Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umesterung von Fettsäure-Triglyceriden pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs mit ein-oder mehrwertigen Alkoholen mit den im Oberbegriff des Patent- anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Fettsäuren pflanzlichen oder tierischen Ursprungs liegen in der Regel als Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin, als sogenannte Triglyceride, vor.

Voraussetzung für die Verwertbarkeit von Fettsäuren pflanzlichen oder tierischen Ursprungs als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren ist unter anderem, das die einzelnen Fettsäuren nicht über eine Triglyceridbrücke miteinander fest verbunden sind, sondern jeweils frei gegeneinander bewegbar sind.

Zur Substitution der jeweils drei Fettsäuren miteinander verbindenden Triglycerid-Gruppe kann eine Umesterungsreak- tion beispielsweise mit einem einwertigen Alkohol unter Baseneinwirkung durchgeführt werden.

Hierzu ist aus dem Stand der Technik eine Umesterungsvor- richtung bekannt, welche eine Reaktionskolonne umfaßt, der eine Mischung aus Kaliumhydroxid, Methanol und Rapsöl- Triglycerid gleichzeitig zugeführt wird.

Am Kolonnenboden wird der umgeesterte Rapsöl-Methylester zusammen mit Glycerin als Abspaltprodukt entnommen.

Diese bekannte Vorrichtung zur Umesterung von Fettsäuren pflanzlichen Ursprungs ist in vielerlei Hinsicht nachtei- lig : Ein besonders gravierender Nachteil dieser bekannten Vor- richtung liegt in deren sehr niedrigem Durchsatz.

Die Herstellung beispielsweise von Rapsölmethylester ist dort äußerst zeitaufwendig und liegt im Bereich von 3 bis 5 Stunden pro Tonne.

Ein weiterer bedeutsamer Nachteil dieser bekannten Vor- richtung ist in der dort zwingend erforderlichen hohen Re- aktionstemperatur von etwa 95°C zu sehen.

Einerseits erfordert diese hohe Reaktionstemperatur einen enormen Energieaufwand für Heizzwecke, welcher sich hin- sichtlich der Betriebskosten nachteilig bemerkbar macht.

Andererseits geht von den heißen Reaktionsbehältnissen ei- ne nicht zu unterschätzende Verbrennungsgefahr aus, welche unter dem Aspekt der Sicherheit am Arbeitsplatz nachteilig ist.

Nachteilig ist diese zum Stand der Technik gehörende Vor- richtung ferner, weil sie besonders viele Separatoren, Waschanlagen und Leitungen und damit einen hohen konstruk- tiven Aufwand erfordert.

Dieser hohe konstruktive Aufwand führt auch zu hohen Her- stellungskosten.

Außerdem ist die Raumforderung einer derartigen vorbekann- ten Anlage zur Umesterung von Fettsäure-Triglyceriden pflanzlichen Ursprungs gewaltig.

Schließlich sind das Handling und die Bedienung dieser vorbekannten Anlage sehr mühsam, umständlich und zeitrau- bend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereit- stellung einer Vorrichtung zur Umesterung von Fettsäure- Triglyceriden pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs mit ein-oder mehrwertigen Alkoholen, welche einen beson- ders hohen Durchsatz bei großer Produktreinheit erlaubt, welche bei besonders niedrigen Reaktionstemperaturen und im wesentlichen bei Umgebungsdruck arbeitet, deren Be- triebskosten gering sind, welche selbst unter dem Aspekt der Sicherheit am Arbeitsplatz unbedenklich ist, deren konstruktiver Aufwand und deren Herstellungskosten gering sind und deren Raumforderung besonders klein ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemä- ßen Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Pa- tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen : Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch einen erfin- dungsgemäß verwendeten Katalysator-Anmischreaktor zum An- mischen des Alkohols (R2-OH) mit einem Katalysator für die Umesterungsreaktion, insbesondere mit einer Base ; Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch einen erfin- dungsgemäßen Schrägrohrreaktor mit Bypaß zur vollständigen Umsetzung der Reaktionskomponenten ;

Figur 3 einen schematischen Querschnitt durch einen erfin- dungsgemäßen Separator zur Abtrennung von Feststoffen, Verunreinigungen, Begleitstoffen, Seifen oder nicht umge- setztem Alkohol ; Figur 4 ein schematisches Fließdiagramm einer kompletten erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere zur Umesterung von Triglyceriden, von gesättigten, ungesättig- ten oder mehrfach ungestättigten Fettsäuren (R1) pflanzli- chen und/oder tierischen Ursprungs mit 6 bis 24 Kohlen- stoffatomen mit einem ein-oder mehrwertigen Alkohol (R2- OH), vorzugsweise einem Alkanol, mit 1 bis 10 Kohlenstof- fatomen zu Estern der allgemeinen Formel <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 0<BR> <BR> II<BR> <BR> RW-C-O-Rz, worin R, ein Fettsäurerest pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs oder ein gesättigter, ein ungesättigter oder ein mehrfach ungesättigter Fettsäurerrest mit 6 bis 24 Kohlen- stoffatomen ist und wobei R2 ein ein-oder mehrwertiger Al- kohol, insbesondere ein Alkanolrest, mit 1 bis 10 Kohlen- stoffatomen ist.

