CZ304261B6 - Způsob a zařízení pro výrobu bioetanolu z lignocelulózových a neligninových celulózových materiálů - Google Patents

Abstract

Řešení se týká bezodpadového způsobu jednostupňové hydrolýzy lignocelulózových materiálů s reakcí přeměny na produkty, který probíhá na základě mechanické přípravy suroviny a termicko-tlakové hydrolýzy. Po ukončení hydrolýzní reakce se suspenze jednofázově expanduje za vzniku parní furalové fáze a hydrolyzátu obsahující hydrolýzní zkvasitelné cukry, lignin a vodu. Dochází k vyšší výtěžnosti zkvasitelných cukrů, přičemž cukerná fáze po separaci ligninu je využita přímo pro přípravu zápary v návazném fermentačním procesu, nebo je vedena na enzymatickou hydrolýzu a po jejím průběhu se získají hydrolýzní zkvasitelné cukry a zvlášť lignin. Roztok zkvasitelných cukrů je veden do systému přípravy zápary. Následně postupuje k fermentačnímu procesu. Substrát s obsahem etanolu se destiluje, vzniklý surový etanol se rafinuje nebo se zbavuje zbytků vody na molekulových sítech. Získán je bezvodý bio-etanol, který je následně využit k výrobě elektrické energie.

Description

Způsob a zařízení pro výrobu bioetanolu z lignocelulózových a neligninových celulózových materiálů

Oblast techniky

Vynález řeší využití lignocelulózových a neligninových celulózových materiálů jako papíru a bavlny, k výrobě zkvasitelných cukrů vhodných k výrobě bioetanolu, přičemž vedlejšími produkty při této výrobě jsou furfural, metanol, lignin, kyselina octová a kyselina mravenčí. Zejména se vynález týká mechanické úpravy a hydrolýzy lignocelulózových a celulózových materiálů při způsobu výroby bioetanolu. Vynález se dále týká zařízení pro provádění způsobu výroby bioetanolu, zejména uspořádání souboru aparátů pro mechanickou přípravu suroviny, hydrolýzu, fermentaci a separaci produktů.

Dosavadní stav techniky

Pro praktické a efektivní využití obnovitelné biomasy jsou rozhodující celkové výrobní náklady vložené do procesu výroby, zejména energie a mzdové náklady. V současné době je nejsledovanějším produktem hydrolýzy biomasy etanol, který se vyrábí alkoholovou fermentaci cukrů, především hydrolýzních cukrů. Technologie tohoto typu jsou energeticky náročné a vyžadují drahé surovinové vstupy.

Výroba bioetanolu z lignocelulózové biomasy je díky typu suroviny, kontinuálnosti a reakční době hydrolýzy levnější, než jeho výroba ze škrobových plodin. Zároveň splňuje všechna kritéria extenzivního zemědělství, zaměřeného na nepotravinářskou produkci.

Vyprodukovaná biomasa má několik možnosti využití. Mezi základní způsoby zpracování patří: Biochemická úprava:

Fermentace, alkoholové kvašení (produkce bioetanolu)

Anaerobní vyhnívání, metanové kvašení (produkce bioplynu)

Mechanicko-chemická úprava:

Fisování olejů (produkce kapalných paliv a olejů)

Esterifikace surových bioolejů (produkce kapalných paliv a olejů)

Esterifikace surových bioolejů (výroba bionafty a přírodních maziv)

V následujícím přehledu jsou uvedeny některé výsledky výzkumu biochemické úpravy lignocelulózových materiálů založené na hydrolytických a dehydratačních postupech:

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

Švýcarská patentová přihláška CH 678183 A5 popisuje kyselou hydrolýzou surovin obsahujících pentozany, v prostředí 2 % hmotn. kyseliny sírové při teplotě 170 až 230 °C

Firma Quaker Oats používala při výrobě 2-furaldehydu diskontinuální hydrolýzou lignocelulózových materiálů kyselinu sírovou (pětiprocentní vodný roztok) při teplotě 145 až 170 °C.

Firma Agrifuran používá pro katalytickou dehydrataci při výrobě furanu zfuralu vodný extrakt superfosfátu obsahující 45 % hmotn. P2O5, který se přidává přímo do autoklávu.

Patent CS 191945 popisuje 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.

Současně s rozvojem postupů hydrolýzy zředěnými kyselinami se začala rozvíjet technologie používající koncentrované nebo velmi koncentrované kyseliny. Známá je technologie, jejíž postup spočívá v protiproudé extrakci suroviny zvlhčené 37 % hmotn. HC1. Postup vyžaduje intenzivní chlazení reaktoru.

Byly činěny pokusy o použití plynného chlorovodíku, zjistilo se však, že žádoucí hydrolytický účinek se dosahuje až s více než 90 % hmotn. HC1. Těžkosti byly v tom, že při styku HC1 s vlhkou surovinou se uvolňovalo značné množství tepla, jehož účinkem hydrolyzovaný materiál získával nevhodnou konzistenci. Nevýhodou použití plynného chlorovodíku jsou ztráty a úniky a značné korozivní účinky.

Hexozanová hydrolýza se uskutečňovala při teplotách nižších jak 200 °C, přičemž se použilo perkolační zařízení. Perkolační technika se zředěnou H2SO4 při teplotách nižších než 200 °C vyžaduje příliš dlouhý reakční čas, aby se dala úspěšně zvládnout v kontinuálním procesu.

Při získávání furfuralu jsou nejznámější postupy spočívající na tlakovém zahřívání suroviny. Původní patenty La Forge využívaly na katalýzu dehydratačních reakcí organické kyseliny, uvolňující se z rostlinné suroviny působením přehřáté vodní páry.

Poznamenejme, že při přímých postupech není možno z reakčního prostředí odstranit vzdušný kyslík. Ten způsobuje až desetiprocentní snížení výtěžku furfuralu. Proto výtěžky získávané v komerční výrobě nepřesahují 45 % teoretického výtěžku. Další rozdíly v postupech výroby furfuralu se týkají použití katalyzátoru. Obdobný způsob výroby mají společnosti Thermodynamik a Defibrator. V 70. letech se uskutečnily výzkumy termolytických postupů výroby furfuralu. impregnované suroviny se po sušení vystavily účinku tepla při 230 až 250 °C použitím přehřáté páry, nebo přímého ohřevu. Ve světě bylo vyzkoušeno značné množství technologií výroby furfuralu. Většina z nich však měla některé z uvedených negativních výsledků.

