WO2009030417A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines biodiesel-kraftstoffes - Google Patents

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WO2009030417A1
WO2009030417A1 PCT/EP2008/007030 EP2008007030W WO2009030417A1 WO 2009030417 A1 WO2009030417 A1 WO 2009030417A1 EP 2008007030 W EP2008007030 W EP 2008007030W WO 2009030417 A1 WO2009030417 A1 WO 2009030417A1
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Paul Joppich
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Gj Research & Engeering Ltd.
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    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
    • C11C3/003—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fatty acids with alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/02—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only
    • C10L1/026—Liquid carbonaceous fuels essentially based on components consisting of carbon, hydrogen, and oxygen only for compression ignition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL 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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    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a biodiesel fuel from a biological product, in particular a biological fat or oil, which is fed to a reactor, and a device therefor.
  • Biodiesel is the name of a variety of oxidized fuels based on esters made from vegetable oils or animal fats. Biodiesel are typically the alkyl esters of fatty acids. The usual alkyls are methyl, ethyl and isopropyl. However, higher alkyl groups such as 2-ethylhexyl find application. The fatty acids normally used in biodiesels include soy and rapeseed. Today's diesel engines require a clean burning, stable fuel that works well under a variety of operating conditions. Biodiesel is the only alternative fuel that can be used directly in any existing, unmodified diesel engine. Because biodiesel has similar properties to petroleum-based diesel, it can be mixed with petroleum-based diesel in any ratio.
  • Biodiesel is the only alternative fuel that can run any conventional, unmodified diesel engine. In addition, it can be stored anywhere, where diesel fuel is stored on a petroleum basis.
  • biodiesel The production and consumption of biodiesel's life cycle produces about 80% less carbon dioxide emissions and almost 100% less sulfur dioxide. Combustion of biodiesel alone results in more than 90% reduction in total unburned hydrocarbons and 75% to 90% reduction in aromatic hydrocarbons. Furthermore, biodiesel gives significant reductions in particulate matter and carbon monoxide emissions compared to petroleum based diesel fuel. Biodiesel gives rise to a slight increase or decrease in nitrogen oxides, depending on the engine family and the test procedures. Referring to Ames mutagenicity tests, biodiesel provides a 90% reduction in cancer risks.
  • biodiesel can extend the life of diesel engines because it has better lubricating properties than petroleum based diesel fuel, while the fuel consumption, auto-ignition, power output and engine torque of biodiesel remain relatively unaffected.
  • Biodiesel is safe to handle and transport because, like sugar, it is biodegradable, 10 times less toxic than table salt and has a high flash point of about 125 ° C, with petroleum based diesel fuel having a flashpoint of 55 ° C by comparison.
  • Biodiesel can be made from domestically produced, renewable oilseed crops such as soybeans, canola, rapeseed, cottonseed and mustard seeds.
  • alkyl esters produced today are prepared by the base catalyzed reaction because it is the most economical:
  • a fat or oil is made with an alcohol such as methanol in the presence of a catalyst to produce glycerine and methyl ester or biodiesel.
  • the methanol is added in excess to aid rapid conversion and recovered for reuse.
  • the catalyst is usually sodium or potassium hydroxide which has already been mixed with the methanol -A-
  • the object of the present invention is to provide a method and an apparatus of the above-mentioned. To provide a way to produce biodiesel in a much more economical way.
  • the oil in the reactor is contacted with a catalyst which remains in the reactor.
  • the method according to the invention should be applicable to all possible biological products that can be used to produce a biodiesel fuel. These include all suitable biological fats or oils, including those that are waste, such as used oils and animal fat in restaurants.
  • the oil in the reactor In order for the oil in the reactor to react with the catalyst, it is preferably digested with a solvent to form an emulsion results. This happens in a corresponding mixer, which is upstream of the reactor.
  • the emulsion passes, preferably conveyed by a high pressure pump, into the reactor.
