BE1019148A5 - Werkwijze voor biogasproductie in de (bio)ethanol industrie. - Google Patents

Abstract

De werkwijze voor de bereiding van biogas gaat uit van een reactieproduct van ethanolproductie. Dit reactieprodukt wordt gescheiden in een eerste fractie en een tweede fractie (stap A). De eerste fractie wordt vervolgens ten minste gedeeltelijk gescheiden in een eiwitrijk deel en een koolstofrijk deel (stap B). Daarna wordt het koolstofrijke deel van de eerste fractie anaëroob omgezet, onder vorming van het biogas (stap C). De bereiding van biogas wordt bij voorkeur gecombineerd met ethanolproductie.

Description

Werkwijze voor biogasproductie in de (bio)ethanol industrie

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van een reactieproduct van ethanolproductie, waarin het reactieproduct gescheiden wordt in een eerste fractie en een tweede fractie, waarbij de eerste fractie dunner is dan de tweede fractie.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het bereiden van ethanol

De uitvinding heeft verder betrekking op een reactorsysteem voor het uitvoeren van genoemde werkwijzen.

Bij de productie van ethanol wordt, na het afscheiden van de ethanolfractie in een distillatieproces, typisch een reactieproduct bekomen dat bekend staat als whole stillage. Dit reactieproduct heeft een droge stof gehalte van typisch ± 12.5% en bevat, met uitzondering van het zetmeel dat de voedingsstof is voor de ethanolproductie, nog alle andere organische componenten uit het uitgangsmateriaal die het ethanolproductieproces zijn gepasseerd.

Daarom wordt deze fractie, in klassieke ethanolproductie installaties, verder opgeconcentreerd en verwerkt tot bijproducten. Een dergelijk bijprodukt is bijvoorbeeld bekend als Distillers Dried Grains & Solubles (DDGS). Het is een eiwitrijk, gedroogd produkt. Dergelijke bijprodukten kunnen worden vermarkt in de sector van de veevoeding.

Het gebruik van bijprodukten voor veevoeding is in het bijzonder interessant, wanneer de ethanolproduktie in een microbiële fermentatieproces plaatsvindt. Een dergelijke ethanolproduktie staat bekend als bio-ethanolproduktie. Doorgaans wordt gebruik gemaakt van gisten als produktie-organisme in het microbiële fermentatieproces. Verschillende uitgangsmaterialen kunnen toegepast worden, zoals suikerriet, tarwe, mais, triticale, rogge, gerst en suikerbieten. Granen zijn een bijzonder geschikt hoofdbestanddeel wanneer het DDGS als bijprodukt gewenst is. De onderhavige uitvinding heeft in het bijzonder, maar niet uitsluitend betrekking op bio-ethanol.

De eerste stap in de verwerking van de whole stillage is typisch een scheiding in een eerste, eerste fractie en een tweede, tweede fractie door middel van decanter centrifuges. De eerste fractie is dunner dan de tweede fractie. Dit houdt in dat de eerste fractie bijvoorbeeld een lagere viscositeit en/of een lagere dichtheid (kg/l) en/of een lager vastestofgehalte heeft dan de tweede fractie. Bij voorkeur is de verhouding in de genoemde relevante parameter(s) tussen tweede en eerste fractie tenminste twee, bij voorkeur ten minste vijf of ook ten minste tien. De eerste fractie is in het vakgebied ook bekend als een thin stillage. De tweede fractie is in het vakgebied ook bekend als wet cake.

Een klein deel van de eerste fractie wordt teruggestuurd naar de fermentatie stap van het bio-ethanol productieproces. Het grootste deel van de eerste fractie wordt typisch opgeconcentreerd in een indampingsinstallatie. Het concentraat van de indamping wordt vervolgens samen met de tweede fractie gedroogd tot een DDGS produkt in een drooginstallatie. De condensaatfractie van de indamping wordt terug aangewend in het bio-ethanol productieproces.

Het is een doel van de huidige uitvinding om de werkwijze en een reactorsysteem van de in de aanhef genoemde soort verder te verbeteren onder vorming van additionele bijprodukten die nuttig kunnen worden aangewend.