Příčiny selhání celé řady výrob furfuralu ve světě je možné na základě dostupných informací charakterizovat takto:

- selhání techniky, např. v Bučině Zvolen nepřetržitě selhávání kontinuálního dávkovače;

- selhání technologie - vyplývá především ze složitého mechanismu tvorby a rozkladu 2-furankarbaldehydu, při kterém se jedná o komplex následných reakcí, navíc komplikovanými složitými difúzními pochody ve vstupní surovině a specifickou hydrodynamikou vodné páry v reaktoru.

Technologie známá pod názvem „IOGEN“ je založena na enzymatické hydrolýze předupraveného lignocelulózového materiálu (LCM). Podle výrobce poskytuje 340 1 bioetanolu zjedné tuny LCM. Cílem předúpravy je rozrušit lignocelulózový komplex a tím zpřístupnit jednotlivá vlákna celulózy působení enzymů. Provádí se to tak zvanou parní explozí. Jedná se v podstatě o proces, kdy při tlaku a teplotě je LCM navlhčena vodou, která se při náhlém, snížení tlaku mění v páru a mechanicky rozruší LCM. Přitom nedochází k termicko-tlakové hydrolýze celulózy. Použití tohoto principu přípravy suroviny je dlouhodobě známé, např. pod názvem Masonův kanón.

Český patent CZ 301471 řeší dvoustupňový způsob a zařízení na zpracování lignocelulózového materiálu tlakovou hydrolýzou pro výrobu cukrů tak, že vstupní materiál se upraví na velikost částic 10 až 35 mm, v prvním stupni se smísí s vodou 5 až 10 % hmotn. při tlaku 0,2 až 2,3 MPa po dobu 2 až 6 minut, přičemž se zvýší teplota až na 140 °C, ve druhém stupni se na materiál dále působí tlakem 1 až 3,3 MPa při teplotě 180 až 240 °C při současném přidání vody až na poměr materiálu kvodě 1:4 až 1:4,5 a úpravě pH na 1,5 až 4,5, a to po dobu 10 až 12 minut, poté se

-2 CZ 304261 B6 směs podrobí skokové expanzi. Po oddělení parní furalové fáze se suspenze pevné a kapalné fáze podrobí enzymové hydrolýze.

Hydrolýzou lignocelulózových materiálů vzniká furfural, kyselina octová a mravenčí, lignin a hydrolýzní cukry. Nezhydrolyzované zbytky celulózy a ligninu se podle CZ dokumentů buď vrací zpět do hydrolýzního procesu, nebo se podrobí extrakci za účelem získání ligninu. Provádí se tlaková kyselá hydrolýza. Podle druhu vstupních surovin a hydrolýzních produktů lze hydrolýzu provádět při různých teplotách v rozmezí teplot 160 až 230 °C.

Tyto způsoby mají vysoké nároky na neutralizaci kyseliny. Navíc při kyselé hydrolýze dochází k polymeraci furfuralu a ke snížení jeho výtěžnosti.

Doposud používané a navržené technologie jsou většinou založeny na využívání škrobových materiálů, zejména kukuřice a obilí.

Všechny uvedené různé faktory uvádí Philip W. Madson ve své přednášce „Bioethanol expreinces 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. Řešení vidí v nových postupech, v jejich efektivnosti a legislativní podpoře státu. Od této doby bylo vydáno několik patentů, žádný z nich však neřeší problematiku komplexně a zejména s ekonomickým konkurenčně schopným komerčním využitím.

Patent CZ 300865 popisuje výrobu hydrolýzních cukrů, etanolu, furfuralu, furanu, ligninu, kyseliny octové a mravenčí kontinuální termicko-tlakovou hydrolýzou dezintegrovaných vstupních lignocelulózových a škrobových materiálů, po níž se hydro ly2:o váný materiál podrobuje nejméně dvoufázové expanzi za vzniku parní fáze, obsahující kromě vody furfural, metanol, kyselinu octovou a mravenčí, a fáze kapalné, obsahující vodný roztok hydrolýzních cukrů. Kontinuální termicko-tlaková hydrolýza se provádí dvoustupňové, a to v prvním stupni při teplotě 150 až 185 °C a tlaku 0,6 až 1,0 MPa při poměru surovina/voda 1:4 a ve druhém stupni při nástřiku doplňující tlakové vody o teplotě 200 až 240 °C a tlaku 1,6 až 3,3 MPa, přičemž s tlakovou vodou se současně do druhého hydrolýzního stupně nastřikuje fosforečná, chlorovodíková, případně jiná vhodná kyselina v rozsahu 0,1 až 1 hmotn. %., vztaženo k suspenzi, při poměru suroviny a vody (někdy označovaném též jako hydromodul) 1:3 až 1:4. Kapalná fáze po prvním stupni hydrolýzy se odděluje a po zahuštění se použije jako surovina pro fermentací na etanol, nebo na furfural.

Patent CZ 281504 popisuje způsob zpracování lignocelulózových materiálů kontinuální tlakovou hydrolýzou, popřípadě v přítomnosti anorganické kyseliny, následnou expanzí a rozdělením hydrolyzátu a plynné fáze, při kterém se dezintegrovaná surovina zvlhčí a vyhřeje tlakovou vodou o teplotě 170 až 200 °C v poměru vody k sušině 0,5 až 1:1, ze získané směsi se odlisuje přebytečná voda, následně se za současného nástřiku tlakové vody, popřípadě s kyselinou sírovou, hydrolyzuje při teplotě 160 až 230 °C a tlaku 0,6 až 2,8 MPa po dobu 3 až 18 minut, přičemž hydrolýza probíhá za současného rovnoměrného postupu a kapalné fáze, po ukončení hydrolýzy se materiál dvoustupňové expanduje za vzniku parní fáze a hydrolyzátů. V parní lázni je fural, metanol a kyselina octová, hydrolyzát obsahuje celulózu, popřípadě glukózu, lignin a vodu.

Užitný vzor CZ 16562 popisuje zařízení pro zpracování dřevní štěpky, které má hydrolýzní a expanzní jednotku, a ve kterém je extruder se dvěma šneky připojen do kontinuální šnekové jednotky, která má v první části jednoduchou šnekovnici a ve druhé části dvouchodou šnekovnici.

