DE3222920A1

DE3222920A1 - Verfahren und apparat zur herstellung von nicht korrodierendem aethylalkoholkraftstoff

Info

Publication number: DE3222920A1
Application number: DE19823222920
Authority: DE
Inventors: Tokuso Castelo Ipatinga Arai; Febieno José Cariru Ipatinga Fabri; José Airton de Cariru Ipatinga Queiroz Pinto; José Geraldo de Castelo Ipatinga Souzo
Original assignee: MINAS GERAIS SIDERURG
Current assignee: MINAS GERAIS SIDERURG
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1983-03-17
Also published as: GB2104397B; JPS58141289A; FR2508485A1; ATA323078A; AU8448082A; BR8104164A; PH19131A; AU554759B2; GB2104397A; ATA250182A; AT377612B; FR2508485B1; AT387232B

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Suche nach neuen Energiequellen mit dem Ziel, Erdöldervirate zu ersetzen, führte zum Äthylalkohol, einer der besten Alternativen, um durch Kraftstoff angetriebene Maschinen und Ausrüstungen zu betreiben. Allerdings stören an metallischen Stoffen durch Alkohol hervorgerufene Korrosionsprobleme. Wie von verschiedenen Laboratorien durchgeführte Versuche gezeigt haben, übt der Alkohol eine relativ starke korrodierende Wirkung auf Metalle aus.

Diese Korrosion beschäftigt viele Hersteller und Halter von Automobilen, denn die Korrosion des Alkohols beeinträchtigt in fast tödlicher Weise die Lebensdauer der Kraftstoffkreise der Wagen, d.h. Leitungen, Kraftstofftanks, Pumpen und insbesondere Kolben und Zylinder und andere Teile des Motors.

Eine der Maßnahmen zur Lösung des Korrosionsproblems des Motors seitens der Automobilindustrie besteht in der Beschichtung oder Oberflächenbehandlung der kritischen Teile mit Sonderwerkstoffen oder im Einsatz von korrosionsbeständigem Material zur Herstellung dieser Teile. Bei dieser Maßnahme handelt es sich jedoch um eine Vorsorgemaßnahme mit behelfsmäßigem Charakter, neben der Tatsache, daß es sich um kostspielige Verfahren handelt. Im übrigen ist nachteilig, daß hierdurch ein absoluter Schutz des Motors gegenüber der Korrosion durch den Kraftstoff nicht erreicht wird. - Die Verwendung besonderer Stahllegierungen wäre eine andere Maßnahme, um den Korrosionseffekt des Kraftstoffs gering zu halten, ihr Einsatz verteuert jedoch das Endprodukt.

Andererseits sind auch im Bereich der Alkoholerzeugung Korrosionsprobleme an den Produktionsanlagen gegeben, und zwar ab dem Gärtank bis zum Verteilersystem des Produktes. Die Praxis zeigt,

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

4 -

daß mehr als 40 % der Ausrüstungen Reparaturen unterzogen werden müßten oder bereits nach der ersten Zuckerrohrernte ausgewechselt wurden, obwohl diese Ausrüstungen aus rost- und säurebeständigem Stahl hergestellt waren, der an sich eine Lebensdauer von etwa 10 bis 15 Jahren bei ähnlichen Einsatzfällen aufweist.

Untersuchungen haben gezeigt, daß reiner Äthylalkohol keine Metalle angreift, weil er nach der Definition der metallischen Korrosion chemisch stabil und inert ist. Wenn jedoch in reinem Äthylalkohol korrodierende Stoffe wie Sulfat-, Acetat- und Chlorionen enthalten sind, tritt das Phänomen der Korrosion auf, selbst im Fall des rost- und säurebeständigen Stahls. Die Tabelle I zeigt Beispiele für die Korrosion des rost- und säurebeständigen Stahls durch verdünnten Äthylalkohol mit Anteilen von Verunreinigungen auf. Die Korrosion erfolgt in der typischen Form von Lochfraß, was den Ergebnissen von im Laboratorium durchgeführten Versuchen entspricht.

Tabelle I

Korrosionsrate von rost- und säurebeständigem Stahl AISI 304 durch Äthylalkohol, der korrodierende Agentien enthält.

