CZ294398B6 - Způsob a zařízení komplexního zpracování obnovitelných surovin - Google Patents

Abstract

Kontinuální tlakovou hydrolýzou lignocelulózového materiálu a následnou enzymatickou hydrolýzou tuhých nezhydrolyzovaných zbytků se získá glukóza, k níž se přidají škrobnaté suroviny a podrobí se amylolytickému štěpení a alkoholové fermentaci. Získává se etanol, furfural, kyselina octová a lignin. Zařízení sestávající z plnicí jednotky, hydrolyzérů, expandérů, destilačních a rektifikačních kolon spočívá v tom, že kontinuální tlaková šneková plnicí jednotka (13) sestává ze segmentů tvořených tělem (94) s jednochodými šneky (86), které jsou umístěny na hřídeli (85). Mezi šneky je umístěn nejméně jeden parní zámek (88), který se na náběhové straně suroviny kónicky rozšiřuje. Ve výstupní vložce s přechodovou částí (93) ústící do prvního hydrolyzéru (22) se dosahuje tlaku shodného s prvním hydrolyzérem. Poslední hydrolyzér (24) je spojen s první rektifikační kolonou (43) na furfural a se sekcí celulolytické enzymové hydrolýzy, amylolytického štěpení a etanolové fermentace.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zpracování lignocelulózových materiálů kontinuální tlakovou hydrolýzou za vzniku furfuralu a furanu, kyseliny octové, ligninu, hydrolýzních cukrů - glukózy. Dále zpracováním zbytků po hydrolýze metodou enzymové hydrolýzy, hydrolýzou škrobu z přidávaných škrobnatých surovin, zejména obilných zrn na glukózu, její fermentací, destilací a rektifikací na bioethanol, využitím - výpalků anaerobní fermentací na bioplyn, a jímání kysličníku uhličitého, a komplexního zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Nedostatek fosilních surovinových zdrojů se stává potencionální bariérou brzdící ekonomickosociální rozvoj většiny krajin. Dnešní systémy výroby organických chemikálií jsou převážně založené na využití fosilních surovin. Fosilní suroviny, zejména ropa a zemní plyn, postupně se vyčerpávají. Česká republika má těžkou závislost na dovozu uvedených surovin, což tvoří značnou část deficitu v obchodní bilanci.

Kromě fosilních zdrojů surovin je k dispozici pro současné i další období velká část obnovující se organické hmoty - biomasy.

Biomasa (LCM - lignocelulózové materiály) je v současnosti nejvíce využívaným obnovitelným zdrojem energie a má nezanedbatelný podíl na světové produkci.

V blízké budoucnosti je zapotřebí rozvíjet, resp. nalézt levnější a účinné metody konverze na ušlechtilá plynná a zejména kapalná paliva, která umožní širší a efektivní využití biomasy a obnovitelných zdrojů jako celku, tzn. bez omezení působnosti na blízkost surovinových zdrojů, a také větší flexibilitu ve způsobech aplikace a bez sezónních výkyvů.

Hlavními producenty biomasy jsou v prvé řadě zdroje ze zemědělské prvovýroby (různé druhy slámy), odpady dřevařského a lesního průmyslu.

Intenzivně se zkoumají postupy využívající hydrolýzu celulózy i hemicelulóz. Výhodou těchto postupů je velmi nízká cena vstupních lignocelulózových surovin. Hydrolýzní technologie poskytující roztok hydrolýzních cukrů (celulózových a hemicelulózových) o vhodné koncentraci a pokud možno kontinuálním způsobem nejsou dosud plně zvládnuty.

Všechny tyto faktory uvádí Philip W. Madson ve své přednášce Bio-ethanol experiences in the USA přednesené na European Conference on Bioethanol, konané v Lisse - Holandsko v květnu 1990. Závěrem konstatuje, že výroba bioetanolu je přes technický pokrok v nejlepším případě na hranici rentability. Doposud používané a navržené technologie na výrobu etanolu jako paliva jsou většinou založeny na využívání škrobových materiálů, zejména kukuřice a obilí.

Druhá strategie, která je nyní aktivně sledována, je použití vstupů s nižšími náklady jako je např. celulóza, aby se snížily náklady na surovinu.

Známý postup je popsán v US patentu 4 564 595. Jedná se o kyselou hydrolýzu předem delignifikované celulózy a následné zkvašování vzniklých jednoduchých cukrů (hlavně glukózy).

Vysokou energetickou náročnost známých postupů se snaží odstranit Japonský Patent 59048090 A o názvu Preparation of fuel alcohol. Jeho podstata spočívá v tom, že jsou pomocí fermentace připraveny z obnovitelných surovin jednoduché cukry, které jsou potom zkvašeny na etanol.

Škrobové materiály jsou štěpeny pomocí vláknitých hub rodu Aspergilus, lignocelulózové materiály typu dřeva jsou upravovány pomocí kvasinek, sláma a slámě podobné materiály pomocí Bacillus natto.

Firma Quaker Oats používala při výrobě furaldehydu, diskontinuální hydrolýzu lignocelulóz kyselinu sírovou (5 % vodný roztok) při teplotě 145 až 170 °C.

Firma Defibrátor Švédsko) vypracovala kontinuální hydrolýzu, použila však jednostupňovou expanzi a surovinu před hydrolýzou impregnuje kyselinou sírovou.

Je znám finský patent, přihlášený v ČR pod číslem 191945, jehož předmětem ochrany je způsob kontinuální dvoustupňové hydrolýzy v přítomnosti kyseliny sírové. V prvém stupni probíhá hydrolýza při teplotě 150 až 200 °C s koncentrací kyseliny sírové větší než 10% hmotn.

V druhém stupni při téže teplotě je koncentrace kyseliny do 5 % hmotn.

Švýcarská patentová přihláška CH 678183 A5, uvádí kyselé hydrolýzy surovin obsahujících pentosany, v prostředí 2 % hmotn. kyseliny sírové při teplotě 170 až 230 °C.

Přesto, že zatím je často využití fosilních surovin ekonomicky výhodnější, velké petrochemické společnosti založily svá výzkumně - vývojová pracoviště nových technologií využívající obnovitelné zdroje. Konference European on Bioethanol se zabývala příčinami ekonomické nerentability, z technologického i legislativního hlediska. U výroby bioetanolu, který je vyráběn, nebo bude vyráběn z kukuřičného, nebo obilního škrobu se prodejní cena téměř rovná ceně nákupní suroviny. Tyto substráty jsou drahé, mají však výhodu ve snadné a technologicky zvládnuté hydrolýze.

Je známý evropský patent 0 101 190 Process for producing ethanol autorů Assarssona a Nagasuye, kteří využívají pro výrobu glukózy, následně zkvašované na etanol, kyselou parciální hydrolýzu škrobu. Jako vstupní surovina je uvažován karbohydrátový materiál různě upravený (chemicky modifikovaný, odvozený, nemodifikovaný a nebo jejich směs). Do některé z těchto skupin patří teoreticky i celulóza, i když ji autoři v seznamu surovin výslovně neuvádějí. Navržené podmínky hydrolýzy, zvláště teplota, ji však vylučují ze seznamu použitelných surovin. Při navržené teplotě topné páry 167 °C může dojít pouze k hydrolýze části pentózanů, avšak lignocelulózový komplex zůstane neporušen. Proto je v nárocích uváděn pouze škrobový materiál.

