WO2007042121A1 - Process for the solution crystallization of mixtures - Google Patents

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WO2007042121A1
WO2007042121A1 PCT/EP2006/009000 EP2006009000W WO2007042121A1 WO 2007042121 A1 WO2007042121 A1 WO 2007042121A1 EP 2006009000 W EP2006009000 W EP 2006009000W WO 2007042121 A1 WO2007042121 A1 WO 2007042121A1
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mixture
heat exchanger
crystals
substances
temperature
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PCT/EP2006/009000
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Günter RINKE
Sigrid Kerschbaum
Klaus Schubert
Herbert Holpe
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Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
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Publication date
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    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11BPRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B7/00Separation of mixtures of fats or fatty oils into their constituents, e.g. saturated oils from unsaturated oils
    • C11B7/0075Separation of mixtures of fats or fatty oils into their constituents, e.g. saturated oils from unsaturated oils by differences of melting or solidifying points
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11CFATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C1/00Preparation of fatty acids from fats, fatty oils, or waxes; Refining the fatty acids
    • C11C1/08Refining
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the invention relates to a process for the solution crystallization of. liquid mixtures according to the first claim.
  • a typical example from the everyday practice to do this is diesel fuels in which certain sub-substances crystallize at low winter temperatures, the mixture thereby macroscopically occupies a gel-like substance with an increased viscosity and thus significantly hindering handling in injection components such as nozzles in diesel engines.
  • This restriction can be observed especially with so-called biodiesel, in which the substance mixture is made up of oils of different origin or production as partial substances. Crystallization is usually hampered by the addition of appropriate additives, such as in the so-called. Winter diesel usual, mixed with the mixture.
  • biodiesel is obtained from the transesterification of rapeseed oil as rapeseed methyl ester (RME).
  • RME rapeseed methyl ester
  • the cold resistance of biodiesel based on used oil base is attempted to be improved by so-called winterization.
  • the cold strength describes the temperature at which a substance from the liquid in passes the solid state and corresponds / if crystals are formed, the melting temperature of the substance. Practically, this means that the fluidity of the fuel is limited by increasing gel formation and the formation of crystals in the product and prevents motor use.
  • accompanying substances such as waxes, residues of undesirable reaction products such as glycerides and glycerol contribute to this behavior.
  • the mode of action of such products is based on the formation of a large number of crystallization seeds with a size of less than 50 ⁇ m, which prevent agglomeration in the biodiesel. Although this effectively counteracts gel or crystal formation, so that the requirements of winterization (CFPP measurement according to DIN EN 116) can be formally fulfilled, the problem is not fundamentally solved, since a crystallization of the product extremely delayed, but not prevented becomes.
  • the fractional winterization and physical filtering off open ⁇ discloses crystallized components in US 4,265,826, in which the high boiling components to crystallize out according to their boiling points.
  • the mixture is cooled until crystals form in a filterable size.
  • Be ⁇ ferred cooling rates are between 0.5 and 5 ° C / h, optio ⁇ nal at certain temperature levels residence times between 2 - h are provided 16th
  • the total yield can vary depending on the requirement of the Cold strength of the product below 30%, based on the starting material, fall and is therefore not economical.
  • DE 34 44 475 C2 also describes a device for separating crystals by means of a vacuum belt filter for the dry fractionation of fats and oils, which moves in the area of classic winterization. The process works batchwise and requires no additional chemicals.
  • the object of the invention is to propose a process for the solution crystallization of mixtures of substances, in particular of fuels such as biodiesel, which makes do without additives and is also suitable for increasing the winter strength of biodiesel fuels for larger quantities.
  • the solution is based on a process for the solution crystallization of mixtures, in particular fuels such as biodiesel.
  • a partial stream is taken from a liquid substance mixture which contains at least one sub-substance with an increased melting point.
  • This sub-stream contains all sub-substances occurring in the substance mixture and is preferably representative of the substance mixture, ie it holds the sub-substances in the same ratio to each other as the mixture.
  • the partial flow is then a heat exchanger - A - zugeschreibt and introduced into the Fluidbowungen of the heat exchanger, the partial flow flows through the heat exchanger.
  • the partial flow is cooled to a temperature below a crystallization temperature of only the partial substances of the substance mixture, while the other partial substances remain unchanged in the partial flow in the liquid phase.
  • the temperature and the flow rate are adjusted so that crystals of the crystallized partial substances form in the partial flow directly at the outlet from the heat exchanger in the partial flow.
  • the location of the crystal formation by means of a relaxation in the fluid, such as through a nozzle or a pressure reducer set additionally targeted. This is followed by a re-mixing of the partial flow with the crystals formed of one or more sub-substances in the mixture, wherein the crystals in the mixture further substances selectively bind by crystal growth itself.
  • the mixture of substances is either not rolled over (sedimentation) or mixed and cooled and held on the so-called cloud point, as the temperature at which turbidity and incipient crystallization can be detected.
  • the crystals are separated by a separation process from the mixture, for example by filtration or ultracentrifuge
  • FIG.l the schematic structure of an exemplary embodiment for carrying out the method on a laboratory scale
  • the exemplary embodiment acc. Fig.l comprises a storage vessel 1 for about 5 liters of biodiesel 2 with temperature sensor 32, and a circuit with suction 9, a pump 10 (gear pump), heat exchanger 16 (heat exchanger, in the exemplary embodiment, a cross-flow micro waremubertrager) and return 20 for the branch partial crystallization and recycling of the partial flow from and into the Vorratsgefrub.
  • the storage vessel 1, e.g. a 5-liter beaker includes a tempering, in the exemplary embodiment, a wrapping with a PVC hose as Kuhlmantel 3, which is connected as part of a closed Kuhlstoffniklaufs Kuhlstoffzutechnisch 7 and a Kuhl- medium pressure line 8 to a thermostat 5.
  • the coolant 6 is a volumetric 1: 1 mixture of ethylene glycol and water.
  • the storage vessel 1 and the Kuhlstoffzutechnisch 7 are surrounded with insulation material.
  • the biodiesel 2 in the storage vessel is optionally kept in motion by means of a magnetic stirrer 4.
  • the partial flow is sucked by the pump 10 via the suction line 9, in the exemplary embodiment, a metal hose or poleugrüssel, preferably from the lower third of the Vorratsgefackedes 1 and discharged via the return 20 into the upper third again. In this way, a large part of the biodiesel 2 in the storage vessel 1 is rolled over.
  • the pump 10 forwards the partial flow via a heat exchanger feed 12 (eg metal hose) to the heat exchanger 16 with a microfilter 11.
  • the Warmeubertragerzussel is equipped to maintain a kon ⁇ constant heat input entering temperature and to avoid premature crystal formation in the partial flow before and in the heat exchanger 16 with a tempering device for the partial flow.
  • Heat exchanger, Kuhlmediumthermostat, Kuhlmediumpumpe and a Kuhlstofffilter 25 are connected via a Kuhlstoffzutechnisch 23, a Kuhlstofftechnisch 26 Kuhlstoffabtechnisch 27 and other lines (each polyethylene hoses) to a closed Kuhlstoffnikank.
  • the heat exchanger used in the exemplary embodiment is a micro-Kreuzstromwaremubertrager with a variety of Fluidschreibungen with diameters or maximum cross-sectional dimensions less than 1 mm. Due to its fineness, the heat exchanger is characterized by a high specific heat transfer, i. large specific heat transfer planes and small heat transfer paths.