Pro lepší srovnávací přehlednost uvádíme v následující tabulce porovnání řešení podle předloženého vynálezu vůči starším patentovým dokumentům. Všechna srovnání uvedených patentů vychází ze zpracovatelské kapacity 1000 kg za hodinu sušiny lignocelulózových materiálů

-3 CZ 304261 B6

Procesní parametry	Předložený vynález	CZ 281 504	CZ 300 865	CZ 301 471	CZ 16 562
Termicko-tlaková hydrolýza	Jednostupňová	Jednostupňová	Dvoustupňová	Dvoustupňová	Dvoustupňová zabývá se dřevní štěpkou
Velikost částic v mm	0,5 až 5 mm	Neuvedeno	10 až 30 mm V této velikosti se vlákna nerozvolní a výtěžnost klesá	10 až 35 mm	Neuvedeno

-4CZ 304261 B6

Zvlhčení vodou v zásobníku	2 až 4 % 200 až 247“	0,5 až 1:1 170 až 200	Zvlhčuje se v tlakovém kónickém lisu až 10%; poměr surovina/voda 1:3 až 1:4	Zvlhčení v plnící tlakové extrudérové jednotce v množství 5 až 10 % na sušinu	Neuvedeno. K zásobníku je připojen extrudér s duplikátorem. Ohřev olejem
Teplota v reaktoru při hydrolýze	200 až 247 °C	160 až 200 °C v hydrolyzéru	I. stupeň 160 až 185 °C -pentóza II. st. 200 až 240 °C	1. st. 160 až 185 °C 2. st. zvyšující se tlak až na 1 - 3,2 MPa a teplotě 200 až 240 °C a tlaku 1,6až3,3MPa	220 až 240 °C Hydrolyzér má duplikátor pro ohřev olejem a generátor pro pomocný ohřev sálavým teplem
Tlak	1,6 až 3,5 MPa v reaktoru	0,6až2,8MPa	I. st. 0,6 až 1 Mpa II. st.1,6 až 240 ’C hydrolyzér	1,st. 0,8 MPa	Neuvedeno
Doba zdržení v minutách	1 až 5 minut, je celková doba zdržení	3 až 18 minut	I. st. 10 až 12 minut II, st. 8 až 10 min.	1. st. 2 až 5 2. st. 10 až 12 minut	Neuvedeno
Poměr surovina/ voda	1:1,1:2až1:3	1:2,5 až 1:4	I. st. 1:4 II. st.1:3až 1:4 Velká spotřeba doplňující vody a energie. Při jednostupňové hydrolýze je 1:4 až 1:5	1. st 5až 10% na surovinu 2. st.. 1:4 až 1:4,5 LCM / voda	Neuvedeno
Expanze	Jednostupňová	Dvoustupňová	Dvou až třístupňová	Jednostupňová	Jednostupňová
Výtěžnost z 1000 kg slámy/h:
Hydrolýzní cukry	382,5 kg/h, Což je 85% výtěžnost na vnesenou celulózu Obsah celulózy 45 0kg=45 % v sušině	Pšeničná sláma obsah 480 kg celulózy! Výtěžnost na cukry 65 %, tj. 312 kg/h, furalu 53 %, tj. 143 kg na 270 kg pentozanů. To se nedosáhlo. Není odpočet 30% při dehydrataci pentóz nafural. Tuhý zbytek se extrahuje acetonem I!	Číselná výtěžnost hydrolýzních cukrů, furalu a dalších vedlejších produktů není uvedena. Nezreagovaná surovina se vrací zpět do hydrolyzéru	338 kg/h, což je jen 75% výtěžnost na vnesenou celulózu	Pouze zmínka o cukrech a furalu z hydrolýzy.

-5CZ 304261 B6

Pro využití biomasy na zkvasitelné cukry, etanol, elektrickou energii a další vedlejší produkty v jednom kompaktním výrobním procesu jsou rozhodující hlediska energetické úspornosti, spotřeba teplé vody a páry, kompaktnost a kvalita zařízení, výtěžnost produktů a jejich cena. Nejvhodnějším způsobem získávání ligninu je odstranění polysacharidového podílu.

Podstata vynálezu

Podstatu předloženého vynálezu představuje mechanická úprava vstupní suroviny a respektování kinetiky štěpení látek v závislosti na teplotě a tlaku hydrolýzy. Přihlašovatelé předloženého vynálezu zjistili, že nej vhodnější teplotou z hlediska obsahu ligninu je teplota minimálně 200 °C. Vzestup koncentrace ligninu v teplotním intervalu 200 až 220 °C je možno vysvětlit poklesem obsahu hemicelulóz. Při teplotách nižších jak 200 °C byl však komplex celulóza-lignin nedostatečné rozbít.

Způsob výroby bioetanolu z lignocelulózových a/nebo celulózových materiálů, při kterém se po předběžné mechanické úpravě provádí kontinuální hydrolýza lignocelulózových a/nebo celulózových materiálů za vysoké teploty a tlaku, načež se hydrolyzovaný materiál podrobuje expanzi za vzniku parní fáze obsahující kromě vody furfural, metanol, kyselinu octovou a mravenčí, a kapalné fáze obsahující vodný roztok hydrolýzních cukrů, zejména glukózy, načež se roztok hydrolýzních cukrů fermentuje na etanol, je podle předloženého vynálezu zlepšen tím, že surovina, předem dezintegrovaná na částice o velikosti 0,5 až 5 mm, se rozdružuje na vlákna, načež se na ni působí vodou o teplotě 215 až 247 °C a tlaku 1,6 až 3,5 MPa, v poměru k sušině 3 až 5 % hmotn., pro proniknutí vody do rozdružené suroviny a započetí hydrolýzního procesu v kyselém prostředí, přičemž expanze hydrolyzovaného materiálu se provádí jednostupňově. Pokud khydrolýze nestačí organické kyseliny, uvolňující se z rostlinné suroviny působením přehřáté vody resp. vodní páry, přivádí se do přívodního potrubí reaktoru kyselina, s výhodou kyselina chlorovodíková. S výhodou se provádí jednostupňově celý proces hydrolýzy.

Vynález umožnil optimálně zkrátit reakční časy hydrolýzního procesu a při snížené spotřebě teplé vody a páry. Způsob podle vynálezu je vhodný pro využití kogeneračního zařízení k výrobě elektrické energie.

Předložený vynález se oproti dosavadnímu výše uvedenému stavu techniky konkrétně odlišuje úpravou vstupní suroviny, spočívající zejména v nadrcení, rozmělnění a podélném rozštěpení suroviny na vlákna, a v průniku horké vody do malých rozštěpených částic a ve zvýšení teploty hydrolýzního procesu v rozsahu 215 až 247 °C, který přihlašovatelé zjistili jako optimální. Technologická a ekonomická efektivnost spočívá v tom, že pro vlastní hydrolýzní proces při srovnání stejné zpracovatelské kapacity s dosavadními srovnatelnými patenty se ohřívá při teplotě 247 °C za hodinu o 1000 až 1500 kg horké vody méně při poměru surovina/voda od 1:1 až 1:3, při menší spotřebě elektrické energie pro pohony strojů, s nejméně o 50 % kratšími reakčními Časy doby hydrolýzy, zejména od jedné do pěti minut, přičemž v technologii pro dosažení čistoty produktu jsou mimo jiné jako opatření používána molekulová síta.

