Glycerin-tertiär-butylether als Kraftstoffzusatz - Verfahrensentwicklung und Basic Design für Miniplant und technischen Massstab
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Beschreibung
Die Produkte der katalystischen Veretherung des nachwachsenden Rohstoffs Glycerin mit Isobuten werden in der Literatur aufgrund ihres hohen Sauerstoffgehaltes und der starken Verzweigung als Treibstoffadditive mit großem Potential beschrieben. Im Gegensatz zu den bislang bekannten Katalysatoren wurde in der vorliegenden Arbeit Schwefelsäure als preisgünstiger und hoch effektiver Katalysator eingesetzt, mit dem Selektivitäten zu den Glycerinethern von über 98 % erzielt werden können. Im Vergleich zu den besten bislang bekannten Ergebnissen konnte bei einer Halbierung der Reaktionzeit auf etwa eine Stunde durch die Optimierung der Reaktionsbedingungen die Ausbeute an höheren Ethern auf 70 % nahezu verdoppelt werden.
Aus der Untersuchung der Reaktionskinetik und der Trenneigenschaften des Reaktionsproduktes folgte das Konzept für eine Miniplant einschließlich vollständiger Produktaufreinigung, das in einer kontinuierlich betriebenen Versuchsanlage validiert werden konnte. Durch Gegenstromverteilung des Reaktionsproduktes mit dem Edukt Glycerin und Cyclohexan als Hilfsstoff war es möglich, die eher polaren einfach substituierten Glycerinether abzutrennen und in die Reaktion zurück zu führen. Ein Langzeitversuch ergab Trenngrade der Monoether bis 65 %, nicht umgesetztes Glycerin und der Katalysator wurden bereits in einer Trennstufe vollständig zurückgeführt. Der von Katalysator befreite Strom konnte anschließend ohne Gefahr der Rückreaktion der gewünschten Produkte thermisch weiter aufgereinigt werden.
Für eine technische Realisierung bieten sich verschiedene Methoden der Prozessintegration an, darunter die Kopplung an eine Biodieselfabrik, der Einsatz im Downstreamprocessing eines Steamcrackers mit Raffinat I als Rohstoff oder die Integration in die Prozessschritte einer Kraftstoffraffinerie analog zur MTBE-Synthese mit dem C4-Strom des Fluid Catalytic Cracking. Für alle drei Varianten ergab eine Prozesssimulation stabile Betriebspunkte mit Umsätzen, wie sie die techisch etablierten Verfahren erreichen. Die Investitionskosten für eine Anlage mit einer Kapazität von 36.000 t/a betragen etwa 15 Mio. Euro, der Produktpreis liegt bei etwa 800 Euro/t. bei der Verwendung von reinem Isobuten und 590 Euro/t mit Raffinat I als Edukt.
Autor*in
Alexander Kleyensteiber