Kontinuální způsob hydrolýzy lignocelulózových materiálů není dosud průmyslově využíván.

V provozních podmínkách je obtížné dodržet krátké reakční časy, zabezpečit rychlé vyhřátí směsi, ale i regeneraci tepla, výtěžnost všech produktů, jestliže proces musí zajistit ekonomickou únosnost. Další nevýhodou těchto postupů je nekomplexní využití produktů, které obnovitelný materiální zdroj poskytuje.

Způsob zpracování lignocelulózových materiálů hydrolýzním a dále fermentačním způsobem řeší částečně celá řada vynálezů. (CZ 281504 a CZ zveřejněná PV 2000-4328).

Hydrolýzou lignocelulózových materiálů vzniká furfural, kyselina octová, lignin, hydrolýzní cukry, zejména glukóza. Nezhydrolyzované zbytky celulózy a ligninu se podle CZ dokumentů buď vrací zpět do hydrolýzního procesu, nebo se podrobí extrakci za účelem získání ligninu. Dezintegrovaná surovina je zvlhčena ve hmotnostním poměru 0,5 až 1:1 a ze získané směsi se přebytečná voda odlisuje a následně se provádí tlaková kyselá hydrolýza. Podle upřednostňovaného druhu hydrolýzních produktů lze proces hydrolýzy provádět při různých teplotách v rozmezí teplot 160 až 230 °C.

Nevýhodou tohoto postupu je velká spotřeba teplé technologické vody použité ke zvlhčení dezintegrovaného lignocelulózového materiálu a její následné odlisování před vlastní

-2 CZ 294398 B6 hydrolýzou. Další nevýhodou dosud navržených postupů je, že není komplexně vyřešena energetická úspornost celého provozu.

Není řešeno ani komplexní využití lignocelulózových i škrobnatých materiálů.

Důležitou podmínkou hydrolýzních procesů pro zpracování lignocelulózových materiálů je zajištění provozní kontinualizace výroby. Zejména přísun dezintegrovaného lignocelulózového materiálu do hydrolyzéru.

Je známá plnicí pístová jednotka, která se skládá se zásobníku materiálu, dvou šoupátek, plnicího a hydraulického válce, nezajišťuje plynulé kontinuální dávkování lignocelulózových materiálů a navíc tento způsob plnění nebyl odzkoušen pro kontinualizaci hydrolýzního procesu.

Plnicí lis popsaný v CZ 281504 sestává z válcové části a kuželové části, oběma částmi prochází šnek s konstantním stoupáním a se zmenšujícím se stoupáním v kuželové části, přičemž kuželová část je tvořena segmenty pro odvod kapaliny do zásobníku. Přední čelo válcové části je perforované. Na konci kuželové části je tlaková vložka, která je pevně spojena s plnicím lisem a ústí do prvního hydrolyzéru. Ani tento plnicí systém se neosvědčil, zejména pro nestejnoměrné plnění, pro nezajištění kompaktnosti a kontinuální průchodnosti zátky tlakovou vložkou. Tento systém byl opuštěn zejména z obavy, že nebude vhodný pro komerční použití v nepřetržitém provozu.

Podstata vynálezu

Zmíněné nevýhody uvedených dosavadních hydrolýzních postupů získávání, cukrů - glukózy, etanolu, furfuralu, čistého ligninu, bioplynu a oxidu uhličitého z lignocelulózových materiálů, řeší a odstraňuje způsob komplexního zpracování obnovitelných surovin, zejména lignocelulózových a škrobnatých materiálů. Způsob podle vynálezu spočívá v tom, že se desintegrovaný lignocelulóžový materiál zvlhčený technologickou vodou v rozsahu 0,1 až 0,3 % hmotn., vztaženo na hmotnost vstupujícího materiálu, kontinuálně dopravuje a mechanickou energií vyhřívá na teplotu 80 až 90 °C v plnicí jednotce. Rozrušený a vyhřátý materiál se dále kontinuálně hydrolyzuje v přítomnosti technologické vody a páry o teplotě 190 až 235 °C a tlaku 1,5 až 3,2 MPa a v přítomnosti zředěné kyseliny v množství 0,3 až 0,85 % hmotn., vztaženo na suspenzi při hmotnostním poměru vody k sušině 1:3,5 až 1:4,5 po dobu 9 až 12 minut. Hydrolýza probíhá za současného rovnoměrného postupu tuhé a kapalné fáze. Kyselina se dávkuje pro úpravu kyselosti do přívodního potrubí před hydrolyzérem. Veškerá pára v hydrolýzním systému zkondenzuje a ohřeje prostupující materiál. Uvolněné kondenzační teplo pokryje i ztráty tepla přes plášť druhého hydrolyzéru. Katalytickým působením kyseliny a teploty dojde k hydrolýznímu rozkladu hemicelulóz na furfuralovou část a z části na hemicelulózové cukry. Dojde k rozrušení lignocelulózových vazeb a k degradaci celulózy na glukózu v rozsahu od 27 do 85 %. Po ukončení hydrolýzy se materiálová suspenze dvoustupňové expanduje. Parní fáze obsahují furfural, metanol a kyselinu octovou a vodu. Zhydrolyzovaná suspenze obsahuje roztok cukrů, zbytkovou tuhou rozvlákněnou lignocelulózovou fázi a vodu.

Pro správnou funkci a nastavení termodynamické rovnováhy mezi kapalinou a párou v hydrolyzérech je důležité kontinuální odvádění inertní parní fáze obsahující převážně furfural z parního prostoru hydrolyzérů. Odvod se provádí z horní části hydrolyzérů a je důležitý z hlediska dosažení potřebné teploty. S rostoucím obsahem této parní fáze stoupá tlak v hydrolyzérech.

Parní fáze z hydrolyzérů spolu s parními fázemi z expandérů jsou zchlazeny a podrobí se rektifikaci. Rozdělí se na roztok furfuralu, metanolu a vody, a směs kyselin a vody. Furfuralová směs se rozdělí dekantací do dvou vrstev. Dolní vrstva obsahuje cca 92 % hmotnostní roztok furfuralu s vodou a metanolem. Horní vrstva z dekantéru obsahuje asi 8 % hmotnostní furfural, dále metanol a vodu. Tato vrstva je nastřikována zpět do rektifikační kolony.

-3 CZ 294398 B6

Azeotropická směs kyselin a vody se extrahuje a získává se bezvodá směs kyseliny octové a mravenčí.

Hydrolyzát obsahující hydrolýzní cukry, rozvlákněnou tuhou lignocelulózovou fázi a vodu se lisuje. Lisováním se získá roztok cukrů a vody a tuhé rozvlákněné lignocelulózové zbytky, na které se působí celulolytickými enzymy. Lignocelulózové zbytky se mohou též vracet do termicko tlakové hydrolýzy k dohydrolýze, nebo se extrahují během 10 až 15 minut rozpouštědlem ze skupiny, tvořené etanolem, nebo acetonem. Do rozpouštědla přejde lignin a po odpaření rozpouštědla se získá čistý reaktivní lignin a v tuhé části zůstane celulóza. Po celulolytické hydrolýze se získá čistá glukóza. Cukry vázané na vláknině prolisováním přejdou do roztoku cukrů a nevrací se s vlákninou do některého ze zvolených postupů zpracování tuhých zbytků. Tato snadno kombinovaná procesní opatření zajišťují vysokou výtěžnost fermentovatelných cukrů.

