DE102008056834A1 - Producing alcohol and biomass, useful e.g. as raw material to produce alcoholic beverage, comprises accomplishing material separation of wine from residual solid body mass and introducing solid body mass to device for producing e.g. biogas - Google Patents

Producing alcohol and biomass, useful e.g. as raw material to produce alcoholic beverage, comprises accomplishing material separation of wine from residual solid body mass and introducing solid body mass to device for producing e.g. biogas Download PDF

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Abstract

Producing alcohol and biomass by fermentation of agricultural raw materials e.g. fruit, comprises: (a) accomplishing a material separation of the produced wine from the remaining solid body mass, after completion of the fermentation process; (b) introducing the solid body mass in a pumpable state to a device for producing biogas and/or bioenergy; and (c) converting the wine separated from the solid body mass into alcohol by distillation and subsequently feeding as raw material for the production of alcohol-containing products.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimierten Herstellung von Alkohol und Biomasse, insbesondere zur Nutzung als Ausgangsstoffe für alkoholhaltige Produkte und energetisch verwertbare Biomasse.The The invention relates to a method for the optimized production of Alcohol and biomass, in particular for use as starting materials for alcoholic products and energy recyclable Biomass.

Bekannt ist nach der DE 103 27 954 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Biomasse, bei dem die Biomasse vor der Fermentation auf eine Teilchengröße von weniger als 0,5 mm zerkleinert wird. Vorliegende Proteine und gegebenenfalls vorliegende Kleie werden abgetrennt.It is known after the DE 103 27 954 A1 a process for the production of ethanol from biomass, in which the biomass is comminuted to a particle size of less than 0.5 mm before fermentation. Present proteins and optionally present bran are separated.

Dadurch erhält man ein Substrat mit einem hohen Anteil an Stärke und einem geringen Anteil an Feststoff. Danach erfolgt die Fermentation der in der verbleibenden Biomasse vorhandenen Kohlenhydrate durch Zugabe von Mikroorganismen und erzeugt dadurch Alkohol. Vorzugsweise werden Hefen für die Fermentation verwendet. Beendet wird die Fermentation, wenn alle Kohlenhydrate vergoren sind. Der in der erhaltenen alkoholischen Maische vorhandene Alkohol wird anschliessend mittels bekannter Verfahren destilliert und weiter gereinigt.Thereby one obtains a substrate with a high content of starch and a small amount of solid. Thereafter, the fermentation takes place the carbohydrates present in the remaining biomass Addition of microorganisms and thereby produces alcohol. Preferably Yeasts are used for fermentation. Is ended the fermentation, when all carbohydrates are fermented. The Indian obtained alcoholic mash existing alcohol is then distilled by known methods and further purified.

Durch die vorherige Abtrennung der Proteine und der Kleie wird die Entstehung von Alkoholnebenbestandteilen bei der Fermentation verringert. Die Qualität des Rohalkoholes wird dadurch erhöht und der Rektifikationsaufwand gesenkt.By the previous separation of the proteins and the bran is the origin of alcoholic by-products during fermentation. The quality of the crude alcohol is thereby increased and the rectification effort lowered.

Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch die Einbeziehung der Feststoffe in den nachfolgenden Destillationsvorgang und die anschließende Unverwendbarkeit der restlichen Biomasse für die Energiegewinnung. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu schaffen, mit dem optimal energetisch verwertbare Biomasse und alkoholhaltige Produkte aus den Ausgangsprodukten gewonnen, der Energiebedarf für die Alkoholherstellung gesenkt, die mögliche Angebotspalette alkoholhaltiger Produkte erweitert und der erforderliche Entsorgungsaufwand für die nicht weiter verwertbaren Reststoffe verringert wird.adversely However, this process involves the inclusion of solids in the subsequent distillation process and the subsequent Inapplicability of the remaining biomass for energy production. The object of the invention is therefore to provide a method with the optimally energetically usable biomass and alcoholic Products obtained from the raw materials, the energy demand for reduced alcohol production, the possible range of services alcoholic products and the required disposal costs for the non-recyclable residues is reduced.