Dit doel is bereikt in een werkwijze voor de bereiding van biogas, omvattend de stappen van: het verschaffen van een reactieproduct van ethanolproductie; het scheiden van het reactieproduct in een eerste fractie en een tweede fractie; •het scheiden van ten minste een gedeelte van de eerste fractie in een eiwitrijk deel en een koolstofrijk deel; het uitvoeren van een anaërobe omzetting van het koolstofrijke deel van de eerste fractie, onder vorming van het biogas.

Het doel wordt verder bereikt in een werkwijze voor het bereiden van bio-ethanol, waarbij tevens biogas gevormd wordt volgens bovengenoemd proces.

Gevonden is dat de eerste fractie van het reactieproduct nog een aanzienlijk gehalte aan zwevende stoffen bevat. Dit aanzienlijke gehalte kan variëren tussen 1 en 8% en is typisch tussen 3 en 5%. Gebleken is de zwevende stoffen voor een substantieel gedeelte uit eiwitten bestaan. Ter bescherming van de anaërobe omzetting blijkt het noodzakelijk om allereerst het merendeel van de eiwitten af te scheiden. Eiwitten zijn stikstofrijke componenten. Bij de anaërobe afbraak van eiwitrijke organische componenten treedt ammonificatie op, i.e. de anaërobe omzetting van organische stikstof in ammonium-stikstof (NH4+-N). In een anaërobe omgeving en in functie van de heersende procesomstandigheden, zoals pH en temperatuur, ontstaat er een evenwicht tussen de ammoniumstikstof (NH4+-N) en vrije ammoniak (NH3). Het is algemeen aanvaard dat bij concentraties aan vrije ammoniak van 50-80 mg/l of meer een hoge graad van inhibitie (>50%) van de anaërobe afbraak kan optreden.

Volgens de uitvinding wordt dus deze inhibitie van anaërobe afbraak voorkomen door een additionele scheidingsstap onder verwijdering van het eiwitrijke deel.

Verrassenderwijs is gevonden dat dit proces volgens de uitvinding aanzienlijke verdere verbeteringen toelaat. Dergelijke verbeteringen maken dat het in het bijzonder gunstig wordt om de bio-ethanolproduktie met biogasproductie te combineren en te integreren.

Vooreerst kan het eiwitrijke deel van de eerste fractie ofwel apart worden ingedampt ofwel worden toegevoegd aan een eventuele, niet-gescheiden rest van de eerste fractie. De combinatie ervan kan ingedampt worden en gecombineerd worden met de tweede fractie. Op die wijze kan het waardevolle bijprodukt van de DDGS fractie onverminderd gevormd worden. *

Vervolgens kan het effluent van de anaërobe omzetting onder aanpassing van de zuurgraad worden gebruikt als bestanddeel voor bio-ethanolproduktie. In een bijzonder gunstige uitvoeringsvorm hiervan wordt de zuurgraad aangepast met een zure spui gevormd bij ontzwaveling van het biogas.

Door hergebruik van het anaëroob effluent, wordt een deel van de ureum dosering, dat als stikstof bron wordt gedoseerd in het bio-ethanol productieproces, vervangen door de aanwezige ammonium-stikstof (NH4+-N) Daarnaast worden thermische verliezen geminimaliseerd. Weliswaar vereist anaërobe omzetting een substantieel lagere temperatuur (bij voorkeur 33-37 °C) dan de temperatuur van het reactieprodukt (gebruikelijk 80-85 °C), maar ten eerste kan de afkoeling beperkt worden tot het koolstofrijke gedeelte van de eerste fractie door de afkoeling te voorzien na de afscheiding van het eiwitrijke deel. Het eiwitrijke deel blijft daardoor verpompbaar en houdt dezelfde temperatuur als de rest van de eerste fractie. Tevens is deze fractie reeds op temperatuur voor het verder indampen.

Bij de afkoeling van het koolstofrijke deel van de eerste fractie wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een warmtewisselaar, waarmee het effluent van de anaërobe omzetting, na de nodige nabehandeling, weer wordt opgewarmd. De warmte wordt zo effectief weer toegevoegd aan de bio-ethanolproduktie.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een reactorsysteem voor uitvoering van genoemde werkwijzen die zo zijn uitgevoerd dat energieverliezen geminimaliseerd worden of afvalproduktie beperkt kunnen worden.

