CZ200815A3 - Zpusob získávání tepelné energie z výpalku z výroby bioetanolu a zarízení pro provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Rešení se týká zpusobu získávání tepelné energie z výpalku z výroby bioetanolu, u nehož se výpalky z výroby bioetanolu cástecne odvodní a smíchají se s nadrcenými látkami v pomeru dávajícím teplotu tání popele výsledné smesi vyšší než je kritická teplota, zpusobující zalepení topenište a/nebo teplosmenných ploch a/nebo fluidní vrstvy roztaveným popelem, nacež se tato smes spaluje ve spalovacím zarízení. Podstatou rešení je, že fugát získaný z výpalku jejich cástecným odvodnením je po ochlazení podroben anaerobnímu rozkladu, pri nemž z organických látek v nem obsažených vzniká bioplyn a kalové vody, nacež se takto vzniklý bioplyn spaluje, zatímco kolác vzniklý odvodnením výpalku se pred spalováním dále suší. Rešení se rovnež týká zarízení pro provádení tohoto zpusobu. Zarízení je tvorené alespon jednou destilacní kolonou (1), z nichž alespon jedna je spojena svým výstupem lihových par se vstupem kondenzátoru/chladice (2), opatreného výstupem biolíhu, a alespon jedna je spojena svým výstupem výpalku s odvodnovací jednotkou (3), která je svým výstupem koláce spojena se sušárnou (4) výpalku. Podstatou rešení pritom je, že odvodnovací jednotka (3) je spojena svým výstupem fugátu pres chladice (5) fugátu s bioplynovou stanicí (10), sušárna (4) výpalku je svým výstupem suchého koláce spojena s palivovým prívodem kotle (7), jehož výstup páry je spojen se vstupem páry destilacní kolony (1), pricemž mezi destilacní kolonou (1) a palivovým prívodem kotle (7) je usporádaná míchárna (6) koláce a/nebo výpalku a nadrcených látek.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu získávání tepelné energie z výpalků z výroby bioetanolu, u něhož se výpalky z výroby bioetanolu částečně odvodní a smíchají se s nadrcenými látkami v poměru dávajícím teplotu tání popele výsledné směsi vyšší než je kritická teplota, způsobující zalepení topeniště a/nebo teplosměnných ploch a/nebo fluidní vrstvy roztaveným popelem, načež se tato směs spaluje ve spalovacím zařízení. Dále se vynález týká zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Kotle s fluidním spalováním nebo roštové kotle zpravidla používají jako palivo klasické hnědé uhlí nebo biomasu. Byly konány pokusy spalovat různé odpadové materiály, aby se tak tyto materiály využily na výrobu energie namísto neužitečného skládkování. Problémem spalování odpadových materiálů bývají často jejich vlastnosti, které omezují spalování těchto materiálů v běžných kotlích. Konstrukce kotle a jeho provoz, které vyhovují pro spalování hnědého uhlí nebo biomasy, nemusí vyhovět tehdy, když se spalují materiály, které mají z hlediska spalování úplně jiné vlastnosti, i když představují energetický potenciál.

V současné době v souvislosti se snahou zbavit se závislosti na dovozu fosilních paliv, zejména ropy, vzrůstá zájem o produkci bioetanolu, který by mohl být vyráběn v tuzemsku ze zemědělských plodin a mohl by ropu z větší části nahradit. Pro výrobu bioetanolu lze využít cukematé a škrobnaté plodiny, zejména cukrovku a obiloviny. Vyrobený bioethanol se může přímo používat ve spalovacích motorech jako pohonná hmota, avšak zpravidla se dnes používá jako přísada, která se v množstvích 5 % až 10 % přimíchává do konvenčních mi

D2387

10.1.2008 • · · ♦ · · ··· ·· — nerálních paliv. Pomocí ethanolu se zvyšuje oktanové číslo a snižuje se množství emisí CO2.

Široké uplatnění má zejména třtinový alkohol v Brazílii, kde se používá jako automobilové palivo. V osmdesátých letech byly zhruba dvě třetiny automobilů v Brazílii vybaveny speciální úpravou motoru, která jim umožňovala jezdit na čistý alkohol. Dnes se nové automobily již takto neupravují, zato veškerý automobilový benzín v Brazílii obsahuje 26% třtinového alkoholu. S touto směsí mohou pracovat běžné spalovací motory.

Bioethanol vyrobený z kukuřice se rovněž používá jako aditivum do většiny automobilových benzínů v USA, zpravidla jako 10% příměs.

Odpadem při výrobě bioetanolu z kukuřice, obilí nebo z cukrové třtiny, cukrové řepy jsou lihovamické výpalky. Dnes se výpalky zpravidla odstředí na odstředivce, tuhá složka, nazývaná koláč, se vysuší v parní nebo bubnové sušárně, kde topným mediem sušárny je fosilní palivo. Tekutá složka, zvaná fugát, se zahušťuje na vícestupňových parních odparkách na sirup, který se přidává do tuhé složky, koláče, a s ním se společně suší v parní, například diskové nebo bubnové, sušárně. Vzniká tak vedlejší výrobní produkt, kterým je krmná směs ve formě sušených granulí.

