RS51236B

RS51236B - Postupak proizvodnje bioetanola i istovremene proizvodnje energije počev od skrobnog biljnog materijala

Info

Publication number: RS51236B
Application number: RSP-2010/0085A
Authority: RS
Inventors: John Mahler
Original assignee: John Mahler
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2010-12-31
Also published as: FR2903119A1; EP2035568A1; ZA200809122B; AU2007271177A1; WO2008003692A1; MX2008014802A; FR2903119B1; BRPI0713890B1; EA200870523A1; CN101479388A; ATE452200T1; ES2337418T3; PL2035568T3; DE602007003838D1; EA014457B1; CA2653059A1; US20120181161A1; EP2035568B1

Abstract

Postupak za proizvodnju bioetanola i istovremenu proizvodnju energije počev odškrobnog biljnog materijala (MPV),naznačen time, što sadrži bar sledeće sukcesivne faze koje se sastoje od:-A)-B) dobijanja fermentisane smeše (MF) od celokupnog početnog biljnogmaterijala (MPV);C1) razdvajanja, filtriranjem i presovanjem, tečne faze (PL) i čvrste faze (PS) fermentisane smeše (MF); tako što je težinski udeo suve materije date čvrste faze (PS) između oko 40% i oko 45%;D) destilovanja, bar delimičnog, date tečne faze (PL) date fermentisane smeše ' (MF), da bi se dobio etanol i laka komina (VL);E1) proizvodnje, korišćenjem ukupne date lake komine (VL), gasovitog metana (F1) koji predstavlja primarno gorivo u paralelnoj proizvodnji energije;i time, što pre navedene faze razdvajanja C1) postupak obuhvata i:- jednu fazu u kojoj se pH date fermentisane smeše (FM) povećava i dovodi do vrednosti između oko 5,5 i oko 6,5;i jedne faze u kojoj se datoj fermentisanoj smeši (MF) dodaje pomoćnosredstvo, adjuvans za filtriranje (ADJ).Prijava sadrži još 9 patentnih zahteva.

Description

TEHNIČKA OBLAST PRONALASKA

[0001]U ovom pronalasku radi se o postupku za dobijanje bioetanola i o istovremenoj proizvodnji energije, počev od škrobnog biljnog materjala.

[0002]Ovaj pronalazak ima naročito za cilj da proizvede, na industrijskoj skali, bioetanol od škrobnih biljaka, uz istovremeno stvaranje ili proizvodnju energije koristeći biomasu biljaka, na primer, za proizvodnju bioetanola počev od šećerne trske , koja koristi vlakna biljke.

[0003]Ovaj postupak se može koristiti ne samo u novim destilerijama bioetanola, već i u postojećim destilerijama uz prilagođavanje postojećih instalacija.

[0004]Među različitim postupcima za proizvodnju bioetanola od biljnog materijala, razlikuju se tri grupe: a) izvori sa dosta šećera, kao što su šećerna repa, slatke stabljike, kao što je šećerna trska ili sirak, voće; b) škrobni izvori, kao što su zrna kukuruza ili pšenice i c) izvori lignoceluloze.

STANJE TEHNIKE

[0005]Zavisno od početnog biljnog materijala, postupak za proizvodnju bioetanola obuhvata, uglavnom, tri velike glavne grupe koje se obavljaju jedna za drugom A) dobijanje biljnog soka, zatim B) fermentacija biljnog soka da bi se dobio prevreli sok, zatim D) destilovanje prevrelog soka da bi se dobio bioetanol.

[0006]Uz ove tri velike grupe operacija može se dodati i četvrta opšta grupa radnji E) koje se sastoje od različitih tretmana bočnih proizvoda nastalih u svakoj od ove tri glavne grupe operacija.

[0007] Skup operacija A) dobijanja biljnog ekstrakta od koga će se dobiti kaša ili sok koji sadrže početni biljni materijal pogodan za fermentaciju, što će reći vodeni rastvor šećera koji se mogu fermentisati pomoću kvasaca, ima za cilj dobijanje najveće koncentracije, što bi smanjilo obim opreme potrebne za dobijanje biljnog soka i izvođenje sledećih operacija, uzimajući u obzir ograničenja zbog eventualnog nastajanja inhibitora fermentacije.

[0008]U slučaju proizvodnje počev od izvora sa saharozom, specifična faza dobijanja biljnog soka sastoji se u ekstrakciji saharoze, na primer, presovanjem ili ispiranjem toplom vodom pomoću poznatih tehnika koje omogućuju neposredno dobijanje soka koji lako fermentiše.

[0009]U slučaju proizvodnje počev od izvora sa škrobom, generalno je potrebno prvo transformisati zrnevlje u rastvorljiv i fermentabilan šećer, na primer, tehnikama transformacije škroba, koje su, na primer, poznate u fabrikama škroba, ili tehnikama zvanim "kiseli put".

[0010]Fermentacija B) je zasnovana na aktivnosti mikroorganizama, čiji metabolizam vrenja dovodi do nepotpune oksidacije u etanol i CO2.

[0011]Operacione performanse fermentacije su uglavnom zavisne od upotrebljenog mikroorganizma (ili upotrebljenih mikroorganizama), medij uma u kome mikroorganizam deluje i primenjenog procesa. Prinos alkohola, ili etanola, zavisi od kontrole pojedinih parametara.

[0012]Za dobijanje bioetanola u industriji, uglavnom se koriste kvasci.

[0013]Sastav medij uma u kome se gaji kultura, počev od biljnog soka, ima uglavnom za cilj da pruži upotrebljenom mikroorganizmu optimalne uslove za njegov metabolizam i proizvodnju koja se od njega zahteva.

