Biologischer Brennstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen biologischen Brennstoff und Verfahren zu seiner Herstellung.

[0002] Pflanzliche Öle haben in den letzten Jahren als Kraft- und Heizstoffe vermehrt Einsatz gefunden, beispielsweise zum Betrieb von Blockheizkraftwerken. Die gängigsten Öle für diesen Zweck sind Palmöl, Rapsöl und Sojaöl. Im Hinblick auf die weltweite Produktion liegen Sojaöl und Palmöl an der Spitze.

[0003] Palmöl ist das Öl, das aus dem Fruchtfleisch der Ölpalme gewonnen wird. Aus dem Palmkern wird getrennt hiervon Palmkernöl gewonnen. Vorwiegende Herstellungsorte für Palmöle sind Malaysia und Indonesien.

[0004] Pflanzenöle bedürfen vor ihrem Einsatz eine Raffination. Hierbei wird das Pflanzenöl in verschiedene Fraktionen aufgeteilt, die für verschiedene Einsatzzwecke geeignet sind. Im Rahmen der Raffination von Palmöl entsteht eine minderwertige Fraktion, die als "palm fatty acid distillate" (PFAD) bezeichnet wird und zum Großteil aus freien Fettsäuren besteht. Solche freien Fettsäuren wirken korrosiv auf Maschinenteile. Entsprechende Materialien können daher praktisch nicht sinnvoll als Brennstoff verwertet werden.

[0005] Es ist schon versucht worden, durch Veresterung von Fettsäuren neutrale Fette zu erhalten.

[0006] DE 10 2006 019 763 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren um saure Fette und Öle mit mehrwertigen Alkoholen umzusetzen. Angestrebt wird in diesem Dokument eine im Wesentlichen vollständige Umsetzung, beispielsweise mit dem mehrwertigen Alkohol Glycerin, da hierdurch hohe Brennwerte erreicht werden.

[0007] Eine möglichst vollständige Bildung von Triglyceriden ist zwar unter Gesichtspunkten des Brennwertes vorteilhaft. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass die so erhaltenen Produkte Probleme beim Einsatz als Brennstoff hervorrufen.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Brennstoff bereitzustellen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

[0009] Gelöst wird die Aufgabe durch einen Brennstoff erhältlich durch Veresterung von palmölfettsäurehaltigen Edukten mit Glycerin, wobei das Produkt gekennzeichnet ist durch

• einen Brennwert von mindestens 35.000 Joule/g,
• einen Gehalt an freien Fettsäuren (FFA) ≤ 2 Gew.-% und
• eine Zusammensetzung von
  • 5 bis 20 Gew.-% Monoglyceriden,
  • 30 bis 40 Gew.-% Diglyceriden und
  • 45 bis 60 Gew.-% Triglyceriden.

[0010] Erfindungsgemäß wird also ein palmölfettsäurehaltiges Edukt, insbesondere PFAD, mit Glycerin umgesetzt, wobei nicht eine vollständige Umsetzung zu Triglyceriden angestrebt wird, sondern angestrebt wird, eine Mischung von Mono-, Di- und Triglyceriden zu erhalten.

[0011] Das palmölfetthaltige Produkt stammt aus der Raffination von Palmöl.

[0012] Überraschenderweise zeigt sich, dass die so erhaltenen Brennstoffe zwar geringfügig schlechtere Brennwerte haben, jedoch weniger aus der Reaktion entstehende Nebenprodukte enthalten, die sich störend auf den Einsatz als Brennstoff auswirken.

[0013] Die störenden Inhaltsstoffe sind insbesondere im Reaktionsprodukt befindliche Feststoffe, daher wird bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Brennstoff weniger als 5 mg Rückstand / kg Brennstoff an einem 0,8 µm Filter enthält.

[0014] Als Ausgangsstoffe eignen sich insbesondere fettsäurehaltige Produkte mit einem Gehalt an freien Fettsäuren (FFA) > 85 Gew.-%. FFA wird bestimmt nach DIN EN 14104 (2003).

[0015] Der erfindungsgemäße Brennstoff hat einen Brennwert von mindestens 35.000 Joule/g, bevorzugt liegt der Brennwert noch etwas höher, bevorzugt bei mindestens 36.000 Joule/g.

[0016] Der erfindungsgemäße biologische Brennstoff wird dadurch hergestellt, dass die palmölfettsäurehaltigen Edukte, insbesondere PFAD mit Glycerin verestert werden, wobei während der Veresterung eine Reaktionskontrolle stattfindet und die Reaktion abgebrochen wird, wenn der Gehalt an Tri-, Di- und Monoglyceriden im erfindungsgemäß beanspruchten Bereich liegt.

