CZ17229U1 - Zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv - Google Patents
Zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv Download PDFInfo
- Publication number
- CZ17229U1 CZ17229U1 CZ200618325U CZ200618325U CZ17229U1 CZ 17229 U1 CZ17229 U1 CZ 17229U1 CZ 200618325 U CZ200618325 U CZ 200618325U CZ 200618325 U CZ200618325 U CZ 200618325U CZ 17229 U1 CZ17229 U1 CZ 17229U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- biomass
- solid
- hydrolysis
- bioethanol
- liquid
- Prior art date
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims description 55
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 35
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 title claims description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 22
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims description 13
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 title description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 35
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 35
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 19
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 19
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 claims description 15
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 9
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 9
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 claims description 8
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 8
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 7
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 7
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 241000209504 Poaceae Species 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000008351 acetate buffer Substances 0.000 claims description 3
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 9
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 7
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 5
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 4
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 241000379547 Trifolium medium Species 0.000 description 4
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 description 4
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 235000013526 red clover Nutrition 0.000 description 4
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- 241000219793 Trifolium Species 0.000 description 3
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 2
- 239000004459 forage Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 2
- GHCZTIFQWKKGSB-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid;phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O.OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O GHCZTIFQWKKGSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 108010084185 Cellulases Proteins 0.000 description 1
- 102000005575 Cellulases Human genes 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 239000012075 bio-oil Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000021466 carotenoid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001747 carotenoids Chemical class 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- BEFDCLMNVWHSGT-UHFFFAOYSA-N ethenylcyclopentane Chemical compound C=CC1CCCC1 BEFDCLMNVWHSGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- -1 glucose saccharides Chemical class 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- 230000003128 phytoestrogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000004460 silage Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000004334 sorbic acid Substances 0.000 description 1
- 235000010199 sorbic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940075582 sorbic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
Zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv
Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin enzy5 matickou hydrolýzou na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu nebo krmiv, na kapalnou frakci pro izolaci fyziologicky cenných látek a na pevná paliva.
Dosavadní stav techniky
Snaha využít biomasu k energetickým účelům je celosvětovým trendem, který je důsledkem snižujících se zásob fosilních paliv a nafty. Je známo několik základních způsobů zpracování a zulo žitkování biomasy, jako např. přímým spalováním, anaerobní digescí (výroba bioplynu), zplynováním (výroba generátorového a vodního plynu), pyrolýzou (výroba hořlavých plynů a tzv. „biooleje“ podobného naftě), a také chemickým zpracováním biomasy.
Chemické zpracování biomasy se provádí v zásadě dvěma známými způsoby, a to zcukřením (hydrolýzou) celulózy biomasy, a zpracováním zplynovacích produktů biomasy s pomocí kataly15 tických reakcí při Fischer - Tropschových syntézách na nejrůznější produkty, hlavně však směs uhlovodíků blížící se svým složením běžné naftě.
Druhý způsob je značně technicky náročný a investičně nákladný, a proto jen stěží využitelný v podmínkách malých a středních podniků, které se orientují spíše na prvý způsob, tj. na zcukření (hydrolýzu) celulózy biomasy, který je technicky jednodušší.
Tento způsob zpracování biomasy vede k získání cukerných roztoků, které se mohou využít jako energetické krmivo pro skot (tzv. „umělá melasa“), nebo jako surovina pro výrobu bioetanolu běžným kvašením. Krmivo pro skot je upřednostňováno v oblastech s vysokými stavy skotu, zatímco v oblastech s nižšími nebo postupně se snižujícími stavy skotu je upřednostňováno zpracování cukerných roztoků na bioetanol.
Zcukření (hydrolýza) celulózy biomasy se provádí buďto kyselou hydrolýzou při vyšších teplotách a tlacích, nebo enzymatickou hydrolýzou enzymem celulázou při teplotě do 60 °C, popř. kombinacemi obou těchto postupů.
Kyselá hydrolýza je jednodušší, ale nutnost práce při teplotách kolem 200 °C a odpovídajícím tlaku je investičně nákladná. Enzymatická hydrolýza pracuje za nižších teplot, avšak je náročná na čistotu a zabránění kontaminace prostředí, a její výsledky jsou značně závislé na účinnosti enzymatického preparátu a kvalitě suroviny.