[0014]Primenjene tehnologije fermentacije su različite i poznate, i napredak u oblasti fermentacije ima uglavnom za cilj da poboljša opštu isplativost što se tiče produktivnosti, prinosa transformacije, probajući kvasce, specifične enzime itd.

[0015]Da bi se dobila fermentisana smeša (MF) počev od biljnog materijala (MPV) faze ili operacije A) i B) mogu se pregrupisati i/ili zameniti drugim metodama proizvodnje fermentisane smeše (MF).

[0016]I primenjene tehnike destilacije D) su u potpunosti poznate, na primer, one koje se koriste u destilaciji alkoholnih rastvora, i one se međusobno razlikuju samo po šemi destilacije i optimizacije energetskog bilansa u vezi sa energetskim potrebama svake operacije.

[0017]Treba ipak napomenuti da je cena destilacije neposredno vezana za sadržaj alkohola, kvalitet destilovanog proizvoda, potrošnju energije i da su, dakle, potrebni stalni napori da bi se raspolagalo fermentisanom smešom sa visokim sadržajem etanola.

[0018]Različite operacije E) tretiranja bočnih proizvoda koji nastaju u tri glavne grupe opisanih operacija imaju važan uticaj što se tiče ekonomičnosti različitih postupaka za proizvodnju bioetanola, kao i za aspekte zaštite životne sredine.

[0019]Kakvi god da su izvori korišćenog početnog biljnog materijala, svi postupci se završavaju dobijanjem, kao nus proizvoda, CO2i biomase.

[0020]U slučaju postupka gde se polazi od proizvoda sa šećerom, na primer, šećerne trske ili šećerne repe, glukoza koja se nalazi u biljci, a koja se dobija mrvljenjem, ili presovajem, ili ispiranjem toplom vodom, se može odmah fermentisati, a komine nastale posle fermentacije bogate su organskim materijama (±80%) i mineralnim materijama (±20%) koje predstavljaju problem da se uklone.

[0021]U slučaju šećerne trske, vlakna koja čine biomasu koja ostaje u mlinovima posle ekstrakcije slatkog soka, mogu se sagoreti da bi se dobila i energija i to sagorevanje pokriva potrebe za toplotom i električnom strujom proizvodnih jedinica bioetanola, zbog kalorične moći ovog tipa biomase.

[0022]U slučaju postupka gde se polazi od škrobnih izvora, škrob koji se nalaz u zrnima mora prvo da se prevede u šećer(e) koji se može(gu) fermentisati, na primer, primenom enzimskog metoda, kiselog metoda ili preko slada.

[0023]Tako komina, nazvana sirova komina, koja se dobija posle destilacije, sadrži uglavnom vodu i biomasu sa kvascima dobijenim tokom fermentacije. Njena svarljivost omogućava da se od nje pravi nutricioni dodatak.

[0024]Tako se, posle odvajanja čvrste frakcije komine, na primer centrifugiranjem, zatim sušenjem i koncentrovanjem tečne frakcije komine, dobija proizvod nazvan "DDGS" (od Distiller Dried Grain with Soluble) koji se koristi kao hrana za životinje.

[0025]Komina se takođe može koristiti i za proizvodnju đubriva ili se može transformisati u energiju.

[0026]Činjeni su takođe pokušaji da se komina posle koncentrovanja sagori ili da se šalje u reaktore za proizvodnju gasa metana.

[0027]Međutim, tehnički problemi sa kojima se susretalo, kao na primer, zaptivanje ili začepljenje cevi kotlova, nisu dozvolili isplativu realizaciju na industrijskoj skali takvih vrsta tretmana komine.

[0028]Stoga skup poznatih postupaka proizvodnje bioetanola od škrobnih ili slatkih biljaka pruža još uvek nezadovoljavajući ekonomski bilans, naročito energetski, kao i vrlo negativan bilans po životnu sredinu.

[0029]U dokumentu US-A-4.337.123 iz 1982. predložen je postupak za proizvodnju alkohola od biljaka koje fermentiraju "bez komine".

[0030]Ovaj postupak predlaže pre fermentacije, a pre destilacije, obavljanje jednog tretmana tokom koga se uklanja više supstanci koje se nalaze u fermentisanom biljnom soku, tako da u uređaje za destilaciju ulazi "prečišćen" sok, pa se u fazi destilacije proizvodi samo alkohol i nema komine.

[0031]Postupak opisan u tom dokumentu predlaže tako tretman sa hemijskim taloženjem dodavanjem agensa koji će dovesti do flokulacije, posle čega se vrši dekantovanje.

[0032]Takav postupak je naročito složen za izvođenje, skup je, i ne daje povoljan energetski bilans, uz potrebu korišćenja novih dodatnih proizvoda da bi došlo do hemijskog taloženja.

[0033]Nepovoljan energetski bilans potiče naročito od činjenice da skup odstranjenih "čvrstih" proizvoda izdvojenih dekantovanjem sadrže deo suve materije vrlo nedovoljne da bi se njihovim kasnijim sagorevanjem dobio dovoljan prinos, što će reći da operacije sušenja koje prethode tom sagorevanju zahtevaju znatne količine spoljne fosilne energije. Drugim recima, vlažnost "čvrstih" proizvoda izdvojenih dekantovanjem (ili čvrsta faza) je prevelika da bi taj postupak dao energetski povoljan bilans.

[0034]U dokumentu EP-A2-0.048.061 iz 1981. predložen je postupak i aparat za tretiranje komine u okviru opšteg postupka proizvodnje alkohola počev od šećerne trske, da bi se optimizovao ukupan energetski bilans postupka proizvodnje alkohola.

[0035]Ovaj postupak predlaže da se čvrste i rastvorljive materije koje se nalaze u komini koncentruju, zatim da se sagore da bi se dobile pare koje bi se ponovo koristile u različitim oblicima u postupku za dobijanje alkohola.