  • the fluid guides are subdivided into two fluid guide fractions, which are layered in alternating order and cross each other, preferably at right angles to one another.
  • a micro-heat exchanger is used, which comprises a layered structure with a metal foil stack, wherein the Fluidschreibungen are incorporated as kanalformige depressions in the stacked and interconnected by diffusion bonding fluid-tight individual foils. Each of these individual films has a plurality of similar, preferably parallel to each other Fluidbowungen only one Fluidbowungsfr neglect.
  • the temperature at the inlet and outlet of Biodiesel and Kuhlmediumpassagen the heat exchanger 16 with the help of Temperaturmessfuhêt (temperature sensors on the heat transfer inlet 28, the Warmeubertrageraustritt 29, the Kuhlmediumzulauf of the heat exchanger 30 and Kuhlmediumablauf the heat exchanger 31) measured and therefrom the temperature gradient determined in the heat exchanger.
  • a further temperature sensor 32 is located in the interior of the storage vessel 1.
  • 16 pressure sensors pressure sensor on the heat transfer inlet 33 and the heat exchanger outlet 34
  • This device allows the above-mentioned winterization of biodiesel fuels in two different ways as follows:
  • the temperature of the biodiesel is in the heat exchanger 16 Ich lowered by adjusting the temperature in Kuhlffenthermostaten 21 ⁇ until 18 crystals 19 show in the sight glass. Thereafter, the temperature of the Kuhlmantels 3 of the Vorratsgefackedes 1 is slowly lowered by adjusting the temperature in the thermostat 5. The temperature of the cold medium circuit in the heat exchanger 16 is kept constant. The crystals formed are passed through the partial flow circuit in the storage vessel 1 and sediment there to the ground, be but whirled up again by the magnetic stirrer 4, so that the crystals are distributed as crystallization nuclei in the entire storage vessel. By regular sampling, the decrease of the saturated fatty acid methyl ester in the liquid biodiesel can be determined by means of gas chromatography. The temperature in the storage vessel is then lowered until the desired composition of the biodiesel 2 is reached.
  • the temperature of the biodiesel is lowered in the heat exchanger 16 by adjusting the temperature in the Kuhlffenthermostaten 21 until 18 show crystals 19 in the sight glass. Thereafter, the temperature of the Kuhlmantels 3 of the Vorratsgefackedes 1 is slowly lowered by adjusting the temperature in the thermostat 5. After a certain time for crystal formation and crystal growth (about 5 hours), the two pumps IO and 24 and the magnetic stirrer 4 are switched off. In the storage vessel 1 crystals formed sink down, during which the biodiesel is sampled in the storage vessel at regular intervals and analyzed. If the concentration of the saturated fatty acid methyl ester does not change any more or only slightly, the temperature of the storage vessel 1 is further lowered via the thermostat 5. This process is repeated until the desired composition of the biodiesel is achieved.
  • biodiesel from used cooking oil was used whose composition was previously determined.
  • the proportion of saturated fatty acid methyl ester at the beginning of the experiment was 22%.
  • Figures 2 and 3 show the time course of the cumulative Kon ⁇ concentration (concentration curve 38) of the saturated Fettsauremethylester of AME and the temperature in Vorratsgefrub 1 (tempera ⁇ turverlauf 39) as functions of time for the Experimental Example 1 (Fig.2 ) or Experimental Example 2 (Fig.3).
  • FIG. 4 shows the temperature profiles for both experimental examples (via the concentration 41, in each case as a point quantity and as a geometrically-averaged straight line, straight line of test example 1 lies below that of test example 2) in the storage vessel of AME (biodiesel temperature 35) and the empirical course of FIG CFPP values 42 (CFPP value 40) as functions of the sum concentration of saturated fatty acid methyl esters (concentration 36).
  • the CFPP is a measure of the winter strength of biodiesel. It increases with increasing concentration of saturated fatty acids. During the measurements, care was taken in both of the above experimental examples that bath temperatures were above the CFPP values for the same concentration of the saturated fatty acids.
  • a further advantageous embodiment comprises a use of countercurrent micro-heat exchanger (countercurrent Mikrowarmeübertragern) instead of the cross-flow described in the exemplary embodiment Mikrowarmeubertragers. This allows a gleichschreibigere temperature distribution can be achieved at the output of the heat exchanger.

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Abstract

Process for the solution crystallization of mixtures. The object is to propose a process which, without additives, is suitable for improving the winter stability of, in particular, biodiesel fuels even in the case of large quantities. The object is achieved by a process which comprises providing a liquid mixture (2) comprising at least one subcomponent having an elevated melting point, taking a substream (9) from the mixture (2), feeding the substream to a heat exchanger (16), with the substream flowing through the heat exchanger, cooling the substream in the heat exchanger to a temperature below a crystal formation temperature of only the subcomponents of the mixture, with the temperature being set so that crystals (19) of the subcomponents form in the substream directly at the outlet from the heat exchanger (16), mixing the substream comprising the crystals into the mixture (2), with the crystals selectively binding further substances in the mixture by crystal growth, and sedimenting and separating off the crystals in the mixture.

Description

Verfahren zur Losungskristallisation von StoffgemiächenProcess for the solution crystallization of substance mixtures
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Losungskristallisation von . flussigen Stoffgemischen gemäß des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a process for the solution crystallization of. liquid mixtures according to the first claim.
Allgemein besteht bei flussigen Stoffgemischen grundsatzlich das Problem, dass Teilsubstanzen, die einen höheren Schmelzpunkt als die anderen Substanzen im Stoffgemisch aufweisen, bei einer zunehmenden Abkühlung des Stoffgemisches auskristallisieren. Das Stoffgemisch wird somit zur Suspension, wobei es bei einer zunehmenden Auskristallisation einer oder mehrere Teilsubstanzen zu Handhabungsproblemen des Stoffgemisches kommen kann.In general, there is the problem in liquid mixtures of substances that sub-substances which have a higher melting point than the other substances in the substance mixture crystallize out with increasing cooling of the substance mixture. The mixture of substances thus becomes a suspension, which may lead to handling problems of the substance mixture with increasing crystallization of one or more partial substances.
Ein typisches Beispiel aus der alltaglichen Praxis hierzu stellen Dieselkraftstoffe dar, bei denen bestimmte Teilsubstanzen bei tiefen Wintertemperaturen auskristallisieren, das Stoffgemisch dadurch makroskopisch eine Gel artige Substanz mit einer erhöhten Viskosität einnimmt und damit eine Handhabung in Einspritzkomponenten wie Düsen in Dieselmotoren erheblich behindern. Diese Einschränkung ist besonders bei sog. Biodiesel zu beobachten, bei dem das Stoffgemisch aus Ölen mit unterschiedlicher Herkunft oder Herstellung als Teilsubstanzen konfektioniert. Eine Auskristallisation wird in der Regel durch entsprechende Additive behindert, die gezielt, wie z.B. bei dem sog. Winterdiesel üblich, dem Stoffgemisch beigemischt werden.A typical example from the everyday practice to do this is diesel fuels in which certain sub-substances crystallize at low winter temperatures, the mixture thereby macroscopically occupies a gel-like substance with an increased viscosity and thus significantly hindering handling in injection components such as nozzles in diesel engines. This restriction can be observed especially with so-called biodiesel, in which the substance mixture is made up of oils of different origin or production as partial substances. Crystallization is usually hampered by the addition of appropriate additives, such as in the so-called. Winter diesel usual, mixed with the mixture.