Gelöst wird die Aufgabe durch das mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 beschriebene Verfahren. Vorteilhaft wird das Verfahren nach den beschreibenden Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 12 gestaltet. Die Steuerung der Massenverhältnisse von hergestellten breiförmigen Feststoffen zur hergestellten Weinmenge erfolgt nach vorhandenem Bedarf und der Qualitätsanforderungen an den Rohalkohol wie z. B. für die Weiterverarbeitung zu bestimmten vorgegebenen alkoholischen Produkten. Gesteuert werden dazu die Ablaufzeit und die Temperaturverhältnisse während des Vergärungsvorganges, der pneumatische Druck der Sauerstoffzufuhr bei der Vergärung und die Stärke der Zentrifugalkräfte während des Trennvorganges.Solved The object is achieved by having the features of claim 1 described method. Advantageously, the method according to the descriptive Characteristics of the claims 2 to 12 designed. The control the mass ratios of manufactured pulp-shaped Solids to the amount of wine produced according to existing needs and the quality requirements of the raw alcohol such. B. for further processing to certain predetermined alcoholic products. Controlled are the expiration time and the temperature conditions during the fermentation process, the pneumatic pressure of oxygenation during fermentation and the strength of the centrifugal forces during of the separation process.

Mit dem Verfahren werden vor dem nachfolgenden Destillationsvorgang durch die Abtrennung der Biomasse die vorhandenen Geschmacksstoffe oder andere die Qualität des gewonnenen Weines bzw. den Rohalkohol beeinflussenden Stoffbestandteile entfernt, die sonst nicht oder nur mit einem sehr hohen Aufwand zu entfernen wären. Die dadurch erreichbaren Qualitätsmerkmale sowie Reinheitsgrade des Rohalkohol ermöglichen eine breitere Palette an herstellbaren alkoholhaltigen Produkten. Die Anzahl der erzielbaren Geschmacksvarianten des herstellbaren Trinkalkohol wird größer. Durch die Abtrennung der Feststoffe vor der Weiterverarbeitung des Weines zu Rohalkohol steht eine größere Menge der zur Energiegewinnung nutzbaren Biomasse zur Verfügung.With the process before the subsequent distillation process by the separation of the biomass the existing flavors or Others the quality of the wine obtained or the raw alcohol interfering substance components that are not otherwise or only with a very high effort to remove. The achievable quality features and purity levels of Raw alcohol allows for a wider range of manufacturable alcoholic products. The number of achievable flavors of the producible drinking alcohol gets bigger. By the separation of the solids before the further processing of the wine To raw alcohol is a larger amount to Generating energy usable biomass available.

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigtfollowing should the inventive method on hand of a Embodiment explained in more detail become. In the drawing shows

1: den schematischen Gesamtablauf des Verfahrens, 1 : the overall schematic procedure of the method,

2: den bisherigen Ablauf des Trennungsvorganges von Alkohol und Biomasse und 2 : the previous sequence of the separation process of alcohol and biomass and

3: den erfindungsgemäßen Ablauf des Trennungsvorganges von Alkohol und Biomasse. 3 : the sequence according to the invention of the separation process of alcohol and biomass.