Wie insbesondere aus Figur 4 hervorgeht, umfaßt die erfin- dungsgemäße Vorrichtung zur Umesterung von Triglyceriden in der Regel mindestens eine oder mehrere Anordnungen (2) zur Umesterung, welche jeweils einen oder mehrere in Reihe oder parallel zueinander geschaltete Schrägrohrreaktoren (5) umfassen.

Figur 4 zeigt ferner, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umesterung von Triglyceriden in besonders bevorzugten Ausführungsformen eine oder mehrere ein-oder mehrteilige, stromaufwärtige Anordnungen (1) zur Katalysatoranmischung umfaßt.

Wie in Figur 1 dargestellt, kann in dieser Anordnung (1) zur Katalysatoranmischung die Vermischung eines C1-bis Clo-Alkohols mit einem Katalysator für eine Umesterungsre- aktion und/oder mit einer Base, beispielsweise KOH oder NaOH, durchgeführt werden.

Im Allgemeinen umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umesterung von Triglyceriden ferner eine oder mehrere der Anordnung (1) zur Katalysatoranmischung stromabwärts nach- geschaltete Anordnungen (2) zur Umesterung, welche einen oder mehrere in Reihe oder parallel zueinander geschaltete Schrägrohrreaktoren (5) umfassen.

Vorzugsweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umesterung von Triglyceriden darüber hinaus eine oder meh- rere der Anordnung (2) zur Umesterung stromabwärts nachge- schaltete ein-oder mehrteilige Anordnungen (3) zur Auswa- schung von Seifen und/oder Verunreinigungen und/oder Be- gleitstoffen und/oder von überschüssigem Alkohol.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungs- gemäßen Vorrichtung zur Umesterung von Triglyceriden kann diese ferner eine oder mehrere der Anordnung (3) zur Wa- schung stromabwärts nachgeschaltete ein-oder mehrteilige Anordnungen (4) zur Trocknung und/oder Feinreinigung des umgeesterten Endproduktes umfassen.

Die mindestens eine Anordnung (1) zur Katalysatoranmi- schung kann beispielsweise eine oder mehrere Sackentlee- rungsvorrichtungen (6) für einen vorzugsweise feststoff- förmigen Katalysator für eine Umesterungsreaktion und/oder für eine Base, beispielsweise für KOH oder NaOH, umfassen.

Als Katalysatoren kommen grundsätzlich alle handelsübli- chen, für den Start oder die Beschleunigung einer Umeste- rungsreaktion geeigneten Katalysatoren in Betracht. Beson- ders geeignete Katalysatoren für eine Umesterung von Ölen und Fetten sind beispielsweise Natrium-oder Kalium- Methoxid, Barium-, Kalium-oder Natriumhydroxid, Zinksili- kat, Bleioxid, Zinkchlorid, Dihydrofluoroborsäure, Bleio- leat oder Kalziumoxid.

Figur 4 zeigt, daß die Anordnung (1) zur Katalysatoranmi- schung ferner einen oder mehrere Trockengutdosierer (7), einen oder mehrere Anmischreaktoren (8) sowie eine oder mehrere Zufuhrleitungen (10) für einen flüssigen Alkohol (R2-OH), vorzugsweise für ein Alkanol, in den Anmischreak- tor (8) umfassen kann. In der Regel fließt die fertige Ka- talysatormischung zur Vermischung mit dem umzuesternden Fettsäure-Triglycerid in eine oder mehrere Mischvorrich- tungen (9).

Insbesondere Figur 1 zeigt, daß der Anmischreaktor (8) in Form eines Rührkesselreaktors ausgebildet sein kann. Vor- zugsweise sind in diesem Rührkesselreaktor ein oder mehre- re beispielsweise siebartige Behälter integriert, in wel- che der feststoffförmige Katalysator für eine Umesterungs- reaktion und/oder eine Base wie KOH oder NaOH vorlegbar sind.

In der Regel sind der in dem siebartigen Behälter vorge- legte Katalysator und/oder die Base'gegebenenfalls über eine Sprühlanze oder einen Sprühkopf mit einem flüssigen Alkohol (R2-OH), vorzugsweise einem Alkanol, besprühbar.