Větší část lihovamických výpalků, zejména při stále se zvyšující výrobě bioetanolu, však nemá využití, nestačí se již zkrmovat, a často se jako nevyužitelná sype do moře. Tento stav nutí technickou veřejnost hledat další možnosti. Přímé spalování výpalků není možné, neboť výpalky bez sušení mají malou výhřevnost a obvykle obsahují cca 90% vody. Pokud by se výpalky vysušily na obsah vlhkosti 40 - 30 -10%, potom by výhřevnost stoupla na cca 9 -13 -17 MJ/kg. Takovéto vysušené výpalky jsou z energetického hlediska teplotně samonosné, což je jedním z předpokladů pro to, aby mohly být spalovány i v běžných kotlích.

D2387

IO.1.2OO8

-3Zjistilo se však, že tyto vysušené výpalky nelze bez dalšího spálit v běžných kotlích, alespoň se to doposud nikomu na světě nepodařilo, a to pro nízkou teplotu tavení popele. Nízká teplota tavení popele má za následek, že při spalování těchto výpalků, a to jak v roštových tak i ve fluidních kotlích, roztavený popel slepí fluidní vrstvu, zalepí topeniště či teplosměnné plochy kotle, což způsobí po několika minutách kolaps kotle, který je roztaveným popelem znefunkČněn.

Odborníci se doposud domnívali, že problém zužitkování bioodpadů lze vyřešit úpravou kotle. Ani to se však zatím nikomu nepodařilo.

Rovněž byl navržen systém, u něhož se tekuté výpalky jako celek přivedou do bioplynové stanice a vyrábí se z z nich bioplyn. Nevýhodou tohoto systému je právě to, že bioplyn se vyrábí pouze z tekuté části výpalků a tuhá část tak přijde prakticky nazmar. Prodloužení doby rozkladu by sice zvýšilo výtěž nost bioplynu, ovšem za cenu vyšších jak investičních tak i provozních nákladů.

Navíc je tuhý zbytek po využití výpalků v bioplynové stanici zpravidla vyšší než

50%, a to i při velmi dlouhém fermentačním období. Tento systém tedy problém tuhé složky výpalků neřeší.

V české patentové přihlášce č.PV 2007-559 přihlašovatele tohoto vynálezu je popsáno řešení, které odstraňuje hlavní nedostatek současného stavu, a to nízkou teplotu tavení popele z výpalků. Toho se dosahuje přidáním nadrcených látek do vysušených výpalků, přičemž tyto nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny zahrnující vápenec, hydrát vápenatý, vápno. Jiné možné skupiny nadrcených látek jsou skupina obsahující kámen, písek, popel po spalování, produkty po odsiřování, odprašky z výroby a úpravy rud, kameniva, skupina obsahující fosilní pevná paliva jako uhlí, lignit, rašelina, skupina obsahující pevná paliva vyrobená z kalů z čistíren odpadních vod, skupina obsahující uměle vyrobená paliva ze skupiny petrolkoksů nebo skupina obsahující biomasová paliva jako štěpka, řepková sláma, seno, tráva, ořezy stromů, energetické plodiny jako šťo

D2387

10,1.2008 * . « · ♦*»··· ·!. .· * · · · · ₄ ^............

vík, křídlatka, avšak s výjimkou obilné slámy a obilnin. Poměr výpalků a nadrcených látek je nastaven pro dosažení výsledné teploty tání (HT) popele směsi nad 1300 °C, přičemž směs výpalků z výroby bioetanolu s nadrcenými látkami je teplotně samonosná. Dosahuje se toho tím, že poměr výpalků a nadrcených látek je nastaven pro dosažení poměru součtu hmotnosti sodíku a draslíku v popelu ku hmotnosti ostatních nespalitelných složek v popelu na hodnotu menší než 1: 5,85, nebo lépe 1 : 6,50 nebo ještě lépe 1:15.

Podstata vynálezu

Uvedený problém způsobu získávání tepelné energie z výpalků z výroby bioetanolu se podařilo z větší části vyřešit způsobem získávání tepelné energie z výpalků z výroby bioetanolu, u něhož se výpalky z výroby bioetanolu částečně odvodní a smíchají se s nadrcenými látkami v poměru dávajícím teplotu tání popele výsledné směsí vyšší než je kritická teplota, způsobující zalepení topeniště a/nebo teplosměnných ploch a/nebo fluidní vrstvy roztaveným popelem, načež se tato směs spaluje ve spalovacím zařízení, podle vynálezu, jehož podstatou je, že fugát získaný z výpalků jejich částečným odvodněním je po ochlazení podro ben anaerobnímu rozkladu, při němž z organických látek v něm obsažených vzniká bioplyn a kalové vody, načež se takto vzniklý bioplyn spaluje ve spalovací jednotce, zatímco koláč vzniklý odvodněním výpalků se před spalováním ve spalovacím zařízení dále suší.