Bei dem in 1 dargestellten beispielsweisen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf wird das als Ausgangsstoff zur Anwendung kommende Obst mittels eines sogenannten Musers zerkleinert bzw. gepresst. Durch Zusatz von Weinhefe wird der Gärungsvorgang ausgelöst. Der Gärprozess wird in einem luftdicht abgeschlossenen Behälter durchgeführt, um so eine Oxidation der Aromen im Wein und eine Weiteroxidation des Ethanols zu Essigsäure durch Bakterien zu verhindern. Während des Gärungsvorganges wird der Zuckergehalt des Obstes von den Hefen zur Energiegewinnung genutzt. Die Zucker können dabei auf zwei verschiedene Möglichkeiten abgebaut und damit von den Hefen zur lebensnotwendigen Energiegewinnung genutzt werden. Zum einen kann der Zucker bei Vorhandensein von Sauerstoff von der Hefe durch Zellatmung abgebaut werden. Die Zucker werden dabei vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Zum anderen kann der Zucker bei fehlendem Sauerstoff von den Hefen durch die alkoholische Gärung zwecks Energiegewinnung abgebaut werden. Zum Schutz der wärmereaktiven Inhaltsstoffe wird der Gärungsvorgang im Temperaturbereich von 16 bis 25°C durchgeführt. Die Steuerung der herzustellenden Menge an Wein und der zur Gewinnung von Bioenergie/Biogas dienenden Biomasse erfolgt durch Veränderung der Parameter Temperaturverhältnis, der Gärungszeit und der Sauerstoffzufuhr. Bei Luftzufuhr zur gärenden Hefe stellt diese die Gärung ein und stellt ihre Energiegewinnung auf Sauerstoffatmung um. Aufgrund der eingeschränkten Energiegewinnung vermehren sich Hefen unter Luftabschluss weit weniger stark als bei Luftzutritt. Um einerseits die oben beschriebene Oxidation der Aromen im Wein und die Weiteroxidation zu Essigsäure bei Lufteintritt zu verhindern und andererseits eine Steuerung des Gärungsprozesses hinsichtlich der Menge des erzeugten Alkoholes und der Vermehrung der Hefen vornehmen zu können, wird die Steuerung durch dosierte Steuerung der Zufuhr von reinem Sauerstoff durchgeführt. Das bei der Gärung entstehende Kohlendioxid wird komprimiert und in Gasbehältern geleitet. Mittels der nachgeordneten Zentrifuge wird die erzeugte Vergärungsmasse in Wein und breiförmige Feststoffe getrennt.At the in 1 By way of example, the method sequence according to the invention, the fruit used as a starting material is comminuted or pressed by means of a so-called Musers. The fermentation process is triggered by the addition of wine yeast. The fermentation process is carried out in an airtight container to prevent oxidation of the aromas in the wine and further oxidation of the ethanol to acetic acid by bacteria. During the fermentation process, the sugar content of the fruit is used by the yeasts for energy production. The sugars can be reduced to two different possibilities and thus be used by the yeasts for vital energy production. First, the sugar can be degraded in the presence of oxygen from the yeast by cell respiration. The sugars are completely oxidized to carbon dioxide and water. On the other hand, in the absence of oxygen, the sugar can be broken down by the yeasts through the alcoholic fermentation for the purpose of producing energy. To protect the heat-reactive ingredients of the fermentation process is carried out in the temperature range of 16 to 25 ° C. The control of the quantity of wine to be produced and the biomass used for the production of bioenergy / biogas is effected by altering the para meter temperature ratio, the fermentation time and the oxygen supply. With air supply to the fermenting yeast this stops the fermentation and converts its energy production to oxygen respiration. Due to the limited energy production, yeasts under air exclusion increase much less than with air access. On the one hand to prevent the above-described oxidation of the aromas in the wine and the further oxidation to acetic acid in air and on the other hand to be able to control the fermentation process in terms of the amount of alcohol produced and the proliferation of yeasts, the control by metered control of the supply of pure Oxygen performed. The resulting during fermentation carbon dioxide is compressed and passed into gas containers. By means of the downstream centrifuge, the fermentation mass produced is separated into wine and pulp-like solids.

Die abgetrennten Feststoffe werden mit weiterer Biomasse, wie z. B. Gras, Mais, vermischt und einer Biogas/Bioenergie-Anlage zugeführt, in der die Umwandlung in Energie erfolgt.The separated solids are mixed with other biomass such. B. Grass, maize, mixed and fed to a biogas / bioenergy plant, where the transformation into energy takes place.

Nach der in der Zentrifuge erfolgten Abtrennung der Feststoffe wird der zurückbleibende Wein in dem folgenden Destillationsvorgang (Brennvorgang) zu konzentriertem Alkohol gebrannt. Der Destillationsvorgang wird bei diesem Verfahren ohne die in der Vergärungsmasse enthaltenen Feststoffe durchgeführt und dadurch ein qualitativ andersartiger Rohalkohol erzeugt. Die bei den bisherigen Verfahren mit destillierten Feststoffe haben so keinen Einfluss mehr auf die Beschaffenheit des hergestellten Rohalkohol. Der so hergestellte Rohalkohol mit qualitativ anderen Merkmalen eignet sich als Ausgangsstoff für die Herstellung von alkoholhaltigen Produkten mit neuen Wirkungen und Eigenschaften.To the separation of the solids in the centrifuge becomes the remaining wine in the following distillation process (Burning) burned to concentrated alcohol. The distillation process is used in this process without the in the fermentation mass contained solids and thereby a qualitative produces different raw alcohol. The in the previous method with distilled solids have no influence on the Texture of raw alcohol produced. The so produced Raw alcohol with qualitatively different characteristics is suitable as starting material for the production of alcoholic products with new ones Effects and properties.

