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KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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In dieser Anmeldung wird das Prioritätsrecht aus der US-Patentvoranmeldung Serien-Nr. 61/524,799, eingereicht am 18. August 2011, beansprucht.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Ölsamenpressungsprozessverbesserung, gekennzeichnet durch Erlangung wesentlicher Energiereduzierung mit verbesserter Zuverlässigkeit verglichen mit etablierter Praxis.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die Ölextraktion aus Ölsamen, wie zum Beispiel Rapssamen oder Sonnenblumensamen, ist ein energieintensiver Prozess, da er mehrere Schritte involviert, die mechanische und thermische Energie erfordern. Diese Energie ist teilweise mechanisch, z. B. Brechen, Mahlen, Walzen, Pressen und Pelletieren, und teilweise thermisch, um Zellwände abzubauen, Ölviskosität zu reduzieren und Feuchtigkeitsgehalt von Zwischen- oder Endprodukten des Prozesses anzupassen. Vor der eigentlichen Ölextraktion müssen die Ölsamen vorbereitet werden: Energie muss genutzt werden, um die Wände der ölhaltigen Zellen aufzubrechen oder zu schwächen. Für einige Samen, zum Beispiel Sonnenblumen, ist auch eine Entschalung empfohlen.
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Der Ölsamenpressungsprozess wird genauer für Rapssamen beschrieben, die 2009 mit einer weltweiten Produktion von über 62 Millionen Tonnen und stetig steigend zu den wichtigsten Ölsamen gehören. Der Ölsamenpressungsprozess wird in mehrere Schritte unterteilt: Reinigen, Vorwärmen, Flockieren, Kochen, Vorpressen und Lösungsmittelextraktion. Während des Reinigungsschritts werden Staub, Übergrößen- und Fremdpartikel von den Ölsamen entfernt. Während des Vorwärmschritts werden die Samen durch indirekte Beheizung oder direkten Heißluftkontakt von der Umgebungstemperatur auf ungefähr 50–70°C vorgewärmt. Durch dieses Vorwärmen werden die Zellenstruktur geschwächt und die Rapssamen aufgeweicht, wodurch das anschließende Flockieren verbessert wird. Während des Flockierschritts werden die vorgewärmten Rapssamen zwischen Stahlwalzen flockiert, mit dem Ziel, die Stärke zu reduzieren, wodurch im unterstromigen Lösungsmittelextraktionsschritt das Lösungsmittel, gewöhnlich Hexan, in die zellulare Struktur eindringen kann, um das Öl zu lösen und zu extrahieren. Vor der Lösungsmittelextraktion müssen die Flocken gekocht werden, typischerweise in einem vertikalen Stapel-Dampfeinsatz-Kocher oder einem horizontalen Dampfrohr-Rotationskocher bei ungefähr 80–100°C. In diesem Kochschritt werden die Flocken nicht nur erhitzt, sondern auch der Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 8–10% auf ungefähr 4–6% reduziert. Das Kochen der Flocken erzeugt daher einen heißen Dampfstrom. Dieser Dampfstrom ist durch fettes Material, feine Partikel von Ölsamen (Feinstoff) und häufig Duftkomponenten kontaminiert. Die Flocken werden schließlich vorgepresst und mit Lösungsmittel extrahiert, um Rapssamenöl und Rapssamenschrot zu gewinnen, die beide weiter verarbeitet werden müssen. Typischerweise wird das Öl durch mehrere aufeinander folgende Schritte raffiniert und das Schrot wird desolventisiert. Nach der Desolventisierung wird das Rapssamenschrot dann in spezifischen Geräten, wie zum Beispiel einem vertikalen Stapel-Wirbelschicht-Trockner oder einem horizontalen Dampfrohr-Rotationstrockner, getrocknet. Der Schrottrockner reduziert das. Schrot typischerweise von einer Feuchtigkeit von etwa 14–18% auf eine Feuchtigkeit von 10–12%. Daher wird ein zweiter heißer Dampfstrom, gewöhnlich kontaminiert durch feine Schrotpartikel (Feinstoff) und häufig Duftkomponenten, vom Schrottrocknungsschritt emittiert.