Das flüssige Reaktionsprodukt kann dann durch den siebar- tigen Behälter in den Rührkesselreaktor abtropfen und dort von einem gegebenenfalls vorhandenen Rührer homogenisiert werden.

Das Verhältnis zwischen Alkohol und Katalysator/Base kann beispielsweise im Bereich von 20 zu 1 liegen. Die Misch- zeit für die Katalysatoranmischung beträgt beispielsweise zwischen 5 und 15 Minuten und hängt von der Löslichkeit beziehungsweise vom Feuchtigkeitsgehalt des Katalysa- tors/Base ab.

Figur 4 zeigt, daß die Anordnung (2) zur Umesterung eine oder mehrere Mischvorrichtungen (9) zur Mischung des Kata- lysator-Reaktionsproduktes (R2-OH + Katalysator/Base) aus der Anordnung (1) zur Katalysatoranmischung mit dem umzue- sternden Fettsäure-Triglycerid [(R1COO) 3-Triglycerid] um- fassen kann.

Bei der Mischvorrichtung (9) handelt es sich beispielswei- se um einen Statikmischer.

Stromabwärts von der Mischvorrichtung (9) können eine oder mehrere Heizeinrichtungen (11) zur Erwärmung der Mischung und damit zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit vorge- sehen sein.

Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, kann die aus der Mischvorrichtung (9) abströmende Mischung beispiels- weise auf eine Temperatur im Bereich von 25°C bis 60°C, vorzugsweise im Bereich von 30°C bis 58°C, insbesondere im Bereich von 35°C bis 55°C erwärmt werden.

Stromabwärts von der Mischvorrichtung (9) oder der Hei- zeinrichtung (11) können ein oder mehrere Rührkesselreak- toren (12) für die kontinuierliche oder diskontinuierliche sowie vollständige oder zumindest teilweise Umesterung vorgesehen sein.

Der Reaktorauslaß des jeweiligen Rührkesselreaktors (12) insbesondere für das flüssige umgeesterte Reaktionsprodukt liegt vorzugsweise im oberen Bereich des Rührkesselreak- tors (12).

In der Regel verfügt jeder Rührkesselreaktor (12) über mindestens einen oder mehrere Bypässe (13) zur zumindest teilweisen Rückführung von nicht oder nicht vollständig umgesetzten Reaktionsprodukten sowie von gebildetem Glyce- rin als Beschleuniger.

Vorzugsweise beginnt der mindestens eine Bypaß (13) in der von dem Rührkesselreaktor (12) wegführenden Rührkesselre- aktor-Abführleitung (14) und mündet in den unteren Bereich des Rührkessels (12) ein.

Die Temperatur in dem Rührkesselreaktor (12) liegt bei- spielsweise im Bereich von 25°C bis 70°C, vorzugsweise im Bereich von 30°C bis 60°C, insbesondere im Bereich von 40°C bis 55°C.

Innerhalb des Rührkesselreaktors (12) kann der Druck bei- spielsweise im Bereich des Umgebungsdruckes liegen oder etwas größer oder etwas kleiner als dieser sein.

Im untersten Bereich des Rührkesselreaktors (12) sind vor- zugsweise eine oder mehrere diskontinuierlich oder konti- nuierlich öffenbare Ablaßöffnungen zur Entnahme von wäh- rend der Umesterungsreaktion. anfallendem Glycerin, bezie-

hungsweise Abspaltprodukt, vorgesehen.

Gegebenenfalls stehen diese unteren Ablaßöffnungen des Rührkesselreaktors (12) beispielsweise über eine Entsor- gungsleitung (16) mit einem Glycerintank (13) in Verbin- dung.

In dem Rührkesselreaktor (12) findet aufgrund der erhöhten Temperatur (25°C bis 70°C) sowie aufgrund der Verwirbelung eine besonders schnelle und vollständige oder zumindest teilweise Umesterung des umzuesternden Fettsäure-Triglyce- rids statt.

Durch den Bypaß (13) am Rührkesselreaktor (12) kann vor- zugsweise ein kontinuierlicher Volumenstrom an leichter und schwerer Phase (umgeestertes Produkt, Glycerin und um- zuesterndes Fettsäure-Triglycerid) abgezogen werden. Auf- grund der unterschiedlichen spezifischen Gewichte des um- geesterten Produktes, des Glycerins sowie des umzuestern- den Fettsäure-Triglycerids kommt es im Bypaß-und zwar di- rekt im Hosenstück-zu einer Trennung der leichten und schweren Phasen.

Das schwere Fluid wird durch die Sogwirkung der Rührteller wieder in den Rührkesselreaktor (12) über den Bypaß (13) zurückgepumpt.