Daartoe bevat een eerste reactorsysteem volgens de uitvinding een scheidingsinstallatie voor het scheiden van een reactieproduct in een eerste fractie en een tweede fractie, waarbij de eerste fractie dunner is dan de tweede fractie. Het omvat tevens een scheidingsinstallatie voor het scheiden van ten minste een gedeelte van de eerste fractie in een eiwitrijk deel en een koolstofrijk deel. Het omvat verder een bioreactor voor het uitvoeren van een anaërobe omzetting onder vorming van biogas en een effluent·. *

In een gunstige uitvoeringsvorm is voorts een warmtewisselaar aanwezig. De warmtewisselaar koelt het koolstofrijk deel van de eerste fractie af onder verwarming van het effluent van de bioreactor tot een temperatuur geschikt voor gebruik als bestanddeel voor (bio-)ethanolproduktie. De afkoeling van het koolstofrijke deel van de eerste fractie vindt plaats zonder afkoeling van het eiwitrijk deel van de eerste fractie, zodat dit verpompbaar blijft voor verdere indamping.

In een andere gunstige uitvoeringsvorm bevat het reactorsysteem volgens de uitvinding een biologische ontzwavelingsinstallatie van het biogas aanwezig is, waarvan de zure spui wordt samengevoegd met het effluent van de bioreactor voor aanpassing van de zuurgraad, een noodzakelijke voorwaarde voor het hergebruik voor (bio-)ethanolproduktie,

Deze en andere aspecten van de werkwijze en het reactorsysteem volgens de uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van een figuur 1. Figuur 1 geeft een schematische voorstelling van de combinatie van een bio-ethanol productieproces met een anaëroob biogas productieproces.

Figuur 1 toont het productieproces van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding. In deze uitvoeringsvorm zijn de produktie van bio-ethanol en de produktie van het biogas gecombineerd. Opgemerkt wordt dat de produktie van bio-ethanol op zichzelf bekend is. De vakken met gearceerde rand hierin tonen tussenprodukten. De vakken met doorlopende rand tonen produktiestappen.

De belangrijkste stappen in het produktieproces volgens deze uitvoeringsvorm zijn: A de scheiding van de eerste fractie (hierna ook thin stillage genoemd) en de tweede fractie (hierna ook wet cake genoemd) B de additionele scheiding van de koolstofrijke en het eiwitrijke deel van de eerste fractie C de anaërobe behandeling van het koolstofrijke deel van de eerste fractie D de biogas-ontzwaveling . - E de nabeluchting en de eerste pH correctie F de tweede pH correctie G het gebruik van biogas H het indampen.

Opgemerkt wordt dat een integratie van dit produktieproces met een (bio-)ethanolproduktie zeer gunstig is, omdat dan onmiddellijk hergebruik van bijprodukten van de biogasproduktie mogelijk is. Dat is echter geenszins vereist. Voorts wordt in het volgende het gebruik van biogas als onderdeel beschreven. Het zal de vakman duidelijk zijn, dat dit gebruik van biogas ook elders plaats kan vinden dan binnen een produktieproces. Biogas is dan een Produkt, dan bijvoorbeeld via een pijpleiding afgevoerd wordt, danwel opgeslagen wordt in voorraadtanks.

Opgemerkt wordt voorts dat volgens de uitvinding slechts de stappen A, B en C noodzakelijk zijn en overige stappen aanvullende verbeteringen zijn. Niet uitgesloten is bovendien dat de scheiding van de eerste fractie en de tweede fractie los plaatsvindt van de overige stappen.

Opgemerkt wordt verder dat 'thin stillage' een uitvoeringsvorm is van een eerste fractie en 'wet cake' een uitvoeringsvorm is van een tweede fractie. De uitvinding is niet beperkt tot een scheiding van de whole stillage of een ander reactieprodukt in een thin stillage en een wet cake, maar vereist slechts dat het reactieprodukt gescheiden wordt in een eerste en een tweede fractie, waarvan de eerste dikker is dan de tweede.

Scheidinasstappen voorafgaand aan anaërobe behandeling Voor de eerste stap in de verwerking van de whole stillage (1), worden meestal decanter centrifuges (A) aangewend. Praktijkgegevens tonen echter aan dat het gehalte aan zwevende stoffen in de thin stillage (3) nog ± 3,5% kan bedragen en dat deze moeilijk afscheidbare fractie voornamelijk (± 60%) uit eiwitten bestaan.