Novost spočívá dále v tom, že hydrolýzní linka se svými pracovními soubory není závislá na vnějších energetických zdrojích a vytváří při necelém 50% využití vlastních zdrojů energie samozásobitelský systém, a to jak pro ohřev technologické vody, tak i pro pohony strojů a zařízení.

Předložený vynález řeší hydrolýzní postup zavedením nové jednostupňově termicko-tlakové hydrolýzní technologie na zpracování lignocelulózových a celulózových materiálů za účelem získávání hydrolýzních zkvasitelných cukrů, etanolu, furfuralu, metanolu a ligninu, kyseliny octové a mravenčí. Podle vynálezu se lignocelulózové materiály zpracovávají kontinuálním tepelně-tlakovým hydrolýzním postupem v reaktoru, s následnou jednostupňovou expanzí s rozdělením suspenze hydrolyzátu na plynnou furalovou fázi a cukerný roztok s ligninem, tak, že vstupní surovina upravená na částečky o velikosti 0,5 až 5 mm, rozmělněná a podélně rozštěpená, se

-6CZ 304261 B6 v zásobníku vstupní suroviny zvlhčí a vyhřeje tlakovou vodou a párou o teplotě 215 až 247 °C a tlaku 1,6 až 3,5 MPa v poměru voda k sušině 3 až 5 hmotn. %. Horká voda a pára v zásobníku intenzivně proniká do rozštěpeného materiálu a za těchto podmínek jej počíná hydrolyzovat a ohřeje na 90 °C.

Tato opatření tvoří jádro celkové přípravy suroviny. Upravená surovina dále prochází dopravním šnekem s proměnlivými závity šneku jednochodými a dvouchodými částmi, přičemž je významné, že kapalina vniká do suroviny již v zásobníku a spolu s ní vytvoří kompaktní zátku v tvarované koncovce šnekového dopravníku, jejíž nepropustnost zabraňuje zpětnému prostupu. Zátka po průchodu tvarovanou vložkou přechází do reaktoru, ve kterém se ihned rozpadá. Reaktor je vybaven plně syntetickou vložkou proti korozi, jednoduchým šnekem s koncovým vyústěním přes vysokotlakové šoupátko do jednostupňová expanze. Reaktor je vybaven kontinuálním přívodem horké vody a páry o teplotě 215 až 247 °C a tlaku 1,6 až 3,5 MPa, do jehož přívodního potrubí před vstupem do reaktoru je zaveden přívod kyseliny chlorovodíkové pro přivádění množství odpovídajícího 0,3 až 1 % hmotn., vztaženo na obsah suspenze v reaktoru, nebo jiné vhodné kyseliny ve sníženém množství vody, vyjádřeném jako poměr surovina/voda 1:1 až 1:3, v kyselém prostředí v reaktoru při pH 2,5 až 5 a zkrácené reakční době zdržení hydrolýzního procesu od 1 do 5 minut. V reaktoru je vzniklá suspenze intenzivně promíchávána. Zvýšená teplota a tlak příznivě působí na změny ve struktuře suroviny a působením vodní páry za teplot 215 až 247 °C na lignocelulózový materiál umožňuje příznivě využít účinek organických kyselin, které se v procesu tvoří.

Význam spočívá dále v kinetice štěpení a chemických reakcích přeměny látek v surovině, ve vytvoření bezodpadového způsobu výroby, komplexním zpracováním a využitím hemicelulóz, celulózy a ligninu, s výtěžností hydrolýzních cukrů 85 až 90 % hmotn. na vnesenou celulózu,, čistého vysoce reaktivního ligninu, furfuralu o výtěžnosti 55 až 65 % hmotn. na vnesené pentozany s dosaženou objemovou koncentrací 99,67 % hmotn.. Hydrolytická reakce probíhá za současného rovnoměrného posunu suspenze, při zahuštěném výstupním produktu, nižší spotřebě energie o 35 až 45 % určené pro dohřev doplňující vody získané z chladicího výměníkového systému potřebné k hydrolýze suroviny.

Využívaná doplňující voda ohřátá brýdovými parami ve výměnících na 90 až 95 °C se zavádí do kotle k dohřevu na požadovanou teplotu. Množství dohřáté chladicí vody je dostačující pro hydrolýzní proces.

Po proběhlé hydrolytické reakci v reaktoru je suspenze vedena do atmosférického expandéru, kde dochází k rozdělení roztoku hydrolýzních cukrů a ligninu, a parní furalové fáze, přičemž roztok hydrolýzních cukrů po zchlazení postupuje po separaci ligninu přímo do zásobníku přípravy zápary v případě získání zkvasitelných cukrů, nebo, v případě zpracování lignocelulóžových materiálů, je roztok hydrolýzní hydrolýzních cukrů s ligninem po zchlazení ve výměníku veden na enzymovou hydrolýzu s následným rozdělením na separátoru roztoku hydrolýzních cukrů a ligninu.

Celulózové materiály neligninové povahy, např. papír a bavlna, jsou hydrolyzovány po dobu 0,3 až 1 minuty při zvlhčení surovina/voda v poměru 1:1a teplotě 247 °C. Získané cukry ve výtěžnosti 65 hmotn. %., vztaženo na vnesenou surovinu, se vedou přímo do zásobníku přípravy fermentačního média.

Zařízení pro provádění výše popsaného způsobu, zahrnující soubor dezintegračních aparátů pro mechanickou přípravu suroviny, hydrolýzní zařízení, expanzní zařízení, fermentační zařízení pro výrobu etanolu a separační zařízení pro zpracování furalové směsi, je podle vynálezu zlepšeno tím, že je vytvořeno pro provádění jednostupňového procesu, přičemž soubor dezintegračních aparátů zahrnuje řetězový dopravník, na který navazuje rozdružovací dopravník spojený popřípadě přes šnekový dopravník s magnetickým separátorem, za kterým je připojen drtič, na který navazuje kladívkový mlýn, za kterým je pro řízení přívodu upravené suroviny do zásobního sila

-7CZ 304261 B6 uspořádána pásová integrační váha, přičemž na zásobní silo je připojen šnekový dopravník, popřípadě opatřený další integrační váhou, na který navazuje cyklon s ventilátorem a rotačním podavačem, na kterýje připojen zásobník vstupní suroviny pro hydrolýzu, přičemž hydrolýzní zařízení zahrnuje šnekový dopravník jehož šnek se s výhodou skládá z jednochodé a dvouchodé části, připojený na zásobník vstupní suroviny pro hydrolýzu, a na uvedený šnekový dopravník navazuje reaktor s vložkou z korozivzdomého syntetického materiálu, opatřený přívodem pro kyselinu, přičemž expanzní zařízení zahrnuje tlakové šoupátko za kterým následuje nízkotlaký expandér, na jehož spodní část je připojen míchaný zásobník cukerné fáze, na který je pak připojeno fermentační zařízení pro získávání etanolu, a na jehož horní část je připojen odvod parní fáze, připojený přes soustavu chladicích výměníků na separační zařízení pro zpracování furalové směsi.

