Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Biomethanoldiesel zu entwickeln, das unabhängig vom Produktionsvolumen minimale Investitionen bei der Apparatetechnik erfordert, in Kleinstanlagen schon ab einem Produktionsvolumen von 0,05 kt/a wirtschaftlich durchführbar und einfach handhabbar ist. Außerdem sollen bei dem Prozess wertvolle Ingredenzien der eingesetzten Ölsaaten so abtrennbar sein, dass sie einer späteren Verwertung zugänglich gemacht werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Die folgenden Ansprüche 2 bis 4 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens.

Durch den Einsatz der Mikroreaktortechnik erfolgt eine Entkopplung zwischen dem installierten Apparatevolumen und dem geplanten Produktionsvolumen. Die hergestellte Menge Biodiesel ist bei Einsatz der Mikroreaktortechnik nur noch von der eingesetzten Durchflussleistung der Pumpen und den Betriebsstunden abhängig. Zum anderen wird eine bisher nicht praktizierte Verfahrenstechnologie vorgeschlagen. Nicht die Produkte Biodiesel und Rohglycerin werden Waschungen unterworfen, sondern das Rohprodukt Rapsöl wird vor der Umesterung einer Methanolwäsche unterzogen. Die technische Begründung für die erfindungsgemäße Umstellung der Verfahrensstufen ergibt sich aus folgendem Reaktionsablauf: Hauptreaktion des Verfahrens

Die Menge der Phasen vermittelnden Stoffe zwischen der im Hauptprozess nach Gl. 1 sich bildenden hydrophoben Biodieselphase einerseits und hydrophilen Glycerinphase andererseits sollte minimal klein gehalten werden.

Mit dieser Forderung minimiert man zugleich den Umfang von Nebenprodukten aus den unerwünschten Konkurrenzreaktionen gem. Gl. 2-4, bzw. Folgereaktionen, wie sie sich in den Gl. 5 und 6 darstellen:

Die Katalysatorherstellung erfolgt unter Wasserentzug nach folgenden Reaktionen:

Zu den Phasenvermittlern gehören sowohl die im Rapsölrohstoff vorhandenen als auch die gemäß Gl. 6 als Folgereaktion im Prozessverlauf sich bildenden freien Fettsäuren. Ferner muss man das in den Prozess eingeschleppte Wasser sowohl aus dem Rapsöl als auch aus dem Katalysatorprozess gemäß Gl. 7 und die sich daraus in den unerwünschten Nebenreaktionen bildenden Seifen oder freien Fettsäuren gemäß Gl. 2-6 als Ursache zur Bildung von Phasenvermittlern ansehen. Deshalb wird das bei der Katalysatorherstellung gebildete Wasser in einem an sich bekannten, aber in technischen Biodieselprozessen bisher nicht angewendeten Trocknungsprozess mit Calciumcarbid oder Calciumoxid unter Bildung von Calciumhydroxid beseitigt. Durch den dem Umesterungsprozess vorgeschalteten Waschprozess werden hydrophile Stoffe wie Phospholipide und freie Fettsäuren aus dem Rapsöl entfernt. Damit reduziert sich zugleich der Katalysatoreinsatz auf ein Minimum. Optimal für den Umsatz, die Glycerinreinheit und den Kaliumgehalt in der Biodieselphase scheint eine Katalysatormenge von g(KOH)/kg Öl = 2,5 + SZ zu sein. Schließlich wird durch minimale Verweilzeiten infolge Mikroreaktorfahrweise die Wahrscheinlichkeit für die Folgereaktionen gemäß Gl. 5-6 reduziert. Tabelle 1 Leistungsparameter bei 1-stufiger Fahrweise

Überraschenderweise ist die Auswaschung der dispergierend wirkenden Verunreinigungen in der Vorwaschstufe so hoch, dass in Verbindung mit dem Einsatz eines wasserfreien Methanol/Katalysatorgemisches die Seifenstockbildung stark unterdrückt wird. Es werden bei einstufiger Umsetzung lediglich 3,2-3,8 ppm Kalium im Biodiesel nachgewiesen (Tab. 1, Fahrt 13/02 und A4 in Zeile 2 und 3). Das heißt, das Waschen des Finalproduktes Biodiesel kann entfallen oder reduziert sich im Routinebetrieb auf eine Wäsche mit Wasser, da die DIN 51 606-Norm Kalium-Werte bis zu 5 ppm gestattet. Damit verbunden tritt auch eine Spontantrennung des gebildeten Biodiesel-Glycerin-Gemisches auf. Durch den Wegfall bzw. die Vereinfachung der Produktwäschen verringert sich der Verfahrensaufwand, sowohl was die Installation einer entsprechenden Apparatetechnik als auch die Vereinfachung der Verfahrenstechnologie anbetrifft, erheblich. Außerdem sinkt der Bedienungsaufwand. Biodiesel wird ungewaschen mit einem Kaliumgehalt von ca. 20 ppm und darunter, Rohglycerin mit einem Glyceringehalt von ca. 80% erzeugt. Bedingt durch den Wegfall der Aufarbeitungsstufen für die Biodieselphase eignet sich das Verfahren zur bevorzugten Anwendung im ländlichen Raum für die dezentrale Verarbeitung von kleinen Ölmengen M im Bereich von 0,050 < M < 1 kt/a.

