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Der 2-stufige Biodieselprozess bei hohen FFA-Werten

Die Herstellung von Biodiesel aus Ölen mit hohen Anteilen von freien Fettsäuren (FFA) wie zum Beispiel bei gebrauchtem Frittenfett oder Baumwollöl

Frittenfett lässt sich in der Regel wie jedes andere Öl zu Biodiesel verarbeiten. Über die Titration wird der Anteil der Freien Fettsäuren (free fatty acids - FFA) bestimmt und die für eine vollständige Umesterung notwendige zusätzliche Menge an Katalysator berechnet. (5 g NaOH bzw. 7 g KOH + x ml Titrat = erforderliche Menge an Katalysator in Gramm für eine vollständige Umesterung von 1000 ml dieses Öls)
Steigt jedoch die für eine Neutralisation der Freien Fettsäuren notwendige Menge an Titrat über 6 ml, ist der Anteil der Feien Fettsäuren so hoch, dass diese zusammen mit dem Katalysator (NaOH oder KOH) und Wasser während der Umesterung so viel Seife bilden würden, dass sich das ganze Gemisch unter Umständen zu einem relativ festen Gel verwandelt.
In diesem Fall ist es erforderlich, in einem ersten Schritt den Anteil der Freien Fettsäuren durch die Hinzugabe einer Säure zu reduzieren. In einem zweiten Schritt kann dann, wie gewohnt, die Umesterung mithilfe des Katalysators NaOH oder KOH erfolgen.

Der zwei-stufige Prozess der Biodieselherstellung
Die Herstellung von Biodiesel aus Ölen mit einem hohen Anteil an Freien Fettsäuren wie zum Beispiel bei stark gebrauchtem Frittenfett
Aufgrund der 8-eckigen Bauform der Reaktorentanks, der Anordnung der Mischerblätter, der hohen Motordrehzahl und der langen Prozesszeit erreichen die BioKing-Biodieselanlagen eine Ausbeute von bis zu 98 %. (Aus 1000 Liter Pflanzenöl können damit bis zu 980 Liter Biodiesel gewonnen werden.) Neben den durch die BioKing-Technologie optimierten Bedingungen hängt jedoch die Ausbeute auch von der Qualität des eingesetzten Rohstoffe ab.
Um eine Ausbeute von 98 % erreichen zu können, muss das Pflanzenöl daher über folgende Qualitätskriterien verfügen:

das Öl muss gut gefiltert sein
der Wassergehalt muss unter 1 % liegen
der Anteil der freien Fettsäuren (FFA) darf nicht über 2 % steigen
ein geringer Phosphatgehalt ist notwendig

Verunreinigungen und ein zu hoher Wassergehalt im Öl stören generell den chemischen Prozess der Umesterung. Verunreinigungen wie Schwebestoffe und Frittierrückstände lassen sich leicht durch Filtration oder Zentrifugation entfernen während ein zu hoher Wassergehalt durch den BK-Dreyer-1400 reduziert werden kann.
Die bei alten und gebrauchten Ölen vorhandenen Freien Fettsäuren bilden in Verbindung mit dem Katalysator und Wasser während der Umesterung Seife. Steigt der Anteil der Freien Fettsäuren über 2 %, was circa 4 ml Titrat bis zum Erreichen eines starken Farbumschlags während der Titration entspricht, so sinkt der Anteil des aus diesem Öl produzierbaren Biodiesels. Der Grund dafür ist, dass die Freien Fettsäuren in Verbindung mit dem Katalysator und Wasser zu Seife neutralisiert werden und entsprechend weniger Fettsäuren für die Produktion von Methylester (Biodiesel) zur Verfügung stehen.
Um auch bei Ölen mit einem hohen Anteil an Freien Fettsäuen eine hohe Ausbeute zu erzielen, muss zuerst der Anteil der im Öl vorhandenen Freien Fettsäuren gesenkt werden. Eine solche Reduktion der Freien Fettsäuren lässt sich mit dem BK-Neutralise-1400 durch eine Vorbehandlung des Öls mit Schwefelsäure als Katalysator erzielen. Dieser Reduktionsprozess benötigt die doppelte Prozesszeit im Vergleich zur normalen Umesterung. Soll also die volle Produktionskapazität der BK-12000 genutzt werden, so sind zwei BK-Neutralise-1400 Systeme erforderlich.
Sowohl bei unraffiniertem Palm- und Soyaöl als auch bei Ölen, die heiß gepresst wurden, liegt der Phosphatgehalt sehr hoch. Mit dem Gerät BK-DeGum-1400 kann dieser Phosphatgehalt durch eine Entschleimung (degumming) deutlich gesenkt werden.