Převáděcí tvarovaná vložka je pevně spojena s dopravním šnekem zásobníku vstupní suroviny, ze kterého kuželovité se rozšiřující část vložky ústí do reaktoru.

Odvod inertní fáze se provádí z vrchní části kombinovaného reaktoru.

Parní furalová směs z jednostupňové expanze a inertní fáze z reaktoru obsahující furfural, kyselinu octovou, mravenčí, metanol a vodu, je po zchlazení na 40 °C vedena do zásobníku furalové směsi z kterého je čerpána na rektifikační kolonu, z které z její vrchní části odchází přes výměník a výměník jako destilát na koncentrovaný furfural na hodnotu 90 až 92 hmotn. %, metanol a voda do dekantéru, a ze spodní části kolony odchází jako destilační zbytek směs kyseliny octové, mravenčí a vody do zásobníku.

Destilát se odvádí do dekantační nádoby, kde se jako heterogenní směs rozdělí do dvou vrstev. Horní vrstva obsahující 8 hmotn. % furfuralu s metanolem a vodou je dále vedena do zásobníku z kterého čerpána na metanolovou rektifikační kolonu, z jejíž vrchní části odchází přes chladicí výměníky do zásobníku metanol. Ze spodní části metanolové kolony odchází azeotropická směs furfuralu a vody zpět do zásobníku vstupní směsi. Ze spodní části metanolové kolony je odčerpávána těžká metanolová frakce do zásobníku. Z vrchní části metanolové kolony se dále odvádí metanol přes výměníky do zásobníku. Dolní vrstva z dekantačního aparátu obsahuje 92 hmotn. % furfuralu aje dále čerpána do zásobníku a na vakuovou rektifikační kolonu. Z vrchní části této kolony je čerpána směs 8 hmotn. % furalu s vodou přes výměníky zpět do dekantéru. Ze spodní části vakuové rektifikační kolony se čerpá 99,67 hmotn. % do zásobníku čistého furfuralu.

Hydrolýzní roztok zkvasitelných cukrů postupuje ze zásobníku po zchlazení na teplotu 35 až 40 °C a po oddělení ligninu do aparátu přípravy zápary a fermentacních kádí, nebo, zejména v případě zpracování lignocelulózových materiálů, je veden na enzymovou hydrolýzu. Ve fermentorech dochází za pomocí kvasinek ke kvašení cukrů na etanol. Fermentace je přítoková s vracením separovaných kvasinek. V průběhu fermentace se udržuje konstantní pH dávkováním hydroxidu nebo kyseliny a odstraňuje se současně nežádoucí pěna. Ze souboru fermentace je roztok etanolu ve vodě o koncentraci 7 až 10 % spolu s kvasinkami veden do úseku destilace na jeho odvodnění. Během fermentace je zfermentorů odváděn vznikající CO₂ svým tlakem do pračky CO₂, kde je proplachován vodou. Roztok s obsahem etanolu se destiluje na záparové koloně, vzniklý surový etanol se zesiluje a částečně vyčistí na rektifikační koloně a následně se na molekulových sítech zbavuje posledního zbytku vody. Pro použití bezvodého etanolu do paliv se zajišťuje jeho denaturace.

Produkce bezvodého etanolu postupuje do etanolového mezizásobníku, ze kterého je čerpán za účelem výroby elektrické energie do kogenerační jednotky tvořené motory na bázi plynových nebo kapalných paliv. Blokové uspořádání těchto jednotek obsahuje soustrojí motor-generátor. Kogenerační jednotka je osazena elektrickým rozvaděčem se silovou a ovládací částí, zdrojem elektrické energie je synchronní generátor. Celková účinnost využití etanolu na elektrickou energii je 86,2 až 89,0 %.

-8CZ 304261 B6

Pro ovládání kogenerační jednotky je použit ovládací systém, který zajišťuje plně automatický chod soustrojí. Tvoří jej víceprocesorový modulární systém, sestávající z centrální části, zobrazovací jednotky a rozšiřujících modulů analogových a binárních vstupů a výstupů.

Teplo, které se ve spalovacím motoru uvolňuje, je prostřednictvím chlazení motoru, oleje a spalin efektivně využíváno pro zvýšení účinnosti kogenerační jednotky v rozmezí 80 až 95 %. U kogenerační jednotky teplo i elektrická energie vznikají v místě své spotřeby, odpadají tedy náklady na rozvod energie i ztráty dálkovým rozvodem způsobené.

Kogenerační jednotky spolu s kompletní hydrolýzní technologií mohou sloužit jako nouzové zdroje elektrické energie a etanolu v místech nepřetržité spotřeby.

Zařízení sestává z rozdružovacího zásobníku propojeného se šnekovým dopravníkem, magnetickým separátorem, propojeného s kladívkovým mlýnem napojeného na pásovou integrální váhu z které je surovina potrubím vedena do cyklonu s rotačním podavačem, z kterého přechází upravená rozštěpená surovina do zásobního sila, z kterého je vedena šnekovým dopravníkem, který je prvním potrubím propojen přes cyklon se vstupním zásobníkem do kterého je zavedena potrubním přívodem horká voda, zásobník je propojen se šnekovým dopravníkem s proměnlivými závi ty šneku, který je napojen třetím potrubím s reaktorem, na který navazuje vysokotlaké šoupátko, které je potrubím propojeno s atmosférickým expandérem. Potrubím odchází parní furalová směs do výměníků, kteréjsou propojeny potrubím. Na výměníky navazuje potrubí propojené se zásobníkem a rektifikační kolonou. Potrubí propojuje expandér se zásobníkem, z kterého může být, zejména v případě zpracování lignocelulózových materiálů, potrubím propojeno na enzymové hydrolyzéry.