Ve výhodných příkladných provedeních způsobu podle vynálezu se buď koláč vzniklý odvodněním výpalků se smíchá s nadrcenými látkami až po svém částečném odvodnění nebo se koláč vzniklý odvodněním výpalků nejdříve smí chá s nadrcenými látkami, načež se tato směs částečně odvodní.

V dalších výhodných provedeních vynálezu se odvodnění výpalků provádí jejích odstředěním nebo jejich lisováním nebo jejich sušením.

D2387

10.1.2008

Odvodnění výpalků se v dalším výhodném provedení vynálezu provádí nízkopotencionálním teplonosným médiem, jako je vzduch nebo plyn, a to na obsah sušiny alespoň 45 % nebo ještě lépe na obsah sušiny alespoň 86 %.

V dalším výhodném provedení se spaliny vznikající spalováním bioplynu získaného z fugátu dále využijí k výrobě páry a/nebo horké vody a/nebo teplé vody.

-5V jiném výhodném provedení se odvodnění výpalků provádí jejich sušením horkým teplonosným médiem, přičemž horkým teplonosným médiem je horký vzduch a/nebo horké spaliny a/nebo horká voda a/nebo pára.

Problém způsobu získávání tepelné energie z výpalků z výroby bioetanolu se podařilo z větší části vyřešit i zařízením pro provádění výše popsaného způ sobu, tvořeného alespoň jednou destilační kolonou, z nichž alespoň jedna je spojena svým výstupem lihových par se vstupem kondenzátoru/chladiče, opat řeného výstupem biolíhu, kde alespoň jedna destilační kolona je spojena svým výstupem výpalků s odvodňovací jednotkou, která je svým výstupem koláče spojena se sušárnou výpalků. U takového zařízení pak podstatou vynálezu je, že odvodňovací jednotka je spojena svým výstupem fugátu přes chladič fugátu s bioplynovou stanicí, sušárna výpalků je svým výstupem suchého koláče spojena s palivovým přívodem kotle, jehož výstup páry je spojen se vstupem páry destilační kolony, přičemž mezi destilační kolonou a palivovým přívodem kotle je uspořádaná mí cháma koláče a/nebo výpalků a nadrcených látek.

Ve výhodném provedení tohoto zařízení je bioplynový výstup bioplynové stanice připojen k hořáku spalovací turbíny, jejíž výstup je spojen se vstupem druhého generátoru elektrické energie a jejíž spalinový výstup je zaveden do utilizačního kotle na výrobu páry a/nebo horké a/nebo teplé vody, přičemž výstup páry utilizačního kotle je zaveden ke vstupu parní turbiny.

Bioplynový výstup bioplynové stanice může být u jiného příkladného provedení připojen k hořáku parního a/nebo horkovodního a/nebo teplovodního kotle nebo k hořáku sušárny. Jinou možností podle vynálezu je spojit bioplynoD2387

10.1.2008 • *

9 • · 9 vý výstup bioplynové stanice se spalovací turbínou, jejíž výstup je spojen se vstupem druhého generátoru elektrické energie a jejíž spalinový výstup je napojen na sušárnu nebo jej spojit přes spalovací jednotku bioplynu se sušárnou.

V dalším výhodném provedení zařízení podle vynálezu je spalinový výstup utilizačního kotle připojen k výměníku sušárny.

Spalovací jednotka je v dalších příkladných provedeních podle vynálezu vytvořena jako spalovací komora nebo jako kotel pro výrobu páry a/nebo horké vody a/nebo teplé vody.

Další možností provedení vynálezu je napojení bioplynového výstupu bioplynové stanice na plynový spalovací motor s generátorem elektrické energie, přičemž chladič spalovacího motoru lze napojit na sušárnu, která je s výhodou opatřena alespoň jedním výměníkem. Sušárna lze přitom s výhodou vytvořit jako pásovou, fluidní nebo bubnovou.

Na alespoň jeden výměník lze přitom podle vynálezu napojit chladicí okruh kondenzátoru páry parní turbíny a/nebo chladicí okruh chladiče fugátu a/nebo chladicí okruh kondenzátoru/chladiče biolihu a/nebo chladicí okruh plynového spalovacího motoru.

V dalším výhodném provedení je s míchámou koláče a nadrcených látek spojen granulátor paliva.

Bioplynová stanice je v jiném výhodném provedení vynálezu spojena svým výstupem kalové vody se vstupem biologické čistírny odpadních vod, přičemž kalový výstup biologické čistírny odpadních vod lze spojit se vstupem sušárny, a to s výhodou přes odstředivku.

Odvodňovací jednotka výpalků může být podle vynálezu tvořena buď odstředivkou nebo lisem nebo sušárnou nebo jedno- nebo vícestupňovou odparkou.