Vorgehensweise bei der Verarbeitung von Ölen mit einem hohen Anteil an Freien Fettsäuren
Weil sich ein Anteil an Freien Fettsäuren von über 2 % ungünstig auf die Ausbeute auswirkt und bereits ein Anteil von über 3 % sich nicht im einfachen Verfahren ohne eine zu große Seifenbildung verarbeiten lässt, ist eine vorhergehende Reduktion der Freien Fettsäuren erforderlich. Dazu werden in einem ersten Schritt unter Verwendung von Schwefelsäure als Katalysator und Methanol die Freien Fettsäuren zuerst zu Biodiesel verestert (Estrification). Anschließend in einem zweiten Schritt kann dann die normale Umesterung (Transesterification) mit Natriumhydroxid (NaOH) oder Kaliumhydroxid (KOH) und Methanol erfolgen.
Auf diese Weise werden mit dem zwei-stufigen Prozess weniger seifige Abfälle und folglich mehr Biodiesel produziert.
Es empfiehlt sich die folgende Beschreibung des Verfahrens zuerst im Versuch durchzuführen. Gehen Sie dazu bitte folgendermaßen vor:

Ein Liter Öl mit einem hohen Anteil an Freien Fettsäuren

1. Schritt: Reduktion der freien Fettsäuren

Erwärmen Sie einen Liter des zu verarbeiten beabsichtigen Öls auf ungefähr 55 Grad Celsius. Die exakte Höhe der Temperatur ist nicht entscheidend. Wichtig ist allein, dass die Temperatur nicht über 60 Grad steigt. Bei einer Temperatur von über 60 Grad würde das später hinzuzugebende Methanol sieden und damit verdampfen und folglich nicht mehr für die Reaktion zur Verfügung stehen. Je höher die Temperatur desto leichter und schneller wird jedoch die Reaktion von statten gehen. Deshalb ist ein Temperaturbereich von circa 50 bis 55 Grad Celsius vorteilhaft.
Geben Sie 90 ml Methanol zu dem warmen Öl und mischen Sie das Ganze für 5 Minuten.
Dann geben Sie 1 ml mindestens 95%ige Schwefelsäure zu dem Öl und dem Methanol und mischen vorsichtig, so dass keine Spritzer entstehen.

Vorsichtig: Schwefelsäure ist eine starke Säure!

Mischen Sie das Ganze eine Stunde lang und halten Sie die Temperatur während dieser Zeit bei ca. 55 Grad Celsius.
Stellen Sie nach einer Stunde die Hitzequelle ab und mischen Sie für eine weitere Stunde.

Diese Reaktionszeit von insgesamt zwei Stunden ist erforderlich, weil die Reaktion auf Basis der Schwefelsäure als Katalysator viel langsamer verläuft.

Lassen Sie nun das Gemisch mehrere Stunden stehen, so dass sich das bereits gebildete Glycerin am Boden des Behälters ansammeln kann.
Scheiden Sie dieses Glycerin vor Beginn des zweiten Schritts ab.