Verringert man den Katalysatoreinsatz unter 3 g/kg Rapsöl, tritt bei nur unwesentlicher Absenkung des Umsatzes eine wesentliche Erhöhung der Glycerinreinheit von sonst üblicherweise ca. 50% auf ca. 80-90% ohne Einsatz einer physikalischen oder chemischen Nachreinigung auf (Tab. 1, Spalte 8). Ein weiterer positiver Effekt ist, dass überraschender Weise der Umsetzungsgrad in vorgewaschenen Ölen unabhängig von der eingesetzten Katalysatormenge ist. Wie die Beispiele in Zeile 6 und 7 der Tabelle 1 zeigen, erhält man etwa den gleichen Umsetzungsgrad auch bei 3 bis 4-fach niedrigerem Katalysatoreinsatz. Erst bei KOH-Mengen unter 2,6 g/kg Öl ist ein merklicher Umsatzabfall zu beobachten (Tab. 1 Fahrt A1/02 in Zeile 10). Mithin kann man mit der angegeben Verfahrenstechnologie Katalysator einsparen.

Ein weiterer überraschend positiver Einfluss der Waschung wirkt sich auf die Katalysatorpräparation aus. Für Öle mit Säurezahlen SZ ≤ 0,1 bringt ein wasserfreier Katalysator keinen wesentlichen positiven Effekt mehr (Tab. 1 Fahrten A27/02 und A27a/02 in Zeile 12 und 13). Er ist dagegen jedoch bei Ölen mit Säurezahlen um SZ = 1,4 deutlich am Umsatz und an der Viskosität nachweisbar (Tab. 1, Fahrten A11/02 und A24 in Zeile 8 und 9).

Setzt man zur Unterstützung der Phasentrennung sowohl bei den Waschungen als auch bei der Umesterung Koaleszenzhilfen, wie z. B. feinmaschige Edelstahldrahtnetze oder Glasvlies ein, lässt sich die Ausbeute pro Zeiteinheit deutlich erhöhen.

Schließlich hat sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemäßen Prozess die wertvollen Ingredenzien der Ölpflanze, wie z. B. das α- und δ-Tocopherol, sich in der Methanolphase in einer Weise anreichern, dass sie problemlos ausgewaschen werden können.

Aus all diesen Befunden ergibt sich für die technische Durchführung des Biodieselprozesses in Kleinstanlagen folgende Strategie. Das gewaschene Öl wird in einer 2-stufigen Anlage mit einer KOH-Menge von g(KOH) = 2,5 + SZ in 180 g Methanol pro 1 kg Öl umgesetzt. Der Katalysator muss für Säurezahlen SZ ≤ 0,1 nicht notwendiger Weise vorgetrocknet werden (Tab. 1 schraffierte Zeile). Die Vorwaschstufe kann dieser Umesterungsanlage vorgeschaltet werden. Alternativ dazu kann die Umesterungsanlage selbst auch zur Vorwaschung eingesetzt werden.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Gerätemodul zur Waschung bzw. Umesterung.

Die technische Durchführung der Waschung bzw. Umesterung kann in einem mehrstufigen Gerätemodul gem. Fig. 1 nach folgendem Schema erfolgen:

In einen Statikmischer 1 werden die Eingangsstoffe a und b eingegeben. Das entstandene Gemisch passiert einen Nachrekator 2 und einen Koaleszenzfilter 3.

Die Endprodukte c und d werden aus einem Absetzer 4 abgezogen.

Aus dem obigen Schema ist die Vielfältigkeit der Variationsmöglichkeiten sowohl der Eingangsstoffe a und b als auch der unterschiedlichen Prozesse in ein und demselben Gerätemodul ersichtlich.