De aanwezigheid van hoge concentraties aan zwevende stoffen en voornamelijk de hiermee gepaard gaande hoge concentraties aan eiwitten, bemoeilijkt in hoge mate de directe anaërobe behandeling (C) van de thin stillage (3). Eiwitten zijn namelijk stikstofrijke componenten, een eiwit / Kjeldahl-N verhouding van 6,25 is de algemene regel. Bij de anaërobe afbraak van eiwitrijke organische componenten treedt ammonificatie op, dit is de anaërobe omzetting van organische stikstof in ammonium-stikstof (NhV-N). In een anaërobe omgeving en in functie van de heersende procesomstandigheden, zoals pH en temperatuur, ontstaat er echter een evenwicht tussen de ammonium-stikstof (NlV-N) en vrije ammoniak (NH3). Het is algemeen aanvaardt dat bij vrije ammoniak (NH3) concentraties van 50 - 80 mg/1 er reeds een hoge graad van inhibitie (> 50%) van de anaërobe afbraak kan optreden.

Ter bescherming van de anaërobe behandeling (C) wordt daarom een bijkomende performante afscheiding van zwevende stoffen (B) voorzien. Dit kan bijv. worden bekomen door het inzetten van schotelcentrifuges, filtratietechnieken (ultra- of microfiltratie) of andere technieken. Hierdoor wordt de moeilijk afscheidbare eiwit fractie alsnog grotendeels afgescheiden.

Door het inzetten van een extra afscheiding (B) en het hiermee verwijderen van het grootste deel van de eiwitfractie (70 - 75%) uit de thin stillage (3), ontstaat aldus enerzijds een eiwitrijke slibkoek (4) en anderzijds een koolstofrijke vloeibare fractie (5). De koolstofrijke vloeibare fractie (5) kan vervolgens worden behandeld in een anaërobe installatie (C), gevrijwaard van vrije ammoniak inhibitie.

Door het inzetten van de extra afscheiding (B) gaat het grootste deel van de eiwit fractie aldus niet “verloren” in de anaërobe behandeling (C), maar komt ze via de eiwitrijke slibkoek (4) alsnog grotendeels terecht in de DDGS fractie (10), wat economisch gezien het meest voordelig is.

Tabel 1 geeft ingrediënten weer van DDGS, waarbij opgemerkt is dat de percentages kunnen afwijken. DDGS is een geschikt produkt voor veevoeding. Meer informatie over dit produkt is bijvoorbeeld beschikbaar op http://www.ksqrains.com/ethanol/ddqs.html. DDGS bevat typisch veel verschillende eiwitten en is daardoor een geschikt alternatief voor sojabonen en uit vis bereide voeding. Opgemerkt wordt dat het bijprodukt niet noodzakelijkerwijs DDGS hoeft te zijn. Andere dergelijke bijprodukten zijn bijvoorbeeld Distillers Dried Solubles (DDS), Distillers Dried Grains (DDG), Condensed Distillers Solubles (CDS) en Distillers Wet Grains (DWG). Anderszins is het mogelijk dat de eiwitrijke fractie verder wordt opgewerkt. Het is bijvoorbeeld bekend, uit US patent 7,618,660 om lijmen (adhesives) te bereiden uit DDGS.

TDN = total digestible nutriënt NEL = net energy lactation NEM = net energy maintenance NEG = net energy growth NFC = Non Fiber Carbs NDF = neural detergent fibre ADF = acid detergent fibre

Hergebruik van warmte

De thin stillage (3), aan de ingang van de extra afscheiding (B), heeft ' typisch nog een temperatuur van 80 - 85°C, dit als gevolg van het distillatie proces in de bio-ethanol productie installatie. Vooraleer echter de koolstofrijke vloeibare fractie (5) van de extra afscheiding (B), met eveneens een temperatuur van 80 - 85°C, kan worden verder behandeld in een mesofiele anaërobe installatie (C), is een afkoeling voorzien tot een temperatuur van 33 - 37°C.

Vanuit fysisch en thermodynamisch oogpunt is de afkoeling voorzien na de extra afscheiding (B). Door de afkoeling inderdaad te voorzien na de extra afscheiding (B), kan deze op een kleiner debiet gebeuren, aangezien het enkel de koolstofrijke vloeibare fractie-/5/is die verder anaëroob wordt behandeld. Verder bedraagt het gehalte aan zwevende stoffen in deze koolstofrijke vloeibare fractie (5) slechts ± 0.8%, waardoor het gevaar van verstoppingen wordt geminimaliseerd.