Výstup páry kotle může být podle dalšího aspektu vynálezu spojen se vstupem parní turbiny, opatřené generátorem elektrické energie, přičemž výstup páry z parní turbiny může být spojen se vstupem páry destilační kolony. Parní

D2387

10.1.2008 ··· turbina je přitom s výhodou napojena na kondenzátor páry přes svůj kondenzační stupeň. Kondenzátor páry je s výhodou napojen na výměník sušárny páry.

V jiném příkladném provedení vynálezu pak je výstup páry kotle spojen se sušárnou koláče.

Mí cháma koláče a nadrcených látek je alternativně uspořádána buď mezi odvodňovací jednotkou a sušárnou výpalků nebo v ještě výhodnějším provedení mezi výstupem suchého koláče sušárny výpalků a palivovým přívodem kotle.

V dalších výhodných provedeních pak je vstup kondenzátu kotle propojen s výstupem kondenzátu kondenzátoru páry a/nebo s výstupem kondenzátu destilační kolony.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno základní zjednodušené blokové schéma zařízení podle vynálezu, na obr. 2 je znázorněn systém vytápění sušárny nízkoenergetickým teplem, na obr. 3 je znázorněno další blokové schéma příkladného provedení zařízení podle vynálezu, obsahující utilizační kotel pro zpracování odpadního tepla ze spalovací turbíny, na obr. 4 je znázorněno další blokové schéma jiného příkladného provedení zařízení podle vynálezu, u něhož je bioplynová stanice napojena na biologickou čističku odpadních vod, na obr. 5 je znázorněno další blokové schéma ještě jiného příkladného provedení zařízení podle vynálezu, u něhož se využívá kal z biologické čističky odpadních vod a na obr. 6 je znázorněno další blokové schéma dalšího příkladného provedení zařízení podle vynálezu, u něhož se pára z parní turbíny přivádí ke vstupu páry destilační kolony.

Příklady provedení vynálezu

Způsob získávání tepelné energie z výpalků z výroby bioetanolu je popsán v české přihlášce vynálezu PV 2007-559. Podle postupu, popsaného v této přihlášce vynálezu, se výpalky z výroby bioetanolu částečně odvodní a smíchají se

D2387

10.1.2008 s nadrcenými látkami v poměru dávajícím teplotu tání popele výsledné směsi vyšší než je kritická teplota, způsobující zalepení topeniště a/nebo teplosměnných ploch a/nebo fluidní vrstvy roztaveným popelem, načež se tato směs spaluje ve spalovacím zařízení. Tyto nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny zahrnující vápenec, hydrát vápenatý, vápno. Jiné možné skupiny nadrcených látek jsou skupina obsahující kámen, písek, popel po spalování, produkty po odsiřování, odprašky z výroby a úpravy rud, kameniva, skupina obsahující fosilní pevná paliva jako uhlí, lignit, rašelina, skupina obsahující pevná paliva vyrobená z kalů z čistíren odpadních vod, skupina obsahující uměle vyrobená paliva ze skupiny petrolkoksů nebo skupina obsahující biomasová paliva jako štěpka, řepková sláma, seno, tráva, ořezy stromů, energetické plodiny jako šťovík, křídlatka, avšak s výjimkou obilné slámy a obilnin. Poměr výpalků a nadrcených látek je nastaven pro dosažení výsledné teploty tání (HT) popele směsi nad 1300 °C, přičemž směs výpalků z výroby bioetanolu s nadrcenými látkami je teplotně samonosná. Dosahuje se toho tím, že poměr výpalků a nadrcených látek je nastaven pro dosažení poměru součtu hmotnosti sodíku a draslíku v popelu ku hmotnosti ostatních nespalitelných složek v popelu na hodnotu menší než 1 : 5,85, nebo lépe 1 : 6,50 nebo ještě lépel : 15.

Fugát získaný z výpalků jejich částečným odvodněním je po ochlazení podroben anaerobnímu rozkladu, při němž z organických látek v něm obsaže ných vzniká bioplyn a kalové vody, načež se takto vzniklý bioplyn spaluje, zatímco koláč vzniklý odvodněním výpalků se před spalováním dále suší.

Po oddělení a/nebo před oddělením fugátu se pevná složka odpadu z výroby bioetanolu smíchá s nadrcenými látkami, a to buď až po svém částeč ném odvodnění nebo ještě před ním. Výhodnější je smíchání co nejsuššího kolá če s nadrcenými látkami, neboť nadrcené látky zpravidla nepotřebují odvodňo vání a lze tak odvodňovat menší objemy. Odvodnění výpalků se provádí jejich odstředěním nebo jejich lisováním nebo jejich sušením.

D2387

10.1.2008

-9Odvodnění výpalků se provádí jejich sušením horkým teplonosným médiem, přičemž horkým teplonosným médiem je horký vzduch a/nebo horké spaliny a/nebo horká voda a/nebo pára. Ekonomicky mnohem výhodnější však je provádění odvodňování výpalků odpadním teplem, které je jinak obtížně využitelné, avšak pro vysušování výpalků má dostačující teplotu, tedy nízkopotencionálním teplonosným médiem, jako je vzduch nebo plyn, a to na obsah sušiny alespoň 45 % nebo ještě lépe na obsah sušiny alespoň 86 %.