Die Produktion von Biodiesel hat inzwischen einen dauerhaften Platz in der Bereitstellung regenerativer flussiger Energieträger errungen. In klassischer Ausprägung wird Biodiesel aus der Umesterung von Rapsöl als Rapsolmethylester (RME) gewonnen. Kostengαnstiger ist Biodiesel aber aus Altspeiseol herstellbar (Altspeiseoimethylester = AME) . Wegen der wesentlich höheren Konzentration von gesattigten Fettsaure- methylestern bei AME ist dieser Biodiesel nur im Sommer einsetzbar.The production of biodiesel has meanwhile achieved a permanent place in the provision of regenerative liquid energy sources. In its classical form, biodiesel is obtained from the transesterification of rapeseed oil as rapeseed methyl ester (RME). However, biodiesel can be produced cost-effectively from used cooking oil (used cooking oil = AME). Because of the much higher concentration of saturated fatty acid methyl esters in AME, this biodiesel can only be used in summer.
Zur Vermeidung vorgenannter Kristallbildung im Biodiesel versucht man die Kaltefestigkeit von Biodiesel auf Altspeiseolbasis (AME) durch eine sog. Winterisierung zu verbessern. Die Kaltefestigkeit beschreibt die Temperatur, bei der eine Substanz aus dem flussigen in den festen Aggregatzustand übergeht und entspricht/ falls dabei Kristalle gebildet werden, der Schmelztemperatur der Substanz. Praktisch bedeutet dies, dass die Fließfahigkeit des Treibstoffs durch eine zunehmende Gel-Bildung und das Entstehen von Kristallen im Produkt eingeschränkt wird und eine motorische Nutzung unterbindet. Neben den Eigenschaften der Fettsauremethylester tragen Begleitstoffe wie Wachse, Reste unerwünschter Reaktionsprodukte wie Glyceride und Glycerin zu diesem Verhalten bei.To avoid the above-mentioned crystal formation in biodiesel, the cold resistance of biodiesel based on used oil base (AME) is attempted to be improved by so-called winterization. The cold strength describes the temperature at which a substance from the liquid in passes the solid state and corresponds / if crystals are formed, the melting temperature of the substance. Practically, this means that the fluidity of the fuel is limited by increasing gel formation and the formation of crystals in the product and prevents motor use. In addition to the properties of fatty acid methyl esters, accompanying substances such as waxes, residues of undesirable reaction products such as glycerides and glycerol contribute to this behavior.
Bisherige Verfahren der Winterisierung von Biodiesel beruhen z.B. auf der Mischung mit mineralischem Diesel oder der Zugabe von Additiven zu RME. Der Einsatz von Additiven ist zumindest bei Rapsöl derzeit der Weg der Wahl .Previous methods of winterizing biodiesel rely on e.g. on mixing with mineral diesel or adding additives to RME. The use of additives is currently the route of choice, at least for rapeseed oil.
Die Wirkungsweise derartiger Produkte beruht auf der Bildung einer großen Anzahl von Kristallisationskeimen mit einer Große kleiner 50 μm, die im Biodiesel eine Agglomerationsbildung verhindern. Dadurch wird zwar einer Gel- bzw. Kristallbildung wirksam entgegnet, sodass auch die Anforderungen der Winterisierung (CFPP - Messung nach DIN EN 116) formal erfüllt werden können, das Problem aber nicht grundsatzlich gelost, da eine Kristallisation des Produkts extrem verzögert, aber nicht verhindert wird.The mode of action of such products is based on the formation of a large number of crystallization seeds with a size of less than 50 μm, which prevent agglomeration in the biodiesel. Although this effectively counteracts gel or crystal formation, so that the requirements of winterization (CFPP measurement according to DIN EN 116) can be formally fulfilled, the problem is not fundamentally solved, since a crystallization of the product extremely delayed, but not prevented becomes.
Verfugbare Additive wurden ferner nur speziell für RME entwickelt, wahrend sie bei AME nicht in vorgenannter Weise funktionieren. Spezielle Additive für AME, die den vorgegebenen kommerziellen Rahmenbedingungen für Treibstoffe entsprechen, sind dagegen nicht bekannt.In addition, available additives have only been developed specifically for RME, while they do not work in the same way at AME. Special additives for AME that meet the given commercial fuel framework are not known.
Alternativ ist in der US 4.265.826 die fraktionierte Winterisierung und physikalische Abfilterung kristallisierter Bestandteile offen¬ bart, bei der die hochsiedenden Komponenten entsprechend ihrer Siedetemperaturen auskristallisieren. Das Stoffgemisch wird dabei solange gekühlt, bis sich Kristalle in einer filtrierbaren Große bilden. Be¬ vorzugte Kuhlraten liegen dabei zwischen 0,5 und 5°C /h, wobei optio¬ nal bei bestimmten Temperaturniveaus Verweilzeiten zwischen 2 - 16 h vorgesehen sind. Die Gesamtausbeute kann je nach Anforderung an die Kaltefestigkeit des Produkts unter 30%, bezogen auf die Ausgangssubstanz, fallen und ist damit nicht wirtschaftlich.Alternatively, the fractional winterization and physical filtering off open ¬ discloses crystallized components in US 4,265,826, in which the high boiling components to crystallize out according to their boiling points. The mixture is cooled until crystals form in a filterable size. Be ¬ ferred cooling rates are between 0.5 and 5 ° C / h, optio ¬ nal at certain temperature levels residence times between 2 - h are provided 16th The total yield can vary depending on the requirement of the Cold strength of the product below 30%, based on the starting material, fall and is therefore not economical.
Filtrierprozesse sind jedoch nur eingeschränkt wirksam, wenn die Viskosität des noch flussigen Stoffgemischanteils steigt und die Trennwirkung insbesondere von den gelartigen Kristallen nachlasst. Die vorgenannte Gesamtausbeute wird zudem von den in den Kristallen eingebundenen flussigen Bestandteilen des Stoffgemisches negativ beein- flusst. Auch eine sehr lange Verfahrensdauer von bis zu 100 Stunden und die große Menge des definiert abzukühlenden Stoffgemisches insbesondere bei Dieselkraftstoffen lassen diesen Ansatz anlagentechnisch aber wenig praktikabel erscheinen.Filtration processes, however, have only limited effectiveness if the viscosity of the still liquid substance mixture content increases and the separation effect in particular of the gel-like crystals decreases. The aforementioned overall yield is also adversely affected by the liquid constituents of the substance mixture incorporated in the crystals. Even a very long process time of up to 100 hours and the large amount of the substance mixture to be cooled in a defined manner, especially in the case of diesel fuels, make this approach appear technically less practicable.
In der DE 34 44 475 C2 wird zudem eine Vorrichtung zur Kristallabtrennung mittels Vakuumbandfilter zur trockenen Fraktionierung von Fetten und Ölen beschreiben, der sich im Bereich der klassischen Win- terisierung bewegt. Das Verfahren arbeitet batchweise und bedarf keiner zusatzlichen Chemikalien.DE 34 44 475 C2 also describes a device for separating crystals by means of a vacuum belt filter for the dry fractionation of fats and oils, which moves in the area of classic winterization. The process works batchwise and requires no additional chemicals.
