Biodiesel aus Palmkernöl und Ethanol (mit kontinuierlicher Glycerinabtrennung) Chemische Prozessentwicklung Björn Janßen & Sandra Künzler 2015

Klassische Biodieselproduktion Umesterung von Fetten mit Methanol zu FAME MeOH Reaktor Extraktion + H2O Aufreinigung FAME Reaktor Öl FAME MeOH Recycling Bisher Biodiesel aus Methanol und Pflanzenölen Methanol aus fossilen Rohstoffen Biodiesel is cool weil Bio und Treibstoff (Zahlen: Bedarf Diesel, Produktion FAME) Biodiesel aus Palmkernöl: Rohstoff ist bisher wenig genutzt (Produktion und Bedarf, Preise) Palmkernöl hat auch kurze Ketten -> BioJet -> Strom durch Düsenantrieb (BladonJet) Abtrennung von H2O Abtrennung von Glycerin

Klassische Biodieselproduktion Bisher Biodiesel aus Methanol und Pflanzenölen Methanol aus fossilen Rohstoffen Biodiesel is cool weil Bio und Treibstoff (Zahlen: Bedarf Diesel, Produktion FAME) Biodiesel aus Palmkernöl: Rohstoff ist bisher wenig genutzt (Produktion und Bedarf, Preise) Palmkernöl hat auch kurze Ketten -> BioJet -> Strom durch Düsenantrieb (BladonJet) D. Jantzen, F. Maas, J. Warfsmann, Classical Biodiesel Production 2014, Uni Oldenburg.

Alternative zu Methanol Methanol vs. Bioethanol Aus fossilen Rohstoffen Nicht weiter verwendbar Aufwendiges Recycling Aus nachwachsenden Rohstoffen Kann als Kraftstoff verwendet werden Recycling nicht nötig Bisher Biodiesel aus Methanol und Pflanzenölen Methanol aus fossilen Rohstoffen Biodiesel is cool weil Bio und Treibstoff (Zahlen: Bedarf Diesel, Produktion FAME) Biodiesel aus Palmkernöl: Rohstoff ist bisher wenig genutzt (Produktion und Bedarf, Preise) Palmkernöl hat auch kurze Ketten -> BioJet -> Strom durch Düsenantrieb (BladonJet)

Palmkernöl Das richtige Öl Bisher Biodiesel aus Methanol und Pflanzenölen Methanol aus fossilen Rohstoffen Biodiesel is cool weil Bio und Treibstoff (Zahlen: Bedarf Diesel, Produktion FAME) Biodiesel aus Palmkernöl: Rohstoff ist bisher wenig genutzt (Produktion und Bedarf, Preise) Palmkernöl hat auch kurze Ketten -> BioJet -> Strom durch Düsenantrieb (BladonJet)

Jaguar C-X75 https://www.classicdriver.com/de/article/jaguar-baut-hybrid-sportwagen-der-superlative?language=en-US http://s1.paultan.org/image/jaguar-turbines.jpg

Laboranlage Hier sehen wir das Flowsheet der Anlage in Thailand, wie es uns an die Hand gegeben wurde….

Reaktor Labor Reaktortyp? Batch Simulation Kontinuierliche Abtrennung von Glycerin? Kontinuierliche Abtrennung von Glycerin? CSTR Batch Stufenweise möglich NEIN

Reaktion ̶ Umesterung Zum Teil mussten die Verbindungen gezeichnet und über Unifac-Gruppen berechnet werden  daher UNIF-DMD als Methode

Reaktion 𝑟 𝑖 =𝑘∙ 𝑐 𝑖 𝑘= 𝑘 0 𝑇 𝑇 0 𝑛 ∙ 𝑒 − 𝐸 𝐴 𝑅 ∙ 1 𝑇 − 1 𝑇 0 Fettsäure Cn [%] Laurinsäure C12 48.2 Myristinsäure C14 16.2 Palmitinsäure C16 8.4 Caprinsäure C10 3.4 Caprylsäure C8 3.3 Stearinsäure C18 2.5 Ölsäure 15.3 Linolsäure 2.3 andere 0.4 𝑘= 𝑘 0 𝑇 𝑇 0 𝑛 ∙ 𝑒 − 𝐸 𝐴 𝑅 ∙ 1 𝑇 − 1 𝑇 0 Keine Daten für Ethanol!!  Daten für Methanol ISBN-13 Buch: 978-1566767361 Was für Daten werden benötigt?  Parameter aus Gleichungen für jede der 6 Reaktionen Pro Säure 4 Verbindungen, schreibarbeit zuerst Problem möglichst einfach  nur Laurinsäure verwendet nach und nach um Säuren erweitern Catharina Y.W. Ang, Keshun Liu, Yao-Wen Huang (1999) Asian Foods: Science and Technology, : CRC Press.

