Effektive Anlagen für die Produktion von Biodiesel

Nach den Zahlen des zuständigen Branchenverbandes wurden in Deutschland im Jahr 2014 etwa 3 Mio. t Biodiesel produziert. Dies entspricht einem Anteil von ca. 6 % am deutschen Dieselkraftstoffmarkt. Glencore Magdeburg investierte im Jahr 2012 rund 70 Mio. Euro in eine Betriebserweiterung und gehört seither mit einer Produktionsmenge von über 250 000 Jahrestonnen Biodiesel zu den größten Produzenten hierzulande. Am Standort in Magdeburg verarbeitet das Unternehmen täglich rund 2000 Tonnen Raps. Dies entspricht einer Jahreskapazität von über 700 000 t. Aus dem Raps wird unter anderem Öl gewonnen, aus dem auch der Biodiesel hergestellt wird. Dazu erläutert der technische Leiter Veit Osterburg: „Das Thema Nachhaltigkeit ist uns sehr wichtig. Wir glauben an Kraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen und haben in den Ausbau unserer Fertigungskapazitäten investiert. Deutschland ist hier Vorreiter.“ Der Herstellungsprozess für Biodiesel läuft im Wesentlichen wie folgt ab: Rapssamen werden in einer Ölmühle zermahlen und gepresst. Dabei entsteht außer Rapsöl auch Rapskuchen, der als Tierfutter verkauft wird. In der folgenden Umesterung wird das Rapsöl zu Biodiesel weiterverarbeitet. Das abgespaltene Rohglycerin wird zu Pharmaglycerin destilliert und in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet.

Ein wesentlicher Prozessschritt auf dem Weg vom Rapsöl zum Biodiesel ist die chemische Umesterung. An diesem Punkt werden etwa 10 % Methanol und Katalysatoren zum Pflanzenöl zugegeben, um die Viskosität des Produktes zu verringern. Außerdem wird so die Beschaffenheit des Rapsöls an die herkömmlicher Dieselkraftstoffe angeglichen. Als Katalysatoren werden zumeist Kalium- oder Natriumhydroxidsalze verwendet. Werden diese mit Wasser vermischt, bilden sie Laugen, die dann wiederum über eine Elektrolyse in Fettsäuren und Glycerin aufgespalten werden. Die Fettsäuren reagieren mit dem Methanol, das Glycerin wird abgetrennt. Abschließend wird der Katalysator durch Zugabe von anorganischen Säuren in schwer lösliche Salze überführt und wieder separiert.

Da die in der Biodieselherstellung eingesetzten Fördermedien häufig sehr aggressiv sind, ist eine hermetische Pumpenabdichtung notwendig, um ungewollte Produktionsstillstände durch Leckagen beziehungsweise Produktaustritt bestmöglich zu verhindern. Selbst Elastomere aus Kalrez oder aus PTFE-Kalrez sind in diesen Fällen nicht ausreichend beständig. In der Folge dringt Biodiesel in den Sperrraum der Gleitringdichtung ein und damit auch in den Behälter für das Sperrmedium. Dieses verbindet sich dann nach und nach mit dem Biodiesel zu einer pastösen Masse, sodass das Sperrmedium nicht mehr zirkulieren kann. Um die Effizienz der Anlage weiter zu erhöhen, sollen die Produktionszyklen so lang wie möglich ausgedehnt werden.

Zur Herstellung von Multiphasengemischen hat Fristam Shearpumps im Programm, die seit langem sehr erfolgreich zur Einarbeitung von Pulver in Flüssigkeiten im Einsatz sind. Dies gilt sowohl für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie als auch in der Biodieselproduktion. Die Konstruktion dieser Rotationshomogenisatoren basiert auf der bewährten Kreiselpumpenbaureihe FP. Anstelle eines offenen Laufrades besitzen Shearpumps eine Kombination aus ineinander zahnendem Rotor und Stator.

Um die Mischwirkung zu erzeugen, werden inhomogene Medien mit sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 38 m/s durch Scherspalte von nur 0,5 mm gezogen. Aufgrund der besonderen Rahmenbedingungen in der industriellen Biodieselherstellung, vor allem Ex-Schutz-Anforderungen und Fördern bzw. Homogenisieren aggressiver Medien, hat Fristam die Shearpumps für Glencore in Magdeburg mit einer Magnetkupplung ausgerüstet und komplett auf rotierende Dichtungssysteme verzichtet. Der Produktraum ist mithilfe eines Spalttopfes hermetisch gegen die Umgebung abgedichtet und die Mischeinheit im Pumpenkopf berührungs- und schlupflos über die Magnetkupplung mit der Antriebseinheit verbunden. Eine nicht nur sichere, sondern auch effiziente Art der Konstruktion. „Wir setzen die Shearpumps in der Umesterung zur Einarbeitung von anorganischen Säuren in die Katalysatorprodukte ein und haben beste Erfahrungen sowohl mit den Standzeiten als auch mit der Leistungsfähigkeit gemacht“, ist Veit Osterburg von der Richtigkeit der Entscheidung pro Fristam überzeugt. „Die alternative Lösung mit GLRD in Verbindung mit einem Sperrdrucksystem und der entsprechenden MSR-Technik wäre riskant und erheblich teurer.“

Die Shearpumps produzieren absolut homogene Endprodukte und untrennbare Emulsionen. Sie verhindern die Entstehung von Agglomeraten oder Verklumpungen und liefern konstante, reproduzierbare Ergebnisse. Durch die Zwangsführung des Produktes durch die Rotor-Stator-Einheit ist sichergestellt, dass die gesamte Charge homogenisiert wird. Im Vergleich zum konventionellen Lösen von Stoffen in großen Tanks oder Kesseln wird durch den Einsatz der FSM eine signifikante Zeitersparnis erzielt. Durch den Einsatz eines Frequenzumformers lassen sich Konsistenz und Textur der gescherten Produkte gezielt variieren. Fünf Baugrößen mit Scherraten von bis zu 125 000 1/s stehen zur Verfügung. Veit Osterburg resümiert: „Das Komplettpaket aus hervorragender Technik, anwendungsspezifischer Auslegung und intensiver Zusammenarbeit hat uns veranlasst, drei weitere Shearpumps zur Installation im Sommer 2015 zu ordern.“

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