Roztok glukózy získaný enzymatickou hydrolýzou se přidává do roztoku cukrů z tlakové hydrolýzy, a mísí se kontinuálně se škrobovým materiálem a vše se podrobí amylolytické hydrolýze, při čemž z výsledné reakční směsi se oddělí zbylé tuhé částice obsahující neškrobový podíl zrn, které se vrací do termicko tlakové hydrolýzy. Získaný glukózový roztok se po úpravě pH, přídavku solí a živin a po úpravě koncentrace glukózy případným naředěním nezahuštěnými výpalky ze záparové kolony napouští přes výměník tepla do fermentoru. Alkoholová fermentace je přítoková s vracením separovaných kvasinek, nebo se ve fermentoru nechá 20 až 30 % jeho obsahu jako zákvas pro další fermentaci, čímž se nové kvašení rychle rozbíhá. Po prokvašení glukózy na etanol a po oddělení kvasinek se roztok z fermentoru čerpá na destilaci. Z destilační kolony odchází v parách kolem 90 % etanolu o koncentraci cca 40 % do rektifikace, při tom část výpalků se vrací do fermentace, kde ředí cukerný roztok na požadovanou koncentraci a nevyužitá část výpalků postupuje na odparku. V odparce lze výpalky zahustit na požadovanou koncentraci sušiny. Celý proces má v průmyslových podmínkách vysokou výtěžnost a destilační účinnost je cca 99,5 %.

Tepelná energie zhydrolyžovaného roztoku přicházejícího z termicko tlakové hydrolýzy se využívá pro zmazovatění škrobu přidaného do roztoku glukózy, případně při ohřevu technologické vody, nebo páry. Po zmazovatění škrobu a úpravě teploty na optimum pro působení termostabilních amyláz, velmi rychle proběhne štěpení škrobu na glukózu. Výhodou tohoto postupuje, že se využije teplo hydrolýzního roztoku.

Tepelná energie glukózového roztoku, a teplo výpalků se využívá pro předehřátí nástřiku do záparové kolony. Teplo lutrové vody, její tepelná energie se využívá ke zlepšení energetické bilance termicko tlakové hydrolýzy.

Kompaktnost a provázanost na sebe navazujících pracovních postupů, hydrolýzy, fermentace, destilace a rektifikace, s postupy využití vedlejších produktů (ligninu, furfuralu, výpalků, kvasnic a oxidu uhličitého), umožňují automatizaci procesu a dosažení bezodpadového systému zpracování obnovitelných zdrojů.

Komplexní řešení využití lignocelulózových a škrobnatých surovin umožňuje maximální využití všech vstupních surovin a tepelné energie.

Zařízení k provádění tohoto způsobu sestává z drtiče a provozního zásobníku, plnicí jednotky a soustavy hydrolyzérů, kde poslední je propojen přes vysokotlaké šoupátko se středotlakým expandérem, jehož spodní část je propojena přes středotlaké šoupátko potrubím do vrchní části nízkotlakého expandéru, spodní část nízkotlakého expandéru je propojena přes rotační podavač potrubím s míchaným zásobníkem hydrolýzního produktu, který je dále připojen na separační zařízení, jehož první sběrná část je propojena s prvním zásobníkem roztoku hydrolýzních cukrů a druhá sběrná část pro tuhou nezreagovanou fázi je propojena s druhým zásobníkem zbytkové lignocelulózové fáze, horní část středotlakého expandéru a nízkotlakého expandéru je propojena s vrchní částí rektifikační kolony furfuralu a se zásobníkem furfuralu. Podle vynálezu spočívá v tom, že kontinuální tlaková šneková plnicí jednotka sestává ze segmentů tvořených tělem s jednochodými šneky, které jsou umístěny na hřídeli. Sestava segmentů je ukončena hlavou, jejíž vnitřní geometrický tvar je uzpůsoben poloze tmu, kterýje zašroubován do konce hřídele. Mezi šneky je umístěn nejméně jeden parní zámek a distanční podložka, parní zámek se na náběhové straně suroviny kónicky rozšiřuje, v místě parního zámku je vnitřní strana těla opatřena vložkou ve tvaru tenkého mezikruží o síle 3 až 6 mm. K hlavě je připojena výstupní příruba, v níž je uchycena výstupní vložka s přechodovou částí ústící do prvního hydrolyzéru. Tělo jednoho ze segmentů je opatřeno bočním prvním otvorem pro vstup dezintegrované suroviny a druhým otvorem pro nástřik tlakové technologické vody, dále je před prvním šnekem na hřídeli umístěna spojovací deska a ložiska. Hřídel je spojena s pohonným agregátem. První hydrolyzér je současně opatřen přívodem páry s nízko koncentrovanou kyselinou, první hydrolyzér je propojen s nejméně jedním dalším hydrolyzérem. Poslední hydrolyzér je propojen přes vysokotlaké šoupátko se středotlakým expandérem, jehož spodní část je propojena přes středotlaké šoupátko do vrchní části nízkotlakého expandéru. Jeho spodní část je propojena přes rotační podavač s míchaným zásobníkem hydrolýzního produktu. Horní část středotlakého expandéru a nízkotlakého expandéru je potrubím propojena s prvními výměníky, druhými výměníky, a přes třetí zásobník do vrchní části první rektifikační kolony. Horní část první rektifikační kolony je přes třetí výměníky spojena přes spodní část dekantéru se čtvrtým zásobníkem furfuralu a horní část dekantéru je propojena přes pátý zásobník pro nízko koncentrovanou furfuralovou směs zpět do třetího zásobníku. Druhý zásobník pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky je propojen potrubím s enzymovým hydrolyzérem, který je propojen se zařízením pro přípravu enzymů a separátorem určeným pro oddělení glukózy od ligninu. Separátor je spojen se šestým zásobníkem ligninu a se sedmým zásobníkem pro přípravu fermentačního média. První zásobník pro roztok cukerného hydrolyzátu je spojen s tlakovými reaktory a pro zmazovatění škrobu, které jsou opatřeny přívodem rozemleté škrobové suroviny. Tlakové reaktory jsou propojeny s enzymovými hydrolyzéry škrobu, které jsou dále propojeny přes čtvrtý výměník a pátý výměník do fermentorů. Oba fermentory jsou propojeny přes separátor kvasinek se čtvrtým výměníkem tepla, který je napojen na destilační aparát, který je propojen s odparkou a druhou rektifikační kolonou etanolu. Destilační aparát, odparka a druhá rektifikační kolona jsou propojeny s ohřevnou jednotkou. Rektifikační kolona v oblasti lutrové vody je spojena s osmým akumulačním zásobníkem vody pro technologickou vodu k ohřevu v prvních výměnících do kotle ohřevné jednotky.