Door de afkoeling pas na de extra afscheiding (B) te voorzien, behoudt de eiwitrijke slibkoek (4) de hoge temperatuur van dethin stillage (3), waardoor deze gemakkelijk verpompbaar blijft en beter geschikt is voor de verdere thermische verwerking.

De afkoeling wordt uitgevoerd door middel van twee warmtewisselaars die in serie zijn geschakeld en beide warmtewisselaars zijn van het type “wide gap". In de eerste warmtewisselaar wordt de koolstofrijke vloeibare fractie (5) in tegenstroom gebracht met het finaal effluent (9). Hierdoor wordt het finaal effluent (9) terug opgewarmd tot een temperatuur die optimaal is voor hergebruik. De verdere afkoeling van de koolstofrijke vloeibare fractie (5) gebeurt in tegenstroom met koelwater van de koeltoren.

Anaërobe behandeling

De koolstofrijke vloeibare fractie (5), die wordt bekomen na het afscheiden van de eiwitrijke slibkoek (4) in de afscheiding (B) en na de afkoeling tot mesofiele temperaturen, wordt vervolgens anaëroob behandeld in een reactor. Bij deze anaërobe afbraak van organische componenten wordt -biogas (7), een mengsel van methaan en koolstofdioxide, geproduceerd. Dit biogas kan worden aangewend ter vervanging van aardgas. Anderszins kan het biogas worden verbrand in een installatie voor de productie van elektriciteit en bruikbare warmte. Een dergelijke installatie omvat bijvoorbeeld een elektromotor. Zoals eerder aangegeven worden niet alle, maar wel voldoende eiwitten afgescheiden in de voorbehandeling om een stabiele anaërobe behandeling (C) te garanderen. Bij de anaërobe afbraak van stikstof bevattende organische componenten, zoals de voornamelijk nog in opgeloste vorm aanwezige eiwitten, treedt ammonificatie op. De eiwit stikstof, die via de extra afscheiding (B) niet in de DDGS (10) terechtkomt, wordt bij anaërobe afbraak aldus omgezet in ammonium-stikstof (NH/-N) dat een bruikbare stikstofbron is voor het onderhoud van de anaërobe biomassa, maar ook voor de gistcellen in het bio-ethanol productie proces. Via hergebruik van het finaal effluent (9), kan de ammonium-stikstof (NH^-N) zorgen voor de stikstoftoevoer in het bio-ethanolproces. Daarmee wordt het gebruik van ureum beperkt of zelfs in zijn geheel vervangen.

Voorbeelden van geschikte reactortypen voor de anaërobe behandeling zijn de Upflow Anaérobie Contact (UAC) reactor, de Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor en de Anaérobie Contact (AC) reactor. Het meest voordeel is de Upflow Anaérobie Contact (UAC) reactor. Verdere informatie over deze. reactortypen is bijvoorbeeld beschikbaar op http://www.ionexchanaewaterleau.com/solutions.html. Gezien de karakteristieken van de koolstofrijke vloeibare fractie (5), voornamelijk de concentratie aan organische componenten (CZV -gehalte) en het gehalte aan zwevende stoffen (ZS - gehalte), is geoordeeld dat gebruik van een UAC reactor voordelig is. Het gebruik van een ander type anaërobe reactor is evenwel eveneens mogelijk.

Net zoals de UASB - reactor, is de UAC - reactor voorzien van een speciaal ontwikkeld verdeelsysteem, onderaan de reactor, waardoor het influent egaal wordt verdeeld over het totale bodemoppervlak. Het verdeelsysteem garandeert een goed contact tussen het anaëroob influent en de anaërobe biomassa waardoor de massa transfer geoptimaliseerd wordt.

Dankzij het verdeelsysteem wordt in de anaërobe reactor een opwaartse propstroom bekomen die de vorming van anaëroob korrelslib en/of anaërobe slibvlokken bevordert. Een constante en voldoende hoge opstroomsnelheid wordt bekomen door een bijkomende interne recirculatie van anaëroob effluent. De interne recirculatie van anaëroob effluent gebeurt via een afzonderlijk leidingsyteem bovenaan in de anaërobe reactor. De interne recirculatie heeft ook een verdunnend effect op het anaërobe influent waardoor plaatselijke overbelasting van het anaëroob slib vermeden wordt. Dankzij de hoge buffercapaciteit van het anaëroob effluent, heeft de interne recirculatie ook een stabiliserend effect op de influent pH. Een toevoeging van natriumloog (NaOH) is voorzien om, indien noodzakelijk, de pH verder te corrigeren.