  • the reactor is preceded by a heat exchanger in which the emulsion is heated to the reaction temperature.
  • the reaction temperature in the reactor is preferably 240 0 C to 280 0 C and the pressure is preferably 80 to 100 bar.
  • the size of the reactor is such that the emulsion or the reaction mixture is in contact with the catalyst for about 10 to 20 minutes.
  • the catalyst is any suitable known catalyst.
  • oxides and carbonates of the second and fourth main groups are used.
  • the catalyst is not free in the reactor, but on a support. How he is connected to the carrier, should be of minor importance. It is important that it remains on the carrier, so that it is not consumed, which of course can save enormous costs compared to conventional methods.
  • the carrier should be designed so that it presents the reaction mixture as large a surface as possible, on which the reaction mixture comes into contact with the catalyst. For this purpose, for example, offers a
  • Honeycomb structure wherein the carrier is interspersed by a plurality of channels with a small diameter. Furthermore, it is thought that
  • Reaction mixture in the carrier to run labyrinthine should not be limited.
  • the reacted crude product is expanded in a corresponding vessel to ambient pressure, wherein the solvent evaporated as completely as possible. This is recovered in a corresponding capacitor and returned to the process via a memory.
  • a mixture of biodiesel and glycerin leaves the expansion vessel and can, if necessary, still be cleaned.
  • a corresponding dry detergent is added to it.
  • the mixture is separated, for example in a centrifuge or similar separator in biodiesel and glycerol, and, if necessary, the dry detergent is separated.
  • Figure 1 is a block diagram representation of an inventive
  • FIG. 2 shows an enlarged partial longitudinal section through an area of a reactor according to the invention for use in the production of a biodiesel fuel.
  • a mixer 1 is connected via corresponding lines 2 and 3 to a reservoir 4 for methanol and to a reservoir for rapeseed oil which is not shown in more detail.
  • This methanol and rapeseed oil is blended in the mixer 1 to form an emulsion.
  • the proportion of methanol should be at least 15% by weight of the vegetable oil.
  • the emulsion is fed by means of a high-pressure pump 5 via a check valve 6 to a heat exchanger 7, in which a heating of the emulsion takes place and indeed to the final reaction temperature in the reactor.
  • the check valve 6 ensures that no emulsion can flow back at a possible standstill of the high-pressure pump.
  • the heated emulsion passes into a reactor 9, which has a plurality of heating regions. This depends on the length of the reactor 9.
  • One of the heating areas is marked 8.
  • a temperature control of the reactor takes place over its entire length. This is controlled by appropriate devices for temperature measurement.
  • the reactor 9 there are one or more carriers 10 for a catalyst. These carriers 10 may be made of metal or preferably of ceramic and have a honeycomb structure to give the largest possible surface.
  • a plurality of pipe sections 11.1 to 11.4 of different diameters are placed into one another and connected to one another in such a way that a labyrinth-like flow path, indicated by the arrows, results.
  • a catalyst is applied to the surface of the carrier 10 or the tube sections 11.
  • These are preferably oxides and carbonates of the second and fourth main groups.
  • the volume of the coated catalyst support should be such that at a required flow rate of about 10 to 20 minutes contact of the emulsion to the catalyst.
  • a reaction mixture leaves the reactor 9 via an outlet line 12.
  • a pressure regulator 13 is turned on, by a system pressure in the output line 12 is set from 80 to 100 bar.
  • the reaction mixture is preferably fed as crude product to the above-mentioned heat exchanger 7, in which it gives off its heat to the emulsion fed from the mixer 1 via the high-pressure pump 5 to the reactor 9.
  • This is an ideal heat recovery.
  • the crude product expands into a vessel 14 to ambient pressure, wherein due to the high temperature, the excess methanol evaporates, collects in a vessel 15 and a capacitor 16 is supplied. From there it returns to the storage 4 for methanol. It is now available to the production process again.