V horní části rektifikační kolony je umístěno potrubí pro odvod furalu, metanolu a vody a ve spodní části odtah potrubím směsi kyseliny octové, mravenčí a vody. Potrubí prochází soustavou výměníků do dekantéru. Ze střední části dekantéru se odvádí potrubím směs furalu, metanolu a vody do metanolové rektifikační kolony. Z vrchní části se odvádí potrubím metanol. Ze spodní části dekantéru se odvádí potrubím furalová 92% směs na vakuovou rektifikační kolonu. Ze spodní části kolony se odvádí potrubím čistý fural o hmotové koncentraci 99,67 % hmotn.

Zařízení k výrobě etanolu a elektrické energie navazuje na hydrolýzní část, zásobní nádrží zralé zápary, která potrubím je propojena s fermentory, které potrubím jsou napojeny na záparovou kolonu, kterou propojuje potrubí se zesilovací kolonou nebo odparkou, z jejíž vrchní části potrubí propojuje aparáty s odvodňovacími molekulovými síty, z kterých je odváděn potrubím bezvodý etanol přes chladicí výměník do provozního zásobníku. Z vrchní části provozního zásobníku se odvádí potrubím bezvodý etanol přes dochlazovač do skladu etanolu, z kterého je potřebná část čerpána potrubím na denaturaci a potrubím na kogenerační jednotku k výrobě elektrické energie.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje schematicky přípravu vstupní suroviny a kontinuální zařízení na zpracování lignocelulózových materiálů na hydrolýzní cukry.

Obr. 2 znázorňuje schematicky technologii výroby furfuralu, kyseliny octové a mravenčí.

Obr. 3 znázorňuje schematicky technologii výroby bioetanolu a elektrické energie.

Obr. 4 představuje vysvětlení symbolů různých technologických proudů uvedených na schématech technologií podle obr. 1 až 3.

-9CZ 304261 B6

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Zpracování 1200 kg/h pšeničné slámy o vlhkosti 16% hmotn., tj. 1000 kg/h sušiny s obsahem hlavních složek: 45 % hmotn. celulózy, 30 hmotn. % hemicelulóz, z toho 27 % hmotn. pentozanů, lignin 14 hmotn. %.

Popsaný příklad ilustruje technologii výroby zkvasitelných cukrů, separaci furfuralu, ligninu, kyseliny octové, mravenčí a vody, která je založena na termicko-tlakové hydrolýze lignocelulózových materiálů, s následnou hydrolýzou celulolytickými enzymy. Vlhčení suroviny probíhá ve vstupním zásobníku vodou pod tlakem o teplotě 245 °C, resp. párou, která se z ní uvolňuje, v množství 5 hmotn. % vztaženo na sušinu, přičemž dochází k průniku vody do rozštěpené suroviny a k příznivému ovlivnění tvořící se těsnicí zátky a zabraňuje přívodu vzdušného kyslíku. Následně se za současného nástřiku tlakové vody do reaktoru o teplotě 245 °C při hmotnostním poměru surovina/voda 1:3 hydrolyzuje při teplotě 245 °C a odpovídajícímu tlaku po dobu 5 minut, přičemž hydrolýza probíhá při rovnoměrném posunu suspenze. Po ukončení hydrolýzy roztok jednorázově expanduje za vzniku parní fáze a hydrolyzátu. V parní fázi je přítomen furfural, metanol a organické kyseliny. Parní fáze se rektifikuje a rozdělí se na furfuralovou směs a směs kyseliny octové, mravenčí a vodu. Roztok hydrolyzátu po zchlazení může být veden přímo do zásobníku přípravy fermentačního média, avšak v tomto výhodném příkladu postupuje na enzymovou hydrolýzu. V obou postupech se následně dělí na lignin a roztok zkvasitelných cukrů, zejména glukózy.

Zkvasitelné cukry postupují na fermentaci, vzniklý bioetanol je veden na destilaci, odvodnění a rafínaci při využití na bioetanol, anebo postupuje na soustrojí k využití na elektrickou energii.

Zařízení znázorněné na Obr. 1 sestává ze souboru aparátů pro dezintegraci suroviny obsahující řetězový dopravník I, rozdružovací aparát 2, šnekový dopravník 3, magnetický separátor 4 a šnekový drtič 5, ze kterého nadrcená surovina postupuje na kladívkový mlýn 6, ve kterém se podélně rozštěpí aje dále vedena přes pásovou integrální váhu 7, do cyklonu 8 s ventilátorem a s rotačním podavačem, do sila 9, a přes šnekový dopravník 10 s integrální váhou postupuje do cyklonu _H s ventilátorem a rotačním podavačem, dále postupuje upravená surovina do zásobníku 12 vstupní suroviny, který je propojen s plnicím šnekovým dopravníkem 13, na který přímo navazuje reaktor 14 s proměnlivými závity šneku, do jehož přívodního potrubí se dávkuje kyselina ze zásobníku 43 pro úpravu kyselosti, z reaktoru _14 postupuje zhydrolyzovaná suspenze přes vysokotlakové šoupátko Γ5 do atmosférického expandéru 17, do kterého je vedena přes vysokotlakové tlakové šoupátko 16 a přes chladicí výměníky 22, 23 a 27 také inertní fáze z reaktoru. Hydrolýzní suspenze jednostupňové expanduje na atmosférický tlak, čímž dochází k rozdělení parní furalové směsi a roztoku cukrů s ligninem. Parní furalová fáze z expandéru 17 postupuje včetně, metanolu, kyseliny octové, kyseliny mravenčí a vody přes chladicí výměníky 22, 23 a 27 postupuje furalová směs zchlazená na 30 °C do mezizásobníku 28. ze kterého je čerpána čerpadlem 29 do střední části rektifikační kolony 30, z jejíž vrchní části odchází furfural s metanolem a vodou do zásobníku 31 a ze spodní části kolony 30 odchází směs kyseliny octové, mravenčí a vody do zásobníku 32.

Na obr. 1 až 3 jsou různé technologické proudy značeny různými čarami. Proud zpracovávaného materiálu, jakožto technologického média, je vyznačen plnými čarami, tenkými proud technologického média v plynné nebo kapalné fázi, a silnějšími čarami proud technologického média v tuhé fázi. Technologické médium v roztoku je značeno čerchovanými čarami. Čárkovanými čarami jsou značeny proudy energií, jako chladicí vody, páry a kondenzátu, a tenkými čárkovanými čarami jsou značeny regulační obvody. Další proudy ve schématech jsou rozlišeny pomocí symbolů, jimiž jsou označeny čáry, které znázorňují vedení jednotlivých proudů. Zvláštní vyob- 10CZ 304261 B6 razení symbolů různých technologických proudů uvedených na schématech technologií podle obr. 1 až 3 jsou souhrnně znázorněna na obr. 4.