Spaliny vznikající spalováním bioplynu získaného z fugátu se pak mohou dále využít k výrobě páry a/nebo horké vody a/nebo teplé vody.

Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiložených výkresů. Na obr.

je znázorněno zjednodušené blokové schéma zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu, na němž lze demonstrovat hlavní rysy vynálezu. Alespoň jedna destilační kolona 1 bloku destilačních kolon 1 je spojena svým výstupem lihových par s kondenzátorem/chladičem 2, který je opatřen výstupem biolíhu. Alespoň jedna destilační kolona 1 bloku destilačních kolon 1 je současně spojena svým výstupem výpalků s odvodňovací jednotkou 3, která je spojena svým výstupem koláče se sušárnou 4 a svým výstupem fugátu s chladičem 5 fugátu. Sušárna 4 je svým výstupem suchého koláče spojena se vstupem míchámy 6 koláče a nadrcených látek. Mícháma 6 koláče a nadrcených látek je svým palivovým výstupem napojena na palivový přívod kotle 7, který je svým výstupem páry napojen na parní turbínu 8, spojenou s generátorem 9 elektrické energie. Chladič 5 fugátu je svým výstupem fugátu napojen na bioplynovou stanici 10, v níž dochází k anaerobnímu rozkladu fugátu a ke vzniku bioplynu. Výstup bioplynu bioplynové stanice 10 je v tomto provedení napojen na spalovací turbínu 11, spojenou s generátorem 12 elektrické energie.

V destilačních komorách 1 dochází k destilaci biologického materiálu použitého k výrobě biolíhu, např. řepných řízků, kukuřice, obílí a podobně. Odpad po destilaci se nejdříve částečně odvodní, například odstředí, čímž se od sebe oddělí tekutá a pevná složka tohoto odpadu. Tekutá složka, tedy fugát, se ochlaD2387

10.1.2008 • w ♦ • ·

-10999 dí v chladiči 5 fugátu a přivede se do bioplynové stanice 10, kde vzniká v důsledku anaerobního rozkladu fugátu bioplyn a kalová voda. Bioplyn se spálí ve spalovací turbíně 11 a v generátoru 12 elektrické energie se jeho energie přemění na elektrickou energii. Pevná složka, tedy výpalky, se nejdříve suší v sušárně 4, načež se smíchají s nadrcenými látkami pro zvýšení teploty tání takto vytvořeného paliva nad kritickou mez a toto palivo se pak spaluje v kotli 7, nejlépe fluidním. Pára, vznikající při provozu kotle 7, se přivádí do parní turbíny 8, spojené s generátorem 9 elektrické energie a zde se tepelná energie přemění na mechanickou a z ní na elektrickou energii.

Na obr. 2 je znázorněn systém vytápění sušárny 4 nízkoenergetickým teplem, zakreslený do zjednodušeného blokového schématu zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu z obr. 1 s přidanými plynovým spalovacím motorem 13 a granulátorem 14 paliva. Sušárna 4 je opatřena několika výměníky, na něž jsou napojeny chladicí okruhy kondenzační části parní turbiny 8, chladiče 5 fugátu, kondenzátoru/chladiče 2 biolíhu a plynového spalovacího motoru 13. Sušárna 4 je přitom provedena jako pásová, fluidní nebo bubnová. Výměníky jsou v sušárně 4 seřazeny zpravidla podle teploty za sebou ve směru postupu koláče z výpalků, přičemž nejchladnější z použitých chladicích okruhů je zpravidla připojen k tomu výměníku, do kterého se koláče z výpalků dostávají jako do prvního. Dochází tak k postupnému vysušování koláče, který se pak jako suchý koláč přivádí do míchámy 6 koláče a nadrcených látek. Výměníků může být méně nebo více, stejně jako použitých chladicích okruhů. Třebaže je v tomto příkladném provedení bioplynová stanice 10 připojena svým výstupem bioplynu jak ke spalovací turbíně 10, tak i k plynovému spalovacímu motoru 13, častěji je v celém zařízení buď pouze spalovací turbína 11 nebo pouze plynový spalovací motor 13. Mícháma 6 koláče a nadrcených látek je připojena ke granulátoru 14 paliva, ze kterého je granulované palivo odváděno do palivového přívodu kotle

7.