2. Schritt: Umesterung

Nachdem Sie das Glycerin aus dem ersten Schritt abgeschieden haben, erwärmen Sie das Gemisch auf 45 Grad Celsius.
Nehmen Sie nun 135 ml Methanol und lösen darin zwischen 3,5 Gramm Natriumhydroxid (NaOH). Vergewissern Sie sich, dass sich das Natriumhydroxid vollständig im Methanol gelöst hat.
Geben Sie das Methanol mit dem darin gelösten Katalysator zu dem vorbehandelten Öl und mischen für 10 bis 15 Minuten.
Lassen Sie nun das Gemisch stehen und beobachten Sie wie sich das Glycerin am Boden ansammelt und der obenauf schwimmende Biodiesel immer klarer wird.
Nun können Sie das Glycerin abscheiden und abschließend den Biodiesel waschen.

Für die Verarbeitung von 1000 Litern Öl mit einem hohen Anteil an Freien Fettsäuren in der BK-12000-SS gehen Sie bitte, wie folgt, vor:
1000 Liter Öl mit einem hohen Anteil an Freien Fettsäuren

1. Schritt: Reduktion der freien Fettsäuren

Pumpen Sie 1000 Liter des zu verarbeitenden Öls in den Reaktor. (Je nach Viskosität kann dies bis 15 min dauern.)
Erwärmen Sie das Öl im Reaktor auf 55 Grad Celsius. (45 min)
Pumpen Sie 88 Liter Methanol in den Reaktor zu dem warmen Öl (2 min).
Mischen Sie das Ganze für 5 min.
Geben Sie 1,1 kg mindestens 95%ige Schwefelsäure dazu.
Halten Sie die Temperatur des Reaktors bei 55 Grad und mischen Sie das Ganze für eine Stunde.
Nach einer Stunde stellen Sie die Heizung ab und mischen für eine weitere Stunde.
Nach insgesamt zwei Stunde Mischen stellen Sie auch den Mixer ab und lassen das Gemisch im Reaktor zum Sedimentieren stehen oder pumpen das Ganze in einen entsprechenden Sedimentationstank.
Nach mindestens acht Stunden Sedimentationszeit kann das sich im ersten Schritt gebildete Glycerin abgeschieden werden.

2. Schritt: Umesterung

Nachdem das aus dem ersten Schritt stammende Glycerin abgeschieden wurde, erwärmen Sie das Öl im Reaktor auf 45 Grad Celsius (ca. 45 min.).
In der Zwischenzeit pumpen Sie 132 Liter Methanol in den Vormischtank und geben 3,5 Kilo Natriumhydroxid dazu (ca. 5 min.). Stellen Sie den Mischer des Vormischtanks an, damit sich der Katalysator löst (25 min.).
Sobald das vorbehandelte Öl im Reaktor eine Temperatur von 45 Grad erreicht hat und sich der Katalysator vollständig im Öl gelöst hat, pumpen Sie das Methanol/Katalysatorgemisch in den Reaktor (5 min.).
Mischen Sie nun im Reaktortank für weitere 45 min.
Lassen Sie danach den Rohbiodiesel im Reaktor zwecks Sedimentation stehen oder pumpen Sie ihn in einen entsprechenden Sedimentationstank (15 min).
(Sobald der Reaktor leer ist, können Sie einen neuen Durchgang starten.)
Warten Sie so lange bis sich das Glycerin sich am Boden des Sedimentationstanks angesammelt und der Biodiesel klar geworden ist (mindestens 18 bis 24 Stunden).
Lassen Sie danach das Glycerin vom Boden ab und waschen Sie den fertigen Biodiesel anschließen ganz normal bis Ihr Biodiesel einen pH-Wert von 7 hat. Bei Erreichen eines neutralen pH-Wertes ist der Katalysator vollständig ausgewaschen und ihr Biodiesel rein.

Trocknen Sie abschließend Ihren Biodiesel solange bis er wieder ganz klar