Die leichte Phase wird vorzugsweise über das Hosenstück beziehungsweise die Rohrleitung (14) in den ersten Teil eines stromabwärtigen ein-oder mehrteiligen Schrägrohrre- aktors (5) weitergeleitet.

In der Regel liegt der Umesterungsgrad nach dem Rührkes- selreaktor (12) und vor dem Schrägrohrreaktor (5) im Be- reich von 80,0 % bis 91,0 %, vorzugsweise im Bereich von 81,0 % bis 89,0 %, insbesondere im Bereich von 85,0 % bis 88,0 %.

In Figur (4) ist dargestellt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umesterung eines Fettsäure-Triglycerids stromabwärts von einem gegebenenfalls vorhandenen Rührkes- selreaktor (12) einen oder mehrere in Reihe oder parallel geschaltete sowie kontinuierlich oder diskontinuierlich betriebene Schrägrohrreaktoren (5) umfassen kann.

Diese dienen insbesondere zur Vervollständigung der in dem vorgeschalteten Rührkesselreaktor (12) gegebenenfalls nur teilweisen Umesterungsreaktion sowie zur Abtrennung von Glycerin und/oder Seifen und/oder Verunreinigungen und/oder Begleitstoffen und/oder von überschüssigem Alko- hol.

In der Regel steht mindestens ein Ablauf des mindestens einen Schrägrohrreaktors (5) beispielsweise über eine Lei- tung (22) mit einer gegebenenfalls vorhandenen Anordnung (3) zur Auswaschung von Seifen und/oder Verunreinigungen und/oder Begleitstoffen und/oder von überschüssigem Alko- hol in Verbindung.

In der Regel umfaßt jeder Schrägrohrreaktor (5) ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehrere Schrägrohre (17).

Vorzugsweise sind die Schrägrohre (17) derart ausgerich- tet, daß sie die Horizontale in einem spitzen Winkel im Bereich von 40° bis 80°, vorzugsweise in einem Bereich von 45° bis 78°, insbesondere in einem Bereich von 55° bis 75°, schneiden.

Die Schrägrohre (17) jedes Schrägrohrreaktors (5) können zueinander parallel ausgerichtet sein oder sich schneiden oder in Bezug auf ihre Gesamtheit oder zumindest im Be- reich ihrer unteren Abschnitte im wesentlichen Y-oder V- artig miteinander in Verbindung stehen (siehe Figur 2).

In der Regel fließen in das obere Ende des einen Schrägrohres (17) die nicht oder nicht vollständig umge- setzten Reaktionsprodukte sowie gegebenenfalls Glycerin aus dem Rührkessselreaktor (12) für die Umesterung ein.

Aus dem oder den oberen Enden des oder der anderen Schrägrohre (17) kann dann das vollständig oder zumindest nahezu vollständig umgeesterte Reaktionsprodukt abströmen.

Im unteren Bereich jedes Schrägrohrreaktors (5) kann sich währenddessen beispielsweise Glycerin oder das jeweilige Abspaltprodukt ansammeln, welches kontinuierlich oder dis- kontinuierlich über eine oder mehrere Auslaßöffnungen (19) beispielsweise in eine Entsorgungsleitung (16) für Glyce- rin strömt.

Am Ende des kontinuierlichen Prozesses erhält man eine an- gereicherte Glycerinphase mit einem Glyceringehalt von 50 bis 85 %.

Vorzugsweise umfaßt jeder Schrägrohrreaktor (5) in seinem mittleren Bereich und/oder in seinem unteren Bereich einen oder mehrere Bypässe (18) zur Verbindung der Schrägrohre (17) miteinander (siehe Figur 2).

In der Regel ist der Bypaß (18) im wesentlichen horizontal ausgerichtet und dient zur Verkürzung der Fließstrecke insbesondere des vollständig umgeesterten Reaktionsproduk- tes und der Erhöhung des Durchsatzes.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungs- gemäßen Vorrichtung zur Umesterung von Fettsäure- Triglyceriden kann jedes Schrägrohr (17) eines Schrägrohr- reaktors (5), durch welches nicht oder nicht vollständig umgeesterte Reaktionsprodukte und Glycerin dem jeweiligen

Schrägrohrreaktor (5) zugeführt werden, eine oder mehrere Verwirbelungseinrichtungen gegebenenfalls in Form von Kas- kaden (20) zur Abtrennung von Glycerin sowie zur Verwirbe- lung der Reaktionsmischung und damit zur Erhöhung der Re- aktionsgeschwindigkeit und zur Steigerung des Durchsatzes umfassen.