Entsprechend dem in der 2 dargestellten schematischen Ablauf erfolgt die bisherige aus dem Stand der Technik bekannte Herstellung und Trennung von Alkohol und zur Energieerzeugung genutzter Biomasse. Zur Verdeutlichung der erzielbaren Mengenverhältnisse wird von einer durch den Gärungsprozess hergestellten Vergärungsmasse von 800 l ausgegangen. Bei der Destillation der nahezu gesamten Vergärungsmasse entstehen bei jedem Destillationsvorgang ca. 30 l Rohalkohol und der mengenmäßig größere (ca. 90%) abgetrennte Anteil besteht aus Früchteresten plus Schlempe. Dieser abgetrennte Anteil ist durch den Brennvorgang nur noch in geringem Maße zur Energiegewinnung geeignet. Hinzu kommt der erforderliche Energieaufwand um die gesamte Vergärungsmasse zu destillieren.According to the in the 2 the schematic sequence shown is the previous known from the prior art production and separation of alcohol and used for energy production biomass. To clarify the achievable proportions, it is assumed that a fermentation mass of 800 l produced by the fermentation process. In the distillation of the almost total fermentation mass produced in each distillation process about 30 l of crude alcohol and the quantitatively larger (about 90%) separated fraction consists of fruit residues plus stillage. This separated portion is suitable by the firing process only to a small extent for energy. Added to this is the energy required to distill the entire fermentation mass.

Im Gegensatz dazu, wird, wie in 3 schematisch dargestellt, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Trennung mittels der eingesetzten Zentrifuge aus der Vergärungsmasse von 800 l eine Weinmenge von 450 l und 350 l an gleitfähiger Feststoffmasse gewonnen. Durch die Abtrennung der Feststoffmasse vor dem Destillationsvorgang besitzt diese die erforderlichen Eigenschaften zur Anwendung für die Energiegewinnung. Der Wein wird danach destilliert und daraus 30 l Rohalkohol gewonnen. Als Restmasse entstehen lediglich ca. 420 l, die dann nur noch in geringem Maße zur Energiegewinnung geeignet sind. Der für den Destillationsvorgang erforderliche Energieaufwand dient somit fast ausschließlich zur Rohalkoholgewinnung. Es entsteht sozusagen eine mehrfache Ausbeute an Rohalkohol bei gleichem Energieaufwand.In contrast, as in 3 shown schematically, in the process according to the invention in the separation by means of the centrifuge from the fermentation mass of 800 l used a quantity of wine of 450 l and 350 l of lubricious solid mass recovered. By separating the solid mass before the distillation process, this has the required properties for use in energy production. The wine is then distilled and obtained from it 30 l raw alcohol. The residual mass is only about 420 l, which are then only to a small extent suitable for energy. The energy required for the distillation process thus serves almost exclusively for crude alcohol production. As it were, this results in a multiple yield of crude alcohol with the same energy expenditure.

Bei der Mengenbetrachtung beider Verfahren (1 und 2) wird von gleichen Verfahrensbedingungen ausgegangen.In the quantitative analysis of both methods ( 1 and 2 ) is assumed to be the same process conditions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10327954 A1 [0002] - DE 10327954 A1 [0002]