Davon ausgehend liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Lösungskristallisation von Stoffgemischen insbesondere von Kraftstoffen wie Biodiesel vorzuschlagen, das ohne Additive auskommend und sich für die Verbesserung der Winterfestigkeit insbesondere von Biodieselkraftstoffen auch für größere Mengen eignet.Based on this, the object of the invention is to propose a process for the solution crystallization of mixtures of substances, in particular of fuels such as biodiesel, which makes do without additives and is also suitable for increasing the winter strength of biodiesel fuels for larger quantities.
Gelost wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs. Die Unteranspruche geben vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens wieder.This object is achieved by a method having the features of the first patent claim. The dependent claims give advantageous embodiments of this method again.
Die Losung basiert auf einem Verfahren zur Lösungskristallisation von Stoffgemischen, insbesondere Kraftstoffen wie Biodiesel. Dabei wird aus einem flüssigen Stoffgemisch, das mindestens eine Teilsubstanz mit einem erhöhten Schmelzpunkt enthalt, ein Teilstrom entnommen. Dieser Teilstrom enthalt alle im Stoffgemisch vorkommenden Teilsubstanzen und ist vorzugsweise repräsentativ für das Stoffgemisch, d.h. er halt die Teilsubstanzen im gleichen Verhältnis zueinander wie das Stoffgemisch. Der Teilstrom wird anschließend einem Wärmeübertrager - A - zugefuhrt und in die Fluidfuhrungen des Wärmeübertragers eingeleitet, wobei der Teilstrom den Wärmeübertrager durchströmt. Im Wärmeübertrager findet eine Abkühlung des Teilstroms auf eine Temperatur unterhalb einer Kristallbildungstemperatur nur der Teilsubstanzen des Stoffgemisches statt, wahrend die anderen Teilsubstanzen im Teilstrom unverändert in der flussigen Phase verbleiben. Dabei werden die Temperatur und der Durchfluss so eingestellt, dass sich im Teilstrom unmittelbar am Austritt aus dem Wärmeübertrager Kristalle der auskristallisierten Teilsubstanzen im Teilstrom bilden. Dabei lasst sich der Ort der Kristallbildung durch Mittel eine Entspannung im Fluid wie z.B. durch eine Düse oder einen Druckminderer zusatzlich gezielt einstellen. Es folgt eine Wiedereinmischung des Teilstroms mit den gebildeten Kristallen einer oder mehrerer Teilsubstanzen in das Stoffgemisch, wobei die Kristalle im Stoffgemisch weitere Substanzen selektiv durch Kristallwachstum an sich binden. Dabei wird das Stoffgemisch für ein verbessertes Kristallwachstum entweder nicht umgewalzt (Sedimentation) oder durchmischt sowie auf den sog. Cloudpoint, als der Temperatur, bei der eine Trübung und beginnende Kristallisation feststellbar ist, abgekühlt und gehalten. Nach Sedimentation und Erreichen einer bestimmten abfiltrierbaren Große werden die Kristalle durch einen Trennprozess aus dem Stoffgemisch z.B. durch Filterung oder Ultrazentrifuge ausgesondertThe solution is based on a process for the solution crystallization of mixtures, in particular fuels such as biodiesel. In this case, a partial stream is taken from a liquid substance mixture which contains at least one sub-substance with an increased melting point. This sub-stream contains all sub-substances occurring in the substance mixture and is preferably representative of the substance mixture, ie it holds the sub-substances in the same ratio to each other as the mixture. The partial flow is then a heat exchanger - A - zugefuhrt and introduced into the Fluidfuhrungen of the heat exchanger, the partial flow flows through the heat exchanger. In the heat exchanger, the partial flow is cooled to a temperature below a crystallization temperature of only the partial substances of the substance mixture, while the other partial substances remain unchanged in the partial flow in the liquid phase. In this case, the temperature and the flow rate are adjusted so that crystals of the crystallized partial substances form in the partial flow directly at the outlet from the heat exchanger in the partial flow. The location of the crystal formation by means of a relaxation in the fluid, such as through a nozzle or a pressure reducer set additionally targeted. This is followed by a re-mixing of the partial flow with the crystals formed of one or more sub-substances in the mixture, wherein the crystals in the mixture further substances selectively bind by crystal growth itself. In this case, for improved crystal growth, the mixture of substances is either not rolled over (sedimentation) or mixed and cooled and held on the so-called cloud point, as the temperature at which turbidity and incipient crystallization can be detected. After sedimentation and reaching a certain filterable size, the crystals are separated by a separation process from the mixture, for example by filtration or ultracentrifuge
Das Verfahren wird anhand von Ausfuhrungsbeispielen, Versuchsbeispielen und der folgenden Figuren naher erläutert. Es zeigenThe method will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments, experimental examples and the following figures. Show it
Fig.l den schematischen Aufbau eines Ausfuhrungsbeispiels zur Durchfuhrung des Verfahrens im Labormaßstab,Fig.l the schematic structure of an exemplary embodiment for carrying out the method on a laboratory scale,
Fig.2 die zeitlichen Verlaufe der AME-Konzentration und der Tempera¬ tur im Vorratsgefaß gemäß des ersten Versuchsbeispiels,2 shows the time course of the AME concentration and the tempera ture in the storage vessel according to the first experimental example,
Fig.3 die zeitlichen Verlaufe der AME-Konzentration und der Temperatur im Vorratsgefaß gemäß des zweiten Versuchsbeispiels sowie3 shows the time course of the AME concentration and the temperature in the storage vessel according to the second experimental example and
Fig.4 den Verlauf der AME-Badtemperatur als Funktion der Summen- Konzentration gesättigter Fettsauremethylester, sowie den empirisch ermittelten Verlauf der CFPP-Werte (CFPP = CoId Fil/ter Plugging4 shows the course of the AME bath temperature as a function of the sum concentration of saturated fatty acid methyl esters, as well as the empirical Determined course of CFPP values (CFPP = CoId Fil- ter Plugging
Point; Messung gem. DIN EN 116) als Funktion der Summen-Konzentration gesättigter Fettsauremethylester .Point; Measurement acc. DIN EN 116) as a function of the sum concentration of saturated fatty acid methyl esters.