Expandér 17je opatřený rotačním podavačem 18, kterýje dále propojen na míchaný zásobník 19, na který navazuje chladič 33 cukerného roztoku s ligninem, kterýje propojen přímo na separátor 38 a zásobník 42 hydrolýzních cukrů a zásobník 41 ligninu, nebo, zejména v případě zpracování lignocelulózových materiálů jako v tomto výhodném příkladu, zahuštěná cukerná fáze po ochlazení na optimální teplotu a naředění pro činnost celulolytických enzymů, postupuje do souboru aparátů 34, 35 enzymové hydrolýzy. Po proběhnuté enzymové hydrolýze se na separátoru 38 ve formě filtračního lisu oddělí nerozpustné částice, zejména lignin, a tyto postupují do zásobníku 41. Roztok hydrolýzní hydrolýzních cukrů se čerpá do zásobníku 42 hydrolýzních cukrů, ze kterého je čerpán spolu s kvasnicemi do zásobní nádrže 101 zralé zápary. Jakje znázorněno na obr. 3, zralá zápara je čerpána do fermentačních nádrží 103, ze kterých po zkvašení postupuje na záparovou kolonu 107, dále je vedena přes odparku 128 na molekulová síta 129 do provozního zásobníku 135 bezvodého etanolu a ze zásobníku 139 je bezvodý etanol čerpán do skladu 141 a na jednotku 142 denaturace etanolu. Produkce etanolu je čerpána do zásobníku soustrojí kogenerační jednotky 143 k výrobě elektrické energie.

Obrázek č. 3 znázorňuje část zařízení pro fermentaci a destilaci etanolu. Cukerná fáze zkvasitelných cukrů postupuje za účelem výroby etanolu a následně k získání elektrické energie.

Výroba elektrické energie z etanolu spočívá v tom, že se etanol vede na kogenerační zařízeni, jehož podstata spočívá v blokovém uspořádání soustrojí motor-generátor s kompletním zařízením jednotky, v provedení se synchronním generátorem. Vyznačuje se automatickou regulací a sníženými emisemi. Teplonosným médiem je voda. Tepelný výkon je tvořen dvěma nezávislými okruhy, a to sekundárním a technologickým. Maximální tepelný výkon jednotky je součtem tepelných výkonů obou okruhů při jejich plném využití. Celková účinnost ve využití etanolu jako zdroje elektrické energie je 86,0 až 90,0 %.

Vedle základní výhodnosti procesních parametrů je důležité využití 50 % etanolu na elektrickou energii pro pokrytí vlastní celkové potřeby ohřevu technologické vody a pohonu strojů hydrolýzní jednotky.

Příklad 2

Příklad ilustruje zpracování 570 kg pšeničné slámy za hodinu o vlhkosti 15 hmotn. %., tj. 500 kg/h sušiny. Zařízení je značeno „KH-500“, neboli „Kontinuální hydrolýza 500“. Zpracovatelská kapacita činí 14,4 tuny za den. Při 300 pracovních dnech je zpracováno 4320 tun vstupní suroviny ročně.

Dezintegrovaná rozštěpená sláma o velikosti 0,5 až 5 mm se v provozním zásobníku zvlhčí a vyhřeje tlakovou vodou o teplotě 247 °C v hmotnostním poměru surovina k vodě 1:0,5, následně se za současného nástřiku tlakové vody a páry o teplotě 247 °C v hmotnostním poměru sušina k vodě 1:0,5 hydrolyzuje po dobu 5 minut, přičemž hydrolýza probíhá v kyselém prostředí při pH

3,5 za současného rovnoměrného postupu vzniklé parní furalové fáze a hydrolyzátu. V parní fázi je furfural, metanol, kyselina octová, kyselina mravenčí a voda. Hydrolyzát obsahuje hydrolýzní cukry, zejména glukózu, lignin a vodu. Parní furalová fáze se rektifikuje a rozdělí na furfural s metanolem a vodou a na směs kyseliny octové, kyseliny mravenčí a vody. Na filtračním lisu se cukerný hydrolyzát rozdělí na lignin a cukernou fázi.

Pšeničná sláma obsahuje 500 kg/h na sušinu, obsahuje využitelné složky 225 kg celulózy, 150 kg hemicelulóz, z toho 135 kg pentóz a 65 kg ligninu.

-11 CZ 304261 B6

Procesní parametry:

Vstupní surovina:

Typ procesu:

Počet reaktorů

Teplota reaktoru

Tlak v reaktoru

Doba zdržení v reaktoru

Celková doba zdržení

Úprava kyselosti suspenze na pH

Poměr surovina/voda

Spotřeba chladicí technologické vody je po dohřátí v kotli na hydrolýzní teplotu dostačující pro proces

Oddělená voda v parní fázi

Čistá spotřeba vody k doplnění pšeničná sláma jednostupňový

247 °C 3,5 MPa 5 minut 5 minut až 5 % hmotn..

1500 kg/h

375 kg/h 00 kg/h

Spotřeba vody je kryta vstupní vodou určenou k ochlazení parní furalové fáze. Současně je ohřána na 90 °C.

Claims (10)

1. Způsob výroby bioetanolu z lignocelulózových a/nebo neligninových celulózových materiálů, při kterém se po předběžné mechanické úpravě provádí kontinuální hydrolýza lignocelulózových a/nebo celulózových materiálů za vysoké teploty a tlaku, načež se hydrolyzovaný materiál podrobuje expanzi za vzniku parní fáze obsahující kromě vody furfural, metanol, kyselinu octovou a mravenčí, které se následně separují jako produkty, a kapalné fáze obsahující vodný roztok hydrolýzních cukrů, načež se roztok hydrolýzních cukrů fermentuje na etanol, který se separuje jako produkt, vyznačující se tím, že surovina, předem dezintegrovaná na částice o velikosti 0,5 až 5 mm, se rozdružuje na vlákna, načež se na ni působí vodou o teplotě 215 až 247 °C a tlaku 1,6 až 3,5 MPa, přidávanou v množství 3 až 5 hmotn. %, pro proniknutí vody do rozdružené suroviny a pro započetí hydrolýzního procesu v kyselém prostředí.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že hydrolýzní proces se provádí v reaktoru (14) kontinuálně v jediném stupni, přičemž po dokončení hydrolýzní reakce se provádí jednostupňová expanze zhydrolyzované suspenze v atmosférickém expandéru (17), ze kterého se odvádí jako kapalná fáze roztok hydrolýzních cukrů, a jako parní fáze směs vody, furfuralu, metanolu, kyseliny octové a kyseliny mravenčí.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že rozdružená surovina se kontinuálně dávkuje do vstupního zásobníku (12), ze kterého se pomocí šnekového dopravníku (13) kontinuálně plní do reaktoru (14) opatřeného šnekovnicí s proměnlivými závity šneku, přičemž do přívodního potrubí vody do reaktoru se dávkuje kyselina, s výhodou kyselina chlorovodíková, a přičemž hydrolýza se provádí při uvedené teplotě 215 až 247 °C a uvedeném tlaku 1,6 až 3,5 MPa při poměru surovina/voda 1:1 až 1:3 po dobu 1 až 5 minut při pH 2,5 až 5.

