Zeitschrift für fortgeschrittene Chemieingenieurwesen

Abstrakt

Messung des Phasengleichgewichts des n-Butan/Wasser/n-Butanol-Systems zur Entwicklung eines energiesparenden Biobutanol-Extraktionsprozesses

Hiroshi Machida, Akio Watanabe und Hirotoshi Horizoe

Die Verwendung von Biobutanol als Alternativkraftstoff bietet im Vergleich zu Bioethanol zahlreiche Vorteile, wie einen hohen Heizwert, eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme und geringe Korrosion, obwohl Biobutanol aufgrund seiner geringen Anfangskonzentration (ca. 1–3 Gew.-%) viel Dehydratisierungsenergie benötigt. Um ein energiesparendes Dehydratisierungsverfahren durch Extraktion leichter Kohlenwasserstoffe zu entwickeln, wurde Butan als geeignetes Lösungsmittel ausgewählt, da es Eigenschaften wie keinen azeotropen Punkt oder eine hohe Butanollöslichkeit aufweist. Die Phasengleichgewichtsdaten eines n-Butan/Wasser/n-Butanol-Systems wurden mithilfe eines Geräts für Hochdruck-Phasengleichgewichtsmessungen bestimmt und die Parameter des NRTL-Modells wurden regressiert. Das vorgeschlagene Verfahren zur Butanolt-Dehydratisierung besteht aus einer Extraktionskolonne und einer Destillationskolonne. In der Extraktionskolonne wird Butanol auf 90 % konzentriert, anschließend werden Butan und Butanol in der Destillationskolonne getrennt. Zur Wärmerückgewinnung wurde ein Dampfkompressionssystem eingeführt. Wasserfreies Butanol wird aus dem Boden der Destillationskolonne gewonnen. Der Energieverbrauch eines Biobutanol-Dehydratationsprozesses wurde mithilfe des entwickelten Modells ausgewertet und zeigt 5 MJ/kg Biobutanol von der anfänglichen n-Butanol-Konzentration von 2 Gew.-% bis zur endgültigen Rückgewinnung von 99,9 Gew.-% Biobutanol.