Das Ausfuhrungsbeispiel gem. Fig.l umfasst ein Vorratsgefaß 1 für ca. 5 Liter Biodiesel 2 mit Temperatursensor 32, sowie einen Kreislauf mit Ansaugleitung 9, einer Pumpe 10 (Zahnradpumpe) , Wärmeübertrager 16 (Wärmeübertrager, im Ausfuhrungsbeispiel ein Kreuzstrom-Mikro- waremubertrager) und Rucklauf 20 für die Abzweigung Teilkristallisation und Rückführung des Teilstroms aus und in das Vorratsgefaß. Das Vorratsgefaß 1, z.B. ein 5 Liter Becherglas, umfasst eine Temperiervorrichtung, im Ausfuhrungsbeispiel eine Umwicklung mit einem PVC-Schlauch als Kuhlmantel 3, der im Rahmen eines geschlossenen Kuhlmittelkreislaufs über eine Kuhlmittelzuleitung 7 und einer Kuhl- mittelruckleitung 8 an einen Thermostaten 5 angeschlossen ist. Als Kuhlmittel 6 dient eine volumetrische 1:1 Mischung von Ethylenglykol und Wasser. Zur besseren Thermostatisierung sind das Vorratsgefaß 1 und die Kuhlmittelzuleitung 7 mit Isolationsmaterial umgeben. Der Biodiesel 2 im Vorratsgefaß wird optional mittels eines Magnetruhrers 4 in Bewegung gehalten.The exemplary embodiment acc. Fig.l comprises a storage vessel 1 for about 5 liters of biodiesel 2 with temperature sensor 32, and a circuit with suction 9, a pump 10 (gear pump), heat exchanger 16 (heat exchanger, in the exemplary embodiment, a cross-flow micro waremubertrager) and return 20 for the branch partial crystallization and recycling of the partial flow from and into the Vorratsgefaß. The storage vessel 1, e.g. a 5-liter beaker, includes a tempering, in the exemplary embodiment, a wrapping with a PVC hose as Kuhlmantel 3, which is connected as part of a closed Kuhlmittelkreislaufs Kuhlmittelzuleitung 7 and a Kuhl- medium pressure line 8 to a thermostat 5. The coolant 6 is a volumetric 1: 1 mixture of ethylene glycol and water. For better temperature control, the storage vessel 1 and the Kuhlmittelzuleitung 7 are surrounded with insulation material. The biodiesel 2 in the storage vessel is optionally kept in motion by means of a magnetic stirrer 4.
Der Teilstrom wird von der Pumpe 10 über die Ansaugleitung 9, im Ausfuhrungsbeispiel ein Metallschlauch oder Säugrüssel, bevorzugt aus dem unteren Drittel des Vorratsgefaßes 1 angesaugt und über den Rucklauf 20 in das obere Drittel wieder abgegeben. Auf diese Weise wird ein großer Teil des Biodiesels 2 im Vorratsgefaß 1 umgewalzt. Die Pumpe 10 leitet den Teilstrom über eine Warmeubertragerzufuhrung 12 (z.B. Metallschlauch) mit einen Mikrofilter 11 an den Warmtauscher 16 weiter. Die Warmeubertragerzufuhrung ist zur Einhaltung einer kon¬ stanten Warmeubertragereintrittstemperatur und zur Vermeidung einer vorzeitigen Kristallbildung im Teilstrom vor und im Wärmeübertrager 16 mit einer Temperierungsvorrichtung für den Teilstrom ausgerüstet. Diese umfasst im labormaßigen Ausfuhrungsbeispiel einen mit Wasser 14 als Temperiermedium gefüllten und beidseitig an ein Wasserthermostat 13 angeschlossenen Schlauch 15 (PVC-Schlauch mit Schlauchwicklung um die Warmeubertragerzufuhrung) . Mit dem Eintritt des Teilstroms in den Wärmeübertrager 16 (Kreuz- stromwarmetauscher) wird dieser in die Fluidfuhrungen des Kreuz- stromwarmeubertragers unterteilt und durch ein Kuhlmedium 22 (Ethy- lenglykol / Wasser) im Kreuzstrom abgekühlt. Das Kuhlmedium wird durch einen Kuhlmediumthermostaten 21 mit Hilfe einer Kuhlmediumpumpe 24 horizontal durch eigene Fluidfuhrungen für das Kuhlmedium im Wärmeübertrager 16 gefuhrt. Wärmeübertrager, Kuhlmediumthermostat, Kuhlmediumpumpe sowie ein Kuhlmittelfilter 25 sind über eine Kuhlmittelzuleitung 23, eine Kuhlmittelleitung 26 eine Kuhlmittelableitung 27 bzw. andere Leitungen (jeweils Polyethylenschlauche) zu einem geschlossenen Kuhlmittelkreislauf verbunden.The partial flow is sucked by the pump 10 via the suction line 9, in the exemplary embodiment, a metal hose or Säugrüssel, preferably from the lower third of the Vorratsgefaßes 1 and discharged via the return 20 into the upper third again. In this way, a large part of the biodiesel 2 in the storage vessel 1 is rolled over. The pump 10 forwards the partial flow via a heat exchanger feed 12 (eg metal hose) to the heat exchanger 16 with a microfilter 11. The Warmeubertragerzufuhrung is equipped to maintain a kon ¬ constant heat input entering temperature and to avoid premature crystal formation in the partial flow before and in the heat exchanger 16 with a tempering device for the partial flow. This includes in laboratory-oriented exemplary embodiment filled with water 14 as a tempering medium and connected on both sides of a water thermostat 13 hose 15 (PVC hose with hose winding to the Warmeubertragerzufuhrung). With the entry of the partial flow into the heat exchanger 16 (cross-flow heat exchanger), this is subdivided into the fluid passages of the cross-flow heat exchanger and cooled in crossflow by a cooling medium 22 (ethylene glycol / water). The Kuhlmedium is guided by a Kuhlmediumthermostaten 21 by means of a Kuhlmediumpumpe 24 horizontally by their own Fluidfuhrungen for the Kuhlmedium in the heat exchanger 16. Heat exchanger, Kuhlmediumthermostat, Kuhlmediumpumpe and a Kuhlmittelfilter 25 are connected via a Kuhlmittelzuleitung 23, a Kuhlmittelleitung 26 Kuhlmittelableitung 27 and other lines (each polyethylene hoses) to a closed Kuhlmittelkreislauf.
Als Wärmeübertrager dient im Ausfuhrungsbeispiel ein Mikro-Kreuz- stromwaremubertrager mit einer Vielzahl von Fluidfuhrungen mit Durchmessern oder maximalen Querschnittsabmessungen kleiner 1 mm. Der Wärmeübertrager zeichnet sich aufgrund seiner Feinheit durch einen hohen spezifischen Wärmeübergang, d.h. große spezifische Warmeubertragungs- flachen und kleine Warmeubertragungswege aus. Die Fluidfuhrungen sind in zwei Fluidfuhrungsfraktionen unterteilt, die in abwechselnder Reihenfolge geschichtet sich gegenseitig und vorzugsweise im rechten Winkel zueinander kreuzen. Vorzugweise kommt ein Mikro- Warmeubertrager zum Einsatz, der einen schichtweisen Aufbau mit einem Metallfolienstapel umfasst, wobei die Fluidfuhrungen als kanalformige Vertiefungen in die aufeinander gestapelten und miteinander durch Diffusionsschweißen fluiddicht verbundene Einzelfolien eingearbeitet sind. Jede dieser Einzelfolien weist dabei eine Vielzahl gleichartiger, vorzugsweise parallel zueinander verlaufende Fluidfuhrungen nur einer Fluidfuhrungsfraktion auf.The heat exchanger used in the exemplary embodiment is a micro-Kreuzstromwaremubertrager with a variety of Fluidfuhrungen with diameters or maximum cross-sectional dimensions less than 1 mm. Due to its fineness, the heat exchanger is characterized by a high specific heat transfer, i. large specific heat transfer planes and small heat transfer paths. The fluid guides are subdivided into two fluid guide fractions, which are layered in alternating order and cross each other, preferably at right angles to one another. Preferably, a micro-heat exchanger is used, which comprises a layered structure with a metal foil stack, wherein the Fluidfuhrungen are incorporated as kanalformige depressions in the stacked and interconnected by diffusion bonding fluid-tight individual foils. Each of these individual films has a plurality of similar, preferably parallel to each other Fluidfuhrungen only one Fluidfuhrungsfraktion.