  • the heat exchanger 7 is designed so that a sufficiently high temperature for the recovery of the methanol remains. Furthermore, the expansion vessel 14 must be designed so that as complete as possible separation of the methanol takes place.
  • a mixture of biodiesel (rapeseed methyl ester) and glycerol passes for further processing, this mixture preferably has to be separated in a centrifuge not shown in detail. Prior to this, it may still be subjected to a purification, for which reason a dry detergent is added to the mixture before centrifuging, which is then likewise separated off during centrifuging.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Biodiesel- Kraftstoffes aus einem biologischen Produkt, insbesondere einem biologischen Fett oder öl, welches einem Reaktor (9) zugeführt wird, soll das Öl in dem Reaktor (9) mit einem Katalysator in Berührung gebracht werden, der in dem Reaktor (9) verbleibt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Biodiesel-Kraftstoffes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Biodiesel-Kraftstoffes aus einem biologischen Produkt, insbesondere einem biologischen Fett oder Öl, welches einem Reaktor zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung hierfür.
STAND DER TECHNIK Biodiesel ist die Bezeichnung für eine Vielzahl von oxidierten Kraftstoffen auf der Grundlage von Estern, die aus pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten hergestellt werden. Biodiesel sind typischerweise die Alkylester von Fettsäuren. Die üblichen Alkyle sind Methyl, Ethyl und Isopropyl. Jedoch finden auch höhere Alkylgruppen, wie 2-Ethylhexyl Anwendung. Die normalerweise in Biodieseln verwendeten Fettsäuren umfassen Soja und Raps. Die heutigen Dieselmotoren benötigen einen sauber brennenden, stabilen Kraftstoff, der unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen gut funktioniert. Biodiesel ist der einzige alternative Kraftstoff, der in jedem vorhandenen, unmodifizierten Dieselmotor direkt eingesetzt werden kann. Da Biodiesel ähnliche Eigenschaften wie Diesel auf Erdölbasis hat, kann er in jedem beliebigen Verhältnis mit Dieselkraftstoffen auf Erdölbasis vermischt werden.
Die niedrigen Emissionen von Biodiesel machen ihn zu einem idealen Kraftstoff zur Verwendung in allen Teilen der Welt, auch in hochgradig verunreinigten Städten. Durch die Erzeugung von Biodiesel aus inländischen Erntegütern kann die Abhängigkeit vom ausländischen Erdöl vermindert werden. Biodiesel ist der einzige alternative Kraftstoff, mit dem jeder beliebige, herkömmliche, unmodifizierte Dieselmotor läuft. Darüber hinaus kann er überall da gelagert werden, wo Dieselkraftstoff auf Erdölbasis gelagert wird.
Bei der Herstellung und dem Verbrauch im Lebenszyklus von Biodiesel werden etwa 80% weniger Kohlendioxid-Emissionen und fast 100% weniger Schwefeldioxid erzeugt. Eine Verbrennung von Biodiesel allein ergibt eine Verminderung der insgesamt unverbrannten Kohlenwasserstoffe um mehr als 90% und eine Verminderung der aromatischen Kohlenwasserstoffe um 75% bis 90%. Weiterhin ergibt Biodiesel im Vergleich zu Dieselkraftstoff auf Erdölbasis signifikante Verminderungen der Partikel und des Ausstosses an Kohlenmonoxid. Biodiesel ergibt in Abhängigkeit von der Motorenfamilie und den Testverfahren eine leichte Erhöhung oder Verminderung von Stickoxiden. Unter Bezugnahme auf Ames-Mutagenitätstests ergibt Biodiesel eine 90%ige Verminderung der Krebsgefahren.