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwähe in Essen

Äthyl alkohol	H₂O (%)	Korrodierende Agentien	Korrosions rate	Versuchs bedingungen	■
( % )		Typ %	(mm/Jahr)
9	91	H₂SO, Spuren	0,05	85 ⁰C
		CH₃OOH Spuren		181 Tage
		H₂SO₄ 1,3		85 ⁰C
42	53	GH₃COOH 1,5	0,15	181 Tage
		Äthyl acetat 2,3

Die normalerweise in Kraftstoffproben gefundene Gesamtsäurezahl, ermittelt an einer Reihe von Tankstellen, liegt in der Bandbreite von 3 bis 8 mg NaCH pro Liter, obwohl Vorschriften im allgemeinen eine Gesamtsäurezahl von maximal 3,0 mg pro Liter vorschreiben. Daneben weisen erzeugte KraftstoffChargen häufig das Vorhandensein von Chlorionen (Cl) aus.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen Apparat zur Erzeugung von nicht korrodierendem Kraftstoff aus Alkohol. Die Erfindung besteht darin, daß der Rohsprit, das in der ersten Phase der Weindestillation erzeugte Gemisch aus Wasser-Alkohol, in einer alkalischen Lösung in dampfförmigem oder flüssigem Zustand in einem Zwischenbehälter gehalten wird, bevor es in einem der beiden genannten Aggregatzustände in die zweite Destillationkolonne eintritt.

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert.

Die Figur 1 zeigt ein typisches Verfahrensdiagramm für die Destillation von Alkohol, wobei die wesentlichen Ausrüstungen angegeben sind, wobei die Kolonne 1 aus rost- und säurebeständigem Stahl AISI 316 besteht; aus Kupfer besteht die Kolonne 2.

Der durch Gärung des Zuckerrohrsaftes erzeugte Lutter mit 8 bis 10 % Äthylalkohol wird in der Kolonne 1 einer Primärdestillation unterzogen, wo der verdünnte Alkohol (etwa 50 %), der Rohsprit, gewonnen wird. Anschließend kommt der Rohsprit im dampfförmigen Aggregatzustand sofort in die Destillationskolonne 2, wo hydrierter Alkoholkraftstoff gewonnen wird.

Aufgrund dieser Tatsache können flüchtige Säuren, hauptsächlich organische Säuren aus der Gärung, ebenso anorganische Säuren oder Ionen, im erzeugten Produkt zurückbleiben, und zwar aufgrund ihrer Verdampfung bzw. ihrer nicht flüchtigen Bestandteile. - Der wesentliche Zweck der Erfindung besteht darin, diese Verunreinigungen in einem Zwischenbehälter·3 zurückzuhalten, der am Einlauf der Destillationskolonne 2 - gemäß Figur 2 - installiert ist.

Die Figur 3 zeigt die Einzelheiten der besagten Vorrichtung, die aus einer in drei Schüsse unterteilten Kolonne 4 besteht, nämlich: Sumpf 5, Füllkörper 6, Kopfteil 7 und innenliegende

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

— 7 —

Dampfschlangen 8. Zu sehen sind ebenfalls der Einlauf 9 des Gemisches aus Wasser-Alkohol (50 bis 90 ⁰GL), Lösung 10, Einlauf des Rohsprits 11, Drainage 12 und Dampfeintritt 13.

Die Funktionen der zwischengeschalteten Kolonne 3 sind die folgenden:

Der Verunreinigungen enthaltende Rohsprit wird in Form von Dampf oder Flüssigkeit zu der heißen alkalischen Lösung 10 geleitet, die sich im Sumpf befindet, und zwar durch einen ge-

ο -

lochten Ring im Innern, so daß der besagte Rohsprit, nach seiner Neutralisierung, sofort verdampft wird und durch die Füllkörperanordnung 6 läuft, wo die neutralisierten und gegebenenfalls mitgerissene Verunreinigungen durch den Dampf des Rohsprits zurückgehalten werden; an die Destillationskolonne 2 wird lediglich von Verunreinigungen freier Rohsprit abgegeben.

In Übereinstimmung mit der Figur 4 kann der Füllkörper 6 durch Böden 14 ersetzt werden, wie es im Fall von Destillationskolonnen gegeben ist, allerdings ist hierbei die Notwendigkeit der Umwälzung der alkalischen Lösung 10 für die Kolonnen durch eine Pumpe 15 zur Neutralisierung des Rohsprits gegeben.

Hinsichtlich des Betriebes der gesamten Destillation genügt es durch geeignete Instrumente,.die Wärmebilanz und die Stoffbilanz im Bereich der zwischengeschalteten Kolonne zu überwachen, Erfindungsgemäß ist der Verbrauch an neutralisierenden Mitteln minimal, denn die Konzentrationen der Verunreinigungen im Rohsprit liegen in der Größenordnung von ppm, und auch die Reaktion ist praktisch stöchiometrisch.