Nach dem Durchlauf durch den Wärmeübertrager erreicht der nunmehr ab¬ gekühlte Biodiesel den Warmeubertrageraustritt 17. In diesem Bereich bilden sich vorgenannten Kristalle 19 aus gesattigten Fettsaureme- thylestern. Dies wird dadurch unterstutzt, dass sich der Teilstromquerschnitt mit dem Verlassen der Fluidfuhrungen schlagartig erweitert und damit der Teilstrom spontan entspannt. Um Menge und Aussehen der Kristalle 19 im Teilstrom beurteilen zu können, ist zur visuellen Kontrolle (z.B. durch subjektive Sichtkontrolle odör durch ein optisches Verfahren wie Extinktionsmessungen oder Transmissionsmessungen) zwischen Wärmeübertrager 16 und Rucklauf 20 zum Vorratsgefaß 1 ein Schauglas 18 eingesetzt. Gewünscht sind dabei eine hohe Keimbildungs- rate, d.h. möglichst kleine und fein verteilte Kristalle im Teilstrom. Diese werden über den Rucklauf ins Vorratsgefaß im oberen Drittel eingebracht und dienen als Impfkristalle für den dort befindlichen Biodiesel.After passing through the heat exchanger of the now cooled biodiesel from ¬ reaches the heat Uber exit point 17. In this area form the aforementioned crystals 19 methyl esters from saturated Fettsaureme-. This is supported by the fact that the partial flow cross section expands abruptly with the leaving of the Fluidfuhrungen and thus relaxes the partial flow spontaneously. To judge the amount and appearance of the crystals 19 in the partial flow, is to visual Control (eg by subjective visual inspection odör by an optical method such as extinction measurements or transmission measurements) between the heat exchanger 16 and 20 return to the storage vessel 1 a sight glass 18 used. What is desired here is a high nucleation rate, ie the smallest possible and finely distributed crystals in the partial flow. These are introduced via the return to the storage vessel in the upper third and serve as seed crystals for the biodiesel located there.
Zur genauen Bestimmung der Kristallisationsbedingungen wird die Temperatur am Ein- und Ausgang der Biodiesel- und Kuhlmediumpassagen des Wärmeübertragers 16 mit Hilfe von Temperaturmessfuhlern (Temperatursensoren am Warmeubertragereinlauf 28, am Warmeubertrageraustritt 29, am Kuhlmediumzulauf des Wärmeübertragers 30 sowie am Kuhlmediumablauf des Wärmeübertragers 31) gemessen und daraus der Temperaturgradient im Wärmeübertrager bestimmt. Ein weiterer Temperatursensor 32 befindet sich im Innern des Vorratsgefaßes 1. Zusatzlich sind an beiden Passageneingangen des Wärmeübertragers 16 Drucksensoren (Drucksensor am Warmeubertragereinlauf 33 sowie am Warmeubertrageraustritt 34) angebracht, um eine beginnende mögliche Verstopfung des Wärmeübertragers zu erkennen.For precise determination of the crystallization conditions, the temperature at the inlet and outlet of Biodiesel and Kuhlmediumpassagen the heat exchanger 16 with the help of Temperaturmessfuhlern (temperature sensors on the heat transfer inlet 28, the Warmeubertrageraustritt 29, the Kuhlmediumzulauf of the heat exchanger 30 and Kuhlmediumablauf the heat exchanger 31) measured and therefrom the temperature gradient determined in the heat exchanger. A further temperature sensor 32 is located in the interior of the storage vessel 1. In addition, 16 pressure sensors (pressure sensor on the heat transfer inlet 33 and the heat exchanger outlet 34) are mounted on both passage inputs of the heat exchanger to detect an incipient possible blockage of the heat exchanger.
Diese Vorrichtung ermöglicht die eingangs genannte Winterisierung von Biodieselkraftstoffen auf zwei verschiedene Arten wie folgt durchzufuhren:This device allows the above-mentioned winterization of biodiesel fuels in two different ways as follows:
Versuchsbeispiel 1Experimental Example 1
Die Temperatur des Biodiesels wird im Wärmeübertrager 16 solange durch Einstellung der Temperatur im Kuhlmittelthermostaten 21 abge¬ senkt, bis sich im Schauglas 18 Kristalle 19 zeigen. Danach wird die Temperatur des Kuhlmantels 3 des Vorratsgefaßes 1 durch Einstellung der Temperatur im Thermostaten 5 langsam abgesenkt. Die Temperatur des Kaltemediumkreislaufs im Wärmeübertrager 16 wird konstant gehalten. Die gebildeten Kristalle werden über den Teilstromkreislauf in das Vorratsgefaß 1 geleitet und sedimentieren dort zu Boden, werden aber durch den Magnetruhrer 4 wieder aufgewirbelt, 'so dass sich die Kristalle als Kristallisationskeime im ganzen Vorratsgefaß verteilen. Durch regelmäßige Probenahme kann die Abnahme der gesattigten Fett- sauremethylester im flussigen Biodiesel mit Hilfe der Gaschromatographie bestimmt werden. Die Temperatur im Vorratsgefaß wird dann solange gesenkt, bis die gewünschte Zusammensetzung des Biodiesels 2 erreicht ist.The temperature of the biodiesel is in the heat exchanger 16 abge lowered by adjusting the temperature in Kuhlmittelthermostaten 21 ¬ until 18 crystals 19 show in the sight glass. Thereafter, the temperature of the Kuhlmantels 3 of the Vorratsgefaßes 1 is slowly lowered by adjusting the temperature in the thermostat 5. The temperature of the cold medium circuit in the heat exchanger 16 is kept constant. The crystals formed are passed through the partial flow circuit in the storage vessel 1 and sediment there to the ground, be but whirled up again by the magnetic stirrer 4, so that the crystals are distributed as crystallization nuclei in the entire storage vessel. By regular sampling, the decrease of the saturated fatty acid methyl ester in the liquid biodiesel can be determined by means of gas chromatography. The temperature in the storage vessel is then lowered until the desired composition of the biodiesel 2 is reached.