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Demgemäß, wie oben illustriert, ist der Ölsamenpressungsprozess energieintensiv, mit einem wesentlichen thermischen Erwärmungsschritt und zwei wesentlichen thermischen Trocknungsschritten, die das Potenzial für Energieeinsparungen bilden.
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Eine effiziente Energierückgewinnungslösung wird im EU-Projekt LIFE04 env/d/000051 beschrieben. In diesem Energierückgewinnungsprozess wird die in den heißen Dämpfen, die den Flockenkochschritt verlassen, enthaltene thermische Energie verwertet, um die Rapssamen im Samenvorwärmschritt vorzuwärmen. Dieser Rückgewinnungsprozess involviert die Reinigung der heißen Abdämpfe, die den Flockenkochschritt verlassen, um heißes Wasser zu erzeugen, das dann genutzt wird, um die in den Pressungsprozess eintretenden Rapssamen durch die Verwendung eines Vorwärmers, der vertikale Wärmetauscherplatten aufweist, vorzuwärmen. Die Rapssamen fließen zwischen den Platten unter Schwerkraft und werden durch Konduktivität vorgewärmt. Dieser Prozess ist tatsächlich effizient, um in den heißen Dämpfen, die den Flockenkochschritt verlassen, enthaltene thermische Energie zurückzugewinnen; die Reinigung dieser heißen Dämpfe erzeugt jedoch heißes Wasser, das durch fettes Material und Feinstoff kontaminiert ist. Die Reinigung und Wartung des Geräts, das mit dem heißen Wasser, das durch fettes Material und Feinstoff kontaminiert ist, in Kontakt ist, ist daher schwierig. Alternativ können die heißen Dampfströme durch Filtermedien oder Zyklonabscheidung gereinigt werden, diese Verfahren sind aber ineffizient, da sie aufgrund der klebrigen Beschaffenheit der Kontaminanten, gebildet durch das im Feinstoff enthaltene Protein, zu einem schnellen Verstopfen der Reinigungsmittel führen.
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Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Prozess zu beschreiben, um in den heißen Dampfströmen, die durch fettes Material und/oder Feinstoff und/oder Duftstoffe kontaminiert sind, die den Flockenkochschritt oder den Schrottrocknungsschritt eines Ölsamen pressungsprozesses verlassen, enthaltene thermische Energie zurückzugewinnen, wobei ein solcher Prozess eine minimale Verschmutzung des Wärmeübertragungsmechanismus verursacht, um kontinuierlich hohe Effizienz mit minimaler Reinigung oder Wartung aufrechtzuerhalten.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es wurde festgestellt, dass wesentliche thermische Energierückgewinnung für einen Ölsamenpressungsprozess, der folgende Schritte umfasst, erzielt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt daher einen Ölsamenpressungsprozess bereit, der einen oder mehrere der folgenden Schritte a) bis g) aufweist:
- a) Vorwärmen der Ölsamen, um warme, weiche Samen zu erzeugen,
- b) Flockieren der warmen, weichen Ölsamen, um Flocken zu erzeugen,
- c) Kochen der Flocken, wobei das Kochen einen ersten heißen Dampfstrom und heiße Flocken erzeugt,
- d) Vorpressen der heißen Flocken, um Öl und teilweise entölten Kuchen zu erzeugen,
- e) Lösungsmittelextrahieren des teilweise entölten Kuchens, um lösungsmittelhaltiges Öl und lösungsmittelhaltiges Schrot zu erzeugen,
- f) Desolventisieren des lösungsmittelhaltigen Schrots, um heißes, feuchtes Schrot zu erzeugen,
- g) Trocknen des heißen, feuchten Schrots, um Ölsamenschrot und einen zweiten heißen Dampfstrom zu erzeugen,
wobei zumindest ein Teil des Vorwärmens der Ölsamen in Schritt (a) in einem Vorwärmmechanismus unter Verwendung eines heißen Flüssigmediums realisiert werden kann, wobei das heiße Flüssigmedium optional durch einen Wärmeübertragungsmechanismus erhitzt wird, wobei zumindest einer der heißen Dampfströme von Schritt (c) oder (g) kondensiert, um das heiße Flüssigmedium zu erzeugen.