Die Strömungsgeschwindigkeit durch dieses Einlaßschrägrohr (17) mit Verwirbelungseinrichtung (20) liegt beispielswei- se im Bereich von 0,01 m pro Sekunde bis 0,8 m pro Sekun- de, vorzugsweise im Bereich von 0,02 m pro Sekunde bis 0,5 m pro Sekunde, insbesondere im Bereich von 0,03 m pro Se- kunde bis 0,4 m pro Sekunde.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen der vorliegen- den Erfindung kann jedes Schrägrohr (17) des Schrägrohrre- aktors (5), durch welches das vollständig oder nahezu vollständig umgeesterte Reaktionsprodukt aus dem jeweili- gen Schrägrohrreaktor (5) abströmt, mit Prallflächen (21) für die Zurückhaltung von gegebenenfalls noch vorhandenen Feststoffen ausgestattet sein.

Die gegebenenfalls in Form von Kaskaden (20) ausgebildeten Verwirbelungseinrichtungen in dem stromaufwärtigen Schrägrohr (17) des Schrägrohrreaktors (5) dienen insbe- sondere als Strömungsbrecher und bewirken eine schnelle und erfolgreiche Phasentrennung.

Dadurch trennt sich das leichtere umgeesterte Endprodukt von der schwereren Glycerinphase, wobei sich die schwerere Glycerinphase bei einer Strömungsgeschwindigkeit im Be- reich von 0,01 m pro Sekunde bis 0,8 m pro Sekunde am Bo- den des Schrägrohrreaktors (5) sammelt.

Über die gegebenenfalls vorhandene Bypaßleitung (18) kann das umgeesterte Reaktionsprodukt aufgrund seines geringe- ren Strömungswiderstandes und seines geringeren spezifi- schen Gewichtes schneller in den zweiten Teil des Schräg- rohrreaktors (5) gelangen.

Dort kann mittels der durchgängigen oder abschnittsweisen Prallflächen (21), welche beispielsweise in Form von Prallblechen oder eines schräg gestellten, starren oder rotierenden Statikmischers ausgebildet sind, wiederum eine Verwirbelung herbeigeführt werden, wodurch der Rest des noch nicht umgeesterten, gegebenenfalls noch vorhandenen Fettsäure-Triglycerids in diesem Bereich weiter verestert.

Beim Austritt aus dem ersten Schrägrohrreaktor (5) weist die Reaktionsmischung einen Umesterungsgrad von ca. 94- 95 % auf.

Vorzugsweise wird die Reaktionsmischung nach der Passage des ersten Schrägrohrreaktors (5) in einen zweiten Schrägrohrreaktor (5) geführt, in welchem derselbe Vorgang wie im ersten Schrägrohrreaktor (5) stattfindet.

Am Ende der Schrägrohrreaktorstufe, das heißt beim Aus- tritt aus dem beispielsweise dritten Schrägrohrreaktor (5), liegt ein Reaktionsprodukt mit einem Umesterungsgrad im Bereich von 99,5 bis 99,9 % vor.

Aufgrund dieses kontinuierlichen Verfahrens, dieser beson- deren hydrodynamischen Bedingungen und insbesondere auf- grund der Schrägrohrreaktorstufe beträgt die Umesterungs- zeit im geringsten Fall etwa 15 Minuten, maximal jedoch 45 Minuten, wobei bei einer Dauer von 45 Minuten das Vermi- schen der Katalysatormischung mit dem zu veresternden Fettsäure-Triglycerid bereits mitgerechnet ist.

Die gegebenenfalls der Anordnung (2) zur Umesterung strom- abwärts nachgeschaltete Anordnung (3) zur Auswaschung von Seifen und/oder Verunreinigungen und/oder Begleitstoffen und/oder von überschüssigem Alkohol kann eine oder mehrere in Reihe oder parallel zueinander. geschaltete, gegebenen- falls zyklonartige Separatoren (23) oder Vertikalseparato- ren zur Abtrennung von Feststoffen und/oder Verunreinigun- gen und/oder Begleitstoffen umfassen (siehe Figuren 3 und 4).

Zusätzlich hierzu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen oder mehrere Separatoren (23) umfassen, welche im Gegenstrom oder im Gleichstrom mit Wasser oder einem an- dern flüssigen Medium gespült sind, um Seifen und/oder Al- kohol (R2-OH) und/oder Begleitstoffe und/oder Verunreini- gungen aus der dem jeweiligen Separator (23) zugeführten Reaktionsmischung auszuwaschen.

Alternativ oder zusätzlich hierzu können der oder die Se- paratoren (23) mit einem gasförmigen Medium-beispielswei- se CO2-zur Konditionierung des Waschmediums für eine Neu- tralisierung überschüssigen Katalysators oder überschüssi- ger Base gespült sein.