Reaktor Ergebnisse - Ergebnisse weisen auf Probleme durch die Abtrennung hin - Simulation durch mehrere hintereinander geschaltete Reaktoren möglich  jedoch unendlich viele Reaktoren In Wahrheit ist der Prozess ein in ´zeitliches Problem in zwei Stufen 1. Reaktion mit kontinuierlicher Abtrennung 2. Aufreinigung des Produktes

Aspen Dynamics - Glycerin sollte kontinuierlich aus der Reaktion entfernt werden -> GGW Viel ausprobiert  Einmal abscheiden in Steady state simulation  EtOH und Kat wird mit Gly entfernt (Tabelle) In steady state keine Rückführung möglich  Zeitliche Steuerung nur in Dynamics möglich - Zeitaufgelöste Prozesssimulation - Schwierigkeiten wegen erhöhtem Definitionsaufwand (realistische Abmessungen etc.), undurchsichtige Fehlerbehebung, Processcontrolling Reaktion vollständig  ohne Glyc entfernen

Laboranlage

Neutralisation Probleme mit H2SO4 bei Modellierung (Elektrolyte, etc.) H2O als Modellsäure Filter mit vorgegebener Trennung Vor Dekanter, wg Kat. Filter  Sep mit vorgegebener Abtrennung

EtOH Vor Dekanter sonst zu viel im Glycerin (Tabelle) Einfach abflashen?  probiert und evtl. zu viel Produkt Daher kleine Kolonne für etwas Rücklauf

EtOH – Flash oder Kolonne? Bodenzahl: 4 Rücklaufverh.: 1 F-Boden: 2 Reinheit EtOH: 98.8%, Anteil EtOH in BioJet: 10.1% Flash: Temperatur: 80 °C Druck: 0.1 Bar Vor Dekanter sonst zu viel im Glycerin (Tabelle) Einfach abflashen?  probiert und evtl. zu viel Ethanol im Produkt Daher kleine Kolonne für etwas Rücklauf Anteile Ethanol hängen auch von Aufteilung in BioDiesel und BioJet ab Reinheit EtOH: 98.3%, Anteil EtOH in BioJet: 19.3%

Dekanter Glycerin: < 0.1% Glycerin: 93.2% EtOH: 6.7%

Fraktionierung der Produkte COL2: Bodenzahl: 4 Rücklaufverh.: 2 Dest.-Strom: 35 kmol/h Edukte weg (Tri-, Di, MonoGlyceride)  deutlich schwerer daher leichtes Trennproblem, Vakuum für niedrigere Siedepunkte (keine Zersetzung der Stoffe) Auftrennung in BioJet und Biodiesel nach Siedepunkten der Gemische (Sensitivity-Diagramm)

Fraktionierung der Produkte Edukte weg (Tri-, Di, MonoGlyceride)  deutlich schwerer daher leichtes Trennproblem, Vakuum für niedrigere Siedepunkte (keine Zersetzung der Stoffe) Auftrennung in BioJet und Biodiesel nach Siedepunkten der Gemische (Sensitivity-Diagramm)

Fraktionierung der Produkte Edukte weg (Tri-, Di, MonoGlyceride)  deutlich schwerer daher leichtes Trennproblem, Vakuum für niedrigere Siedepunkte (keine Zersetzung der Stoffe) Auftrennung in BioJet und Biodiesel nach Siedepunkten der Gemische (Sensitivity-Diagramm)

Zusammenfassung und Fazit Glycerinabtrennung unnötig Fraktionierung des Produkts über Flashpoint Nächster Schritt: Kinetik für Ethanol messen Optimierung der Flashpoint Berechnung

Zusammenfassung und Fazit Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Ideen Auftrennung in nur einer Kolonne EtOH Recycle Oil Recycle (Kinetik für EtOH…)  Problematisch, Parameter overkill