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Es wurde erstaunlicherweise festgestellt, dass die Verwendung eines neuartigen Röhrenkondensators als Wärmeübertragungsmechanismus, um den heißen Dampf zu kondensieren, der den Flockenkochschritt und/oder den Schrottrocknungsschritt eines Ölsamenpressungsprozesses verlässt, wesentliche Rückgewinnung der thermischen Energie der heißen Dampfströme erlaubt, ohne eine problematische Verschmutzung des Wärmeübertragungsmechanismus zu erzeugen, wenn der heiße Dampf, der mit Öl und/oder Feinstoff und/oder Duftkomponenten kontaminiert ist, innerhalb der Röhren des Röhrenkondensators kondensiert wird. Des Weiteren ist die Reinigung des Röhrenkondensators einfach und kontinuierlich. Weitere Nutzen und Vorteile der Erfindung werden in der detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Darstellung einer Ausführungsform des Prozesses gemäß unserer Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die Erfindung wird wie angewendet für die Verarbeitung von Rapssamen beschrieben, diese Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Art von Ölsamen beschränkt. Alle Ölsamen, die einen Pressungsprozess erfordern, der einen Vorwärmschritt und einen Flockenkochschritt und/oder einen Schrottrocknungsschritt involviert, werden von dieser Erfindung einen Nutzen haben. Der Prozess gemäß der Erfindung macht vorzugsweise Gebrauch von einer Vorwärmeinrichtung (Vorwärmer), wo die Rapssamen durch Konduktivität vorgewärmt werden, während sie mit beheizten vertikalen Platten in Kontakt sind. In einem solchen Vorwärmer wird ein heißes Flüssigmedium (zum Beispiel heißes Wasser) anstelle von Dampf genutzt, um die Rapssamen vorzuwärmen. Das heiße Flüssigmedium fließt im Gegenstrom zum Produktfluss durch eine Bank von vertikal aufgebauten hohlen Edelstahlplatten (solche Platten werden üblicherweise als Thermobleche bezeichnet). Die Rapssamen fließen langsam unter Schwerkraft zwischen den Platten im Massenfluss abwärts und werden dabei auf eine gleichmäßige Temperatur vorgewärmt. Unter der Plattenbank regelt ein Austragsmechanismus die Abwärtsflussrate des erhitzten Materials, in diesem Fall der vorgewärmten Rapssamen, durch den Vorwärmer. Während dieses Prozesses wird das in einem geschlossenen Kreis umgewälzte heiße Flüssigmedium gekühlt und muss anschließend wieder erhitzt werden. Vorwärmer dieser Konstruktion werden zum Beispiel von Solex Thermal Science Inc., (Calgary, Alberts, Kanada) hergestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen speziellen Anbieter beschränkt. Jeder Vorwärmer, der ein heißes Flüssigmedium benutzt, das in hohlen Kavitäten von beliebiger Form oder Größe umgewälzt wird, die in der Masse von Ölsamen verteilt sind, kann von der vorliegenden Erfindung einen Nutzen haben. Das heiße Flüssigmedium ist üblicherweise Wasser, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses spezielle Flüssigheizmedium beschränkt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird heißes Wasser von ungefähr 60 bis 85°C, das als Heizflüssigkeitsmedium im Samenvorwärmmechanismus (Vorwärmer) genutzt wird, in zumindest einem Röhrenkondensator produziert, der heißen Dampf kondensiert, der während des Flockenkochprozesses und/oder des Schrottrocknungsprozesses produziert wird. Der heiße Dampf kondensiert innerhalb der Röhren des Kondensators und das Wasser wird in der Mantelseite des Kondensators umgewälzt, wo das Wasser erhitzt und in einem geschlossenen Kreis zum Vorwärmer geleitet wird. Vorzugsweise wird ein Teil des innerhalb der Röhren an der Unterseite des Röhrenkondensators anfallenden Kondensats an der Oberseite der Röhren über eine geeignete Pumpe und Leitung rezykliert. Das rezyklierte Kondensat bringt den eingehenden Dampfstrom beim Eintritt auf seinen Taupunkt, um die Wärmeübertragung zu maximieren, und das Wasser läuft an der Innenfläche der Röhren nach unten. Es