[0036]Sagorevanje koncentrovane komine je vrlo teško i mora da se vrši u vrlo složenim i skupim koti ovima, sličnim kotlovima koji se koriste u industriji celuloze da bi se sagorela koncentrovana crna tečnost ("black liquor")

[0037]U dokumentu WO-A1-2004/11354 predloženi su postupci za dobijanje etanola i metana od biomase, čije su performanse poboljšane kontrolom i modifikacijama parametara korišćene biomase. Jedan od postupaka sadrži varijantu da se pre fermentacije ili destilacije izdvoje iz biomase proteini koji su u njoj prisutni, kao i trice koje se u njoj mogu nalaziti.

SUŠTINA PRONALASKA

[0038]Ovaj pronalazak ima za cilj da predloži nov postupak za dobijanje bioetanola i istovremenu proizvodnju energije, počev od škrobnog biljnog materijala, koji se odlikuje time što sadrži jednu fazu, koja se umeće pre destilacije, filtracijue ispiranja i presovanja, što omogućava odvajanje tečne faze od čvrste faze prevrelog biljnog soka

[0039]Ovaj pronalazak tako predlaže postupak za dobijanje bioetanola i istovremenu proizvodnju energije, počev od škrobnog biljnog materijala, MPV, postupak tipa sa bar sledećim sukcesivnim fazama koje se sastoje od: - A)-B) dobijanja, počev od celokupne početne biljne materije (MPV) fermentisane smeše (MF); Cl) odvajanja, filtriranjem i presovanjem, tečne faze (PL) od čvrste faze (PS) fermentisane smeše (MF) tako da težinski udeo suve materije navedene čvrste faze (PS) bude od oko 40% do oko 45%; - D) destilovanja bar dela navedene tečne faze (PL) date fermentisane smeše (MF) da bi se dobio etanol i laka komina (VL);

El) dobijanja, korišćenjem cele lake komine (VL), gasa metana (Fl) koji predstavlja gorivo za proizvodnju energije.

i, u kome, pre navedene etape Cl) razdvajanja, postupak obuhvata:

- jednu fazu tokom koje se pH date fermentisane smeše (MF) povećava dok ne dostigne vrednost između 5,5 i 6,5;

i jednu fazu tokom koje se datoj fermentisanoj smeši (MF) dodaje pomoćno sredstvo (ađuvans) za filtriranje (ADJ)

[0040]Pomenuta faza El) proizvodnje najmanje jednog goriva sastoji se u proizvodnji gasa metana počev od celokupne lake komine VL, i eventualno počev od 'flegmasses' (zgusnutih ostataka posle pretakanja) koje potiču od prečišćavanja i dehidratacije etanola.

[0041]Zahvaljujući ovom pronalasku moguće je dobiti biomasu koja se sagoreva da bi se dobila energija i čija je kalorična moć analogna moći vlakana trske i, kao i u slučaju alkohola proizvodenog od šećerne trske, skoro bez potrebe za dodavanjem spoljne fosilne energije.

[0042]Osim toga, kvaliteti lake komine dobijene posle destilacije su takvi da dozvoljavaju proizvodnju metana pod optimalnim uslovima prinosa.

[0043]Posle metanizacije, tako dobijena tečna faza može se podvrći dodatnom tretmanu koji dovodi do proizvodnje vode koja se ponovo može koristiti za pokretanje postupka ovog pronalaska ili se može izbaciti u prirodnu okolinu. Količina tih voda odgovara najstrožijim zahtevima i normama zaštite životne okoline. Metanizacija dovodi takođe do nastanka malih količina blata koje, posle sušenja, može da bude, samo po sebi, na primer, đubrivo.

[0044]Zahvaljujući malim količinama zagađivača po završetku metanizacije, dodatni tretmani omogućuju ponovnu upotrebu voda u okviru otpočinjanja postupka prema ovom pronalasku.

[0045]Prema drugoj karakteristici ovog pronalaska, on sadrži fazu E2 proizvodnje najmanje još jednog goriva, koja se sastoji u sušenju date čvrste faze PS fermentisane smeše MF, da bi se dobio blok materijala u kome je udeo suve mase veći od 50%. Ovaj blok može da sagori, u potpunosti ili delimično, u kotlu i/ili se taj blok, može iskoristiti u potpunosti ili delimično, za dobijanje nekog proizvoda (DDGS) koji se može upotrebiti kao hrana za životinje.

[0046]Data čvrsta faza PS fermentisane smeše MF se oslobađa vlage, na primer, sušenjem.

[0047]Ipak, za ovu operaciju sušenja potrebno je samo malo energije koja se može, na primer, dobiti iz termičke energije para FUM kotlova. Sušenje, dakle, ne zahteva spoljnu fosilnu energiju, ni energiju para proizvedenih u postupku ovog pronalaska, a kalorična moć osušenog "bloka" je tako povećana na vrlo ekonomičan način s tačke gledišta ukupnog energetskog bilansa ovog postupka.

[0048]Gasovi (G) koje emituje čvrsta faza tokom sušenja se dalje tretiraju da bi se, u potpunosti ili delimično, ekstrahovao etanol koji sadrže dati gasovi, postupcima koji uključuju, ali ih ne ograničavaju, ispiranje gasova vodom, provođenje gasova preko aktivnog uglja itd.

[0049]Tako se još povećava prinos postupka za proizvodnju etanola.

[0050]Prema drugoj karakteristici postupka ovog pronalaska, prvo gorivo, koje čini metan, u potpunosti ili delimično, i navedeno drugo gorivo (blok materijala koji se dobija od čvrste faze), u potpunosti ili delimično, se sagorevaju u istom kotlu. To omogućava bolje sagorevanje bloka, ili "kolača", korišćenjem komore za sagorevanje manjih dimenzija.