Expandéry mají tvar cyklónových odlučovačů a středotlaké expanzní šoupátko vstupuje tangenciálně do středotlakého expandéru.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je schéma hydrolýzně fermentačního procesu pro zpracovávání lignocelulózových a škrobových materiálů

Obr. 2 znázorňuje kontinuální tlakovou plnicí šnekovou jednotku

Seznam vztahových značek k obrázku 1

1. Pásový dopravník

12. Provozní zásobník

13. Plnicí jednotka

14. Kotel elektrický, plynový nebo na tuhá paliva

22. První hydrolyzér

23. Propojovací tlaková trubka

-5CZ 294398 B6

24. Druhý hydrolyzér

25. Přepadová trubka

26. Vysokotlaké expanzní šoupátko

27. Expandér středotlaký

28. Středotlaké expanzní šoupátko

29. Nízkotlaký expandér

30. Rotační podavač

31. a 32. První výměníky pro parní fázi z expanze

33. Zásobník technologické vody

34. a 35. Druhé výměníky

42. Třetí zásobník vstupní furfuralové směsi

43. První rektifikační kolona

44. a 45. Třetí výměníky pro zchlazení furalové fáze z rektifikace 46.Dekantér

47. Pátý zásobník furalové 8 % směsi

49. Čtvrtý zásobník furalové směsi 92 %

50. Výměn k pro zchlazení směsi z rektifikační kolony

51. Zásobník roztoku směsi kyselin octové, mravenčí a vody

52. Šestý akumulační zásobník vody - součást topného okruhu

53. Míchaný zásobník hydrolýzního produktu

54. Separační zařízení

55. Druhý zásobník pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky

56. Zařízení pro přípravu enzymu celulázy

57. Enzymový hydrolyzér celulózy na glukózu

58. Separátor glukózy a ligninu

59. Šestý zásobník ligninu

60. Sedmý zásobník pro přípravu fermentačního média

61. První zásobník roztoku hydrolýzních cukrů

62. Pátý výměník

63. a 64.Fermentory

66. Separátor kvasinek

67. Osmý zásobník na kvasnice

69. Destilační aparát

70. Druhá rektifikační kolona

72. Odparka

73. Deváté zásobníky - Výpalky, kvasnice - Bioplyn

78.a 79. Takový reaktor pro zmazovatění škrobu

80. Čtvrtý výměník

82.a 83. Enzymový hydrolyzér škrobu k obrázku 2

85. Hřídel

86. Jednochodý šnek

87. První otvor pro suroviny

88. Parní zámek

89. Distanční podložka

91. Tm

92. Výstupní příruba

93. Výstupní vložka s přechodovou částí

94. Tělo

95. Ložisko

96. Spojovací deska

97. Druhý otvor

98. Hlava

-6CZ 294398 B6

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno zařízení na zpracování lignocelulózových i škrobových materiálů, které je kontinuální.

Zařízení sestává z pásového dopravníku 1 který je spojen s plnicí šnekovou tlakovou jednotkou 13. Plnicí jednotka 13 je napojena na první hydrolyzér 22, který je spojen s druhým, posledním hydrolyzérem 24. První hydrolyzér 22 je opatřen přívodním potrubím, do něhož se dávkuje kyselina pro úpravu kyselosti v hydrolyzéru 22.

Hydrolyzérů může být několik podle zpracovatelské kapacity, z nichž každý je opatřen dopravním šnekem s pohonem a propojovací tlakovou trubkou mezi hydrolyzéry pro průchod suroviny.

Poslední hydrolyzér 24 je propojen přes tlakovou přepadovou trubku 25 s vysokotlakým šoupátkem 26 se středotlakým expandérem 27. Spodní část středotlakého expandéru 27 je propojena přes středotlaké expanzní šoupátko 28 potrubím do vrchní části atmosférického nízkotlakého expandéru 29, spodní část atmosférického nízkotlakého expandéru 29 je propojena přes rotační podavač 30 potrubím s míchaným zásobníkem 53 hydrolýzního produktu, který je dále připojen potrubím na separační zařízení 54. například filtrační lis. Jeho první sběrná část je propojena s prvním zásobníkem 61 roztoku hydrolýzních cukrů a druhá sběrná část pro tuhou nezreagovanou fázi je propojena s druhým zásobníkem 55 zbytkové lignocelulózové fáze, horní část středotlakého expandéru 27 a nízkotlakého expandéru 29 je potrubím propojena s prvními výměníky 31 a 32, druhými výměníky 34 a 35, a přes třetí zásobník 42 do vrchní části rektifikační kolony 43, horní část rektifikační kolony 43 je přes třetí výměníky 44 a 45 spojena přes spodní část dekantéru 46 se čtvrtým zásobníkem furfuralu 49, horní část dekantéru 46 je propojena přes pátý zásobník 47 pro nízko koncentrovanou furfuralovou směs zpět do třetího zásobníku 42.

Expandéry 27 a 29 mají tvar cyklónových odlučovačů a středotlaké expanzní šoupátko 28 vstupuje tangenciálně do středotlakého expandéru 27.

Druhý zásobník 55 pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky je propojen potrubím s enzymovým hydrolyzérem 57, který je propojen se zařízením pro přípravu enzymů 56 a separátorem 58 určeným pro oddělení glukózy od ligninu, separátor 58 je spojen se šestým zásobníkem ligninu 59 a se sedmým zásobníkem 60 pro přípravu fermentačního média, první zásobník 61 pro cukerný roztok z hydrolýzy je spojen s tlakovými reaktory 78 a 79 pro zmazovatění škrobu, které jsou opatřeny přívodem rozemleté škrobové suroviny. Tlakové reaktory 78 a 79 jsou propojeny s enzymovými hydrolyzéry škrobu 82 a 83, které jsou dále propojeny přes čtvrtý výměník 80 a pátý výměník 62 do fermentorů 63 a 64. Oba fermentory jsou propojeny přes separátor 66 kvasinek se čtvrtým výměníkem tepla 80, který je napojen na destilační aparát 69, který je propojen s odparkou výpalků 72 a rektifikační kolonou 70. Destilační aparát 69. odparka 72 a rektifikační kolona 70 jsou propojeny s ohřevnou jednotkou, rektifikační kolona 70 v oblasti lutrové vody je spojena s šestým akumulačním zásobníkem vody 52 pro technologickou vodu k ohřevu v prvních výměnících 32 a 33 do kotle 14 ohřevné jednotky.

Na obr. 2 je znázorněna šneková kontinuální plnicí jednotka 13. Kontinuální plnicí jednotka 13 sestává ze segmentů tvořených tělem 94 s jednochodými šneky 86, které jsou umístěny na hřídeli 85. Sestava segmentů je ukončena hlavou 98, jejíž vnitřní geometrický tvar je uzpůsoben poloze tmu 91, který je zašroubován do konce hřídele 85. Mezi šneky je umístěn nejméně jeden parní zámek 88 a distanční podložka 89, která zajišťuje umístění parního zámku 88 na délku celé sestavy šneků 86. Parní zámek 88 na náběhové straně suroviny se kónusově rozšiřuje. V místě parního zámku 88 je vnitřní strana těla 94 opatřena vložkou ve tvaru tenkého mezikruží o síle 3 až 6 mm, k hlavě 98 je připojena výstupní příruba 92, v níž je uchycena výstupní vložka s přechodovou částí 93 ústící do prvního hydrolyzéru 22. Tělo 94 jednoho ze segmentů je opatřeno bočním prvním otvorem 87 pro vstup dezintegrované suroviny a druhým otvorem 97 pro nástřik tlakové technologické vody, dále je před prvním šnekem na hřídeli umístěna spojovací deska 96 a ložiska 95, hřídel je spojena s pohonným agregátem.