Die Verwendung von Biodiesel kann die Lebensdauer von Dieselmotoren verlängern, da er bessere Schmiereigenschaften als Dieselkraftstoff auf Erdölbasis hat, während der Kraftstoffverbrauch, die Selbstzündung, die Leistungsabgabe und das Motor-Drehmoment von Biodiesel relativ unbeeinflusst bleibt. Biodiesel ist sicher handhabbar und transportabel, weil er, wie Zucker, biologisch abbaubar, 10mal weniger toxisch als Tafelsalz ist und einen hohen Flammpunkt von etwa 125°C hat, wobei Dieselkraftstoff auf Erdölbasis im Vergleich einen Flammpunkt von 55°C hat. Biodiesel kann aus inländisch erzeugten, erneuerbaren Ölsaat-Erntegütern, wie Sojabohnen, Canola, Raps, Baumwollsamen und Senfsamen hergestellt werden.
Die Herstellung von Biodiesel oder Alkylester ist wohl bekannt. Es gibt drei grundlegende Wege zur Esterherstellung aus Ölen und Fetten:
eine basenkatalysierte Umesterung des Öls mit Alkohol eine direkte säurenkatalysierte Veresterung des Öls mit Methanol die Umwandlung des Öls zu Fettsäuren und dann unter Säurekatalyse zu Alkylester
Der Hauptteil der heute hergestellten Alkylester wird mit der basenkatalysierten Reaktion hergestellt, da sie am wirtschaftlichsten ist:
- Verarbeitung bei niedriger Temperatur (66°C) und niedrigem Druck
(1 ,4 bar) hoher Umsatz (98%) mit minimalen Nebenreaktionen und einer minimalen Reaktionszeit direkte Umwandlung zu Methylester ohne Zwischenstufen - exotische Baustoffe sind nicht erforderlich
Beim allgemeinen Verfahren wird ein Fett oder Öl mit einem Alkohol, wie Methanol, in Gegenwart eines Katalysators hergestellt, wobei Glycerin und Methylester oder Biodiesel erzeugt werden. Das Methanol wird im Überschuss zugegeben, um eine schnelle Umwandlung zu unterstützen, und zur Wiederverwendung zurückgewonnen. Der Katalysator ist üblicherweise Natrium- oder Kaliumhydroxid, das bereits mit dem Methanol vermischt worden -A-
ist. Gerade der letzte Punkt wirkt sich aber auch sehr negativ aus, da der bzw. die Katalysatoren durch den gesamten Prozess mitgeschleppt werden müssen. Sie müssen in einer letzten Verfahrensstufe durch entsprechende Neutralisations- und Reinigungsprozesse wieder entfernt werden.
Verfahren zur Herstellung von Biodiesel sind beispielsweise in der DE 102 43 700, der DE 102 45 758, der DE 102 57 250 oder der DE 199 08 978 beschrieben.
AUFGABE
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der o.g. Art bereitzustellen, mit denen Biodiesel auf eine wesentlich wirtschaftlichere Weise hergestellt werden kann.
LÖSUNG DER AUFGABE
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass das Öl in dem Reaktor mit einem Katalysator in Berührung gebracht wird, der in dem Reaktor verbleibt.
Das bedeutet, dass der Katalysator nicht durch den gesamten Prozess mitgeschleppt wird, sondern seine katalysierende Wirkung nur in dem Reaktor ausübt. Aus diesem Grunde entfallen alle bei den konventionellen Anlagen üblichen Neutralisations- und Reinigungsprozesse.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll auf alle möglichen biologischen Produkte anwendbar sein, die zur Herstellung eines Biodiesel-Kraftstoffes dienen können. Hierzu gehören alle geeigneten biologischen Fette oder Öle, auch diejenigen, die als Abfälle vorliegen, wie beispielsweise in Restaurants anfallende, gebrauchte Öle und tierische Fettschmalze.
Damit das Öl in dem Reaktor mit dem Katalysator reagieren kann, wird es bevorzugt mit einem Lösungsmittel aufgeschlossen, so dass sich eine Emulsion ergibt. Dies geschieht in einem entsprechenden Mischer, der dem Reaktor vorgeschaltet ist.