Oba výše popsané způsoby zcukření (hydrolýzy) mají společnou nevýhodu v tom, že pokud jsou využívány pouze pro výrobu bioetanolu, tak energie vložená do výroby úpravy biomasy je 2 až 3,5x větší než energie vyrobeného bioetanolu. Proto je snaha vyrobit kromě bioetanolu z bio35 masy současně i pevná paliva, krmivá, fural, organické kyseliny, vlákninu na izolační desky a další produkty, jejichž prodejem lze dosáhnout ekonomické návratnosti a zisku.
Příklad kyselé hydrolýzy biomasy je popsán např. v českém užitném vzoru CZ 16562, CZ 16083 a na www.biom.cz. Jako vstupní biomasa byly použity dřevěné štěpky, sláma a sběrový papír. Kontinuální jednostupňová hydrolýza je prováděna při teplotě 180 až 210 °C a tlaku 1,1 až
1,6 MPa. V kyselém prostředí dochází k rozštěpení lignocelulózového komplexu, k přeměně celulózy na glukózové sacharidy a k přeměně hemicelulóz na zkvasitelné hemicelulózové cukry. Vedlejší produkty této hydrolýzy jsou surový lignin, fural a organické kyseliny, jako např. kyselina octová a kyselina mravenčí. V návaznosti na hydrolýzu se získaný cukerný roztok zpracovává klasickým lihovým kvašením.
Zařízení pro zpracování biomasy sestává z hydrolyzéru, dále z plnících, přivádějících a výtlačných zařízení pro transport biomasy a hydrolyzované suspenze, a z expanderů, do kterých je
CZ 17229 Ul předávána hydrolyzovaná hmota, a kde dochází k jejímu ochlazení a ke snížení tlaku. Parní fáze z expanderů je přes tepelný výměník vedena do zásobníku furalové směsi, ze kterého je prováděna separace furalu. Součástí linky je i zařízení na rozdělení hydrolyzované suspenze na cukerný roztok (kapalnou složku) a tuhou složku obsahující lignin a zbytkovou celulózu.
Příkladem enzymatické hydrolýzy biomasy je dánský systém 1BUS, který zpracovává slámu, trávu, obilnou biomasu, melasu, cukrovou třtinu, cukerné suroviny a domovní odpadky. Výstupním produktem jsou krmivá, bioetanol, vláknina, hnojivá a pevná biopaliva. K úpravě biomasy se používá jen horká voda a enzymy. Zařízení sestává ze tří reaktorů, kterými je protlačována řezanka lignocelulózového materiálu: prvý reaktor pro namáčení (80 až 100 °C), druhý reaktor ío hydrotermické předúpravy (160 až 200 °C), a třetí reaktor hydrotermické předúpravy (190 až 230 °C). Tento systém má značnou nevýhodu právě ve vysokých teplotách předúpravy, protože samotná enzymatická hydrolýza probíhá při teplotě cca 50 °C, a jen kvůli předúpravě je nutno ohřívat biomasu na uvedené teploty.
Kapalná fáze z druhého reaktoru, obsahující organické kyseliny, hemicelulózy, soli a cukry, se vede k zahuštění do odparky, z níž se získá 254 kg/hod 70% melasy. Pevná fáze vláknitého charakteru z 3. reaktoru po odvodnění na 25 až 30 % sušiny jde do bioreaktoru, kde je hydrolyzována celulázou při pH = 4,5 až 5,5 a teplotě 45 až 50 °C po dobu 24 hodin při aktivitě enzymu 7 FP/g (za 30 min při pH = 5 uvolní enzym 7 mg redukujících látek z papíru Whatmann č. 1, vyjádřených jako glukóza) na sušinu enzymového preparátu. Protiproudně (do 3. reaktoru) se přivádí voda s kondenzátem z odparky v množství 4 t/hod.
Z bioreaktoru enzymatické fermentace jde vlákninová břečka do kvasného bioreaktoru, ve kterém se zakvasí zákvasem pekařských kvasnic, předem 18 hodin rozkvašovaným. V kvasném bioreaktoru při teplotě 30 až 33 °C a pH = 4,5 až 5,0 probíhá kvašení celkem 120 hodin. Při něm vznikne 0,45 až 0,47 g etanolu/1 g glukózy břečky. Produkt z kvasného bioreaktoru, nazývaný „vlákninové pivo“, jde do destilace s rektifikací. Výsledek je produkce 217 kg/hod bioetanolu. Pak se oddělí kapalná a pevná frakce.