Dankzij het verdeelsysteem en de constante opstroomsnelheid is geen mechanische menging nodig in de anaërobe reactor, waardoor het goed bezinkend slib in de reactor wordt gehouden en in het onderste deel van de anaërobe reactor kan accumuleren. Hierdoor ontstaat een eerste ontkoppeling van de slib verblijftijd en de hydraulische verblijftijd. In vergelijking met de volledig gemengde anaërobe reactoren bevat de UAC - reactor aldus intrinsiek een hoger gemiddelde concentratie aan anaëroob slib.

Net als de AC - reactor, is de UAC - reactor voorzien van een externe slibafscheider, waardoor een bijkomende retentie van anaëroob slib wordt bekomen. Dankzij het opwaartse propstroom principe en in tegenstelling tot de volledig gemengde anaërobe reactoren, dient de externe slibafscheider enkel voor het afscheiden van de traag bezinkende fractie van het anaëroob slib, waardoor de corresponderende slibbelasting beperkter kan worden gehouden.

Bij de UAC - reactor is de externe slibafscheider een speciaal ontworpen parallelle plaat separator, SEPAFLOC® genoemd, volgend op een voorgaande ontgassing. In de ontgassing wordt het influent van de SEPAFLOC®, bestaande uit het anaërobe.effluent en een slib recirculatie debiet, op atmosferische druk gebracht en kan door de drukval de vrijgekomen CO2 worden vrijgesteld zodat dit de slibbezinking niet hindert.

De SEPAFLOC® combineert de verschillende karakteristieken van een goed functionerende parallelle plaat separator. Aan de ingang en aan de uitgang van de SEPAFLOC® is er een egale verdeling voorzien van het effluent waardoor een gelijkmatig stromingspatroon in de SEPAFLOC® wordt geoptimaliseerd. Aan de ingang van de SEPAFLOC® is een flocculatie zone voorzien waardoor vlokvorming van het fijne anaërobe slib kan ontstaan. De SEPAFLOC® is een slibafscheider van het cross flow type. Hierdoor wordt het bezinkend slib minimaal gehinderd. Het afgescheiden anaëroob slib wordt verzameld en ingedikt in een aantal slibconussen onderaan de SEPAFLOC® van waaruit het wordt teruggepompt naar de anaërobe reactor.

Nabehandeling van het anaëroob effluent

In het bio-ethanol productie proces kan bacteriële crosscontaminatie niet totaal worden uitgesloten. Een van de voornaamste bezorgdheden in de bio-ethanol sector is daarom de aanwezigheid van azijnzuur in het bio-ethanol productie proces. Azijnzuur is enerzijds een gemakkelijk substraat voor bacteriële groei en anderzijds komt azijnzuur tijdens de indamping (H) van de thin stillage (3), via de condensaten (11) terug in het bio-ethanol productie proces terecht. Hierdoor kan azijnzuur maar moeilijk worden verwijderd uit het ongeveer volledig gesloten effluent circuit van het bio-ethanol productie proces en kan het daarom aanleiding geven tot infectie van de fermentatie (= bio-ethanol productie).

De anaërobe afbraak van organische componenten tot methaan en koolstofdioxide verloopt voor ± 70% via azijnzuur als substraat voor de methaan producerende bacteriën. In een stabiele anaërobe behandeling (C), zoals hierboven beschreven, is aangetoond dat het azijnzuur gehalte in het anaërobe effluent (6) voldoende laag is om bij hergebruik de bio-ethanol productie niet te hinderen.

In een gunstige uitvoeringsvorm, is als extra veiligheidsmaatregel na de anaërobe behandeling (C) een nabeluchting (E) voorzien waarbij potentieel aanwezig azijnzuur verder wordt afgebroken door hoofdzakelijk de facultatief (an)aërobe bacteriën.