Dezintegrovaná surovina je kontinuálně dávkována do vstupního zásobníku plnicí šnekové tlakové jednotky 13, skládající se z několika konstrukčních dílů. Šnek dopravuje upravenou surovinu do druhé části, do které je nastřikována technologická voda. Surovina postupuje přes distanční podložku 89 a parní zámek 88, v kterém dochází při průchodu ke stlačení a ohřátí suroviny z jedné sekce do druhé. Takto vyhřátá surovina je dále dopravována šnekem 86 o stejném průměru přes distanční podložku 89 do dalšího dílu s navazujícím šnekem 86, který je ukončen posledním parním zámkem 88 a trnem 91. Tlak v poslední sekci vyúsťující do hydrolyzéru je cca 1,5 až 3,2 MPa a teplota 80 až 90 °C. Ohřátá a z části rozvolněná surovina vyúsťuje po obvodě parního zámku 88 a přes výstupní vložku s přechodovou částí 93 do vstupní části prvního hydrolyzéru 22.

Z posledního hydrolyzéru 24 je zreagovaná suspenze vedena tlakovým potrubím přes vysokotlaké expanzní šoupátko 26 do prvního středotlakého expandéru, v němž je tlak 0,8 MPa a teplota 170 °C. V horních částech expandérů je umístěno druhé a třetí potrubí pro odvod parní fáze. Větší část furfuralu odchází v parním podílu, jehož kondenzační a latentní teplo je využito k předehřevu technologické vody v parních výměnících 34 a 35. Ze spodní části středotlakého expandéru 27 je hydrolyzát veden přes středotlaké expanzní šoupátko 28, které je spojeno s atmosférickým nízkotlakým expandérem 29 a ten přes rotační podavač 30 je spojen s míchaným zásobníkem 53 hydrolýzního produktu. Parní fáze z nízkotlakého expandéru 29 je vedena přes první výměníky 31 a 32 tlakovým potrubím do třetího zásobníku 42 furfuralové směsi. Z vrchní části hydrolyzérů je tlakovým potrubím odváděna inertní parní fáze, obsahující furfural přes druhé a třetí vysokotlaké expanzní šoupátko 26 do výměníku, z kterého je zkondenzovaná inertní fáze vedena do třetího zásobníku 42 furfuralové směsi a kyselin. Furfuralová směs ve třetím zásobníku 42 má teplotu 30 °C a nastřikuje se čerpadlem do první rektifikační kolony 43 z které z horních pater je furfuralová směs vedena tlakovým potrubím přes výměník do dekantéru 46 z jehož spodní části je čerpán 92 % hmot, furfural k expedici a vrchní část obsahuje vodněfurfuralovou část o obsahu 8 % hmot, furfuralu, která je čerpána nerezovým potrubím do vrchní části první rektifikační kolony 43. Destilační zbytek z první rektifikační kolony 43 je čerpán přes nerezové potrubí do zásobníku 51 směsi kyselin a vody.

Ze spodní části atmosférického nízkotlakého expandéru 29 je roztok veden přes rotační podavač 30 potrubím do míchaného zásobníku 53 z kterého je zhydrolyzovaná směs vedena potrubím na separační zařízení 54 - filtrační lis nebo odstředivku, v kterém dojde k rozlisování cukerného roztoku od rozvlákněné lignocelulózové fáze. Cukerný roztok je shromažďován v prvním zásobníku 61 roztoku hydrolýzních cukrů. Rozvlákněná lignocelulózová fáze je vedena potrubím do enzymového hydrolyzéru 57, do něhož jsou přivedeny celulázové enzymy. Z enzymového hydrolyzéru 57 je odvod zhydrolyzované tuhé fáze odváděn ve dvou větvích s přepouštěním do separátoru 58 roztoku glukózy a ligninu, z kterého je lignin veden do šestého zásobníku 59 ligninu a roztok glukózy se odvádí do sedmého zásobníku 60 přípravy fermentačního roztoku. Variantně je druhá větev propojena do termicko hydrolýzního systému k dohydrolýze.

Roztok glukózy po hydrolýze je z prvního zásobníku 61 veden do míchaného vyhřívaného tlakového reaktoru 78 a dále do enzymového hydrolyzéru 82 škrobu, ve kterém dochází k enzymatickému zcukření škrobu na glukózu. Roztok glukózy je veden potrubím a tlakovým čerpadlem do sedmého zásobníku 60 přípravy fermentačního roztoku, z kterého postupuje přes tlakové čerpadlo a výměník tepla do fermentoru 63. Fermentor 63 je propojen se separátorem 66 kvasinek, z kterého se kvasinky vracejí do fermentoru 63 a etanolový roztok se ohřívá ve výměníku tepla a dále je veden na destilační aparát 69, ten je propojen s odparkou 72 a druhou rektifikační kolonou 70, případně se zařízením pro dehydrataci etanolu. Z odparky 72 jsou vyvedeny

-8CZ 294398 B6 zahuštěné výpalky. Odpadní vody z rektifikace etanolu a furfuralové části jsou zacyklovány pro dohřev v ohřevné jednotce k dalšímu využití v hydrolýzním a rektifikačním procesu.

Odpadní voda je v plné míře vracena do procesu, mimo vody ve zvlhčených produktech a oplachových vod. Výhodně lze použít kyselinu fosforečnou, jejíž soli slouží při fermentaci jako živiny.

Výhodou způsobu a zařízení je především to, že proces hydrolýzně fermentační technologie zpracovává veškerý vstupní materiál na prodejné produkty, jako je furfural, lignin, etanol, kyselina octová a mravenčí, oxid uhličitý a výpalky s kvasnicemi.

Výhodou řešení výroby všech uvedených produktů je především to, že proces je řešen v jednom kompaktním výrobním celku a využívá lignocelulózové a škrobové materiály a může zemědělskou plodinu zpracovat komplexně v bezodpadovém procesu. Odpad tvoří pouze oplachové vody.

Výhodou řešení je maximální možná úspora tepelné energie nutné pro jednotlivé procesy.

Technickým a technologickým jádrem zařízení je vyřešení plnicí jednotky hydrolýzních, dekompresních a dalších zařízení umožňujících dopravu vstupních materiálů a suspenzí kontinuálním pístovým tokem v hydrolyzérech, při potřebném rozsahu teplot, tlaků a doby zdržení v hydrolýzní části lignocelulózových materiálů s kontinuální návazností na zpracování škrobu. Výhodou technologie a zařízení je především to, že proces hydrolýzně fermentační technologie výroby bioetanolu je procesně řešen v jednom kompaktním výrobním celku a že zpracovává výhradně obnovitelné zdroje. Zařízení tohoto typu zpracovává prakticky celou vzniklou biomasu bez významnějších odpadů.