Danach gelangt die Emulsion, bevorzugt gefördert durch eine Hochdruckpumpe, in den Reaktor. Erfindungsgemäss ist dabei vorgesehen, dass dem Reaktor noch ein Wärmetauscher vorgeschaltet ist, in welchem die Emulsion auf Reaktionstemperatur erwärmt wird.
Die Reaktionstemperatur im Reaktor beträgt bevorzugt 2400C bis 2800C und der Druck beträgt bevorzugt 80 bis 100 bar. Die Grosse des Reaktors ist dabei so bemessen, dass die Emulsion bzw. das Reaktionsgemisch etwa 10 bis 20 Minuten in Kontakt mit dem Katalysator steht.
Bei dem Katalysator handelt es sich um jeden geeigneten, bekannten Katalysator. Zum Einsatz kommen vor allem Oxide und Carbonate der zweiten und vierten Hauptgruppe.
Erfindungsgemäss befindet sich der Katalysator jedoch nicht frei im Reaktor, sondern auf einem Träger. Wie er mit dem Träger verbunden ist, soll von untergeordneter Bedeutung sein. Wichtig ist, dass er auf dem Träger verbleibt, so dass er auch nicht verbraucht wird, wodurch natürlich enorme Kosten gegenüber den herkömmlichen Verfahren eingespart werden können.
Der Träger soll so ausgestaltet sein, dass er dem Reaktionsgemisch eine möglichst grosse Oberfläche darbietet, auf welcher das Reaktionsgemisch mit dem Katalysator in Kontakt kommt. Hierzu bietet sich beispielsweise eine
Wabenstruktur an, wobei der Träger von einer Vielzahl von Kanälen mit geringem Durchmesser durchsetzt ist. Des weiteren ist daran gedacht, das
Reaktionsgemisch in dem Träger labyrinthartig zu führen. Hier soll jedoch der vorliegenden Erfindung keine Grenze gesetzt sein. Nach dem Reaktor wird das reagierte Rohprodukt in einem entsprechenden Gefäss auf Umgebungsdruck expandiert, wobei auch das Lösungsmittel möglichst vollständig verdampft. Dieses wird in einem entsprechenden Kondensator zurück gewonnen und über einen Speicher wieder dem Prozess zur Verfügung gestellt.
Ferner ist daran gedacht, das Rohprodukt dem oben erwähnten Wärmetauscher zuzuführen, in welche ihm Wärme entzogen wird, die zum Erwärmen der Emulsion vor dem Reaktor verwendet wird. Auch hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens verbessert.
Ein Gemisch aus Biodiesel und Glycerin verlässt das Expansionsgefäss und kann, sofern dies notwendig ist, noch gereinigt werden. Hierbei wird ihm ein entsprechendes Trockenwaschmittel zugegeben. Danach wird das Gemisch beispielsweise in einer Zentrifuge oder ähnlichen Trenneinrichtung in Biodiesel und Glycerin getrennt, sowie, falls erforderlich, das Trockenwaschmittel abgetrennt.
FIGURENBESCHREIBUNG
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine blockschaltbildliche Darstellung eines erfindungsgemässen
Verfahrens zum Herstellen eines Biodiesel-Kraftstoffes;
Figur 2 einen vergrössert dargestellten Teillängsschnitt durch einen Bereich eines erfindungsgemässen Reaktors zur Verwendung bei der Herstellung eines Biodiesel-Kraftstoffes.
Gemäss Figur 1 steht ein Mischer 1 über entsprechende Leitungen 2 und 3 mit einem Speicher 4 für Methanol und einem nicht näher gezeigten Speicher für Rapsöl in Verbindung. Dieses Methanol und das Rapsöl wird in dem Mischer 1 zu einer Emulsion vermengt. Bevorzugt soll der Anteil des Methanols mindestens 15 Gew.% des Pflanzenöls betragen.