In een gunstige uitvoeringsvorm wordt de zuurgraad van de ethanolproduktie gecontroleerd door controle van de ingrediënten. Voor gebruik van het anaëroob effluent (6) van de biogas productie in een dergelijke uitvoeringsvorm van de bio-ethanolproduktie, wordt daarom de zuurgraad van het effluent (6) aangepast. Gunstige resultaten zijn verkregen met een verlaging van de zuurgraad tot een pH = 4,0 - 4,5. Voor deze pH controle is een toevoeging van anorganische zuren, zoals fosforzuur en zwavelzuur, voorzien.

Het is bijzonder gunstig, wanneer de pH correctie uitgevoerd wordt in twee stappen (E, F). De eerste stap is een toevoeging van zuur direct in de nabeluchting (E). Tijdens de nabeluchting (E) zou zonder toevoeging van zuur de pH van het anaërobe effluent (6) stijgen als gevolg van het strippen van koolstofdioxide, waardoor het gevaar zou ontstaan dat ammonium-stikstof (NH/-N) verloren gaat via het verschuiven van het evenwicht in de richting van vrije ammoniak (NH3). Door de noodzakelijke pH verlaging reeds gedeeltelijk in de nabeluchting (E) uit te voeren, wordt de ammonium-stikstof (NH4+-N) aldus in het finaal effluent (9) gehouden. Het kan dan, zoals hierboven aangegeven, ter vervanging van ureum, aangewend worden als stikstofbron voor de gistcellen in het bio-ethanol productie proces. Door het vermijden van vrije ammoniak (NH3) stripping, wordt bovendien een mogelijk geurprobleem vermeden.

De pH correctie kan niet volledig worden doorgevoerd in de nabeluchting (E) aangezien bij te lage pH de biologische activiteit zowat stilvalt. Daarom wordt de nabeluchting (E) nog gevolgd door een tweede stap pH correctie in een aparte tank (F).

Bioqasbehandelina

Vooraleer het bioggs (7) kan worden verbrand in een bijvoorbeeld elektromotor (G), dient de aanwezige zwavelwaterstof (H2S) en eventuele andere verontreinigingen grotendeels te worden verwijderd. Deze verwijdering is gewenst in verband met milieu-eisen en/of ter voorkoming van corrosie. In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt gebruikt gemaakt van een biologische biogasontzwaveling (D).

Het biogas (7) wordt in een tank gevuld met pakkingsmateriaal in tegenstroom gebracht met een zure wasstroom die continu over het pakkingsmateriaal wordt gerecirculeerd. De H2S wordt in de zure wasstroom opgelost en via een aantal biologische oxidatie stappen omgezet tot sulfaat.

Het is een voordeel van de biologische zwavelzuurvorming, dat de pH van de wasstroom heel laag gehouden kan worden. Daardoor kan de spui (8) van de biogasontzwaveling worden gebruikt in de pH correctie (E). Hierdoor wordt bespaard op de chemicaliënkost bij de correctie van de zuurgraad van het anaëroob effluent (9) van de biogas productie installatie.

Claims (20)

1. Werkwijze voor de bereiding van biogas, omvattend de stappen van: - het verschaffen van een whole stillaae reactieproduct van | ethanolproductie; - het scheiden van het whole stillaae reactieproduct in een eerste fractie en een tweede fractie, waarbij de eerste fractie dunner is dan de tweede fractie^ een lagere viscositeit en/of een lagere dichtheid (kg/l) en/of een lager vastestofqehalte heeft dan de tweede fracti.e - het scheiden van ten minste een gedeelte van de eerste fractie door het afscheiden van zwevende stoffen in een eiwitrijke deel slibkoek en een koolstofriike-deet vloeibare fractie: en - het uitvoeren van een anaërobe omzetting van het koolstofrijke deel van de eerste fractie, onder vorming van het biogas. Werkwijze volgens Conclusie-ΐτ waarin het eiwitrijke deel van de eerste fractie een in hoofdzaak ingedikte massa is en het koolstofrijke deel van de oerste fractie vloeibaar is.

2. Werkwijze volgens Conclusie 1 ef-2, waarin het eiwitrijke deel van de eerste | fractie ofwel apart wordt ingedampt ofwel wordt samengevoegd met een overgebleven, niet gescheiden gedeelte van de eerste fractie, en vervolgens wordt ingedampt tot een siroop.

3. Werkwijze volgens Conclusie 3_2, waarin de siroop wordt samengevoegd | met de tweede fractie en gedroogd wordt tot een eiwitrijk eindproduct dat kan worden afgezet in de veevoeding.