Zařízení je plně vyrobitelné v podmínkách středních strojírenských závodů v ČR a není závislé na dovozu. Zavedení této technologie umožňuje ve vysoké výtěžnosti 75 až 85 % výrobu nízkonákladových sacharidických zdrojů z lignocelulózových materiálů, jako nejdůležitějšího vstupního materiálu pro biotechnologické výroby, s těmito dalšími výhodami:

a. , revitalizaci zemědělských společenství, více pracovních příležitostí

b. . Výhody využívání etanolu vyrobeného navrženou technologií

c. . ekonomická výhodnost

d. . světová konkurenceschopnost

e. . snižování dovážených zdrojů paliv (ropa)

f. . univerzálnost technologie

g. . šetrnost při dopadech na životní prostředí

h. . využívání obnovitelných tuzemských zdrojů

i. , variabilnost zdrojů

j. . možnost exportu nových technologií a know-how.

Příklad 1

Je zvolen pro zpracování pšeničné slámy, která obsahuje 7 až 10 % vody. Příklad 1 byl zvolen pro komerční závod o středně zpracovatelské kapacitě 1100 kg slámy za hodinu, tj. při 300 pracovních dnech 7200 tun zpracované vstupní suroviny. Zařízení na obr. 1 obsahuje 8 pracovních souborů : 01- Příprava suroviny, 02- Topný okruh, 03- Hydrolýzní část, 04- Separace furfuralu a kyselin, 05- Separace roztoku cukrů a tuhé nezreagované fáze, 06- Enzymová hydrolýza nezreagované celulózy. Hydrolýzní a enzymová glukóza se propojí v jeden cukerný produkt, který při prodejní ceně 6 až 7 Kč/kg je dobře prodejním produktem, anebo je dále veden do zásobníku

-9CZ 294398 B6 přípravy fermentačního média souboru 07- k výrobě etanolu, soubor 08 je určen pro jímání oxidu uhličitého.

Soubor 01 Příprava vstupní suroviny. Hlavní surovinou je v této etapě zpracování pšeničné slámy, ale může to být kterákoliv jiná lignocelulózová surovina. Sklad slámy zajišťuje skladovou kapacitu pro přípravu drcené slámy. Drcená sláma se dopravuje dopravníkem 1 do tlakové šnekové plnicí jednotky 13.

Topný okruh - 02

V kotli 14 se ohřívá přímo část technologické vody a zároveň se z ní vyrábí i pára. V kotli, který může být elektrický, plynový, nebo na tuhá paliva se zpracovává čistá demineralizovaná voda. Pára odloučená z dvoufázové expanze zajišťuje ohřev upravené vody pro doplnění systému a spolu s lutrovou vodou která se vrací z odparky je vedena přes první výměník 32 v kterém se ohřeje na 90 °C, postupuje dále přes zásobník technologické vody 33, z kterého postupuje přes první výměník 31, v které se dohřeje na teplotu 160 °C aje vedena do kotle 14. Doplňující voda se v kotli dohřívá ze 160 °C na teplotu 240 °C. Čistá spotřeba tepla v hydrolýzním i fermentačním souboru je 850 kW. Kotlem je neustále čerpána voda o průtoku 4500 až 6500 kg/h. Výkon kotle je regulován podle tlaku v odlučovací nádobě. Účelem odlučovací nádoby je oddělit kapalinu od páry. Hladina kapaliny je udržována čerpadlem.

Soubor hydrolýzy 03 pro výrobu furfuralu, organických kyselin, ligninu, hydrolýzních cukrů.

Sypký ligno-celulózový materiál je přiváděn do zásobníku 12 plnicí jednotky 13. Surovina postupující přes distanční kroužky a parní zámky v kterých dochází ke stlačení se zahřeje až na teplotu 80 až 90 °C. Přes výstupní přechodovou vložku prochází kontinuálně rozvolněný materiál do protitlaku hydrolyzérů 22 a přes přepadovou tlakovou trubku 23 do druhého hydrolyzérů 24. Materiál po průchodu přechodovou částí plnicího lisu se v hydrolyzérů volně rozpadá při teplotě 195 až 235 °C. Do hydrolyzérů 22 je ve stanoveném hmotnostním poměru dávkováno 5000 kg páry o teplotě 235 °C. Do přívodního potrubí páry k hydrolyzérů 22 je nastřikována kyselina v hmotnostním poměru 0,2 až 0,85 % vztaženo k suspenzi. Zhydrolyzovaná směs postupuje na dvou fázovou expanzi. Z expandéru vystupuje pára o teplotě 170 °C a tlaku 0,8 MPa do výměníku 31, kde předehřeje technologickou vodu z 90 °C na teplotu 160 °C. Hlavním důvodem dvojité expanze je zlepšení rekuperace tepla. K rekuperaci je použita pouze parní fáze z expandérů a nikoliv roztok cukrů s tuhou fází. Roztok je odváděn středotlakým expanzním šoupátkem 28 do nízkotlakého expandéru 29 cyklónového typu. Parní fáze se směšuje s parní fází ze středotlakého 27 a nízkotlakého expandéru 29 a jejich kondenzační a latentní teplo se využije v prvním výměníku 32 k předehřevu technologické vody na 90 °C. Z prvního výměníku 32 postupuje ohřátá technologická voda do zásobníku technologické vody 33. Roztok cukerného hydrolyzátu se zbytky nezreagované tuhé fáze je přes rotační podavač 30 odváděn do míchaného zásobníku 53. Čerpadlem je hydrolýzní roztok odváděn na další provozní soubor 05.

Separace furaldehydu (soubor 04) z parní fáze expandérů je řešena v kontinuální návaznosti na soubor 03 hydrolýzy. Furfural - těkavé složky jsou z hydrolyzérů vytlačovány jako první. Kondenzát parní a inertní fáze je veden z druhých výměníků 34 a 35 do třetího zásobníku furalové směsi 42, ve kterém je směs zchlazená na 20 až 30 °C a pak se nastřikuje čerpadlem do první rektifikační kolony 43. Z ní odcházejí dva proudy. Z horních pater je to roztok převážně furfuralu, metanolu a vody, ze spodní části je to roztok kyselin a vody. Furfuralový proud se zavádí přes třetí výměníky 44 a 45 do dekantéru 46, kde se zchlazená heterogenní směs gravitačně rozděluje do dvou vrstev. Dolní vrstva obsahuje asi 92 % roztok furfuralu ve vodě a zčásti metanol. Tato vrstva se odčerpá do čtvrtého zásobníku furfuralu 49, k dalšímu využití jako produkt. Horní vrstva z dekantéru 46 obsahuje asi 8 % furfural, dále metanol a vodu. Tato vrstva je nastřikována zpět do první rektifikační kolony 43. Spodní proud z první rektifikační kolony 43 obsahující kyseliny a vodu, odvádí se do zásobníku 51 roztoku směsi kyselin jako produkt, anebo

- 10CZ 294398 B6 k dalšímu zpracování. Tuto azeotropickou směs nelze dělit přímo rektifikací. Je nutno nejdříve použít extrakce. Není-li použit třetí zásobník 42 furfuralové směsi je výhodnější z hlediska separace furfuralu nesměšovat výstup ze středotlakého a atmosférického expandéru a zavést každý na jiné patro destilační kolony 43.