Pevná frakce, zvaná „vlákninový základ“, je pevným biopalivem, které v množství 247 kg/hod je vedeno k dalšímu zpracování (např. peletizaci). Kapalná frakce se spojuje s kapalnou frakcí z hydrotermické předúpravy a jde spolu s kapalnou frakcí z druhého reaktoru na odparku k výrobě melasy. Celý systém je sice účinný, ale investičně velmi nákladný (2 tlakové reaktory, protiproudý pohyb drceného materiálu a kapalné fáze s rozdílnými tlaky a teplotami). Je orientován na 3 hlavní produkty: bioetanol, energetické krmivo pro zemědělství (melasa) a pevné biopalivo. Je charakteristický zpracováním materiálu o vysoké sušině (25 až 40 %), což je výhodné z hlediska technologického, ale velmi náročné z hlediska mechanicko-strojírenského. Důsledkem tohoto faktu je značná investiční náročnost.
Výše popsaná zařízení pro zpracování biomasy jsou technicky složitá, investičně nákladná, a pro všechny druhy biomasy nepřinášejí optimální výsledky, např. pro zpracování trav z trvalých travních porostů, zejména víceletých pícnin nejsou příliš vhodná, protože jsou zaměřeny spíše na zpracování biomasy s vyšším podílem ligninu, přičemž ostatní produkty z této výroby mají ma40 lou tržní hodnotu. Jejich nevýhoda spočívá především v tom, že pracují s vyššími teplotami a tlaky.
Nejen v České republice, ale i v dalších zemích je zemědělský půdní fond z velké části tvořen tzv. méně příznivými oblastmi (LFA), které nejsou vhodné pro intenzivní zemědělskou výrobu, ale jsou vhodné pro pěstování trvalých travních porostů, zejména víceletých pícnin, které umož45 ňují zachování půdní úrodnosti a jsou přitom nenáročné. Orientace těchto zemědělských oblastí na energetiku, v kombinaci se zemědělskou dotační politikou, by přispěla k zachování zemědělského půdního fondu a k trvale udržitelnému rozvoji těchto oblastí.
Úkolem technického řešení je proto vytvoření takového zařízení pro zpracování biomasy s nižším podílem ligninu, které by umožňovalo efektivní zpracování biomasy z trvalých travních po-2CZ 17229 Ul roštů, zejména víceletých pícnin, pro výrobu bioetanolu, pevných paliv, krmiv a dalších průmyslově využitelných produktů.
Podstata technického řešení
Tento úkol je vyřešen předloženým technickým řešením. Předmětem technického řešení je zaří5 zení pro zpracování biomasy, trav, zejména víceletých pícnin, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje desintegrační zařízení pro desintegraci biomasy na částice o zrnitosti max. 0,5 mm, které je propojeno s atmosférickým hydrotermickým extraktorem s navazujícím prvním separátorem pevného a kapalného podílu, jehož výstup kapalného podílu extrakce tvoří cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo melasy, a jehož výstup pevného podílu extrakce je připojen k io loužicímu reaktoru s loužicí lázní NaOH a s prací lázní H2O, na který navazuje druhý separátor loužicí a prací lázně a louženého pevného materiálu, a jehož výstup je připojen k bioreaktoru pro enzymatickou hydrolýzu s navazujícím třetím separátorem pevného a kapalného podílu, jehož výstup kapalného podílu hydrolýzy tvoří cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo melasy, a jehož výstup pevného podílu hydrolýzy tvoří materiál pro výrobu pevných paliv.
Předností tohoto zařízení je zejména to, že pracuje za nízkých teplot a s atmosférickým tlakem.
Ve výhodném provedení zařízení je mezi desintegračním zařízením a hydrotermickým extraktorem uspořádán čtvrtý separátor pevného a kapalného podílu, jehož výstup pevné složky desitegrované biomasy je připojen k hydrotermickému extraktoru, a jehož výstup kapalné složky desintegrované biomasy je připojen k biorafinerii pro izolaci cenných látek. Přítomnost tohoto čtvr20 tého separátoru není ale v zásadě nutná, bylo by možné loužit a hydrolyzovat i desintegrovanou břečku.
Dále je výhodné, když mezi čtvrtým separátorem a biorafinerii je uspořádán tlakový hydrolyzér pro kyselou hydrolýzu, který rozšiřuje možnosti využití izolace fyziologicky cenných látek.