4. Způsob podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že roztok hydrolýzních cukrů po expanzi se vede přímo, nebo, v případě zpracování lignocelulózových materiálů, přes enzymovou hydrolýzu s přídavkem celulolytických enzymů pro oddělení nerozpustných

- 12CZ 304261 B6 částic ligninu, po přidání kvasnic dále do zásobní nádrže (101) zápary, ze které se zralá zápara čerpá do míchaných fermentačních nádrží (103), načež po proběhlém kvasném procesu se z roztoku destilací odděluje etanol, a přičemž směs vody, furfuralu, metanolu, kyseliny octové a kyseliny mravenčí se po zchlazení na 40 °C vede do mezizásobníku (28) furalové směsi, ze kterého se nastřikuje na rektifikační kolonu (30), z jejíž vrchní části se odvádí jako destilát furalová směs a z jejíž spodní části se odvádí směs kyseliny octové, mravenčí a vody, přičemž furalová směs se dále zpracovává destilací na rektifikační koloně (52) na směs obsahující 90 až 92 % hmotn. furalu, metanolu a vody, ze které se dále získává čistý fural a čistý metanol.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že po proběhlém kvasném procesu se z roztoku destilací odděluje etanol na záparové destilační koloně (107) za vzniku parní fáze obsahující etanol, načež, popřípadě po další úpravě resp. dalších úpravách destilací, se etanol odvodňuje na molekulových sítech (129), načež se bezvodý etanol odvádí do skladu (141). s výhodou přes výměník tepla.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že bezvodý etanol se využívá, popřípadě po denaturaci, v kogenerační jednotce k výrobě elektrické energie.

7. Způsob podle některého z nároků lažó, vyznačující se tím, že způsob se provádí bez použití vnějších energetických zdrojů pro ohřevy a pohony, přičemž vstupní surovina se s výhodou předehřívá ohřátou chladicí vodou.

8. Zařízení pro provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 7, zahrnující soubor dezintegračních aparátů pro mechanickou přípravu suroviny, hydrolýzní zařízení, expanzní zařízení, fermentační a separační zařízení pro výrobu etanolu, a separační zařízení pro zpracování furalové směsi, vyznačující se tím, že soubor dezintegračních aparátů zahrnuje řetězový dopravník (1), na který navazuje rozdružovací dopravník (2) spojený přes šnekový dopravník (3) s magnetickým separátorem (4), za kterým je připojen drtič (5), na který navazuje kladívkový mlýn (6), za kterým je pro řízení přívodu upravené suroviny do zásobního sila (9) uspořádána pásová integrační váha (7), přičemž na zásobní silo (9) je připojen šnekový dopravník (10), na který navazuje cyklon (11) s ventilátorem a rotačním podavačem, na který je připojen vstupní zásobník (12) suroviny pro hydrolýzu, přičemž hydrolýzní zařízení zahrnuje plnicí šnekový dopravník (13) s proměnlivými závity, jehož šnek se s výhodou skládá zjednochodé a dvouchodé části, připojený na zásobník (12) vstupní suroviny, a na uvedený šnekový dopravník (13) navazuje reaktor (14) s vložkou z korozi vzdorného syntetického materiálu, opatřený přívodem páry, vody a kyseliny, přičemž reaktor (14) má výstup zhydrolyzované suspenze přes vysokotlaké tlakové šoupátko (16) k expanznímu zařízení a výstup inertní fáze přes vysokotlakové tlakové šoupátko (16) inertní fáze k chladicímu výměníku (27), a přičemž expanzní zařízení zahrnuje atmosférický jednostupňový expandér (17), na jehož vstup je přivedena zhydrolyzovaná suspenze z reaktoru (14) přes tlakové šoupátko (15) a z jehož spodní části je veden výstup do míchaného zásobníku (19) cukerné fáze, na který je pak připojeno fermentační a separační zařízení pro výrobu etanolu.

9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že separační zařízení pro zpracování furalové směsi zahrnuje rektifikační kolonu (30), na jejíž vstup je připojeno potrubí furalového kondenzátu, v jejíž horní části je uspřádán odvod furalové směsi do zásobníku (31), a v jejíž spodní části je uspořádán odvod směsi kyseliny octové, mravenčí a vody do zásobníku (32), přičemž pro další zpracování furalové směsi zařízení dále zahrnuje rektifikační kolonu (52) pro získávání směsi obsahující 90 až 92 % hmotn. furalu a metanol, na kterou navazuje vakuová rektifikační kolona (73) pro získávání čistého furalu a rektifikační kolona (62) pro získávání čistého metanolu.

10. Zařízení podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že fermentační zařízení pro získávání etanolu zahrnuje chladicí výměník (33) připojený na odvod cukerné fáze, popřípadě obsahující lignin, z míchaného zásobníku (19), přičemž na chladicí výměník (33) navazuje, příCZ 304261 B6 mo nebo popřípadě přes soubor aparátů (34, 35) enzymové hydrolýzy, separátor (38) pro oddělení nerozpustných částic, zejména ligninu, a filtru, obsahujícího roztok hydrolýzních cukrů, který má výstup nerozpustných částic, vedený do zásobníku (41) nerozpustných ěástic, a výstup filtrátu, vedený do zásobníku (42) roztoku cukrů, který je připojen na vstup nádrže (101) zralé zápary pro přimíchání kvasnic, přičemž na výstup nádrže (101) zralé zápary jsou připojeny fermentační nádrže (102), za kterými následuje záparová kolona (107), odparka (128) pro zvýšení koncentrace etanolu, a molekulová síta (129) pro zbavení etanolu vody, za nimiž následuje zásobník (139) bezvodého etanolu s odvodem do skladu (141) bezvodého etanolu, přičemž s výhodou je na sklad (141) bezvodého etanolu přímo nebo přes jednotku (142) denaturace etanolu připojeno kogenerační zařízení (143) pro výrobu elektrické energie, které zahrnuje soustrojí motoru a generátoru s využitím tepla spalin a oleje, řízené centrální procesorovou jednotkou.