Reaktive Destillation für die Biodieselherstellung

Reaktive Destillation für die Biodieselherstellung

Reaktivdestillation (RD) ist eine chemische Einheit, bei der chemische Reaktionen und Produkttrennungen gleichzeitig in einer Einheit stattfinden. Es ist eine effektive Alternative zur klassischen Kombination von Reaktor und Trenneinheiten.

Reaktive Destillation ist ein üblicher chemischer Prozess in Situationen, in denen sich die Reaktion leicht umkehren kann. Die RD-Technik entfernt die Reaktionsprodukte aus der Reaktionszone, verhindert dadurch eine Umkehrung der Reaktion und verbessert die Gesamtumwandlungsrate.

Ein RD-System besteht aus zahlreichen Kammern mit Öffnungen von einer zur nächsten. Die Zutaten werden in die erste Kammer gegeben, und wenn die Mischung in jede aufeinanderfolgende Kammer eintritt, schreitet die Reaktion voran, so dass durch die letzte Kammer die Reaktion abgeschlossen ist. Für RD-Anwendungen können sowohl gepackte Säulen als auch Traysäulen verwendet werden. Für homogene Reaktionssysteme werden jedoch Bodensäulen wegen des größeren Flüssigkeitsaufhaltens und der relativ längeren Verweilzeit bevorzugt.

Reaktive Destillationssysteme wurden bei der Biodieselproduktion nicht kommerziell verwendet, da RD tendenziell ein komplexer Prozess ist. Die Komplexität ist jedoch bei der Biodieselproduktion aus verschiedenen Gründen etwas geringer. Der Unterschied zwischen den Siedetemperaturen von Methanol und Fettsäureestern (Biodiesel) ist so groß, dass die Trennung dieser beiden Ströme sehr leicht wird. Da die Umesterungsreaktion nur in der flüssigen Phase stattfindet, wird die Reaktionszeit dann durch den gesamten Flüssigkeitsstau und die Zuführrate der Reaktanten festgelegt.

Laut einer Untersuchung, die an der University of Idaho vom National Institute of Advanced Transportation Technologies (NIATT) (He et al., 2005, 2006, 2007) durchgeführt wurde, zeigte das RD-Reaktorsystem drei wesentliche Vorteile gegenüber der Charge und dem herkömmlichen kontinuierlichen Fluss Verfahren: 1) kürzere Reaktionszeit (10 bis 15 min) und höhere Produktivität der Einheit (7 bis 9 Gallonen pro Gallonen Reaktorvolumen pro Stunde), was in kommerziellen Produktionseinheiten sehr wünschenswert ist; 2) viel geringerer Alkoholüberschuss (ca. 3,5: 1 molar), wodurch der Aufwand für die nachgeschaltete Alkoholrückgewinnung und die Betriebskosten erheblich reduziert wird; und 3) geringere Kapitalkosten aufgrund seiner geringeren Größe und des geringeren Bedarfs an Ausrüstung zur Alkoholrückgewinnung.