wurde außerdem beobachtet, dass das rezyklierte Kondensat einen unerwarteten Reinigungseffekt hat, wobei mitgerissenes Öl und/oder mitgerissener Feinstoff kontinuierlich entfernt werden. Der Teil des Kondensats, der nicht zurück zur Oberseite der Röhren rezykliert wird, wird abgelassen und ausgesondert. Typischerweise werden ungefähr 40 bis 80% des Kondensats zurück zur Oberseite der Röhren rezykliert, wobei das verbleibende Kondensat abgelassen wird; die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen speziellen Rezyklierungsprozentbereich beschränkt. Die Rezyklierungsrate muss hoch genug sein, um sicherzustellen, dass die Oberseite der Röhren nicht trocken ist, um Verschmutzung innerhalb der Röhren des Röhrenkondensators zu vermeiden. Eine übermäßige Rezyklierungsrate des Kondensats ist jedoch zu verhindern, um unakzeptable Kühlung des Wassers, das am Röhrenkondensator austritt, zu vermeiden. Für eine große Ölsamenpressungsanlage, die 2000 Tonnen Rapssamen pro Tag verarbeitet, ist ein Röhrenkondensator, der mit ungefähr 500 bis 1000 vertikalen Röhren von einer Länge von ungefähr 5000 bis 11000 mm und einem Durchmesser von ungefähr 20 bis 50 mm ausgerüstet ist, geeignet, um den Prozess gemäß der Erfindung zu betreiben. Die Röhren sind vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt. Der Mantel des Röhrenkondensators ist vorzugsweise mit Prallblechen ausgerüstet, um die Wassergeschwindigkeit zu vergrößern und den Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen den Röhren und dem Mantel zu verbessern. Die heißen Dämpfe werden vorzugsweise an der Oberseite des Röhrenkondensators durch ein Gebläse oder ein anderes Mittel eingeleitet, die fähig sind, ausreichende Geschwindigkeit für die heißen Dämpfe bereitzustellen, um einen zusätzlichen Selbstreinigungseffekt durch Hemmen der Ansammlung von Öl und/oder Feinstoff, die die Innenseite der Röhren verschmutzen, herbeizuführen. Die Geschwindigkeit des in die Röhren eintretenden heißen Dampfes beträgt vorzugsweise ungefähr 10 bis 30 m/s.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch heiße Dämpfe, die während des Schrottrocknungsprozesses produziert werden, in einem ähnlichen Röhrenkondensator kondensiert werden, um heißes Wasser von ungefähr 60 bis 85°C zu produzieren. Vorzugsweise ist es effizienter, einen Röhrenkondensator für jeden einzelnen Prozess, der einen heißen Dampfstrom produziert, zu bestimmen. Tatsächlich verlangen die jeweilige Temperatur, Konzentration und Kontaminierungsart des heißen Dampfers einen zugeschnittenen Röhrenkondensator, der an die genauen Merkmale des zu kondensierenden heißen Dampfstromes angepasst ist. Alternativ können separate heiße Dampfströme in einem Röhrenkondensator kombiniert und kondensiert werden.
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Die Ölsamen im unteren Teil des Samenvorwärmmechanismus können durch heißes Wasser und/oder Dampf, die durch einen konventionellen Kessel produziert werden, zusätzlich zu dem heißen Wasser, das durch den Röhrenkondensator produziert wird, der im oberen Teil des Samenvorwärmmechanismus genutzt wird, fertig erhitzt werden, speziell während des Winters, wenn die Eingangstemperaturen der Ölsamen niedriger sind.
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Optional wird das heiße Wasser, das den Röhrenkondensator verlässt, weiter erhitzt durch Umwälzen in einem oder mehreren Wärmetauschern, in denen heiße Flüssigkeiten, die in einem Schritt des Pressungsprozesses produziert werden, verarbeitet werden. Solche heißen Flüssigkeiten sind zum Beispiel heißes Öl, das während des Vorpressschritts produziert wird, oder heißes Kondensat, das während des Flockenkochschritts produziert wird. Typischerweise sind der eine oder die mehreren Wärmetauscher auf derselben Leitung angebracht, die das heiße Wasser, das durch den Röhrenkondensator produziert wird, zum Vorwärmer führt.