In der Regel strömt die gegebenenfalls mit Wasser oder ei- nem anderen flüssigen Medium versetzte Reaktionsmischung nach der Passage der Separatoren (23) einer Vorrichtung (4) zur Trocknung und Feinreinigung zu.

Das aus der Anordnung (2) zur Umesterung strömende, nahezu reine umgeesterte Produkt wird vorzugsweise einer Separa- torenbatterie (23) zugeführt, welche in der Regel als Ver- tikalseparatoren ausgebildet sind, in denen die Eintrags- stoffe aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten voneinan- der getrennt werden.

Das zur Spülung der Separatoren (23) gegebenenfalls einge- setzte Waschwasser hat die Eigenschaft, den Alkoholanteil (maximal 50%) und auch Seifenreste durch Lösung zu binden.

Darüber hinaus kann das Waschwasser nach vorheriger Kondi- tionierung dazu dienen, überschüssige Katalysatoren, ins- besondere Basen, durch Neutralisation zu inaktivieren.

Gegebenenfalls kann anschließend der Alkohol aus dem Waschwasser abdestilliert und in den Prozeß zurückgeführt werden. Auch das gereinigte und gegebenenfalls weiter auf- bereitete Waschwasser kann gegebenenfalls kontinuierlich wieder in den Prozeß zurückgeführt werden.

Figur 4 zeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umesterung von Fettsäure-Triglyceriden ferner eine Anord- nung (4) zur Trocknung und Feinreinigung umfaßt, bei- spielsweise in Form einer Destilliervorrichtung (24) zur Abtrennung des in dem oder den Separatoren (23) zugesetz- ten Wassers oder anderer flüssiger Medien sowie von über- schüssigem, nicht umgesetztem Alkohol.

In diese Destilliervorrichtung (24) mündet gegebenenfalls ein Auslaß des stromabwärtigsten Separators (23) der An- ordnung (3) zur Waschung mittelbar oder unmittelbar.

Im untersten Bereich der Destilliervorrichtung (24) können ein oder mehrere Auslässe für Glycerin vorhanden sein.

Die gegebenenfalls vorhandene Destilliervorrichtung (24) kann mit Füllkörpern befüllbar sein und/oder ein gegebe- nenfalls beheizbares Innenrohr aufweisen.

Die Destillationskolonne (24) kann in zwei Stufen aufge- baut sein und vorzugsweise zwei verschiedene Temperaturzo- nen aufweisen, und zwar im oberen Teil der Kolonne eine

Temperaturzone beispielsweise im Bereich von etwa 110° C bis 140° C und im unteren Teil der Kolonne beispielsweise im Bereich von 50°C bis 85°C.

Die Ausbildung von mindestens zwei Temperaturzonen in der Destillationskolonne (24) ist vorteilhaft, um sowohl Methanol, welches noch im Überschuß in dem umgeesterten Produkt gebunden sein kann, zu verdampfen, als auch um überschüssiges Wasser aus dem umgeesterten Reaktionspro- dukt abzuscheiden.

Gegebenenfalls werden der verdampfte Alkohol und das ver- dampfte Wasser jeweils in einem Behälter kondensiert, der Alkohol vom Wasser getrennt und Wasser und Alkohol dem Prozeß erneut zugeführt.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen der vorliegen- den Erfindung umfaßt die Anordnung (4) zur Trocknung und Feinreinigung ferner einen oder mehrere der Destilliervor- richtung (24) stromabwärts nachgeschaltete Separatoren (23) zur Abtrennung gegebenenfalls noch vorhandenen Glyce- rins und von Restspuren von Verunreinigungen.

Des weiteren kann die Anordnung (4) zur Trocken-und Fein- reinigung stromabwärts einen oder mehrere Filter (25) oder Membranfilter oder Siebfilter umfassen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung kann die Anordnung (4) zur Trocknung und/oder Feinreinigung zusätzlich einen Behälter (26) für das umgeesterte Reaktionsprodukt umfassen, welcher einer- seits mit der Destilliervorrichtung (24) mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht und andererseits eine oder mehrere Austrittsmöglichkeiten aufweist, welche mit der Anordnung (3) zur Waschung und/oder mit dem oder den

Schrägrohrreaktoren (5) oder mit dem oder den Rührkessel- reaktoren (12) in Verbindung stehen, um eine Justierung der gesamten Anlage insbesondere in der Anfahrphase zu er- möglichen.

Gegebenenfalls kann in dem Behälter (26) die Qualität des umgeesterten Endproduktes festgestellt werden.

Falls das in dem Behälter (26) vorliegende umgeesterte Produkt nicht die erwartete Qualität aufweist, kann dieses wieder in den entsprechenden Bereich des Prozesses rückge- führt werden (siehe Figur 4).