Aus dem Mischer 1 wird die Emulsion mittels einer Hochdruckpumpe 5 über ein Rückschlagventil 6 einem Wärmetauscher 7 zugeführt, in welchem eine Erwärmung der Emulsion erfolgt und zwar auf die endgültige Reaktionstemperatur im Reaktor.
Das Rückschlagventil 6 gewährleistet, dass bei einem eventuellen Stillstand der Hochdruckpumpe keine Emulsion zurückfliessen kann.
Aus dem Wärmetauscher 7 gelangt die erwärmte Emulsion in einen Reaktor 9, der mehrere Heizbereiche aufweist. Dies ist abhängig von der Länge des Reaktors 9. Einer der Heizbereiche ist mit 8 gekennzeichnet. Über die Heizbereiche findet eine Temperatursteuerung des Reaktors über seine gesamte Länge statt. Kontrolliert wird dies durch entsprechende Einrichtungen zur Temperaturmessung. In dem Reaktor 9 befinden sich ein oder mehrere Träger 10 für einen Katalysator. Diese Träger 10 können aus Metall oder bevorzugt aus Keramik bestehen und besitzen eine Wabenstruktur, um eine möglichst grosse Oberfläche zu ergeben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind eine Mehrzahl von Rohrabschnitten 11.1 bis 11.4 unterschiedlichen Durchmessers so ineinandergesetzt und miteinander verbunden, dass sich ein labyrinthartiger Durchflussweg, angedeutet durch die Pfeile, ergibt.
Erfindungsgemäss ist auf der Oberfläche des Trägers 10 bzw. der Rohrabschnitte 11 ein Katalysator aufgebracht. Dabei handelt es sich bevorzugt um Oxide und Carbonate der zweiten und vierten Hauptgruppe.
Das Volumen der beschichteten Katalysatorträger soll so bemessen sein, dass bei einer geforderten Durchflussmenge etwa 10 bis 20 Minuten Kontakt der Emulsion zum Katalysator besteht.
Die entsprechenden Reaktionen finden im übrigen bei einer Temperatur von 24O0C bis 28O0C und einem Druck von 80 bis 100 bar in dem Reaktor statt.
Nach dem Durchfliessen des Reaktors 9 verlässt ein Reaktionsgemisch den Reaktor 9 über eine Ausgangsleitung 12. In diese Ausgangsleitung 12 ist ein Druckregler 13 eingeschaltet, durch den ein Systemdruck in der Ausgangsleitung 12 von 80 bis 100 bar eingestellt wird.
Über die Ausgangsleitung 12 wird das Reaktionsgemisch als Rohprodukt bevorzugt dem oben erwähnten Wärmetauscher 7 zugeführt, in welchem es seine Wärme an die aus dem Mischer 1 über die Hochdruckpumpe 5 dem Reaktor 9 zugeführte Emulsion abgibt. Dies ist eine ideale Wärmerückgewinnung. Nach dem Wärmetauscher expandiert das Rohprodukt in ein Gefäss 14 auf Umgebungsdruck, wobei aufgrund der hohen Temperatur das überschüssige Methanol verdampft, sich in einem Gefäss 15 sammelt und einem Kondensator 16 zugeführt wird. Von dort gelangt es wieder in den Speicher 4 für Methanol. Es steht nun erneut dem Produktionsprozess zur Verfügung.
Es versteht sich von selbst, dass der Wärmetauscher 7 so ausgelegt ist, dass eine genügend hohe Temperatur zur Rückgewinnung des Methanols verbleibt. Ferner muss das Expansionsgefäss 14 so ausgelegt sein, dass eine möglichst vollständige Abtrennung des Methanols erfolgt.