Také je výhodné, že na vstup bioreaktoru je připojen inokulační tank a/nebo produkční tank s živým enzymem celulázou, dále vstup acetátového pufru a vstup Omelianského roztoku. Produkční tank může být také propojen se skladem technické celulázy. Živý enzym je velice účinný, jeho účinnost je konstantní, a ve srovnání s nakupovaným enzymem má mnohem nižší cenu.
V dalším výhodném provedení technického řešení je výstup kapalného podílu izolace z biorafinerie, a/nebo výstup kapalného podílu extrakce, a/nebo výstup kapalného podílu hydrolýzy přes alespoň jeden zásobník přiveden na odparku, která je propojena se skladem cukerné suroviny pro bioetanol a se skladem cukerné suroviny pro krmivá. Výhody tohoto řešení z hlediska univerzální výroby „na sklad“ jsou popsány výše.
Nakonec je výhodné takové provedení zařízení, u něhož výstup pevného podílu hydrolýzy a/nebo výstup pevného podílu izolace z biorafinerie je přiveden k peletovacímu lisu.
Zvláště výhodné je použití biomasy jetele lučního ke zpracování na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo melasy, pro izolaci fyziologicky cenných látek, a pro výrobu pevných paliv, zejména pelet, poněvadž jetel luční byl až doposud používán výhradně pro krmné účely.
Výhody předloženého technického řešení spočívají zejména v tom, že umožňuje bezodpadové využití biomasy s nižším podílem ligninu pro energetické, krmné a zpracovatelské účely jedno40 duchým způsobem s nízkými výrobními náklady a v zařízení pracujícím za běžného atmosférického tlaku a nízkých teplot. Kromě bioetanolu a krmiv jako např. melasy lze popsaným způsobem z trav, např. z jetele lučního, získat i fyziologicky cenné látky využitelné v dalších oblastech. Trávy a víceleté pícniny lze pěstovat v oblastech LFA (less favourable areas), kdeje možno takto zachovat půdní úrodnost a zároveň tyto oblasti komerčně orientovat na energetiku, v kom45 binaci se zemědělskou dotační politikou. Tato kombinace přispěje nejen k zachování zemědělského půdního fondu, ale i k trvale udržitelnému rozvoji těchto oblastí.
-3CZ 17229 Ul
Přehled obrázku na výkrese
Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, na němž představuje obr. 1 schematické znázornění zařízení pro zpracování biomasy podle technického řešení.
Příklady provedení technického řešení
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení technického řešení na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujíío cích nároků na ochranu.
V následně uvedeném příkladu provedení je popsáno zařízení pro zpracování biomasy jetele lučního, ale předmět technického řešení zahrnuje v širším měřítku obdobná zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin.
V tomto příkladu provedení je vstupní surovina tvořena biomasou i nadzemní hmoty čerstvého nebo senážovaného jetele lučního. Čerstvý jetel luční má až 90 % vody a 10 % sušiny a tím se odlišuje od biomas které byly pro obdobné účely dosud používány. Biomasa 1 se nejprve desintegruje v desintegračním zařízení 16, např. v drtiči se dvěma protiběžnými šneky, v kladívkovém šrotovníku, v drticí stolici, v lisu apod. na částice o zrnitosti max. 0,5 mm. Tím vznikne břečka, která je zpracována ve čtvrtém separátoru 21 pevného a kapalného podílu. Jde o odstředivé zaří20 zení, které má výstup 9 pevné složky desintegrované biomasy 1, a výstup 10 kapalné složky desintegrované biomasy L Čtvrtý separátor 21 nemusí být v jiných příkladech provedení využit, desintegrovaná biomasa I může být rovnou zpracována v hydrotermickém extraktoru 2.
Výstup 10 kapalné složky desintegrované biomasy I, tzv. „zelený džus“ je přiveden do biorafmerie 11, kde se chemickou cestou izolují fyziologicky cenné látky, jako např. rostlinná barviva, fytoestrogenní látky, karotenoidy atd., které jsou dále samostatně komerčně využitelné.
Alternativně může být předtím výstup 10 kapalné složky, obsahující tzv. „zelený džus“, dále přeměněn na tzv. „hnědý džus“, a to kyselou hydrolýzou v prostředí HC1 v tlakovém hydrolyzéru 22 pracujícím v prostředí s pH = 3,0 při teplotě 200 °C. Kyselá hydrolýza rozšíří možnosti využití zeleného džusu, není ale bezpodmínečně nutná, a její účinky je nutno hodnotit se zřetelem k nákladům na tlakový hydrolyzér 22.