[0051]Prema drugom aspektu ovog pronalaska, vrlo velika efikasnost faze Cl) odvajanja tečne faze PL i čvrste faze PS iz fermentisane smeše MF, koja daje težinski udeo suve mase u datoj čvrstoj fazi (PS) između oko 40% i oko 45%, se povoljno dobija time što se data faza razdvajanja Cl), ostvaruje pomoću prese sa filtrom prilagođene ovoj primeni.

[0052]U cilju poboljšavanja performansi procesa razdvajanja čvrste i tečne faze, što će reći da bi se povećala sposobnost fermentisane smeše da može da se filtrira : - pre faze razdvajanja Cl), postupak sadrži fazu tokom koje se fermentisana smeša dovede na temperaturu T razdvajanja, negde između 55 i 65°C - pH fermentisane smeše (MF) se poveća dodavanjem, na primer, bar jednog alkalnog sastojka;

[0053]Postupak sadrži jednu međufazu C2) kada se čvrsta faza, odvojena od fermentisane smeše ispira da bi se povratila najveća moguća količina etanola zaostalog u čvrstoj fazi.

[0054]Ova etapa C2) ispiranja čvrste faze PS izdvojene iz fermentisane smeše se povoljno ostvaruje ubrizgavanjem vode za ispiranje u presu sa filtrom na taj način da se najmanje jedan deo tečnosti za ispiranje, LL, vrlo bogat etanolom dodaje automatski tečnoj fazi fermentisane smeše da se destiluje.

[0055]Postupak ovog pronalaska omogućava da se industrijski istovremeno proizvodi bioetanol i energija; naročito zbog činjenice kontrolisanja udela suve mase u čvrstoj fazi i kvaliteta (skoro potpuno odsustvo čvrstih materija u suspenziji) tečne faze pre destilacije.

KRATAK OPIS SLIKE

[0056] Druge karakteristike i prednosti ovog postupka pokazaće se pri čitanju opisa koji sledi, datog samo kao primer koji ne ograničava, za potpuno razumevanje koje će se odnositi na priloženi crtež, na kome je jedina slika šema koja ilustruje jedan primer postupka ovog pronalaska.

DETALJAN OPIS SLIKA

[0057]Sada će biti opisan, sa pozivom na jedinu sliku, primer ostvarivaja principa razdvajanja/filtriranja tečne i čvrste faze zasnovan na ovom pronalasku, koji se ovde primenjuje na fermentisani biljni sok pre destilacije.

[0058]Početni biljni škrobni materijal, MPV, podleže, na primer, prvoj fazi A pripremanja biljnog soka.

[0059]Kada je, na primer, početni biljni materijal, MPV, neka žitarica, radi se o podfazama mlevenja žitarica, zatim saharifikacije i prevođenja u tečno stanje smrvljene smeše.

[0060]Početni biljni materijal, MPV, može se sastojati neposredno od zrnevlja, kao što su kukuruz ili pšenica. Mrvljenje bi se tada svodilo na dobijanje brašna koje se priprema u cilju dobijanja biljnog soka.

[0061]Biljni sok tako postaje testo izrađeno od početnog biljnog materijala MPV, koje može da se fermentira.

[0062]Postupak zatim sadrži fazu fermentacije biljnog soka, B, sa ciljem da se dobije fermentisana smeša MF koja može da se destiluje, koja se takođe naziva fermentisana smeša MF.

[0063]Zna se daje ugljen dioksid, CO2, koprodukt faze fermentacije B.

[0064]Postupak zatim sadrži fazu destilacije D, koja omogućava da se dobije bioetanol, što će reći glavni proizvod postupka koji sadrži sukcesivne faze A, B i D, kao i koproizvod nazvan komina, koja predstavlja smešu naročito bogatu vodom.

[0065]Fermentisani biljni sok ME, nastao u fazi fermentacije B, podvrgava se odmah, što će reći pre destilacije D, u toku intermedijerne faze Cl, operaciji fizičkog razdvajanja tečne faze PL i čvrste faze PS od fermentisane smeše MF.

[0066]Tečna faza PL fermentisane smeše MF se upućuje na destilaciju, što će reći da ona podleže fazi destilacije D koja dovodi do proizvodnje bioetanola i proizvodnje jednog tečnog koproizvoda koji se ovde naziva laka komina VL.

[0067]Činjenica da je, saglasno uputstvima ovog pronalaska, operacija destilacije primenjena samo na tečna fazu PL fermentisane smeše MF, omogućava da se koristi oprema manjih dimenzija i kapaciteta nego u klasičnim operacijama destilacije proizvoda sa pomešane dve faze, tečnom i čvrstom.

[0068]Izdvajanje tečne faze PL od fermentisanog soka MF dobija se mehanički, filtriranjem i presovanjem, po mogućstvu presom sa filtrom, i/ili, u drugoj varijanti, pomoću filtra i prese koji rade kontinuirano ili diskontinuirano.

[0069]Ove prve fizičke operacije koje dovode do razdvajanja tečne faze PL i čvrste faze PS označene su na slici kao faza C1.

[0070]Kvalitet razdvajanja postignut prema ovom pronalasku zavisi od kapaciteta ili sposobnosti fermentisane smeše MF da bude filtrirana.

[0071]Ova sposobnost može, na primer, da se izrazi u obliku parametra "CST" koji se meri standardizovanim metodama dobro poznatim u struci.

[0072]U okviru ovog pronalaska otkriveno je da kontrola i/ili modifikacija izvesnih parametara fermentisane smeše dobijene od početnog škrobnog biljnog materijala, povećava u znatnoj meri sposobnost da bude filtrirana, pa stoga povećava i dobij en težinski udeo suve materije.