Diese Möglichkeit zur Rückführung ist vor allem für das Anfahren der Anlage vorteilhaft, da beim Anfahren der An- lage die technisch spezifischen Parameter erst einjustiert werden müssen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Umesterung von Fettsäure-Triglyceriden pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs mit 6 bis 24 Kohlenstoffato- men mit ein-oder mehrwertigen Alkoholen, insbesondere Al- kanolen, mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in Gegenwart eines Katalysators für eine Umesterungsreaktion und/oder einer Base.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Umesterungsreaktion vollständig oder teilweise in einem oder mehreren in Reihe oder paral- lel zueinander geschalteten Schrägrohrreaktoren (5) er- folgt, indem in jedem gemäß den obigen Ausführungen ausge- bildeten Schrägrohrreaktor (5) ein umzuesterndes Fettsäu- re-Triglycerid der allgemeinen Formel

worin R1 ein gesättigter, einfach oder mehrfach ungesättig- ter Fettsäurerest pflanzlichen oder tierischen Ursprungs ist mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen mit einem ein-oder mehrwertigen Alkohol (HO-R2), insbesondere mit einem Alka- nol, mit l bis 10 Kohlenstoffatomen in Gegenwart eines Ka- talysators für eine Umesterungsaktion und/oder einer''Ba'se -wie KOH oder eine NaOH-sowie gegebenenfalls in Gegenwart eines Beschleunigers wie Glycerin zur Reaktion gebracht wird.

Die Reaktionstemperatur liegt beispielsweise im Bereich von 25°C bis 70°C, vorzugsweise im Bereich von 30°C bis 60°C, insbesondere im Bereich von 40°C bis 55°C. Die Ume- sterung erfolgt vorzugsweise bei Umgebungsdruck oder bei einem etwas höheren Druck oder bei einem etwas niedrigerem Druck.

Die Strömungsgeschwindigkeit der durch das Einlaß- Schrägrohr (17) mit Verwirbelungseinrichtung (20) des Schrägrohreaktors (5) einströmenden Reaktionsmischung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 m pro Sekunde bis 0,8 m pro Sekunde, vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,5 m pro Sekunde, insbesondere im Bereich von 0,03 bis 0,4 m pro Sekunde.

Im einzelnen kann das erfindungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte umfassen : In der Regel erfolgt zunächst eine Anmischung eines Kata- lysators beispielsweise in einer oben beschriebenen Anord- nung (1) zur Katalysatoranmischung durch Vermischen eines Katalysators für eine Umesterungsreaktion und/oder einer Base (beispielsweise KOH oder NaOH), mit einem ein-oder mehrwertigen Alkohol (HO-R2), insbesondere einem Alkanol, mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, in einem Anmischreaktor (8), welcher gegebenenfalls in Form eines Rührkesselsreak- tors ausgebildet ist.

Vorzugsweise findet anschließend eine Vermischung der Ka- talysatoranmischung [Alkohol (HO-R2) und Katalysator./T3.'a- se] mit einem umzuesternden Fettsäure-Triglycerid [R1COO) 3- Triglycerid] in einer gegebenenfalls in Form eines Statik- mischers ausgebildeten Mischvorrichtung (9) statt.

Im Anschluß hieran kann zumindest eine teilweise Umsetzung (Umesterungsreaktion) des Alkohols (HO-R2) mit dem umzue- sternden Fettsäure-Triglycerid [(R1COO) 3-Triglycerid] in Gegenwart eines Katalysators und/oder einer Base und gege- benenfalls eines Beschleunigers (Glycerin) beispielsweise in einer oben näher beschriebenen Anlage (2) zur Umeste- rung gegebenenfalls mit einem oder mehreren Rührkesselre- aktoren (12) erfolgen.

Die Temperatur innerhalb eines solchen Rührkesselreaktors (12) liegt beispielsweise im Bereich von 25°C bis 70°C, vorzugsweise im Bereich von 30°C bis 60°C, insbesondere im Bereich von 40°C bis 55°C.

Die in dem Rührkesselreaktor (12) stattfindende Umeste- rungsreaktion wird vorzugsweise bei Umgebungsdruck oder bei einem Druck durchgeführt, der lediglich geringfügig höher oder niedriger als der Umgebungsdruck ist.

Anschließend an die zumindest teilweise Umesterung in dem Rührkesselreaktor (12) kann einstufig oder mehrstufig eine vollständige oder nahezu vollständige Umsetzung des Alko- hols (HO-R2) mit dem umzuesternden Fettsäure-Triglycerid [(R1COO) 3-Triglycerid] in Gegenwart eines Katalysators und/oder einer Base und gegebenenfalls eines Beschleuni- gers (Glycerin) in einer Anlage (2) zur Umesterung mit ei- nem oder mehreren der oben näher beschriebenen Schrägrohr- reaktoren (5) erfolgen.