D2387

10.1.2008 ·

• a ···

Na obr. 3 je znázorněno další blokové schéma příkladného provedení zařízení podle vynálezu, obsahující utilizační kotel 15 pro zpracování odpadního tepla ze spalovací turbíny 11. Alespoň jedna destilační kolona 1 bloku destilačních kolon 1 je spojena svým výstupem lihových par skondenzátorem/chladičem 2, který je opatřen výstupem biolíhu. Alespoň jedna destilační kolona 1 bloku destilačních kolon 1 je současně spojena svým výstupem výpalků s odvodňovací jednotkou 3, která je spojena svým výstupem koláče se sušárnou 4 a svým výstupem fugátu s chladičem 5 fugátu. Sušárna 4 je svým výstupem suchého koláče spojena se vstupem míchámy 6 koláče a nadrcených látek. Mícháma 6 koláče a nadrcených látek je svým palivovým výstupem napojena na palivový přívod kotle 7, který je svým výstupem páry napojen na parní turbínu

8. spojenou s generátorem 9 elektrické energie a se vstupem páry kondenzátoru 16 páry. Výstup kondenzátu destilační kolony 1 je připojen na vstup kondenzátu kotle 7, zatímco výstup páry z kotle 7 je připojen na vstup páry destilační kolony

1. Chladič 5 íugátu je svým výstupem fugátu napojen na bioplynovou stanici 10, v níž dochází k anaerobnímu rozkladu fugátu a ke vzniku bioplynu. Výstup bioplynu bioplynové stanice 10 je v tomto provedení napojen na parní kotel 17, jehož výstup je spojen se spalovací turbínou 11, která je spojena s generátorem 12 elektrické energie. Místo parního kotle 17 lze použít i horkovodní nebo teplovodní kotel. Spalinový výstup spalovací turbíny 11 je připojen na utilizační kotel 15, jehož výstup páry je v tomto příkladném provedení připojen k výměníku sušárny 4 a jehož vstup kondenzátu je napojen na výstup kondenzátu kondenzátoru 16 páry. K jinému výměníku sušárny 4 lze připojit i spalinový výstup utilizačního kotle 15.

V tomto příkladném provedení jsou spaliny ze spalovací turbíny 11, které by jinak byly odpadním teplem systému, využívány pro ohřev utilizačního kotle 15, který vyhřívá alespoň jeden výměník sušárny 4. Takto se využívá nízkoenergetická složka pro zlepšení ekonomiky zařízení pro spalování výpalků.

D2387

10.1.2008

-12Na obr. 4 je znázorněno další blokové schéma jiného příkladného provedení zařízení podle vynálezu, u něhož je bioplynová stanice 10 napojena svým kalovým výstupem na biologickou čističku 18 odpadních vod, jejíž kalový výstup je přes odstředivku 19 spojen se vstupem koláče sušárny 4. Alespoň jedna destilačni kolona 1 bloku destilačních kolon 1 je spojena svým výstupem lihových par s kondenzátorem/chladičem 2, který je opatřen výstupem biolíhu. Alespoň jedna destilačni kolona 1 bloku destilačních kolon 1 je současně spojena svým výstupem výpalků s odvodňovací jednotkou 3, která je spojena svým výstupem koláče se sušárnou 4 a svým výstupem fugátu s chladičem 5 fugátu. Sušárna 4 je svým výstupem suchého koláče spojena se vstupem michámy 6 koláče a nadrcených látek. Mícháma 6 koláče a nadrcených látek je svým palivovým výstupem přes granulátor 14 paliva napojena na palivový přívod kotle 7, který je svým výstupem páry napojen na parní turbínu 8, spojenou s generátorem 9 elektrické energie. Výstup kondenzátu destilačni kolony 1 je připojen na vstup kondenzátu kotle 7, zatímco výstup páry kotle 7 je připojen na vstup páry destilační kolony 1. Chladič 5 fugátu je svým výstupem fugátu napojen na bioplynovou stanici 10, v níž dochází k anaerobnímu rozkladu fugátu a ke vzniku bioplynu. Výstup bioplynu bioplynové stanice 10 je v tomto provedení napojen na hořák sušárny 4.

U tohoto příkladného provedení je kalová voda, která zbude po anaerobním rozkladu fugátu, přivedena do biologické čističky 18 odpadních vod a tam dojde k separaci vody a kalu. Vodu lze po vyčištění zavést do veřejné kanalizace nebo ji lze v případě potřeby po terciálním dočištění včetně membránové separace použít na technologické účely v lihovaru, jako např. máčecí vodu, na oplachy, přípravu chemikálií nebo chladící vodu. Kal z biologické čističky 18 odpadních vod se odvodní, zpravidla odstředivkou 19, jako je standardní dekantační odstředivka. Odvodněný kal se přidá k odvodněným výpalkům, které se společně suší v sušárně 4, zpravidla bubnové.

□2387

10.1.2008 • · • a ··· ♦ a ·· ·· ta·

-13Na obr. 5 je znázorněno další blokové schéma ještě jiného příkladného provedení zařízení podle vynálezu, u něhož se využívá kal z biologické čističky 18 odpadních vod. Toto příkladné provedení se od provedení z obr. 4 liší v tom, že bioplynový výstup bioplynové stanice 10 není napojen na hořák sušárny 4, ale na bioplynový vstup spalovací turbíny 11, jejíž spalinový výstup je připojen alespoň k jednomu výměníku sušárny 4. Výstup páry kotle 7 je pak připojen nejen ke vstupu páry destilační kolony 1, ale i k jinému výměníku sušárny 4, zatímco výstupy kondenzátu příslušného výměníku sušárny 4 a destilační kolony 1 jsou připojeny ke vstupům kondenzátu kotle 7.