[0073]Prvi od ovih parametara je temperatura smeše, T, nazvana ovde temperatura filtracije kada se smeša uvodi u korišćeno sredstvo za razdvajanje, na primer, u presu sa filtrom.

[0074]Tako, pre faze razdvajanja, postupak sadrži jednu fazu tokom koje se temperatura fermentisane smeše, MF, dovede, ili održava na temperaturi T razdvajanja koja je negde između oko 55°C i oko 65°C. Do ovog kontrolisanja temperature T razdvajanja može doći neposredno u fazama koje prethode tretiranju početnog materijala, čiji je cilj dobijanje fermentisane smeše i može se, na primer, postići bez utroška dodatne energije, a fermentisana smeša mora na svaki način da se dovede do 65°C pre destilovanja.

[0075]Drugi od ovih parametara je pH smeše kad se ona uvede u korišćena sredstva za razdvajanje.

[0076]Tako, pre faze razdvajanja, postupak sadrži fazu tokom koje se pH fermentisane smeše MF povećava dok se ne dovede na vrednost između oko 5,5 i oko 6,5. Na primer, pH fermentisane smeše MF se povećava dodavanjem najmanje jedne alkalne komponente koja uključuje, ali se ne ograničava na, kalcijum karbonat CaC03ili kalcijum hidroksid, Ca(OH)2-

[0077]Pored toga, ustanovljeno je da su ova dva parametra (temperatura T i pH) povezana sa sposobnošću fermentisane smeše da se razdvoji, što će reći da se može odrediti serija krivih koje ukazuju vrednost CST u funkciji temperature T za datu vrednost pH (ili obrnuto).

[0078]Osim toga, vrednosti ovih parametara zavise od početnog škrobnog materijala koji se koristi.

[0079]Sposobnost smeše da se filtrira može se još poboljšati dodavanjem adjuvansa za filtraciju, na primer, na bazi polimera.

[0080]Čvrsti nus proizvodi koji se dobijaju u fizičkom razdvajanju u Cl mogu se podvrći, kao što je ilustrovano ovde, podfazi C2 ispiranja čvrstih izdvojenih proizvoda.

[0081]Ispiranje se vrši, na primer, ubrizgavanjem vode za ispiranje u presu sa filtrom, čija je temperatura bar jednaka temperaturi ove fermentisane smeše FM. Posle ispiranja, Voda za ispiranje se naziva tečnost za ispiranje, LL, i ova tečnost za ispiranje se ponovo koristi na sledeći način.

[0082]Tečnost za ispiranje LL sa visokim sadržajem etanola se ponovo koristi u potpunosti ili delimično tako što se pomeša sa tečnom fazom PL fermentisane smeše MF pre destilacije D.

[0083]U slučaju korišćenja prese sa filtrom, ovo "mešanje" je automatsko na "izlazu" iz prese sa filtrom.

[0084]Na taj način se povraća deo etanola koji se nalazi u čvrstoj fazi PS. Povraćaj etanola u nekoj kasnijoj fazi bio bi složeniji i skuplji.

[0085]Prema postupku ovog pronalaska za proizvodnju bioetanola i istovremenu proizvodnju energije, laka komina VL se podvrgava zatim fazi El proizvodnje prvog goriva Fl, koji je ovde metan.

[0086]Ova faza El, nazvana metanizacija, se primenjuje na laku kominu VL čiji su kvaliteti optimalni za ovaj efekt, zato što komina ne sadrži praktično nijednu čvrstu komponentu u suspenziji.

[0087]Proizvodnja gasovitog metana ili biogasa se, na primer, dobija anaerobnim tretirajem. Acidogenezom i metanogenezom dobija se metan koji čini prvo gorivo Fl dobijeno postupkom ovog pronalaska, koje se zatim može koristiti u fazi PG da bi se dobila energija.

[0088]Proizvodnja gasovitog metana metanizacijom, počev od tečne komine, tzv. lake komine VL, nastaje destilacijom, kao i počev od "flegmasses" FG (zgusnuti ostatak pretakanja) nastalih u poznatim fazama prečišćavanja i dehidratacije etanola posle faze destilacije.

[0089]Laka komina VL ima mali sadržaj azota pošto je azot, prisutan u početnoj biljnoj škrobnoj materiji i u kvascima koji se koriste za fermentaciju, velikim delom eliminisan, zahvaljujući razdvajanju tečne i čvrste faze pre destilacije. Ova metanizacija je naročito pogodna i efikasna pošto tečna faza ima mali sadržaj azota, jer je azot inhibitor metanizacije.

[0090]Tokom faze GP, oprema koja uključuje, mada se i ne ograničava na to, generator; kotao; gasnu turbinu; motor; pri snabdevanju metanom može da proizvodi energiju, uključujući ali ne ograničavajući se na, struju, vodenu paru, toplu vodu itd.

[0091]U primeru lustrovanom na jedinoj slici, metan Fl se sagoreva u kotlu koji je, na primer, kotao za proizvodnju vodene pare. Kotao proizvodi takođe i ostatak para

FUM.

[0092]Na taj način nastaje vrlo efikasan ciklus istovremene proizvodnje energije, počev od sagorljivih proizvoda lake komine VL.

[0093]Izlazne tečnosti, nastale tokom faze gasifikacije (metanizacije) El, mogu se tretirati, u jednoj ili više faza tretmana, dopunskim aerobnim putem, da se dobije, između ostalog, prečišćena izlazna tečnost i/ili vode koje se mogu ponovo koristiti u postupku ovog pronalaska.

[0094]U okviru istovremene proizvodnje, ili stvaranja, energije prema postupku ovog pronalaska, čvrsta faza PS fermentisanog soka MF, što će reći, zaostale materije nastale prilikom fermentacije B, može se takođe lako transformisati u energiju.