Z biorafinerie 11 je výstup 12 kapalné složky izolace, kterou tvoří „zelený džus“ z něhož byly izolovány cenné látky, přiveden do prvého zásobníku 25 kapalného podílu, který je dále propojen s druhým zásobníkem 26 kapalného podílu (oba zásobníky 25, 26 obsahují cukerné roztoky pro výrobu bioetanolu nebo melasy), a dále do odparky 8.
Z biorafinerie 1_1 vychází také výstup 13 pevné složky izolace, kterou tvoří využitá odvodněná desintegrovaná biomasa, což je vhodný materiál pro výrobu pelet na peletovacím lisu 30.
Naproti tomu výstup 9 pevné složky desintegrované biomasy 1, který vychází z odstředivky čtvrtého separátoru 21, je přiveden k hydrotermickému extraktoru 2. Pevná složka je extrahována horkou vodou o teplotě 90 °C po dobu 4 hod v hydrotermickém extraktoru 2, který pracuje za běžného atmosférického tlaku. Tento hydrotermický extraktor 2 může zpracovat i neseparovanou desintegrovanou biomasu I, přičemž tlakový hydrolyzér 22 a biorafinerie H mohou být zařazeny až za extraktor 2.
Výluh z extrakce, obsahující zbytky vodorozpustných cukrů, hemicelulóz a ostatních organických látek, je oddělen od sušiny a odchází výstupem 4 z prvního separátoru Γ7 kapalného a pev45 ného podílu (s výhodou opět odstředivka), odkud je již jako cukerná surovina pro výrobu bioetanolu nebo melasy odveden do prvého zásobníku 25 cukerné suroviny.
-4CZ 17229 Ul
Výstup 5 pevného podílu extrakce, kterým odchází hmota tvořená pevnými částicemi biomasy 1 je přiveden do periodicky pracujícího loužicího reaktoru 18, kde je hmota loužena roztokem, který snižuje stupeň krystalinity celulózy a ligninovou bariéru. Používá se 2,5% roztok NaOH, který působí 24 hodin při teplotě 60 °C. Po loužení se v druhém separátoru J_9 odstředí loužicí lázeň, která se recykluje k opětovnému použití po obnovení koncentrace čerstvým NaOH. Loužení slouží k předúpravě biomasy i před vlastní enzymatickou hydrolýzou v bioreaktoru 3, přičemž loužení usnadňuje působení enzymů tím, že narušuje rostlinnou tkáň a membránové tmely. Po loužení se pevný podíl extrakce v loužicím reaktoru 18 promyje vodou, a prací lázeň se opět odstředí ve druhém separátoru 19. Pevný podíl extrakce ošetřený louhem a promytý, se převádí do bioreaktoru 3, kde se mísí s roztokem acetátového pufru pH = 4,6 (je přiváděn vstupem 23), s Omelianského roztokem, v množství 1 g (NH4)2SO4 + 1 g K2HPO4 + 0,5 g kryst. MgSO4 + 0,1 g NaCl na každý litr pufru (je přiváděn vstupem 24), a hydrolyzuje se enzymem celulázou (přívod 31) po dobu 24 hodin při teplotě 53 °C.
Po hydrolýze v bioreaktoru 3 postupuje zcukřená hmota do třetího separátoru 20 pevného a ka15 palného podílu. Výstup 7 pevného podílu hydrolýzy obsahuje materiál vhodný pro výrobu topiva, zejména pelet, který je proto směšován s pevným podílem izolace a přiváděn k peletovacímu lisu 30, kde se za pomoci vhodných přísad lisuje do pelet. Výstup 6 kapalného podílu hydrolýzy obsahuje cukernou surovinu pro další výrobu bioetanolu nebo melasy. V druhém zásobníku 26 se smísí s kapalným podílem extrakce a kapalným podílem izolace, které jsou přiváděny z prvého zásobníku 25, a směs cukerných roztoků postupuje dále na odparku 8.
Na odparce 8 se upraví koncentrace cukrů tak, aby odpovídala buď podmínkám kvašení na bioetanol, nebo podmínkám krmivářským jako energetický krmný zdroj, zejména melasa. Pro kvašení na bioetanol je vhodná koncentrace 32° Bé, pro krmivá dle požadavku odběratele.
