Die drei größten Probleme in der Biodieseldestillation

In der Praxis der Biodieseldestillation muss eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigt werden, um die Qualität des produzierten Biodiesel zu gewährleisten. Die Art und Qualität des Rohstoffes spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Welche Herausforderungen damit verbunden sind, erfahren Sie in einem kurzen Überblick.

1. Hoher Schwefelgehalt im Biodiesel

Für die Produktion von Biodiesel (Fettsäuremethylester = FAME) werden Pflanzenöle als auch Abfallprodukte wie Tallöl, Altspeiseöle, Spaltfettsäuren oder tierische Fette verwendet. Ein wesentlicher Nachteil insbesondere der Abfallstoffe besteht in deren hohen Schwefelanteil:

• FAME aus pflanzlichen Rohstoffen enthalten lediglich Schwefelgehalte zwischen 2 und 7 mg/kg.
• Bei tierischen Fetten und Altspeisefetten liegt der Schwefelgehalt bei bis zu 30 mg/kg.
• Vor allem Speisereste weisen zum Teil einen starken Eintrag an Schwefel auf, da in Lebensmitteln wie Eiern, Milchprodukten oder Geflügelkadavern viel Schwefel enthalten ist.

Im fertigen Biodiesel-Produkt ist der Schwefelgehalt gemäß EN 14214 mit maximal 10 ppm festgelegt. Speziell bei Multifeedanlagen, die verschiedenste Rohstoffe mit niedriger Qualität verarbeiten, reicht die Veresterung und Umesterung nicht aus, um normgerechten Biodiesel herzustellen. Schwefelbestandteile und andere Störstoffe wie Phosphor, unverseifbare Bestandteile oder Polyethylen müssen abgetrennt werden.

Biodiesel muss meist destillativ verbessert werden

Um die gewünschte Endqualität des Biodiesels zu erreichen, ist bei Verwendung von Ausgangsstoffen mit ungünstiger Rohstoffqualität die destillative Endreinigung des Methylesters mittels Vakuumdestillation notwendig. Der undestillierte Biodiesel wird verdampft und von den schwersiedenden Verunreinigungen befreit. Hierdurch wird eine signifikante Reduktion des Schwefelgehalts und die Einhaltung der EN14214 erzielt.

Anpassung der Destillationsbedingungen erforderlich

Höhere Schwefelgehalte machen es zudem erforderlich, die Biodieseldestillation durch Variieren der Destillationsbedingungen individuell anzupassen. Leichtflüchtige Schwefelverbindungen (Mercaptane) könnten das Vakuumsystem rasch an seine Grenzen bringen, wenn diese im Saugstrom nicht entsprechend berücksichtigt sind. Die Biodieseldestillation muss folglich - je nach Schwefelgehalt - mit weniger Last bzw. größerer Rückstandsrate gefahren werden, wodurch der Durchsatz und die Ausbeute entsprechend geringer ausfällt.

Die Reduktion des Schwefelgehaltes in Biodiesel erfordert eine destillative Reinigung im Vakuum und die stetige Anpassung der Destillationsbedingungen. 

2. Unterschiedliche Rohstoffe und Qualität des Grundfeed

Eine der größten Herausforderungen in der Biodieseldestillation ist die unsichere Standardisierung in Abhängigkeit von der Liquidquelle. Da die Zusammensetzung der bereitgestellten Grundstoffe variiert, treten teilweise erhebliche Qualitätsunterschiede auf.

Im Vergleich zu getrennt erfassten Altspeiseölen weisen etwa Altspeisefette und -öle aus Fettabscheidern eine deutlich schlechtere Qualität auf. Meist sind auch die Eigenschaften von „gleichen Produkten“ unterschiedlicher Herkunft verschieden.

Der Anlagenbetreiber muss die Grundstoffzusammensetzung im Betrieb entsprechend berücksichtigen und durch ständige Anpassungen der Anlagenparameter ausgleichen.
Für viele Produkte ist es zudem erforderlich, die optimalen Betriebsparameter für den Eindampfprozess durch Versuchsreihen zu bestimmen.