Soubor 05 Separace roztoku cukrů a tuhé nezreagované fáze

Čerpadlem je suspenze směsi produktů z míchaného zásobníku 53 vedena na filtrační lis - separační zařízení 54, v kterém dojde k oddělení nezreagovaných zbytků celulózy a ligninu, které jsou vedeny do druhého zásobníku 55 nezreagované tuhé fáze. Roztok cukrů je veden do prvního zásobníku 61, z kterého je čerpán do sedmého zásobníku 60 pro přípravu fermentačního média.

Soubor 06 řeší enzymovou hydrolýzu nezreagované fáze.

Soubor 07 řeší zpracování zrnin a škrobu.

Roztok hydrolýzní glukózy o teplotě cca 80 °C je čerpán střídavě do míchaných tlakových reaktorů 78 a 79. Současně se do reaktorů 78 a 79 přivádí drcené zrno. Vsádka se zahřeje na teplotu zmazovatění škrobu (cca 100 až 110 °C) a po příslušné prodlevě se čerpá přes čtvrtý výměník 80 do jednoho z enzymových reaktorů 82 nebo 83, kde proběhne po přidání amyláz a úpravě teploty a pH, enzymatická hydrolýza škrobu na glukózu. Zhydrolyžovaný roztok se čerpá přes sedmý zásobník 60 a čerpadlem přes výměník 62 do fermentorů 63 a 64.

V souboru 08 je řešena fermentace a separace etanolu probíhající v návaznosti na hydrolýzní soubor a enzymatickou hydrolýzu škrobu. Glukózový roztok se upraví na koncentraci 8 až 9 % hmotn. a po přidání fosforečnanů a stopových prvků Mg, Zn, a po sterilizaci se dále fermentuje.

Soubor 09 zajišťuje jímání oxidu uhličitého CO₂ (soubor není na obr. 2 rozpracován), o výkonu cca 100 až 150 kg/h v blokovém středotlakém uspořádání, které zajišťuje separaci pěny, čištění a sušení CO₂ po předchozí komprimaci v bezmazích kompresorech a následného přetlačení plynné fáze CO₂ do zásobníku kapalného CO₂, v kterém dochází ke zkapalňování pomocí freonového chlazení. Ze zásobníku kapalného CO₂ je možný odběr, nebo plnění tlakových lahví kapalným CO₂. Pro potřeby vyšších výkonů se zvyšuje počet bloků - ostatní zařízení zůstává bez podstatných změn.

Soubor 10 zajišťuje odběr separovaných kvasnic v osmém zásobníku 67 a spolu s výpalky z odparky zavádí tyto vedlejší produkty do devátého zásobníků 73. Výpalky a kvasnice lze využít pro krmné účely.

Celý proces má v průmyslových podmínkách vysokou výtěžnost. Destilační účinnost je cca 99,5 %. Využitím technologického tepla vznikajícího při hydrolýze a důslednou rekuperací tepla se blíží parametrům nejmodemějších multitlakových postupů při zachování jednoduchosti a investiční nenáročnosti zařízení.

Provázanost a relativní jednoduchost postupů fermentace, destilace a rektifikace umožňuje plnou automatizaci a komputerizaci procesu.

Porovnání výsledků výtěžnosti jednotlivých produktů při zpracování samotného lignocelulózového materiálu (i) a společně se škrobnatou surovinou (II).

Vstup I sláma 1000 kg/h

Vstup II sláma 1000 kg/h + 500 kg/h zrna škrobu

- 11 CZ 294398 B6

Složení výstupních proudů:

Hlavní produkty hydrolýzního roztoku celkem	I		II
5000 kg/h		5000 kg/h
z toho po úpravě :
5 směs furfuralu 92 %	76		76
směs kyseliny octové a mravenčí	30		30
vody	944		944
tuhá fáze (lignin s nezreagovanou celulózu)	320		320
roztok hydrolýzní a enzymové hydrolýzy	382		382
10 amylolytická hydrolýza škrobu na glukózu	-		270
Glukóza celkem	382		652
Produkty z fermentačního a destilačního procesu :	I		II
bio-etanol litrů		254		442
15 oxid uhličitý CO2		190		210
výpalky nezahuštěné		960		1100

Výrobní náklady bioetanolu vyrobeného klasickým způsobem jsou 2,5 až 3krát vyšší než při výrobě konvenčních motorových paliv. Na ekonomickou efektivnost výroby bioetanolu mají vliv 20 náklady na vstupní suroviny, velikost a konfigurace zařízení, náklady na odpadové hospodářství a především náklady na energii. Vedlejší produkty získané způsobem zpracování lignocelulózového a škrobnatého materiálu na zařízení podle vynálezu zefektivňují provoz zařízení a náklady na výrobu bioetanolu.

Průmyslová využitelnost

Hlavním produktem kontinuálního procesu je etanol v koncentraci přes 98 % hmot. Pro jeho využití je několik možných variant.

Lze jej využít jako přídavek do motorových paliv a ve spalovacích procesech všeobecně, ke zvýšení výhřevnosti paliva.

Část produkce lze využít v průmyslu barev a laků jako rozpouštědlo, pro chemický a 35 potravinářský průmysl

Nejvýznamnější produkty výroby jsou dále furaldehyd, lignin, kyselina octová a mravenčí, omezené množství metanolu, dále oxid uhličitý, výpalky a kvasnice.

Lignin je dobře prodejnou surovinou, žádanou zejména jako složka plniv v gumárenském průmyslu s výrazně příznivým efektem na vlastnosti vyrobeného materiálu (zvláště při výrobě pneumatik).

Furaldehyd, kyselina octová a mravenčí jsou komoditami odebíranými na trhu chemických pro45 duktů v dostatečných kapacitách. Obdobně jako u ligninu se jedná o dobře prodejné produkty, které vznikají v potřebné kvalitě a významně ekonomicky zvýhodňují celkovou ekonomiku provozu.

Metanol je prodejný na trhu chemických produktů, resp. využitelný v průmyslu výroby 50 motorových paliv.

Oxid uhličitý uniká v relativně značném množství a velmi příznivé kvalitě (prakticky čistý výstup z biologických pochodů splňující nároky potravinářského průmyslu).