Celulázový enzymatický systém pro bioreaktor 3 se připravuje tak, že produkční kmen Tricho25 derma viride (ressei) z nádobek s agarem a živinami (nejčastěji ve zkumavkách) se v laboratoři vícestupňovou kultivací v baňkách se sterilním kultivačním médiem převede na inokulum. Inokulum z baněk se převede do inokulačního tanku při poměru objemu inokula k objemu kultivačního media 1 : 10. Baňky i inokulační tank jsou plněny živnou půdou tohoto složení: mletá sušená hmota jetele lučního v květu (10 g) a karboxymetylcelulóza (10 g) zn. AKUCELL se rozmi30 xuje v citrátofosfátovém sladinovém pufru pH = 4,6, který se připraví smísením 532 ml 0,1 M kyseliny citrónové (19,2 g/1) a 468 ml 0,2 M Na2HPO4 (28,4 g bezvodé soli/I v množství 1000 ml sladiny s 8 % extraktu). Tento roztok se obohatí 1 g (NH4)2SO4, 1 g K2HPO4,0,5 g kryst. MgSO4 a 0,1 g NaCl na každý litr živné půdy. Inokulace se vždy provádí po sterilizaci živné půdy inokulem v poměru objemu 1 : 10 ke kultivačnímu médiu. Kultivuje se při 40 °C a provzdušňuje se filtrovaným a sterilizovaným vzduchem, který současně plní funkci míchání. Odvod par a použitého vzduchu se realizuje přes vatový filtr.
Pro krmení bude možno použít také přebytek technické celulázy z produkčního tanku 15, který je skladován ve skladu technické celulázy 29, a který pro tyto účely bude koncentrován ultrafiltrací a stabilizován kyselinou sorbovou. Enzym bude možno použít ke zkvalitnění a zchutnění objem40 ných krmiv.
Zařízení podle technického řešení je možno v jiných příkladech provedení s ohledem na výrobní prostory, druh biomasy a hospodárnost provozu různě modifikovat. Tak např. nádoba hydrotermického extraktoru 2 může být používána současně i jako loužicí reaktor 18, aby byla využita technologie. Stejně tak mohou být separátory 17, 19, 20, 21 slučovány, resp. každý z nich může být využíván vícenásobně tak, aby nemusela být v lince instalována čtyři jednotlivá separační zařízení. Stejná zásada platí pro zásobníky 25, 26, sklady 27, 28, 29, odparku 8 a další součásti technologie. Každé z těchto zařízení může být v lince použito jednou nebo vícekrát, podle potřeby.
-5CZ 17229 Ul
Průmyslová využitelnost
Zařízení podle technického řešení lze využít pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv a na další produkty, které lze dále využít v zemědělství, ve zpracovatelském průmyslu, a v oblastech obnovitelných zdrojů energie a trvale udržitelného rozvoje.
Claims (7)
1. Zařízení pro zpracování biomasy (1) trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv, a další produkty, sestávající z alespoň jednoho reaktoru pro hydrotermickou předúpravu biomasy (1), z bioreaktoru (3) pro enzymatickou hydrolýzu, a z odío parky (8), vyznačující se tím, že zahrnuje desintegrační zařízení (16) pro desintegraci biomasy (1) na částice o zrnitosti max. 0,5 mm, které je propojeno s atmosférickým hydrotermickým extraktorem (
2) s navazujícím prvním separátorem (17) pevného a kapalného podílu, jehož výstup (4) kapalného podílu extrakce tvoří cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo melasy, a jehož výstup (5) pevného podílu extrakce je připojen k loužicímu reaktoru (18)
15 s loužicí lázní NaOH a s prací lázní H2O, na který navazuje druhý separátor (19) loužicí a prací lázně a louženého pevného materiálu, jehož výstup je připojen k bioreaktoru (
3) pro enzymatickou hydrolýzu s navazujícím třetím separátorem (20) pevného a kapalného podílu, jehož výstup (6) kapalného podílu hydrolýzy tvoři cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo melasy, a jehož výstup (7) pevného podílu hydrolýzy tvoří materiál pro výrobu pevných paliv.