Versuchsbeispiel 2Experimental Example 2
Die Temperatur des Biodiesels wird im Wärmeübertrager 16 solange durch Einstellung der Temperatur im Kuhlmittelthermostaten 21 abgesenkt, bis sich im Schauglas 18 Kristalle 19 zeigen. Danach wird die Temperatur des Kuhlmantels 3 des Vorratsgefaßes 1 durch Einstellung der Temperatur im Thermostaten 5 langsam abgesenkt. Nach einer bestimmten Zeit für die Kristallbildung und das Kristallwachstum (ca. 5 Stunden) werden die beiden Pumpen IO bzw. 24 und der Magnetruhrer 4 abgeschaltet. Im Vorratsgefaß 1 gebildete Kristalle sinken nach unten, wahrend dessen der Biodiesel im Vorratsgefaß in regelmäßigen Abstanden beprobt und analysiert wird. Ändert sich die Konzentration der gesattigten Fettsauremethylester nicht mehr oder nur noch gering- fugig, wird die Temperatur des Vorratgefaßes 1 über den Thermostaten 5 weiter abgesenkt. Dieser Prozess wird solange wiederholt, bis die gewünschte Zusammensetzung des Biodiesels erreicht ist.The temperature of the biodiesel is lowered in the heat exchanger 16 by adjusting the temperature in the Kuhlmittelthermostaten 21 until 18 show crystals 19 in the sight glass. Thereafter, the temperature of the Kuhlmantels 3 of the Vorratsgefaßes 1 is slowly lowered by adjusting the temperature in the thermostat 5. After a certain time for crystal formation and crystal growth (about 5 hours), the two pumps IO and 24 and the magnetic stirrer 4 are switched off. In the storage vessel 1 crystals formed sink down, during which the biodiesel is sampled in the storage vessel at regular intervals and analyzed. If the concentration of the saturated fatty acid methyl ester does not change any more or only slightly, the temperature of the storage vessel 1 is further lowered via the thermostat 5. This process is repeated until the desired composition of the biodiesel is achieved.
Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel wurde Biodiesel aus Altspeiseol (AME) verwendet, dessen Zusammensetzung zuvor bestimmt wurde. Der Anteil der gesattigten Fettsaure Methylester zu Versuchsbeginn betrug 22 %.In the present exemplary embodiment, biodiesel from used cooking oil (AME) was used whose composition was previously determined. The proportion of saturated fatty acid methyl ester at the beginning of the experiment was 22%.
Fig.2 und Fig.3 zeigen den zeitlichen Verlauf der Summen-Kon¬ zentration (Konzentrationsverlauf 38) der gesattigten Fettsauremethylester von AME und der Temperatur im Vorratsgefaß 1 (Tempera¬ turverlauf 39) als Funktionen der Zeit für das Versuchsbeispiel 1 (Fig.2) bzw. Versuchsbeispiel 2 (Fig.3) . In beiden Diagrammen ist die Biodieselbadtemperatur 35 in °C sowie die Konzentration von AME 36 in Gew.% über die Zeit 37 in Minuten aufgetragen.Figures 2 and 3 show the time course of the cumulative Kon ¬ concentration (concentration curve 38) of the saturated Fettsauremethylester of AME and the temperature in Vorratsgefaß 1 (tempera ¬ turverlauf 39) as functions of time for the Experimental Example 1 (Fig.2 ) or Experimental Example 2 (Fig.3). In both diagrams is the Biodiesel bath temperature 35 in ° C and the concentration of AME 36 in wt.% Over time 37 in minutes applied.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass sich bei Probenahme die Gleichgewichtstemperatur noch nicht immer eingestellt hatte. Aus diesen Diagrammen lasst sich ein Zusammenhang zwischen Temperatur und Abnahme der gesattigten Methylester im Vorratsgefaß 1 erkennen. Über die gesamte Messdauer ergab sich für Versuchsbeispiel 1 eine Abkuhlrate von 0,02 °C/h und eine Konzentrationsabnahme von 0,03 Gew%/h, für Versuchsbeispiel 2 erhalt man eine Abkuhlrate von 0,04°C/h und eine Konzentrationsabnahme von 0,06 Gew%/h. Man erhalt also das gleiche Ergebnis in der Hälfte der Zeit. Dieses Ergebnis lasst den Schluss zu, dass sich der erforderliche Zeitbedarf für eine Winterisierung durch Optimierung der Abkuhlrate noch wesentlich verkurzen lasst.It should be noted, however, that the equilibrium temperature had not always set when sampling. From these diagrams, a relationship between temperature and decrease of the saturated methyl ester in the storage vessel 1 can be seen. Over the entire measuring period, a cooling rate of 0.02 ° C./h and a decrease in concentration of 0.03% by weight / h were obtained for Experimental Example 1; for Experimental Example 2, a cooling rate of 0.04 ° C./h and a decrease in concentration of 0.06 wt% / h. So you get the same result in half the time. This result leads to the conclusion that the time required for winterization can be significantly reduced by optimizing the cooling rate.
Fig.4 zeigt für beide Versuchsbeispiele die Temperaturverlaufe (über die Konzentration 41, jeweils als Punktmenge und als geometrisch ge- mittelte Gerade, Gerade von Versuchsbeispiel 1 liegt unterhalb der von Versuchsbeispiel 2) im Vorratsbehalter von AME (Biodieseltemperatur 35) sowie die empirischen Verlaufe der CFPP-Werte 42 (CFPP-Wert 40) als Funktionen der Summenkonzentration gesättigter Fettsaureme- thylester (Konzentration 36) . Der CFPP ist ein Maß für die Winterfestigkeit des Biodiesels. Er nimmt mit steigender Konzentration der gesattigten Fettsauren zu. Wahrend der Messungen wurde bei beiden vorgenannten Versuchsbeispielen darauf geachtet, dass Badtemperaturen über den CFPP-Werten für die gleiche Konzentration der gesattigten Fettsauren lagen.FIG. 4 shows the temperature profiles for both experimental examples (via the concentration 41, in each case as a point quantity and as a geometrically-averaged straight line, straight line of test example 1 lies below that of test example 2) in the storage vessel of AME (biodiesel temperature 35) and the empirical course of FIG CFPP values 42 (CFPP value 40) as functions of the sum concentration of saturated fatty acid methyl esters (concentration 36). The CFPP is a measure of the winter strength of biodiesel. It increases with increasing concentration of saturated fatty acids. During the measurements, care was taken in both of the above experimental examples that bath temperatures were above the CFPP values for the same concentration of the saturated fatty acids.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens stellt die Anwendung eines Streulichtphotometers dar, um die Kristallbildung genau zu u- berwachen. Beim Streulichtphotometer wird Licht durch ein optisches Fenster in den Biodiesel eingekoppelt, das an den Kristallen gestreu¬ te Licht gemessen und daraus die Konzentration der Kristalle be¬ stimmt. Damit kann z.B. der Durchfluss oder die Temperatur so gere¬ gelt werden, dass immer eine konstante Konzentration von Kristallen vorhanden ist. Zur Kühlung des Wärmeübertragers 16 kann statt eine's flussigen Kuhlmittels, hier eine Ethylenglykol-Wasser-Mischung, auch ein anderes Kaltemedium, z.B. R134a, verwendet werden, das innerhalb, d.h. in den Kaltemediumfluidfuhrungen, des Wärmeübertragers verdampft. Zur Vermeidung von Kaltemediumverlusten muss der Kaltemediumkreislauf zwingend fluiddicht angeschlossen sein, wobei die Temperatur bei der Verdampfung über den Druck im Kaltemedium einstellbar ist.An advantageous development of the method is the use of a scattered light photometer to uwa monitor the crystal formation exactly. When light scattering photometer light is coupled through an optical window in the biodiesel, the measured gestreu ¬ on the crystals te light and it is true, the concentration of the crystals be ¬. This allows for example the flow rate or the temperature so Gere ¬ be gel that always a constant concentration of crystals is present. For cooling the heat exchanger 16 instead of a liquid coolant, in this case an ethylene glycol-water mixture, it is also possible to use another cold medium, for example R134a, which evaporates within, ie in the cold medium fluid ducts, of the heat exchanger. In order to avoid cold medium losses, the cold medium circuit must necessarily be connected in a fluid-tight manner, wherein the temperature during the evaporation can be adjusted via the pressure in the cold medium.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung umfasst eine Verwendung von Gegenstrom-Mikrowarmetauscher (Gegenstrom-Mikrowarmeübertragern) anstelle des im Ausfuhrungsbeispiel beschriebenen Kreuzstrom- Mikrowarmeubertragers . Dadurch kann eine gleichmaßigere Temperaturverteilung am Ausgang des Wärmeübertragers erreicht werden. A further advantageous embodiment comprises a use of countercurrent micro-heat exchanger (countercurrent Mikrowarmeübertragern) instead of the cross-flow described in the exemplary embodiment Mikrowarmeubertragers. This allows a gleichmaßigere temperature distribution can be achieved at the output of the heat exchanger.
Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorratsgefaß1 storage vessel
2 Biodiesel2 biodiesel
3 Kuhlmantel3 cooling jacket
4 Magnetruhrer4 magnetic clocks
5 Thermostat5 thermostat
6 Kuhlmittel6 coolants
7 Kuhlmittelzuleitung7 coolant supply line
8 Kuhlmittelruckleitung8 coolant pressure line
9 Ansaugleitung9 suction line
10 Pumpe10 pump
11 Mikrofilter11 microfilters
12 Warmeubertragerzufuhrung12 heat exchanger feed
13 Wasserthermostat13 water thermostat
14 Wasser14 water
15 Schlauch15 hose
16 Wärmeübertrager16 heat exchangers
17 Warmeubertragerautritt17 Warloader Carriage
18 Schauglas18 sight glass
19 Kristalle19 crystals
20 Rucklauf20 return
21 Kuhlmediumthermostat21 Cooling medium thermostat
22 Kuhlmedium22 cooling medium
23 Kuhlmediumablauf23 cooling medium drain
24 Kuhlmediumpumpe24 cooling medium pump
25 Kuhlmediumfilter 26 Kuhlmediumleitung25 Cooling medium filter 26 Cooling medium line
27 Kuhlmediumzulauf27 Kuhlmediumzulauf
28 Temperatursensor am Warmeubertragereinlauf28 Temperature sensor at the heat transfer inlet
29 Temperatursensor am Warmeubertrageraustritt29 Temperature sensor at the heat exchanger outlet
30 Temperatursensor am Kuhlmediumzulauf des Wärmeübertragers30 Temperature sensor on the cooling medium inlet of the heat exchanger
31 Temperatursensor am Kuhlmediumablauf des Wärmeübertragers31 Temperature sensor on the cooling medium outlet of the heat exchanger
32 Temperatursensor im Vorratsgefaß32 temperature sensor in the storage vessel
33 Drucksensor am Warmeubertragereinlauf33 Pressure sensor on the heat transfer inlet
34 Drucksensor am Warmeubertragerautritt34 Pressure sensor at the heat exchanger step
35 Biodieseltemperatur Konzentration von AME Zeit zeitlicher Konzentrationsverlauf zeitlicher Temperaturverlauf CFPP-Wert Temperaturverlauf über die Konzentration empirischer Verlauf des CFPP-Werts 35 Biodiesel temperature Concentration of AME time temporal concentration course temporal temperature profile CFPP value temperature profile over the concentration empirical course of the CFPP value

Claims

Patentanspruche : Patent claims:
1. Verfahren zur Losungskristallisation von Stoffgemischen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellung eines flussigen Stoffgemisches (2) umfassend mindestens eine Teilsubstanz mit einem erhöhten Schmelzpunkt, b) Entnahme eines Teilstroms (9) aus dem Stoffgemisch (2) , c) Zufuhrung des Teilstroms zu einem Wärmeübertrager (16), wobei der Teilstrom den Wärmeübertrager durchströmt, c) Abkühlung des Teilstroms im Wärmeübertrager auf eine Temperatur unterhalb einer Kristallbildungstemperatur nur der Teilsubstanzen des Stoffgemisches, wobei die Temperatur so eingestellt wird, dass sich im Teilstrom unmittelbar am Austritt aus dem Wärmeübertrager (16) Kristalle (19) der Teilsubstanzen bilden, d) Einmischung des Teilstroms mit den Kristallen in das Stoffgemisch (2) , wobei die Kristalle im Stoffgemisch weitere Substanzen selektiv durch Kristallwachstum binden sowie e) Sedimentation und Abscheidung der Kristalle im Stoffgemisch.1. A process for the solution crystallization of mixtures of substances, comprising the following process steps: a) providing a liquid mixture (2) comprising at least one partial substance having an increased melting point, b) taking a partial flow (9) from the mixture (2), c) supplying the Partial flow to a heat exchanger (16), wherein the partial flow flows through the heat exchanger, c) cooling of the partial flow in the heat exchanger to a temperature below a crystal formation temperature only the partial substances of the substance mixture, wherein the temperature is adjusted so that in the partial flow directly at the exit from the Heat exchangers (16) form crystals (19) of the sub-substances, d) mixing the partial flow with the crystals in the mixture (2), wherein the crystals in the mixture selectively bind other substances by crystal growth and e) sedimentation and deposition of the crystals in the mixture.
2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend eine Durchmischung nach Einmischung des Teilstroms und vor der Sedimentation2. The method of claim 1, comprising a thorough mixing after mixing of the partial stream and prior to sedimentation
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Teilstrom im Wärmeübertrager in einer Vielzahl von Fluidfuhrungen mit einem Durchmesser kleiner 1 mm gefuhrt wird.3. The method of claim 1 or 2, wherein the partial flow is guided in the heat exchanger in a plurality of Fluidfuhrungen with a diameter of less than 1 mm.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Stoffgemisch am Austritt entspannt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the mixture is relaxed at the outlet.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Warm- tauscher mit einem Fluid temperiert wird.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the heat exchanger is tempered with a fluid.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Fluid aus einer Mischung von Ethylenglykol und Wasser besteht. 6. The method of claim 5, wherein the fluid is a mixture of ethylene glycol and water.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Fluid eine Siedetemperatur aufweist, welche der Temperatur unterhalb der Kristallbildungstemperatur nur der Teilsubstanzen entspricht und wahrend des Verfahrens im Wärmeübertrager (16) verdampft.7. The method of claim 5, wherein the fluid has a boiling temperature which corresponds to the temperature below the crystal formation temperature of only the partial substances and evaporates during the process in the heat exchanger (16).
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Stoffgemisch (2) wahrend des Kristallwachstums nicht durchmischt und gesondert gekühlt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the substance mixture (2) during the crystal growth is not mixed and cooled separately.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Stoffgemisch (2) aus einer Mischung von gesattigten und ungesättigten Methylestern besteht.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the mixture of substances (2) consists of a mixture of saturated and unsaturated methyl esters.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Stoffgemisch (2) ein Kraftstoff ist.10. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the mixture of substances (2) is a fuel.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Kraftstoff ein Biodiesel aus Altspeiseole ist.The method of claim 9, wherein the fuel is a biodiesel of used cooking oil.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Wärmeübertrager (16) ein Mikro-Kreuzstromwaremubertrager oder ein Mik- ro Gegenstromwaremubertrager ist 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the heat exchanger (16) is a micro-Kreuzstromwaremubertrager or a micro- Gegenstromwaremubertrager
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