4. Werkwijze volgens Conclusie 1 ef—2, waarin de temperatuur van het | koolstofrijke deel van de eerste fractie verlaagd wordt voorafgaand aan de anaërobe omzetting tot een geschikte temperatuur voor anaërobe omzetting.

5. Werkwijze volgens Conclusie §4, waarin de temperatuurverlaging | plaatsvindt in een warmtewisselaar onder verhitting van het nabehandelde effluent van- na de anaërobe omzetting. |

6. Werkwijze volgens Conclusie 1 of 95, waarin aanpassing verlaging van de zuurgraad van een effluent van-na de anaërobe omzetting_ plaatsvindt onder vorming van een bestanddeel met behoud van een stikstofbron voor ethanolbereiding.

7. Werkwijze volgens Conclusie 7_6, waarbij, door hergebruik van een effluent van-na de anaërobe omzetting, een deel van de noodzakelijke stikstof dosering vervangen wordt door de aanwezige ammonium-stikstof (NH4+-N).

8. Werkwijze volgens Conclusie 8_7, waarbij de zuurgraad wordt aangepast verlaagd in een eerste beluchtingstap.

9. Werkwijze volgens Conclusie 9_8, waarbij de eerste stap eveneens een | nabeluchtingstap is, waarin tegelijkertijd potentieel aanwezig azijnzuur wordt afgebroken.

10. Werkwijze volgens Conclusie 9_8, waarbij de zuurgraad in een tweede stap nog vérder wordt aanoepastverlaagd.

11. Werkwijze volgens Conclusie 1, waarbij de anaërobe omzetting plaatsvindt in een reactor voorzien van een verdeelsysteem onderaan de reactor, waardoor het koolstofrijke deel van de eerste fractie over het bodemoppervlak egaal wordt verdeeld.

12. Werkwijze volgens Conclusie 48H, waarin interne en/of externe recirculatie | van anaëroob effluent van de reactor plaats heeft.

13. Werkwijze volgens Conclusie 4-12, waarbij biologische biogasontzwaveling | van het biogas plaats heeft, onder vorming van een zure spui.

14. Werkwijze volgens Conclusie 4413, waarin de zure spui van de biologische biogasontzwaveling toegepast wordt voor het aanpassen-ter verlaging van de zuurgraad van het effluent van- na de anaërobe omzetting.

15.49 Werkwijze voor het produceren van bio-ethanol, met het kenmerk dat | tevens biogas gevormd wordt volgens een werkwijze van één der voorgaande conclusies. |

16. Werkwijze volgens één van conclusies 6 tot 10 of 14 tot 15. waarbij de zuurgraad wordt aangepast tot een pH van 4.0 tot 4.5.

17. Systeem van reactoren voor het uitvoeren van een reactie met meervoudige producten, omvattend: een scheidingsinstallatie voor het scheiden van een whole stiliaoe | reactieproduct in een tweede fractie en een eerste fractie; een scheidingsinstallatie voor het scheiden van ten minste een gedeelte van de eerste fractie in een eiwitrijk deel en een koolstofrijk deel; een bioreactor voor het uitvoeren van een anaërobe omzetting onder vorming van biogas en een effluent.

18.Systeem volgens Conclusie 47Ί6, met het kenmerk dat voorts een | warmtewisselaar aanwezig is, waarin het koolstofrijk deel van de eerste fractie wordt afgekoeld onder verwarming van het effluent van de bioreactor tot een temperatuur geschikt voor gebruik als bestanddeel voor ethanolproduktie, zonder afkoeling van het eiwitrijk deel van de eerste fractie, zodat dit verpompbaar blijft en samen met een overgebleven gedeelte van de eerste fractie.

19. Systeem van reactoren, volgens conclusie 17......-of—1816 of 17. met het | kenmerk dat een biologische ontzwavelingsinstallatie van het biogas aanwezig is, waarvan een spui wordt samengevoegd met het effluent na anaerobe behandeling van de bioreactor voor aanpassing van waarbij de zuurgraad van het effluent verlaagd wordt met onder vorming behoud van een bestanddeel stikstofbron voor ethanolproduktie.

20. Systeem volgens conclusies 19. waarbij de zuurgraad wordt aangepast tot een pH van 4.0 tot 4.5.