Die Strömungsgeschwindigkeit der in den Schrägrohrreaktor (5) einströmenden Reaktionsmischung liegt im Einlaßbereich des Schrägrohrreaktors (5) beispielsweise im Bereich von 0,01 m pro Sekunde bis 0,8 m pro Sekunde, vorzugsweise im Bereich von 0,02 m pro Sekunde bis 0,5 m pro Sekunde, ins- besondere im Bereich von 0,03 m pro Sekunde bis 0,4 m pro Sekunde.

Die Temperatur innerhalb des Schrägrohrreaktors (5) liegt beispielsweise im Bereich von 25°C bis 70°C, vorzugsweise im Bereich von 30°C bis 60°C, insbesondere im Bereich von 40°C bis 55°C.

Innerhalb des Schrägrohrreaktors (5) entspricht der Druck beispielsweise im wesentlichen dem Umgebungsdruck oder ist lediglich geringfügig höher oder niedriger als dieser.

Im Anschluß an die im wesentlichen vollständige Umesterung (circa 99,0 bis 99,9 %) kann eine Auswaschung der Reakti- onsmischung und Abtrennung von Seifen und/oder Verunreini-

gungen und/oder Begleitstoffen und/oder von nicht umge- setztem Alkohol in einer oben näher beschriebenen Anord- nung (3) zur Auswaschung erfolgen.

Vorzugsweise umfaßt eine solche Anordnung (3) zur Auswa- schung einen oder mehrere Separatoren (23), die gegebenen- falls im Gegenstrom oder Gleichstrom wassergespült oder mit anderen flüssigen und/oder gasförmigen Medien gespült sind.

Im stromabwärtigen Anschluß hieran kann eine Trocknung und Feinreinigung der vollständig oder nahezu vollständig um- geesterten Reaktionsmischung in einer oben näher beschrie- benen Anlage (4) zur Trocknung und Feinreinigung erfolgen.

Eine solche Anlage (4) zur Trocknung und Feinreinigung kann beispielsweise eine Destilliervorrichtung (24) zur Abtrennung des in dem oder den Separatoren (23) zugesetz- ten Wassers oder des dort zugesetzten anderen flüssigen Mediums sowie von überschüssigem Alkohol (HO-R2) umfassen.

Zu dem gleichen Zwecke kann die Reaktionsmischung nach dem Durchlauf der Destillierkolonne (24) gegebenenfalls durch einen oder mehrere Separatoren (23) und gegebenenfalls durch ein oder mehrere stromabwärtige Filter (25) strömen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die erfindungsgemä- ße Vorrichtung die Umesterung von Fettsäure-Triglyceriden pflanzlichen und/oder tierischen Ursprungs mit ein-oder mehrwertigen Alkoholen auf effektive Art und Weise gestat- tet.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in einem beson- ders hohen Durchsatz :

Während für die Erzeugung einer Tonne Umesterungsprodukt (Biodiesel) die eingangs erwähnte Vorrichtung des Standes der Technik 3 bis 5 Stunden benötigt, reicht im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein sehr kurzer Zeitraum von nur 45 Minuten für die Produktion einer Tonne Umesterungs- produkt (Biodiesel) aus, welcher hier darüberhinaus in ei- ner hervorragenden Qualität und Reinheit (99,5 bis 99, 8 % Umesterung) anfällt, welche sogar mindestens dem gültigen Standard für"Biodiesel"gemäß der Deutschen Industrienorm DIN 51606 entspricht.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung so- wie des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den besonders niedrigen Reaktionstemperaturen im Bereich von 25°C bis 70°C zu sehen.

Für Heizzwecke ist daher hier gerade kein enormer Energie- aufwand erforderlich. Dies macht sich insbesondere hin- sichtlich der Betriebskosten vorteilhaft bemerkbar.

Von den Reaktionsbehältnissen geht auch keine ausgeprägte Verbrennungsgefahr aus. Dieser Umstand ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit am Arbeitsplatz vorteilhaft.

Auch die Tatsache, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen bei Umgebungsdruck arbeiten, ist unter sicherheitstechnischen Aspekten von überragendem Vorteil.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schließlich in dem besonders geringen konstruktiven Aufwand der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zu sehen, welcher seinen Nieder- schlag in günstigen Herstellungskosten findet.

Von besonderem Vorteil ist im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner, daß ihre Raumforderung dramatisch ge- ringer als die bei der Vorrichtung des Standes der Technik bekannte Raumforderung ist.