[0095]Što se tiče tehnike razdvajanja filtriranjem i presovanjem, tačnije u presi sa filtrom, težinski udeo suve materije u dobijenoj čvrstoj fazi PS je veći od 40% težine i iznosi između oko 40% i oko 45%.

[0096]Faza E2 proizvodnje drugog goriva, je faza uklanjanja vlage, na primer, sušenjem i/ili bilo kojim drugim prilagođenim fizičkim postupkom koji se sastoji u uklanjanju vlažnosti iz čvrste faze PS fermentisane smeše MF i dobijanju osušenog bloka ili vekne F2 koji se takođe naziva i "cake" (kolač), koji tada predstavlja gorivo koje je u stanju da lako sagori.

[0097]U stvari, faza prosušivanja omogućava da se dobije jedan sagorljiv blok, čiji je sadržaj suve materije veći od 50%, što će reći jedan procenat koji omogućava dobro sagorevanje.

[0098]Taj blok predstavlja, u smislu ovog pronalaska, drugi sagorljivi proizvod F2 za dodatnu proizvodnju druge energije tokom druge faze koproizvodnje energije.

[0099]Ovo gorivo F2 može se, na primer, sagoreti u kotlu koji proizvodi energiju, uključujući, ali i ne ograničavajući se na, struju; vodenu paru; toplu vodu, itd.

[0100]Ovde se to gorivo F2 pretežno sagoreva u kotlu, koji je isti kotao CH kao i kotao u kome je sagorevan metan.

[0101]Načini koji se koriste za koproizvodnju energije PG time takođe odbacuju dim FUM i/ili gasove koji se mogu povratiti tokom faze R i koji se mogu iskoristiti kao izvor energije tokom faze E2 prosušivanja čvrste faze.

[0102]Toplota sadržana u ovim dimovima povraća se pomoću razmenjivača. Ova energija sušenja je tako ekonomična pošto se povraća, a da nije potrebno koristiti paru dobijenu u kotlovima tokom ovog postupka, kao ni spoljnu fosilnu energiju.

[0103]Treba napomenuti takođe da u ovoj fazi dolazi do stvaranja pepela.

[0104]Zahvaljujući fazama El i E2 u kojima se proizvode dva goriva Fl i F2, koja se zatim transformišu u energiju, postupak ovog pronalaska je postupak za proizvodnju bioetanola i istovremenu proizvodnju energije PG, jer ne samo što proizvodnja bioetanola može da bude energetski "samodovoljna", već ovaj postupak dovodi do koproizvodnje viška energije, koji se može komercijalizovati u vidu, koji uključuje, ali se ne ograničava na, vodenu paru, toplu vodu, struju itd.

[0105]Sagorevanje čvrste faze PS sa visokim sadržajem suve materije može se obaviti u kotlu za biomasu lako, u poređenju sa svim drugim prethodnim pokušajima sagorevanja koncentrovanih komina, bez prethodnog razdvajanja čvrste i tečne faze.

[0106]Ostaci sagorevanja dva goriva, ili sagorevanja, ako se obavljaju odvojeno, mogu se komercijalizovati posle sušenja, na primer, u vidu đubriva za zemlju.

[0107]Zavisno od različitih parametara, naročito početne korišćene biljne materije MPV, može se koristiti tečna faza PL, u potpunosti ili delimično, za proizvodnju metana Fl.

[0108]Takođe, čvrsta faza PS može se koristiti, u potpunosti ili delimično, za proizvodnju čvrstog goriva ili bloka F2 i/ili se može koristiti u potpunosti ili delimično za proizvodnju DDG (Distilled Dried Grain) koje se koristi naročito kao hrana za životinje.

[0109]Ovaj DDG je mnogo boljeg kvaliteta od onih koji su danas na raspolaganju, naročito zato što je sadržaj zaostalog etanola u njemu vrlo mali.

[0110]Ovaj zaostali nizak sadržaj je rezultat, pre svega, primenjene tehnike razdvajanja.

[0111]Sadržaj etanola u bloku F2 je još smanjen i zahvaljujući fazi C2) ispiranja čvrste faze

[0112]Ako se ispiranje vrši van opreme za filtraciju i presovanje, tečnost od ispiranja se može ponovo koristiti, u potpunosti ili delimično, tako što se meša sa biljnim sokom pre faze fermentacije B. Na taj način tečnost može da se meša sa biljnim sokom pre fermentacije i/ili da se koristi u fazi dobijanja. Tako se ostvaruje još jedna ušteda dela vode koja se koristi za dobijanje i/ili fermentaciju.

[0113]Odvajanje tečnosti za ispiranje, posle ispiranja, na dva različita načina, ostvaruje se zavisno od sadržaja etanola u tečnosti za ispiranje.

[0114]Najpoželjnije je, kada se PL i PS razdvajaju pomoću prese sa filterom, to što se u podfazi C2) ispiranje odvojene čvrste faze PS od fermentisane smeše MF ostvaruje ubrizgavanjem vode za ispiranje u presu sa filterom tako da najmanje jedan deo vode za ispiranje sadrži etanol i što se ona "automatski" dodaje tečnoj fazi PL fermentisane smeše koju treba destilovati.

[0115]Sadržaj etanola sagorljivog bloka F2 se još smanjuje tokom faze u kojoj se oslobađa vlage sušenjem koje dovodi do isparavanja u vidu gasa G tečne materije koju sadrži, a naročito etanola koji se tada nalazi u vidu alkoholnih para.

[0116]Ovaj "isparen" alkohol može se takođe povratiti, na primer, fazom ispiranja gasa G pomoću, na primer, vode.