20 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi desintegračním zařízením (16) a hydrotermickým extraktorem (2) je uspořádán čtvrtý separátor (21) pevného a kapalného podílu, jehož výstup (9) pevné složky desintegrované biomasy (1) je připojen k hydrotermickému extraktoru (2), a jehož výstup (10) kapalné složky desintegrované biomasy (1) je připojen k biorafinerii (11) pro izolaci cenných látek.
25 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezi čtvrtým separátorem (21) a biorafinerií (11) je uspořádán tlakový hydrolyzér (22) pro kyselou hydrolýzu.
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na vstup bioreaktoru (3) je připojen inokulační tank (14) a/nebo produkční tank (15) s živým enzymem celulózou, dále vstup (23) acetátového pufru, a vstup (24) Omelianského roztoku.
30
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že produkční tank (15) je propojen se skladem technické celulózy (29).
6. Zařízení podle nároků la2, vyznačující se tím, že výstup (12) kapalného podílu izolace z biorafinerie (11) a/nebo výstup (4) kapalného podílu extrakce a/nebo výstup (6) kapalného podílu hydrolýzy je přes alespoň jeden zásobník (25, 26) přiveden na odparku (8),
35 která je propojena se skladem (27) cukerné suroviny pro bioetanol a se skladem (28) cukerné suroviny pro krmivá.
7. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že výstup (7) pevného podílu hydrolýzy a/nebo výstup (13) pevného podílu izolace z biorafinerie (11) je přiveden k peletovacímu lisu (30).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ200618325U CZ17229U1 (cs) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | Zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ200618325U CZ17229U1 (cs) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | Zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ17229U1 true CZ17229U1 (cs) | 2007-02-08 |
Family
ID=37772696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ200618325U CZ17229U1 (cs) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | Zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ17229U1 (cs) |
-
2006
- 2006-11-30 CZ CZ200618325U patent/CZ17229U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101155928B (zh) | 另选原料流在生物质处理和利用中的整合 | |
RU2560426C2 (ru) | Переработка биомассы | |
US10766826B2 (en) | Process for producing a fuel from lignocellulosic feedstock | |
CN101928733B (zh) | 一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法及装置 | |
CN101952449B (zh) | 由两种不同的起始材料制造乙醇的方法 | |
CN101555495B (zh) | 乙醇导向秸秆生物炼制全封闭集成系统 | |
CN104024420B (zh) | 将木质纤维素材料转化为有机酸的方法 | |
CN105907813A (zh) | 生物量加工 | |
CN102363795A (zh) | 利用木质纤维素联产乳酸和乙醇的方法 | |
Chandra et al. | Experimental evaluation of substrate’s particle size of wheat and rice straw biomass on methane production yield | |
US12234494B2 (en) | Method for carrying out the combined operation of a bioethanol production unit and a biogas unit | |
CN102367458A (zh) | 一种NaOH预处理芦笋秸秆制取沼气的方法 | |
CN1896252A (zh) | 利用有机物高效厌氧发酵生产沼气的方法 | |
CN110938558A (zh) | 木质纤维素降解复合菌系及其培养方法和应用 | |
CN102286553B (zh) | 一种由糠醛渣和皂荚渣制备乳酸的方法 | |
CN102071236A (zh) | 木薯渣制备还原糖和低聚糖的一种方法 | |
JP4886074B2 (ja) | バイオマス糖化の前処理方法及びその前処理方法を用いた糖化方法 | |
CN101649253B (zh) | 一种芦苇生物质的综合应用方法 | |
CZ2006754A3 (cs) | Zpusob zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv, a na další produkty, zarízení k provádení tohoto zpusobu, a použití biomasy jetele lucního k tomuto zpracování | |
JP2014090707A (ja) | リグノセルロース含有バイオマスの酵素糖化処理方法及びリグノセルロース含有バイオマスからのエタノール製造方法 | |
CZ17229U1 (cs) | Zařízení pro zpracování biomasy trav, zejména víceletých pícnin, na cukernou surovinu pro výrobu bioetanolu a/nebo krmiv | |
JPH09168367A (ja) | オイルパームのセルロース繊維質廃棄物から飼料を製造する方法 | |
CN101768620A (zh) | 一种微反应热爆秸秆发酵产沼气的方法 | |
CN101544996A (zh) | 植物体糖化发酵酒曲(菌体蛋白饲粮)与生醇发酵生产新工艺 | |
CN103981295B (zh) | 一种利用茭白废弃物制备木糖和葡萄糖的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20070208 |
|
ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20101118 |
|
MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20131130 |