Ein wesentlicher Faktor für die Auslegung von Verdampfern im Rahmen der Biodieseldestillation ist beispielsweise die Viskosität der verarbeiteten Materialien. Je viskoser das Produkt, desto geringer fällt die Beschickung, also der Durchsatz, aus. Der Grund hierfür liegt in der längeren Verweildauer des Produkts, um in einen Zustand niedrigerer Viskosität umgewandelt zu werden. Dies erfolgt durch Vorwärmen im Verdampfer oder geeignete Wärmetauscher mittels Abwärmerückgewinnung, bevor der Verdampfungsprozess gestartet wird.

3. Höhere Komplexität von Anlagen zur Biodieseldestillation

Die Zusammensetzung der Grundstoffe macht es in manchen Fällen erforderlich, die Biodieselanlage als Ganzes komplexer zu gestalten und mehrere Verdampfer hintereinander zu schalten. Insbesondere qualitativ minderwertige Rohstoffe und Vielstoffgemische wie Tallöl stellen hohe Anforderungen an das Design der Anlage.

So könnte zum Beispiel in einer ersten Trennstufe, wenn die Viskosität noch sehr niedrig ist, ein Fallfilmverdampfer für die Abtrennung wässriger Substanzen herangezogen werden. Erst wenn das Gemisch eine höhere Viskosität erreicht oder die Abdampfung aufgrund von Temperaturempfindlichkeit oder anderen Faktoren nicht mehr durchführbar ist, kommen in der zweiten Stufe die gewischten Flächen des Dünnschicht- oder Kurzwegverdampfers zum Einsatz.

Die Anzahl der erforderlichen Trennapparate in der Gesamtanlage sollte optimalerweise durch umfassende Versuchsreihen identifiziert werden. Im hauseigenen Technikum decken wir den gesamten Bereich der Verdampfungs- und Destillationstechnik ab und ermitteln durch die Vielzahl an Apparaten die optimale Anlagenkonfiguration. Unterschiedlichste Abläufe und Verfahren können dort nachgebildet und optimiert werden, um die bestmögliche Lösung für die Biodieseldestillation im Rahmen der vorgegebenen Bedingungen zu erarbeiten.

Im hauseigenen Technikum können Verfahren zur Biodieseldestillation und Grundstoffe umfassend getestet werden. © GIG Karasek

Kundenspezifische Versuche im Technikum

Im Technikum von GIG Karasek werden sämtliche Versuchsprozesse von Spezialisten betreut. Vor Versuchsbeginn erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Kunden eine detaillierte Planung, wonach das Verfahren im Labor- und/oder Pilotmaßstab simuliert wird. Dabei werden die für das Scale-up erforderlichen Daten ermittelt. Mit den in langjähriger Erfahrung entwickelten Methoden können Operationen durchgeführt werden, die den Scale-up-Faktor 2000 übersteigen.

Weiters bieten wir Kunden, Interessenten und Geschäftspartnern an, Versuche mit eigenem Produktmaterial durchzuführen. Betreiber bestehender Anlagen haben hier die Möglichkeit, neue Grundstoffe in kostengünstigen Labor- und Pilotversuchen umfassenden Tests zu unterziehen, anstatt diese auf ihrer teuren Großanlage zu testen.

Nach Abschluss der Versuchsreihen erhält der Kunde im Normalfall 30 bis 40 Proben zur weiteren Analyse, einschließlich des Technikum-Reports mit allen relevanten Testdaten (Temperatur, Druck, Durchsatz, Energieverbrauch). Auf Basis der Versuchsprotokolle hat der Anlagenbetreiber eine fundierte Grundlage zur optimalen Einstellung des Verdampfers für den jeweiligen Grundstoff.

Fazit: Individuelle Lösungen für Biodieseldestillation

Die rohstoffspezifischen Herausforderungen im Rahmen der Errichtung und des Betriebs einer Biodieseldestillation sind von Unternehmen zu Unternehmen verschieden. Standardanwendungen machen demzufolge keinen Sinn. Je nach Art und Qualität des Rohstoffes kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, die auf die Bedürfnisse des Anlagenbetreibers optimal ausgerichtet sind. Die umfangreiche Testinfrastruktur des GIG Karasek Technikum bietet die entscheidende Basis für die Entwicklung einzelner Apparate oder kompletter Anlagen bis hin zur Optimierung von Betriebsdaten bestehender Destillationsanlagen.