[0117]Predstavićemo sada jedan primer, ne ograničavajući se na njega, bilansa proizvodnje bioetanola i istovremene proizvodnje energije(a).

[0118]Početna biljna materija je pšenica koja, po pretpostavci, sadrži, u težinskim procentima, 12,8% vode i 87,2% suve materije, od koje 59% od MPV čini škrob.

[0119]Sa takvom pšenicom, da bi se dobilo 100 litara, tj. jedan hektolitar, bioetanola, potrebno je 272,9 kg pšenice, koja sadrži 34,9 kg vode, 161,0 kg škroba i 77 kg drugih suvih materija.

[0120]Posle saharifikacije/prevođenja u tečno stanje, fermentacije i destilacije, dobija se 100 litara bioetanola i 92,0 kg suve materije.

[0121]Počev od 92,0 kg suve materije, posle razdvajanja čvrste i tečne faze, raspolaže se sa 60,37 kg sagorljive materije koja će se sagoreti u kotlu, a tečna faza se destiluje i daje 31,63 kg materijala za metanizaciju za dobijanje gasovitog metana, koji se takođe može iskoristiti u kotlu.

[0122]E2) Za 60,37 kg izdvojene čvrste faze, ili "cake".

"Niža kalorijska moć" (PCI) za 50% suve matrije kolača : 2.159 kcal/kg

[0123]Po vraćena energija: 120,74 kg x 2,150 kcal/kg : 1000 = 259,59 termija

259,59 termija x 1,163 = 301,90 kWh

301,90 kWhx 3,6 = 1.086,84 MJ

[0124]El) Za 31,63 kg organskih i mineralnh materija solubilizovanih u lakoj komini: Pretpostavka: Hemijska potreba za iskoristivim kiseonikom (02) = 92 g/l komine

[0125]Količina biljnog soka fermentisanog do 12,54% zapremine:

100 litara : 12,54 x 100 = 797,48 litara, uzima se kao 797,50 litara.

[0126]Razmatranje reciklaže komine od 12,8% : 797,50 litara - (797,5 litara x 12,8 .100) = 695,42 litra, uzima se kao 695,50 litara

[0127]Proizvodnja alkohola (bioetanola) od 92,5% zapremine potrebne da proizvede 100 litara čistog alkohola

100 litara : 92,5 x 100 = 108,1 litar uzimaše kao 108 litara

[0128]Količina lake komine proizvedene za 100 litara čistog alkohola: 695,5 litara - 108 litara = 587,50 litara lake komine za 100 litara čistog alkohola.[0129]Energija povraćena preko metana za 100 litara čistog alkohola 92 g/l x 587,5 litara : 1.000 = 54,05 kg.

54,05 kg x 0,446 x 6.450 kcal/kg = 155,486 kcal

(gde je 0,446 koeficijent prinosa metanizacije)

155,486 kcal: 1.000 x 1,163 = 180,83 kWh

180,83 kWhx3,6 = 651 MJ

[0130]Ukupna energija, El + E2 : 301,90 kWh + 180,83 kWh = 482,73 kWh

[0131]Energetske potrebe za proizvodnju 100 litara čistog alkohola :

Električna energija 25 kWh

Toplotna energija : 166,32 kWh

[0132Uzimajući u obzir prinos u parnom kotlu od 92% :

482,73 k\Vh x 92 :100 = 444,11 kWh

[0133]Uzimajući u obzir da izduvna turbina ima prinos od 83%, od toga 20% u vidu električne energije, i 63% u vidu toplotne energije :

Kapacitet turbine treba da bude:

166,32 kWh x 63:100=264 k\Vh

Proizvodnja električne energije turbine je

264 kWhx20 :100=52,80 kWh

Saldo raspoložive električne energije koja se može komercijalizovati je :

52,8 kWh-25 kWh27,80kWh

Ostatak raspoložive energije je :

444,11 kWh x 264 k\Vh = 180,11 kWh

[0134]Uzimajući u obzir da izduvna turbina za kondenzaciju ima prinos od 32% električne energije

180,11 kWhx32:100=57,64 kWh

Ukupna električna energija raspoloživa za komercijalizaciju je:

[0135]27,80 kWh + 57,64 kWh = 85,44 kWh za 100 litara proizvodenog čistog alkohola

[0136]Zapažanje: energetski prinos gasa može se znatno povećati korišćenjem gasne turbine sa kombinovanim ciklusima.

Poređenia radi:

[0137]Jedna tona šećerne trske omogućava proizvodnju 90 litara čistog alkohola.

[0138]Jedna tona šećerne trske omogućava proizvodnju viška električne energije koji se može komercijalizovati, od 75 kWh po toni trske (rafinirani sirup, fonte Celso Procknor, Magasine STAB/Bresil izdanje januar 2007).

[0139]Višak električne energije koji se može komercijalizovati, na 100 litara čistog alkohola :

75kWh:90 litara x 100 litara= 83,33kWh

[0140]U zaključku, ovaj pronalazak omogućava da se sa biomasom škrobnih biljaka proizvede isto onoliko energije kao i od od biljnih vlakana šećerne trske

[0141]Energetski balans za jednu tonu žitarica u slučaju pilot-probe:

[0142]1 tona žitarica omogućava da se proizvede 400 litara čistog alkohola

Kultura žitarica : - -1.367 MJ

: Skladištenje žitarica : - -150 MJ

Proizvodnja alkohola : -2.500 MJ

Proizvodnja biogasa : - 450 MJ

Energija etanola: +8.480 MJ

Energija "cake" : +4.348 MJ

Energija metanizacije: +2.604 MJ

Dobitak energije : +10.965 MJ

Odnos Proizvedena energiia/ Upotrebljena energija :

(0143]

15.432 MJ : 4.467 MJ = 3,45

[0144]Energetski balans za 1 tonu žitarica u slučaju proizvodnje DDGS :