- 12 CZ 294398 B6

Výpalky a kvasnice mají využití v zemědělském průmyslu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob komplexního zpracování lignocelulózových a škrobových materiálů za vzniku etanolu, furfuralu, kyseliny octové a ligninu kontinuální tlakovou hydrolýzou, následnou dvoufázovou expanzí, rozdělením hydrolyzátu na plynnou fázi a roztok cukrů, vyznačující se tím, že dezintegrovaná lignocelulózová surovina se kontinuálně hydrolyzuje, zhydrolyžovaný materiál se dvoustupňové expanduje za vzniku parní fáze a roztoku hydrolyzátu, v parní fázi je furfural, metanol a kyselina octová, hydrolyzát obsahuje cukry, lignin se zbytkovou celulózou a vodu, hydrolyzát se lisováním rozdělí na roztok cukrů a tuhou nezreagovanou fázi, na tuhou fázi se působí celulolytickými enzymy, při čemž vzniká rozpustná glukóza a nerozpustný lignin, který se odděluje, roztok glukózy se přidává do roztoku cukrů z hydrolýzy, ke kterému se současně kontinuálně přidává škrobový materiál a vše se podrobí amylolytické hydrolýze, po níž se oddělí tuhé částice, které se vrací do termicko tlakové hydrolýzy, glukózový roztok se čerpá na fermentaci, po prokvašení glukózy na etanol se oddělí kvasinky a oddestiluje se etanol.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dezintegrovaná surovina se zvlhčuje ve hmotnostním poměru 0,1 až 0,3 % hmotn., kontinuálně se během dopravy mechanicky zahřívá na teplotu 80 až 90 °C, následně se hydrolyzuje za současného nástřiku páry s obsahem 0,2 až 0,85 % hmot, anorganické kyseliny, vztaženo na hmotnost suspenze, při teplotě 190 až 235 °C, a tlaku 1,5 až 3,2 MPa, v hmotnostním poměru tlakové vody k sušině 1:3,5 až 1:4,5, po dobu 9 až 12 minut, při čemž hydrolýza probíhá za současného rovnoměrného promíchávání a postupu tuhé a kapalné fáze.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že první expanze probíhá při teplotě 150 až 175 °C a tlaku 0,6 až 0,9 MPa, větší část furfuralu odchází v parním podílu, jehož kondenzační a latentní teplo se využívá ve výměníku k předehřevu technologické vody na teplotu 160 °C a druhá expanze probíhá při teplotě 105 až 110 °C a tlaku 0,12 až 0,15 MPa, při níž se oddělí zbylý furfural z kapalné fáze.
4. 4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pro urychlení termickotlakové hydrolýzy se přidává kyselina nebo kyselinotvomá látka vybraná ze skupiny tvořené kyselinou fosforečnou, chlorovodíkovou, sírovou, nebo superfosfátem v koncentraci 0,3 až 0,85 % hmot., kyselina se smíchá s párou v potrubí před vstupem do hydrolyzéru.
5. 5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že škrobový materiál, například obilný šrot, se disperguje v roztoku glukózy, který se upraví na pH od 4 do 7 a teplotu od 30 do 90 °C.
6. 6. Způsob podle nároků laž5, vyznačující se tím, že ohřev surovin se provádí tlakovou technologickou vodou a nezreagovaná tuhá fáze se vrací do hydrolýzního procesu.
7. 7. Způsob podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že tepelná energie hydrolyzátu se používá k ohřevu a ke zmazovatění suspenze škrobnatých surovin v roztoku glukózy a k ohřevu technologické vody nebo páry.
8. 8. Způsob podle nároku laž7, vyznačující se tím, že tepelná energie získaná z glukózového roztoku a zahušťováním výpalků se využije k ohřevu zápaiy.

   - 13 CZ 294398 B6
9. 9. Způsob podle nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že tepelná energie lutrové vody se využije při jejím smísení s technologickou vodou.
10. 10. Zařízení k provádění způsobu podle nároků 1 až 9, sestávající z drtiče, plnicí jednotky a soustavy hydrolyzérů, kde poslední je propojen přes středotlaký expandér a nízkotlaký expandér s míchaným zásobníkem hydrolýzního produktu a horní část středotlakého expandéru a nízkotlakého expandéru je propojena s vrchní části rektifikační kolony furfuralu a se zásobníkem furfuralu, vyznačující se tím, že kontinuální tlaková šneková plnicí jednotka (13) sestává ze segmentů tvořených tělem (94) s jednochodými šneky (86), které jsou umístěny na hřídeli (85), sestava segmentů je ukončena hlavou (98), jejíž vnitřní geometrický tvar je uzpůsoben poloze tmu (91), který je zašroubován do konce hřídele (85), mezi šneky je umístěn nejméně jeden parní zámek (88) a distanční podložka (89), parní zámek (88) se na náběhové straně suroviny kónicky rozšiřuje, v místě parního zámku (88) je vnitřní strana těla (94) opatřena vložkou ve tvaru tenkého mezikruží o síle 3 až 6 m.k hlavě (98) je připojena výstupní příruba (92), v níž je uchycena výstupní vložka s přechodovou částí (93) ústící do prvního hydrolyzérů (22), tělo (94) jednoho ze segmentů je opatřeno bočním prvním otvorem (87) pro vstup dezintegrované suroviny a druhým otvorem (97) pro nástřik tlakové technologické vody, dále je před prvním šnekem na hřídeli umístěna spojovací deska (96) a ložiska (95), hřídel (85) je spojena s pohonným agregátem, první hydrolyzér (22) je současně opatřen přívodem páry s nízko koncentrovanou kyselinou, první hydrolyzér (22) je propojen s nejméně jedním dalším hydrolyzérem, poslední hydrolyzér (24) je propojen přes vysokotlaké šoupátko (26) se středotlakým expandérem (27), jehož spodní část je propojena přes středotlaké šoupátko (28) do vrchní části nízkotlakého expandéru (29) spodní část expandéru (29) je propojena přes rotační podavač (30) s míchaným zásobníkem (53) hydrolýzního produktu, který je přes separační zařízení (54) propojen s prvním zásobníkem (61) hydrolýzních cukrů a s druhým zásobníkem (55) pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky, horní část středotlakého expandéru (27) a nízkotlakého expandéru (29) je propojena s prvními výměníky (31) a (32), druhými výměníky (34) a (35), a přes třetí zásobník (42) do vrchní části první rektifikační kolony (43), horní část první rektifikační kolony (43) je přes třetí výměníky (44) a (45) spojena přes spodní část dekantéru (46) se čtvrtým zásobníkem furfuralu (49), horní část dekantéru (46) je propojena přes pátý zásobník (47) nízko koncentrované furfuralové směsi zpět do třetího zásobníku (42), druhý zásobník (55) pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky je propojen s enzymovým hydrolyzérem (57), který je propojen se zařízením pro přípravu enzymů (56) a separátorem (58) určeným pro oddělení glukózy od ligninu, separátor (58) je spojen se šestým zásobníkem ligninu (59) a se sedmým zásobníkem (60) pro přípravu fermentačního média, první zásobník (61) pro roztok cukerného hydrolyzátů je potrubím spojen s tlakovými reaktory (78) a (79) pro zmazovatění škrobu, které jsou opatřeny přívodem rozemleté škrobové suroviny, tlakové reaktory (78 a 79) jsou propojeny s enzymovými hydrolyzéry škrobu (82) a (83), které jsou dále propojeny přes čtvrtý výměník (80) a pátý výměník (62) do fermentorů (63) a (64), oba fermentory jsou propojeny přes separátor (66) kvasinek se čtvrtým výměníkem tepla (80), který je napojen na destilační aparát (69), který je propojen s odparkou (72) a druhou rektifikační kolonou (70) etanolu, destilační aparát (69), odparka (72) a druhá rektifikační kolona (70) jsou propojeny s ohřevnou jednotkou, rektifikační kolona v oblasti lutrové vody je spojena s osmým akumulačním zásobníkem vody (52) pro technologickou vodu k ohřevu v prvních výměnících (32 a 33) do kotle (14) ohřevné jednotky.
11. 11. Zařízení podle nároku 10, v y z n a č u j í c í se t i m , že expandéry (27) a (29) mají tvar cyklónových odlučovačů a středotlaké expanzní šoupátko (28) vstupuje tangenciálně do středotlakého expandéru (27).

    3 výkresy