Na obr. 6 je znázorněno další blokové schéma dalšího příkladného provedení zařízení podle vynálezu, u něhož se pára z parní turbíny 8 přivádí ke vstupu páry destilační kolony 1. Toto příkladné provedení se od předchozího příkladného provedení liší v tom, že bioplynový výstup bioplynové stanice 10 není napojen na bioplynový vstup spalovací turbíny 11, ale na bioplynový vstup spalovací komory 20, jejíž spalinový výstup je napojen na alespoň jeden výměník sušárny

4.

Hlavní výhodou všech uvedených příkladných provedení vynálezu, ale i všech dalších kombinací umožněných formulací patentových nároků, je vedle zásadního řešení spalování výpalků i energetická soběstačnost celého systému. Bylo tak vyřešeno komplexní zpracování výpalků na energetické účely vysokoekologickou technologií, která neprodukuje odpad vyžadující skládkování, plní emisní limity na složení spalin a vyčištěná voda se může bezproblémově vypustit do veřejné kanalizace anebo opět použít na technologické účely. Důležité technologické časti lze přitom zdvojit a zálohovat, což může garantovat nepřetržitý a celoroční provoz biolihovaru. Výpalky z výroby biolíhu se takto zpracují téměř bezodpadově a za vzniku užitečné energie. Přebytečnou vyrobenou elektrickou energii je možné prodávat za zvýhodněný tarif platný pro výrobu z biomasy.

D2387

10.1.2008

-14Průmyslová využitelnost

Způsob získávání tepelné energie z výpalků z výroby bioetanolu i zařízení k provádění tohoto způsobu lze využít v lihovarech, kde řeší problém výrobního odpadu tak, že tento namísto finanční zátěže se stane finančním přínosem, při čemž se tímto řeší i otázky zátěže životního prostředí tímto výrobním odpadem.

D2387

10.1.2008 • · « ·

-15··♦ *

· ·>

Claims (10)

Patentové nároky

1 ó.Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že bioplynový výstup bioplynové stanice (10) je připojen k hořáku sušárny (4),

17. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že sušárna (4) je opatřena alespoň jedním výměníkem.

18. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že spalinový výstup utilizačního kotle (15) je připojen k výměníku sušárny (4).

19. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že bioplynový výstup bioplynové stanice (10) je spojen se spalovací turbínou (11), jejíž výstup je spojen se vstupem druhého generátoru (12) elektrické energie a jejíž spalinový výstup je napojen na sušárnu (4).

20. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že bioplynový výstup bioplynové stanice (10) je spojen přes spalovací jednotku bioplynu se sušárnou (4).

21. Zařízení podle nároku 20, vyznačující se tím, že spalovací jednotka je spalovací komora (20).

22. Zařízení podle nároku 20, vyznačující se tím, že spalovací jednotka je vytvořena jako kotel (17) pro výrobu páry a/nebo horké vody a/nebo teplé vody.

23. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že bioplynový výstup bioplynové stanice (10) je napojen na plynový spalovací motor (13) s generátorem (12) elektrické energie.

24. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že alespoň jeden výměník sušárny (4) je napojen na chladicí okruh kondenzátoru páry (16) parní turbíny (8).

25. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že alespoň jeden výměník sušárny (4) je napojen na chladicí okruh chladiče (5) fugátu.

D23Í7

10.1.2008

-18• · · · • · · ♦ ·» ··

26. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že alespoň jeden výměník sušárny (4) je napojen na chladicí okruh kondenzátoru/chladiče (2) biolihu.

27. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že alespoň jeden výměník sušárny (4) je napojen na chladicí okruh plynového spalovacího motoru (13).

28. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že sušárna (4) je provedena jako pásová nebo fluidní nebo bubnová sušárna.

29. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že s míchámou (6) koláče a nadrcených látek je spojen granulátor (14) paliva.

30. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že bioplynová stanice (10) je svým výstupem kalové vody spojena se vstupem biologické čistírny (18) odpadních vod.

31. Zařízení podle nároku 30, vyznačující se tím, kalový výstup biologické čistírny (18) odpadních vod je spojen se vstupem sušárny (4).

32. Zařízení podle nároku 31, vyznačující se tím, že kalový výstup biologické čistírny (18) odpadních vod je spojen se vstupem sušárny (4) přes odstředivku (19).

33. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že odvodňovací jednotka (3) výpalků je tvořena odstředivkou.

34. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že odvodňovací jednotka (3) výpalků je tvořena lisem.

35. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že odvodňovací jednotka (3) výpalků je tvořena sušárnou.

36. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že odvodňovací jednotka (3) výpalků je tvořena jedno- nebo vícestupňovou odparkou.

37. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že výstup páry kotle (7) je spojen se vstupem pamí turbiny (8), opatřené prvním generátorem (9) elektrické energie.

D2387

10.1.2008 φ · φ · · · φφφφ _19_ ..............

38. Zařízení podle nároku 37, vyznačující se tím, že výstup páry z parní turbiny (8) je spojen se vstupem páry destilační kolony (1).

39. Zařízení podle nároku 38, vyznačující se tím, že parní turbína (8) je napojena na kondenzátor (16) páry přes svůj kondenzační stupeň.

40. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že výstup páry kotle (7) je spojen se sušárnou (4) koláče.

41. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že mícháma (6) koláče a nadrcených látek je uspořádána mezi odvodňovací jednotkou (3) a sušárnou (4) výpalků.

42. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že mícháma (6) koláče a nadrcených látek je uspořádána mezi výstupem suchého koláče sušárny (4) výpalků a palivovým přívodem kotle (7).

43. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že výstup kondenzátu kondenzátorů (16) páry je propojen se vstupem kondenzátu utilizačního kotle (15) a/nebo se vstupem kondenzátu kotle (7).

44. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že výstup kondenzátu páry destilační kolony (1) je spojen se vstupem kondenzátu kotle (7).

D2387

1 LZpůsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že odvodnění výpalků se provádí jejich sušením horkým teplonosným médiem.

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že horké teplonosné médium je horký vzduch a/nebo horké spaliny a/nebo horká voda a/nebo pára.

13. Zařízení pro provádění způsobu podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12, tvořené alespoň jednou destilačni kolonou (1), z nichž alespoň jedna je spojena svým výstupem lihových par se vstupem kondenzátoru/chladiče (2), opatřeného výstupem biolíhu, a alespoň jedna je spojena svým výstupem výpalků s odvodňovací jednotkou (3), která je svým výstupem koláče spojena se sušárnou (4) výpalků, vyznačující se tím, že odvodňovací jednotka (3) je spojena svým výstupem fugátu přes chladič (5) fugátu s bioplynovou stanicí (10), sušárna (4) výpalků je svým výstupem suchého koláče spojena s palivovým přívodem kotle (7), jehož výstup páry je spojen se vstupem páry destilačni kolony (1), přičemž mezi destilačni kolonou (1) a palivovým přívodem kotle (7) je uspořádaná mícháma (6) koláče a/nebo výpalků a nadrcených látek.

14. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že bioplynový výstup bioplynové stanice (10) je připojen k hořáku spalovací turbíny (11), jejíž výstup je spojen se vstupem druhého generátoru (12) elektrické energie a jejíž spalinový výstup je zaveden do utilizačního kotle (15) na výrobu páry a/nebo horké a/nebo teplé vody, přičemž výstup páry utilizačního kotle (15) je zaveden ke vstupu parní turbiny (8).

D2387

10.1.2008

-17··

15.Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že bioplynový výstup bioplynové stanice (10) je připojen k hořáku parního a/nebo horkovodního a/nebo teplovodního kotle (17).

1. Způsob získávání tepelné energie z výpalků z výroby bioetanolu, u něhož se výpalky z výroby bioetanolu částečně odvodní a smíchají se s nadrcenými látkami v poměru dávajícím teplotu tání popele výsledné směsi vyšší než je kritická teplota, způsobující zalepení topeniště a/nebo teplosměnných ploch a/nebo fluidní vrstvy roztaveným popelem, načež se tato směs spaluje, vyznačující se tím, že fugát získaný z výpalků jejich částečným odvodněním je po ochlazení podroben anaerobnímu rozkladu, při němž z organických látek v něm obsažených vzniká bioplyn a kalové vody, načež se takto vzniklý bioplyn spaluje, zatímco koláč vzniklý odvodněním výpalků se před spalováním dále suší.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že koláč vzniklý odvodněním výpalků se smíchá s nadrcenými látkami až po svém částečném odvodnění.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že koláč vzniklý odvodněním výpalků se nejdříve smíchá s nadrcenými látkami, načež se tato směs částečně odvodní.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že odvodnění výpalků se provádí jejich odstředěním.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že odvodnění výpalků se provádí jejich lisováním.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že odvodnění výpalků se provádí jejich sušením.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že sušení výpalků se provádí jejich sušením nízkopotencionálním teplonosným médiem, jako je vzduch nebo plyn.

8. Způsob podle nároku 2 až 7, vyznačující se tím, že odvodnění se provádí na obsah sušiny alespoň 45 %.

D2387

10.1,2008 • »»· • ·· • · **· · · · · · · · • · ♦ « · · · · · . . ··· ·· .........

9. Způsob podle nároku 2 až 7, vyznačující se tím, že odvodnění se provádí na obsah sušiny alespoň 86 %.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spaliny vznikající spalováním bioplynu získaného z fugátu se dále využijí k výrobě páry a/nebo horké vody a/nebo teplé vody.

10,1.2008