Kultura žitarica : - -1.367 MJ

: Skladištenje žitarica : - -150 MJ

Proizvodnja alkohola : -2.500 MJ

Sušenje DGGS : -2.400 MJ

Energija etanola : + 8.480 MJ

DDGS: + 5.096 MJ

Dobitak energije : + 2.063

Odnos Proizvedena energiia/ Upotrebljena energija :

[0145]

8.480 MJ : 6.417 MJ = 1,32

[0146]U zaključku, dobitak energije nastale u postupku proizvodnje bioetanola i istovremene proizvodnje energije prema ovom postupku, je u kontradikciji sa kritikama koje na račun alkohola koji se dobija od žitarica upućuju neki autori iz drugih struka. Proizvedena energija je očigledno veća u odnosu na upotrebljenu energiju dok je ti isti autori smatraju jednakom nuli.

Bilans voda

[0147]Voda za hlađenje:

Pretpostavka : kruženje vode za hlađenje

Voda potrebna za proizvodnju 100 litara čistog alkohola : 0,8 m<3>Gubici: 6%, a to je 0,048 m , procenjeni na 0,05 m<3>/hl

Sveža voda za postupak proizvodnje : 0,4-0,5 m<3>/hl

Vode kotlova, uzimajući u obzir povraćaj kondenzata i zagrevanja koje se vrši pomoću razmenjivača toplote : 0,05 m<3>/hl

Ukupno potrebna voda : 0,5-0,6 m<3>/hl čistog proizvedenog alkohola

[0148]Ova količina vode može se smanjiti na oko 0,15 m<3>/hl tretiranjem izlaznih tečnosti nastalih u metanizacijom.

Claims

1. Postupak za proizvodnju bioetanola i istovremenu proizvodnju energije počev od škrobnog biljnog materijala (MPV), naznačen time,što sadrži bar sledeće sukcesivne faze koje se sastoje od: -A)-B) dobijanja fermentisane smeše (MF) od celokupnog početnog biljnog materijala (MPV); - Cl) razdvajanja, filtriranjem i presovanjem, tečne faze (PL) i čvrste faze (PS) fermentisane smeše (MF); tako što je težinski udeo suve materije date čvrste faze (PS) između oko 40% i oko 45%; - D) destilovanja, bar delimičnog, date tečne faze (PL) date fermentisane smeše (MF), da bi se dobio etanol i laka komina (VL); - El) proizvodnje, korišćenjem ukupne date lake komine (VL), gasovitog metana (Fl) koji predstavlja primarno gorivo u paralelnoj proizvodnji energije; itime,što pre navedene faze razdvajanja Cl) postupak obuhvata i: - jednu fazu u kojoj se pH date fermentisane smeše (FM) povećava i dovodi do vrednosti između oko 5,5 i oko 6,5; - i jedne faze u kojoj se datoj fermentisanoj smeši (MF) dodaje pomoćno sredstvo, adjuvans za filtriranje (ADJ)

2. Postupak prema zahtevu 1,naznačen time,što se navedena faza razdvajanja Cl) ostvaruje pomoću prese sa filtrom.

3. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu,naznačen time,što pre navedene faze razdvajanja Cl), postupak sadrži jednu fazu tokom koje se temperatura date fermentisane smeše (MF) dovede do temperature (T) razdvajanja, koja se nalazi između oko 55°C i65°C.

4. Postupak prema zahtevu 1,naznačen time,što se pH date fermentisane smeše (MF) povećava dodavanjem najmanje jedne alkalne komponente (CAL).

5. Postupak prema zahtevu 1 ili 2,naznačen time,što sadrži jednu podfazu C2) ispiranja navedene čvrste faze (PS) izdvojene iz fermentisane smeše (MF)

6. Postupak prema prethodnom zahtevu, u kombinaciji sa zahtevom 2,naznačen time,što se faza C2) ispiranja čvrste faze (PS) odvojene od fermentisane smeše (MF) ostvaruje ubrizgavanjem vode za ispiranje u presu sa filtrom na taj način da najmanje jedan deo tečnosti za ispiranje, (LL), sadrži etanol i automatski se dodaje tečnoj fazi (PL) fermentisane smeše da se destiluje.

7. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu,naznačen time,što sadrži fazu E2) proizvodnje najmanje još jednog goriva, koja se sastoji u uklanjanju vlažnosti iz čvrste faze (PS) date fermentisane smeše (MF) i dobijanju jednog bloka materijala (F2) čiji je sadržaj suve materije veći od 50%, itime,što je dati blok (F2) u stanju da sagori, u potpunosti ili delimično, u kotlu (CH), i/ilitime,što dati blok (F2) može da se upotrebi, u potpunosti ili delimično, za dobijanje jednog proizvoda (DDG) koji se koristi naročito u ishrani životinja.

8. Postupak prema prethodnom zahtevu,naznačen time,što se navedena čvrsta faza (PS) date fermentisane smeše (MF) oslobađa vlage sušenjem (H) itime,što se gasovi (G), emitovani tokom sušenja, obrađuju da bi se ekstrahovao, u potpunosti ili delimično, etanol koji ovi gasovi sadrže, uglavnom ispiranjem gasova vodom.

9. Postupak prema zahtevima 7 i 8,naznačen time,što metan (Fl), u potpunosti ili delimično, i drugo gorivo (F2), u potpunosti ili delimično, sagorevaju u istom kotlu.

10. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu,naznačen time,što se data fermentisana smeša (MF) dobija u sukcesivnim fazama koje se sastoje od: - A) dobijanja kaše koja sadrži početni biljni materijal (MPV) koji se može fermentisati; B) izazivanja fermentacije date kaše da bi se dobila data fermentisana smeša (MF).