[0017] Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

[0018] 12,36 t PFAD mit einem Säuregehalt von 89,3 Gew.-% wurden mit 2,64 t Glycerin (Gehalt 80,97%) umgesetzt. Die Zusammensetzungen der Fettsäuren im PFAD war wie folgt:

Palmitinsäure:	47,6 Gew.-%
Ölsäure:	35,1 Gew.-%
Linolsäure:	9,7 Gew.-%
Stearinsäure:	4,3 Gew.-%
Myristinsäure:	1,2 Gew.-%
Palmitolsäure:	0,5 Gew.-%
Linolensäure:	0,4 Gew.-%
Arachidonsäure:	0,3 Gew.-%

[0019] Weitere Säuren ≤ je 0,1 Gew.-%.

[0020] Das PFAD wurde auf 87°C erhitzt und das Glycerin zugegeben. Das Gemisch wurde dann innerhalb von 285 Minuten auf 230°C erhitzt, dabei bildete sich bei der Temperatur von 170 bis 190°C ein Zwischenplateau. Der Druck betrug 200 mbar.

[0021] Während der Reaktion wurde kontinuierlich der FFA-Gehalt bestimmt. Die Reaktion wurde nach 390 Minuten bei einem FFA-Gehalt von 1,5% abgebrochen.

[0022] Das Gemisch wurde in eine Filtrationsanlage umgepumpt, wobei die Wärme des Gemisches zur Vorwärmung des nächsten PFAD-Batches verwendet wurde. Bei einer Temperatur von etwa 130°C erfolgte eine Filtration unter Zusatz von verschiedenen Korngrößen an Perliten.

[0023] Das erhaltene Produkt hatte die folgende Spezifikation:

Brennwert:	35509 J/g
FFA:	1,2%
Monoglyceride:	ca. 10 Gew.-%
Diglyceride:	ca. 35 Gew.-%
Trigylceride:	ca. 55 Gew.-%.

Beispiel 2

[0024] 12,53 t PFAD mit einem Säuregehalt von 90% und der gleichen prozentualen Zusammensetzungen an enthaltenen Säuren wie im Beispiel 1 wurden mit 2,47 t Glycerin (Gehalt 84,01 Gew.-%) umgesetzt. Zur Entfernung kurzkettiger Fettsäuren wurde zusätzlich 100 kg Wasser zugesetzt. PFAD wurde auf 92°C erwärmt und über einen Zeitraum von 330 Minuten auf 230°C erhitzt. Es bildete sich wiederum ein Plateau bei einer Temperatur im Bereich von 180 bis 190°C; der Druck betrag ca. 200 mbar.

[0025] Der FFA-Gehalt wurde kontinuierlich überwacht. Bei einem FFA-Gehalt von 1,5% nach 420 Minuten wurde die Reaktion abgebrochen.

[0026] Es erfolgte eine Abkühlung und Filtration wie im Beispiel 1. Das erhaltene Produkt hatte folgende Spezifikation:

Brennwert:	25110 J/g
FFA:	1,5%
Monoglyceride:	ca. 15 Gew.-%
Diglyceride:	ca. 35 Gew.-%
Trigylceride:	ca. 50 Gew.-%.

Ansprüche

1. Biologischer Brennstoff erhältlich durch Veresterung von palmölfettsäurehaltigen Edukten mit Glycerin, wobei das Produkt gekennzeichnet ist durch

• einen Brennwert von mindestens 35.000 Joule/g,

• einen Gehalt an freien Fettsäuren (FFA) ≤ 2 Gew.-% und

• eine Zusammensetzung von

- 5 bis 20 Gew.-% Monoglyceriden,

- 30 bis 40 Gew.-% Diglyceriden und

- 45 bis 60 Gew.-% Triglyceriden.

2. Biologischer Brennstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterrückstand an einem 0,8 µm Filter < 5 mg/kg.

3. Biologischer Brennstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das palmölfettsäurehaltige Edukt einen Gehalt an freien Fettsäuren (FFA) > 85 Gew.-% aufweist.

4. Biologischer Brennstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennwert mindestens 36.000 Joule/g beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines biologischen Brennstoffs nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass palmölfettsäurehaltige Edukte mit Glycerin verestert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die palmölfettsäurehaltige Edukte einen Gehalt an freien Fettsäuren (FFA) > 85 Gew.-% aufweisen.