Andrejewski, Honlce & Partner, Patentanwälte in Essen

Beispiel 1:

Es wurden 20 Liter hydrierter Alkoholkraftstoff, der im Handel erhältlich ist, aufbereitet, unterteilt in 10 Teile, wofür 100 ml Lösung aus Natriumkarbonat von 5 % verwendet wurden. Gewonnen wurde nicht korrodierender Alkohol, und zwar praktisch ohne Verlust.

Beispiel 2:

Es wurden 2 Liter Rohsprit mit 46 % Alkohol aufbereitet, wofür 100 ml Lösung aus Natriumkarbonat von 5 % verwendet wurden, die mit demselben Rohsprit aufbereitet wurden; es wurde behandelter Rohsprit mit einem Volumen gewonnen, das nahe am Ausgangsvolumen lag. Der so gewonnene Rohsprit wurde einer Rektifizierung unterworfen und hydrierter Alkohol mit einer Konzentration von 93 % gewonnen. Der Korrosionsversuch an Stahlblech zeigte im Tauchversuch, daß im Verlauf von 30 Versuchstagen keinerlei Korrosion stattfand.

Neben der Gewinnung von nicht korrodierendem Alkoholkraftstoff reduzierte sich die Korrosion in der Destillieranlage hinter der neutralisierenden Kolonne fühlbar, zumal in dem aufzubereitenden Stoff keine korrodierenden Verunreinigungen gefunden wurden. Diese Tatsache erlaubt es, weniger edle metallische Stoffe einzusetzen, wodurch dazu beigetragen wird, die Herstellungskosten für Alkoholkraftstoff zu senken.

Die Analysen der Alkohole der Beispiele erbrachte die folgenden Ergebnisse:

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen Tabelle II

Produkt Alkoholkraftstoff Alkohol

ITEM vor der Aufbereitung aufbereitet

Spezifische Masse

0,815

91,0

1,0 2,9 2,5 7,2

bei 20 T	0,814
Grad INPM	91,5
Gesamtsäurezahl	6,0
Adelhyde	1,8
Estere	18,2
Höherwertige Alkohole	4,5

Der Korrosionsversuch an Stahlblechen erbrachte im Tauchversuch die folgenden Ergebnisse:

Lochfraßkorrosion (Bewertung nach ASTM C46-76)

Alkoholtyp Versuchsdauer Korrosion

(Tage)

Nicht aufbereiteter

A - 2

A - 3

A - 5

keine

Kraftstoff	Kraft-	7
	30
	60
Aufbereiteter stoff	300

Leerseite

Claims

der ' ' üsinas Siderurgicas de Minas Gerais, S.A. Usiminas Rua Prof. Vieira de Mendonca, 3.011 - 30.000 BeIo Horizonte - Minas Gerais Brasilien Verfahren und Apparat zur Herstellung von nicht korrodierendem Äthylalkoholkraftstoff Patentansprüche:

1.) Verfahren zur Gewinnung von nicht korrodierendem Äthylalkoholkraftstoff, welches dazu bestimmt ist, korrodierende Agentien, wie Sulfat-, Acetat- und Chlorionen, im konventionellen Rohsprit auszuschalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohsprit (Gemisch aus Wasser-Alkohol) vor dem

Andrejewslci, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Eintritt in die zweite Phase der konventionellen Destillation in dampfförmigem oder flüssigem Aggregatzustand mittels eines alkalischen Mittels in einem Zwischenbehälter neutralisiert wird, wo er verdampft wird, nachdem er in dampfförmigem oder flüssigem Aggregatzustand in die besagte Phase eingespeist wurde.

2. Apparat zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter (3) sich aus einem Sumpf (5), einer Füllkörperanordnung (6), einer innenliegenden Dampfschlange (8) und einem Kopfteil (7) zusammensetzt.

3. Apparat gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf (5) eine alkalische Lösung (10) enthält, in die der aus der ersten Phase der konventionellen Destillation stammende Rohsprit eingespritzt wird, wobei er in der besagten Lösung noch durch die Dampfschlange (8) läuft.

4. Apparat gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörperanordnung (6) über einem Sumpf mit alkalischer Lösung (10) und unter dem Kopfteil (7) positioniert ist, ohne mit diesen in Verbindung zu stehen.

5. Apparat für die Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter (3) in Abständen angebrachte Böden (14) aufweist, die über einem Sumpf

(5) mit einer alkalischen Lösung (10) und unter dem Kopfteil (7) positioniert sind, ohne mit diesen in Verbindung zu stehen.