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung von Alkohol und Biomasse durch Vergärung von landwirtschaftlichen Ausgangsstoffen wie Obst u. ä., dadurch gekennzeichnet, dass a) nach Beendigung des Vergärungsvorganges eine stoffliche Trennung des erzeugten Weines von der verbleibenden Festkörpermasse erfolgt, b) die Festkörpermasse in einen pumpfähigen Zustand gebracht und einer zur Erzeugung von Biogas und/oder Bioenergie dienenden Anlage zugeführt wird und c) der von der Festkörpermasse abgetrennte Wein durch Destillation in Alkohol umgewandelt und als Ausgangsstoff einem nachfolgenden zur Herstellung von alkoholhaltigen Produkten dienenden Herstellungsverfahren zugeführt wird.Process for the production of alcohol and biomass by fermentation of agricultural raw materials such as fruit and vegetables Ä., Characterized in that a) after completion of the fermentation process, a material separation of the wine produced from the remaining solid mass, b) the solid mass is brought into a pumpable state and a serving for the production of biogas and / or bioenergy plant is supplied and c ) the separated from the solid mass wine is converted by distillation in alcohol and fed as a starting material to a subsequent production process for the production of alcoholic products. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Vergärungsprozess erzeugte Kohlendioxid abgeleitet und zu Trockeneis umgewandelt und/oder komprimiert und in Behältnissen abgefüllt wird.Method according to claim 1, characterized that the carbon dioxide produced by the fermentation process derived and converted to dry ice and / or compressed and is bottled in containers. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergärungsprozess unter Zuführung von Hefe, bei einer Temperatur im Bereich von 16–25°C über eine Zeitdauer von mindestens zwei Wochen abläuft.Method according to claim 1, characterized that the fermentation process under supply of Yeast, at a temperature in the range of 16-25 ° C a period of at least two weeks expires. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte Festkörpermasse mit anderen Biomassen (z. B. Gras, Mais) gemischt, in einen pumpfähigen Zustand versetzt und der Anlage zur Erzeugung von Biogas und/oder Bioenergie zugeführt wird.Method according to claim 1, characterized that the separated solid mass with other biomasses (eg grass, corn), into a pumpable state and the plant for the production of biogas and / or bioenergy is supplied. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Destillation des von der Festkörpermasse abgetrennten Weines erzeugte Alkohol als Ausgangsstoff eines zur Herstellung von alkoholischen Getränken dienden Verfahrens genutzt wird.Method according to claim 1, characterized that by distilling the from the solid mass Separated wine produced alcohol as a raw material of a Production of alcoholic beverages using method is being used. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Destillation des von der Festkörpermasse abgetrennten Weines erzeugte Alkohol als Ausgangsstoff eines zur Herstellung von Konservierungsstoffen für Lebensmittel und Genussmittel dienenden Verfahrens genutzt wird.Method according to claim 1, characterized that by distilling the from the solid mass Separated wine produced alcohol as a raw material of a Preparation of preservatives for food and luxury food process is used. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Destillation des von der Festkörpermasse abgetrennten Weines erzeugte Alkohol als Ausgangsstoff für die Herstellung von alkoholhaltigen Arzneimitteln genutzt wird.Method according to claim 1, characterized that by distilling the from the solid mass Separated wine produced alcohol as a raw material for the production of alcohol-containing medicines is used. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Destillation des von der Festkörpermasse abgetrennten Weines erzeugte Alkohol als Ausgangsstoff für die Herstellung von alkoholhaltigen kosmetischen Produkten genutzt wird.Method according to claim 1, characterized that by distilling the from the solid mass Separated wine produced alcohol as a raw material for used the production of alcoholic cosmetic products becomes. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Destillation des von der Festkörpermasse abgetrennten Weines erzeugte Alkohol als Ausgangsstoff für die Herstellung von Geschmacksempfindungen bewirkenden Zusatzstoffen für Speisen genutzt wird.Method according to claim 1, characterized that by distilling the from the solid mass Separated wine produced alcohol as a raw material for the production of flavorings causing additives for Food is used. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffliche Trennung des erzeugten Weines von der Festkörpermasse durch mittels Zentrifugen erzeugten Zentrifugalkräften erfolgt.Method according to claim 1, characterized that the material separation of the wine produced from the solid mass by centrifugal forces generated by centrifuges he follows. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des erzeugten Mengenverhältnisses von Festkörpermasse zu Weinmenge durch die jeweilige Zufuhr bzw. Entziehung von Wärmemenge und der vorgegebenen Dauer des Vergärungsprozesses erfolgt.Method according to claim 1, characterized that the control of the generated quantity ratio of Solid mass to quantity of wine through the respective supply or deprivation of heat and the specified duration the fermentation process takes place. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des erzeugten Mengenverhältnisses von Festkörpermasse zu Weinmenge durch die jeweilige Zufuhr an Sauerstoffmenge erfolgt.Method according to claim 1, characterized that the control of the generated quantity ratio of Solid mass to quantity of wine through the respective supply amount of oxygen occurs.
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DE10327954A1 (en) 2003-06-20 2005-01-20 Wilkening, Carl Ludwig, Dr. Production of ethanol/methane useful in producing e.g. feeding stuff/fertilizer involves enzymatic liquefying/saccharifying biomass flour; fermenting and distilling to form ethanol and pulp; separating clear phase from pulp to form methane
WO2006029971A2 (en) * 2004-09-06 2006-03-23 Van Den Keybus, Eligius, Franciscus, Sylvia Method for producing fuel

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