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Ein solcher Röhrenkondensator erfordert keine häufigen Produktionsunterbrechungen zur Reinigung und falls eine solche Reinigung erforderlich ist, kann sie zeitlich reduziert werden aufgrund des großen Durchmessers der Röhren, die durch konventionelle Hochdruckreinigungsgeräte gereinigt werden können. Die Reinigungshäufigkeit ist von verschiedenen Faktoren abhängig, wie zum Beispiel dem Ursprung der Ölsamen und der möglichen Kontaminierung durch Fremdmaterial. Die Reduzierung der Reinigungshäufigkeit ist ein wichtiger Vorteil des Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung, da eine solche Reinigung Produktionsunterbrechungen involviert.
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Die Einsparungen des Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung sind trotz der erheblichen Kosten des erforderlichen Röhrenkondensators wesentlich. Zum Beispiel für eine Anlage, die pro Tag 2000 Tonnen Rapssamen verarbeitet, wird durch die zurückgewonnene Energie in einem Röhrenkondensator, der den heißen Dampfstrom kondensiert, der allein durch das Kochen der Flocken erzeugt wird, der Verbrauch von 20 bis 30 kg Dampf pro Tonne verarbeiteten Rapssamen vermieden. Bei aktuellem Heizölwert ergibt diese Dampfverringerung Einsparungen von 300.000 bis 450.000 Euro pro Jahr.
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Ein Nebennutzen besteht darin, dass ein Teil der Duftkomponenten, die gewöhnlich in dem/den vom Kocher oder dem Schrottrockner ausgehenden heißen Dampfstrom/Dampfströmen vorhanden sind, in dem Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung kondensiert und daher nicht in die Atmosphäre freigesetzt werden, was zu einer Reduzierung des durch Ölsamenpressungsanlagen, insbesondere Rapssamenpressungsanlagen, emittierten Geruchs führen kann. Da jedoch die Erkennungsschwellengrenze dieser Duftkomponenten sehr niedrig ist, ist die Reduzierung des wahrgenommenen Geruchs manchmal weitaus weniger wichtig als die eigentliche Reduzierung der Menge von Duftkomponenten, die in die Atmosphäre freigesetzt werden.
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1 ist ein Diagramm des Prozesses gemäß unserer Erfindung. Die bei Umgebungstemperatur gelagerten Rapssamen, zum Beispiel in Lagersilos (nicht gezeigt), werden an der Oberseite des Vorwärmers (1) eingeleitet. Die Rapssamen werden durch langsames Bewegen zwischen hohlen vertikalen Platten (2) vorgewärmt. Die vorgewärmten Rapssamen (3) treten vom Vorwärmer aus, um weiter verarbeitet zu werden (Flockieren, Kochen, Vorpressen, Lösungsmittelextraktion, Desolventisierung des Schrots, Trocknen des Schrots). Zumindest ein Teil des heißen Wassers wird im Röhrenkondensator (4) durch Kondensieren des heißen Dampfes (5) produziert, der vom Kocher oder anderen Geräten ausgeht, die heißen Dampf erzeugen, wie zum Beispiel dem Schrottrockner (nicht gezeigt). Zumindest Teil des durch den Röhrenkondensator produzierten Kondensats wird innerhalb der Röhren (11) des Röhrenkondensators über eine geeignete Leitung (12) und Umwälzpumpe (13) rezykliert.
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Die nicht rezyklierte Fraktion wird abgelassen und weiterverarbeitet (14). Das heiße Wasser wird durch eine geeignete Leitung (6), einschließlich entsprechenden Geräten wie Expansionsbehälter (7) und optionalen zusätzlichen Wärmetauscher(n) (8, 9), um das heiße Wasser weiter zu erhitzen, zum Vorwärmer und zur Umwälzpumpe (10) geleitet. Der/die zusätzliche/n Wärmetauscher kann/können heiße Flüssigkeiten, die in (einem) anderen Schritt(en) des Ölsamenpressungsprozesses produziert werden, wie zum Beispiel heißes Öl (nicht gezeigt) oder heißes Kondensat vom Flockenkocher oder eine andere heiße Flüssigkeit, verarbeiten. Optional kann Dampf oder heißes Wasser (15), die durch konventionelle Mittel (nicht gezeigt) produziert werden, als zusätzliches unterstromiges Heizmedium für den Vorwärmer dienen.