Aus dem Expansionsgefäss 14 gelangt ein Gemisch aus Biodiesel (Rapsmethylester) und Glyzerin zur weiteren Verarbeitung, wobei dieses Gemisch bevorzugt in einer nicht näher gezeigten Zentrifuge getrennt werden muss. Zuvor kann es noch einer Reinigung unterzogen werden, weshalb dem Gemisch vor dem Zentrifugieren ein Trockenwaschmittel zugegeben wird, welches dann beim Zentrifugieren ebenfalls abgetrennt wird.
Bezugszeichenliste
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Biodiesel - Kraftstoffes aus einem biologischen Produkt, insbesondere einem biologischen Fett oder Öl, welches einem Reaktor (9) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Öl in dem Reaktor (9) mit einem Katalysator in Berührung gebracht wird, der in dem Reaktor (9) verbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Öl vor dem Reaktor (9) mit einem Lösungsmittel zu einer Emulsion vermischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion etwa 10 bis 20 Minuten mit den Katalysator in dem Reaktor (9) in Kontakt gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reaktion der Emulsion in dem Reaktor (9) bei einer Temperatur von 240° bis 280° C und einem Druck von 80 bis 100 bar erfolgt.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das biologische Öl vor dem Einbringen in den Reaktor (9) mit Methanol zu der Emulsion vermischt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl bzw. die Emulsion vor dem Einbringen in den Reaktor (9) erwärmte wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (9) erwärmte wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl bzw. die Emulsion mittels einer Hochdruckpumpe
(5) in den Reaktor (9) eingeführt wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysatoren im Reaktor (9) Oxide und Carbonate der zweiten und vierten Hauptgruppe verwendet werden.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ausgangseite des Reaktors (9) ein Systemdruck von 80 bis 100 bar eingestellt wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Reaktor (9) ein reagiertes Rohprodukt verlässt, welches einem Wärmetauscher (7) zugeführt wird.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rohprodukt nach dem Reaktor (9) auf Umgebungsdruck expandiert wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel nach dem Reaktor (9) aus dem
Rohprodukt verdampft wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel durch Kondensation zurück gewonnen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel nach der Kondensation dem Produktionsprozess wieder zugeführt wird.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohprodukt einer Trenneinrichtung zugeführt und der Biodiesel abgetrennt wird.
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohprodukt gereinigt wird.
18. Vorrichtung zum Herstellen eines Biodiesel - Kraftstoffes aus einem biologischen Produkt, insbesondere einem biologischen Fett oder Öl, mittels eines Reaktors (9), dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Katalysator zur Reaktion mit dem Produkt fest in dem Reaktor (9) befindet.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator auf einem Träger (10) aufgebracht ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) zumindest teilweise aus einem keramischen Grundstoff besteht.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) eine Wabenstruktur zur Bildung einer möglichst grossen Oberfläche aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (10) von einer Vielzahl von achsparallel verlaufenden-Kanälen-duFehzogen-istr-
23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) einen labyrinthartigen Aufbau (11.1-11.4) aufweist.
24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor (9) zumindest eine Heizung (8) zugeordnet ist.
25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor (9) ein Mischer (1) zum Vermischen des biologischen Produkts mit einem Lösungsmittel vorgeschaltet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mischer (1) und dem Reaktor (9) eine Hochdruckpumpe (5) vorgesehen ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mischer (1) beziehungsweise der Hochdruckpumpe (5) und dem
Reaktor (9) ein Wärmetauscher (7) vorgesehen ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reaktor (9) bzw. dem Wärmetauscher (7) und der Hochdruckpumpe (5) ein Rückschlagventil (6) eingeschaltet ist.
29. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des Reaktors (9) mit einem Entspannungsgefäss (14) in Verbindung steht.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass dem Entspannungsgefäss (14) ein Druckregler (13) vorgeschaltet ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgang des Reaktors (9) ein Kreislauf für eine Rückgewinnung des
Lösungsmittels zugeordnet ist.
PCT/EP2008/007030 2007-08-28 2008-08-27 Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines biodiesel-kraftstoffes WO2009030417A1 (de)

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