterstabilität von Biodiesel zugesetzt werden, enthalten. Üblicherweise entstammen die durch das erfindungsgemäße Verfahren in ihrer Oxidationsstabilität verbesserten Biodiesel einem Umesterungsverfahren mit Methanol, und pflanzlichen Ölen, wie Rapsöl, Sojaöl oder Altspeiseölen oder tierischen Fetten. Vorzugsweise wird Biodiesel erfindungsgemäß stabilisiert, welcher durch die genannte Umesterung aus Rapsöl oder Sojaöl gewonnen wurde.“Biodiesel” is understood to mean all saturated and unsaturated fatty acid alkyl esters that can be used as biodiesel, in particular fatty acid methyl esters, as are usually offered under the term biodiesel for use as fuel in automobiles. The fatty acid methyl esters used as biodiesel are usually C 14 -C 24 fatty acid methyl esters, which can be present both in pure form and in a mixture. The biodiesel used in the process according to the invention can also contain all the usual additives, such as are added, for example, to increase the winter stability of biodiesel. Usually, the oxidation stability of the biodiesel improved by the process according to the invention comes from a transesterification process with methanol, and vegetable oils, such as rapeseed oil, soybean oil or used cooking oils or animal fats. Biodiesel which has been obtained from the transesterification from rapeseed oil or soybean oil is preferably stabilized according to the invention.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigen Stammlösung für den Einsatz in einem Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsstabilität von Biodiesel, bei dem man bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 120°C, bevorzugt 90 bis 120°C, verflüssigtes BHT unter Rühren zu Biodiesel bis zur einer Konzentration von 10 bis 60 % BHT, bezogen auf die gesamte Stammlösung, zudosiert.Another object of the invention is a process for the preparation of a liquid stock solution for use in a process of raising the oxidation stability of biodiesel, which is produced at a temperature in the range of 70 up to 120 ° C, preferably 90 to 120 ° C, liquefied BHT with stirring related to biodiesel up to a concentration of 10 to 60% BHT on the entire stock solution, added.
BHT ist bei Raumtemperatur ein Feststoff, der sich bei Raumtemperatur nur unter erhöhten Aufwand dem Biodiesel zudosieren lässt. Die erfindungsgemäße Stammlösung enthaltend 10 bis 60 Gew.-% BHT, bevorzugt 20 bis 40 Gew.-% BHT, ist als hochkonzentrierte Lösung von BHT in Biodiesel flüssig und dosierfähig und kann zur Stabilisierung dem Biodiesel sehr leicht zudosiert werden. Auch nach längerer Zeit ist kein Ausfällen von BHT aus dieser hochkonzentrierten Stammlösung festzustellen.BHT is a solid at room temperature, which only becomes biodiesel at room temperature with increased effort can be added. Containing the stock solution according to the invention 10 to 60% by weight BHT, preferably 20 to 40% by weight BHT, is considered to be highly concentrated solution from BHT in biodiesel liquid and dispensable and can be added very easily to stabilize the biodiesel. Even after a long time Time is not a failure of BHT from this highly concentrated stock solution.
Üblicherweise wird die genannte Stammlösung dem zu stabilisierenden Biodiesel bis zu einer Konzentration von 0,005 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Lösung an Biodiesel, zudosiert. Es können auch höhere Konzentrationen an BHT dem Biodiesel zugesetzt werden. Die größten Stabilitätseffekte werden bis zu einer Konzentration von 2 Gew.-% beobachtet. Im Vergleich zum nichtstabilisierten Biodiesel zeigt der erfindungsgemäß stabilisierte Biodiesel ein erheblich verbesserte Oxidationsstabilität.Usually becomes the named stock solution the biodiesel to be stabilized up to a concentration of 0.005% by weight to 2% by weight, preferably 0.01 to 1% by weight on the entire solution of biodiesel, added. It can even higher ones Concentrations of BHT are added to the biodiesel. The biggest stability effects are observed up to a concentration of 2% by weight. Compared the unstabilized biodiesel shows the stabilized according to the invention Biodiesel has a significantly improved oxidation stability.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von BHT zur Erhöhung der Oxidationsstabilität von Biodiesel.Another object of the invention is the use of BHT to increase the oxidation stability of biodiesel.
