Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Entwicklung, Aufbau und Betrieb einer Miniplant-Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Glycerintertiärbutylethern

Anschrift
Technische Universität Dortmund - Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen
44227 Dortmund
Emil-Figge-Str. 70
Kontakt
Prof. Dr. Arno Behr
Tel: +49 231 755-2310
E-Mail: behr@bci.tu-dortmund.de
FKZ
22010306
Anfang
01.12.2007
Ende
30.04.2011
Aufgabenbeschreibung
Eine kontinuierlich zu betreibende Technikums-Miniplant zur Herstellung von Glycerintertiärbutylethern (GTBE) durch säurekatalysierte Umsetzung des im Überschuss verfügbaren nachwachsenden Rohstoffs Glycerin mit Isobuten soll entwickelt, aufgebaut und betrieben werden. An dieser Miniplant sollen ausreichende Erfahrungen zur Auslegung einer GTBE-Produktionsanlage gesammelt werden. Auf der Basis vorbereitender Laborversuche z.B. zur Reaktions-Optimierung, Ermittlung physikochemischer Daten, Nebenproduktbildung, Katalysatorstandzeit und Verifizierung des Verfahrenskonzeptes erfolgen Detailplanung und Beschaffung der Komponenten sowie Aufbau und Inbetriebnahme der Miniplant. Diese ermöglicht dann Versuche im stationären Gleichgewicht zur Optimierung der Verfahrensparameter, auch unter Variantion z.B. der Katalysator-Rückführung und Nebenprodukt-Ausschleusung sowie mit verschiedenen Qualitäten der Ausgangsstoffe. Bei erfolgreichem Abschluss der Arbeiten sieht die Firma Loick AG eine industrielle Nutzung des Verfahrens vor, insbesondere für GTBE als Zusatz zu Diesel und Biodiesel zur Verringerung des Partikelausstoßes.
Ergebnisdarstellung
Im Projekt wurde die säurekatalysierte Veretherung von Glycerin mit Isobuten untersucht. Die mehrfach substituierten Produkte der Reaktion sind als Kraftstoffadditiv oder als hochsiedendes Lösungsmittel von Interesse. Aus den Erkenntnissen der reaktions- und trenntechnischen Untersuchungen folgte ein Konzept für die Errichtung einer Miniplant einschließlich einer vollständigen Produktaufreinigung. Um das wirtschaftliche Potential der GTBE zu untersuchen, schloss eine Betrachtung der Wirtschaftlichkeit, aufbauend auf einer Prozesssimulation, die Arbeit ab. Als wirtschaftlich attraktivster Betriebszustand für eine Anlage mit einer Produktkapazität von 36.280 t/a wurde die Verwendung von Raffinat als Edukt bei 50%iger Abreicherung der Monoether identifiziert. Die Investitionskosten dieses Prozesses belaufen sich auf 15 Mio. €, je nach Amortisationszeit liegt der Preis der GTBE zwischen 766 und 824 €/t. Die Glycerinether können damit für etwa den gleichen Preis angeboten werden wie ETBE. Im Gegensatz zu den langsamen und unselektiven geträgerten Sulfonsäuren, die Stand der Technik sind für die Herstellung von Treibstoffethern konnte durch ein intensives Katalysatorscreening Schwefelsäure als sehr aktiver und äußerst selektiver neuer Katalysator identifiziert werden. Die Untersuchung der Reaktionsparameter zeigte die Notwendigkeit der extraktiven Abtrennung des Katalysators auf, bevor das restliche Stoffgemisch thermisch belastet werden kann. Die Erhöhung des molaren Einsatzverhältnisses des Isobutens steigert die Ausbeute der gewünschten höheren Ether, ab einem Verhältnis von I/G = 2,5 geht dies jedoch durch die geringe Dichte von Isobuten zu Lasten der Raum-Zeit-Ausbeute. Die maximale RZA betrug im Batchversuch etwa ein mol/l*h. Für ein vereinfachtes Reaktionssystem wurden kinetische Parameter für eine spätere Prozesssimulation bestimmt.

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