BeispieleExamples
Zur Beurteilung der Oxidationsstabilität von Biodiesel wurden folgende Messmethoden durchgeführt:To assess the oxidation stability of biodiesel the following measurement methods were carried out:
Messmethoden:Measurement Methods:
Biodiesel wurde mit Sauerstoff unter Druck (10 bar) mit der Methode DTA (Differenzial Thermoanalyse gemäß DIN Nr. 51007) untersucht. Dazu wurde reiner Biodiesel und Biodiesel mit steigenden Mengen BHT versetzt, in die Versuchsanordnung eingesetzt.Biodiesel was covered with oxygen Pressure (10 bar) with the DTA method (differential thermal analysis according to DIN no. 51007) examined. For this purpose, pure biodiesel and biodiesel were used increasing amounts of BHT are added to the experimental set-up.
Die Bestimmung des Wärmestroms zu einer Probe, relativ gemessen zu einer Referenzprobe, die beide einem definierten Temperaturprogramm unterliegen, ist Grundlage der dynamischen Differential-Thermoanalyse (eng.: Differential-Scanning-Calorimetrie, DSC). Mittels dieser Methode lassen sich spezifische Wärme, Glasumwandlung, Schmelz- und Kristallisationsverhalten, thermische Effekte, Reinheit, Polymorphie, chemische Reaktionen und Reaktionskinetik bestimmen. In den meisten Fällen wird ein dynamisches Temperaturprogramm durchlaufen, d.h. der interessierende Temperaturbereich wird überstrichen.The determination of the heat flow to a sample, measured relatively to a reference sample, both subject to a defined temperature program is the basis dynamic differential thermal analysis (Eng .: Differential Scanning Calorimetry, DSC). Using this method, specific heat, glass conversion, melting and crystallization behavior, thermal effects, purity, polymorphism, determine chemical reactions and reaction kinetics. In most make a dynamic temperature program is run through, i.e. the interested Temperature range is covered.
Vergleichsbeispiel und Beispiele 1 bis 3 Comparative Example and Examples 1 to 3
Bewertung der Beispiele 1 bis 3Evaluation of the examples 1 to 3
Das Vergleichsbeispiel (Biodiesel ohne BHT) zeigte in der DTA bei Zusatz von reinem Sauerstoff (ca. 10 bar) schon ab ca. 60°C den Beginn der stark exothermen Oxidationsreaktion.The comparative example (biodiesel without BHT) showed in the DTA with the addition of pure oxygen (approx. 10 bar) from approx. 60 ° C the beginning of the highly exothermic oxidation reaction.
In den Beispielen 1 bis 3 wurde der Biodiesel mit verschiedenen BHT-Zusätzen unter Sauerstoffzusatz gemessen. Hierbei zeigt sich das schon bei einem Zusatz von 0,1 % BHT die Oxidationsreaktion erst ab 97°C einsetzt, wobei diese mit einer deutlich höheren Wärmeproduktionsrate verläuft. Durch Erhöhung der BHT-Menge auf 1 % wird nur noch eine geringfügige zusätzliche Stabilisierung erzielt, d.h. die Oxidation setzt hier erst ab 104°C ein. eine weitere Erhöhung der BHT-Menge auf 5 % bewirkt keine Erhöhung der Stabilität.In Examples 1 to 3 the Biodiesel measured with various BHT additives with the addition of oxygen. This is already evident with the addition of 0.1% BHT Oxidation reaction only starts at 97 ° C, with a significantly higher Heat production rate runs. By increasing the BHT level to 1% is only slightly stabilized, i.e. oxidation only starts at 104 ° C. a further increase in BHT amount to 5% does not increase stability.
Beispiel 4Example 4
Herstellung der Lösung von BHT in Biodieselmanufacturing the solution from BHT in biodiesel
In einem zwei Liter Rührkolben werden 1.500 ml Biodiesel bei Raumtemperatur gerührt. 300 g BHT flüssig werden aus einem mit Dampf oder Wasser auf 80 bis 90°C geheizten Tropftrichter innerhalb 10 Minuten so zudosiert, dass das BHT sofort in Lösung geht.In a two liter flask 1,500 ml of biodiesel are stirred at room temperature. 300 g BHT become liquid from a dropping funnel heated to 80 to 90 ° C with steam or water Dosed for 10 minutes so that the BHT immediately dissolves.
Danach wird auf Raumtemperatur abgekühlt und zur Abgabe in einen 21,5 l Metallkanister über einen Filter umgefüllt.Then it is cooled to room temperature and poured into a 21.5 l metal canister via a filter.
Die 20 % g/l Lösung zeigt auch nach zweiwöchigem Aufbewahren bei 0°C keinerlei Trübung und Ausfälle des BHT.The 20% g / l solution shows even after two weeks of storage at 0 ° C no cloudiness and failures of the BHT.
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