DE2946161A1

DE2946161A1 - Verfahren zur herstellung von aethanol

Info

Publication number: DE2946161A1
Application number: DE19792946161
Authority: DE
Inventors: Bengt Ingmar Dahlberg; Lars Karl Johan Ehnstroem
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1978-11-16
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1980-06-04
Also published as: AU5284879A; SE416315B; AU530771B2; FR2441661B1; FR2441661A1; SE7811826L; CA1110986A

Description

-A-

Verfahren zur Herstellung von Äthanol

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Äthanol aus einer Rohmaterialströmung, die aus einem ein Kohlehydrat enthaltenden Substrat besteht, das seinerseits mit Zellulose enthaltenden Fasern und/oder anderen nicht fermentierbaren Feststoffen vermischt ist. Die Rohmaterialströmung wird in eine mit festen Substanzen angereicherte Strömung und eine von Feststoffen freie Substratströmung unterteilt, wobei letztere in einem oder mehreren Fermentierbehältern fermentiert wird; eine Strömung der Fermentierungsflüssigkeit wird durch Zentrifugieren abgetrennt und unterteilt in mindestens eine Strömung mit Hefekonzentrat und eine Strömung ohne Hefe. Die Hefekonzentratströmung wird den Fermentierungsbehältern wieder zugeführt, während die von Hefe freie Strömung in eine mit Äthanol angereicherte Strömung und eine Restströmung unterteilt wird, die mindestens teilweise den Fermentierungsbehältern wieder zugeführt wird.

Äthanol läßt sich aus verschiedenartigen Rohmaterialien pflanzlichen Ursprungs herstellen. Diese Rohmaterialien enthalten sämtlich von sich aus oder nach einer Behandlung ein fermentierbares Kohlehydrat, das in einer mehr oder weniger hohen Konzentration im Wasser aufgelöst ist. Je nach den Prozessen, denen die Rohmaterialien ausgesetzt wurden, um mindestens einen bestimmten Gehalt fermentierbarer Kohlehydrate zu erzielen (z.B. enzymatische oder saure Hydrolyse von Stärke oder Lignin enthaltender Zellulose-Rohstoffe), ist das zu Äthanol zu fermentierende Substrat mehr oder weniger mit

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nicht fermentierbaren Feststoffen, wie Zellulosefasern, Hülsen, Lignin usw. vermischt.

Bei der Entwicklung von Fermentierungsprozessen zur Herstellung von Äthanol wird versucht, die notwendige Energiemenge und den Wasserverbrauch möglichst gering zu halten und die Zuckerausbeute soweit als möglich zu erhöhen.

Ein Verfahren, das diesen Ansprüchen genügt, da das Rohmaterial nicht zu stark von Fasern, Hülsen und dergleichen verunreinigt ist, ist in der schwedischen Patentanmeldung Nr. 78 01 133-5 beschrieben; diese Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer flüchtigen organischen Verbindung, insbesondere Äthanol, durch kontinuierliche Fermentierung eines Kohlehydrate enthaltenden Substrats in einem Ferment ierungsgefäß. Die kennzeichnende Eigenschaft ist, daß durch zentrifugale Trennung eine Strömung der Fermentierungsflüssigkeit in mindestens eine mit Hefe angereicherte Strömung und eine hefefreie Strömung hergestellt wird, wobei die Strömung mit dem Hefekonzentrat dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt wird, wohingegen die hefefreie Strömung weiter in eine mit der flüchtigen organischen Verbindung angereicherte, dann abgelassene Strömung und eine mindestens teilweise dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführte Restströmung unterteilt wird.

Falls das Rohmaterial Fasern enthält, müssen diese entfernt werden, ehe die Rohmaterialströmung in einem derartigen Verfahren dem Fermentierungsgefäß zugeführt wird. Andernfalls wäre es unmöglich, die Hefe wieder in den Kreislauf ohne gleichzeitige, erneute Zirkulation der Feststoffe einzubringen. Die zugeführte Rohmaterialströmung wird deshalb gewöhnlich in eine dem Fermentierungsgefäß zugeführte Substratströmung und eine mit Feststoffen angereicherte Strömung durch Zentri-

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fugieren unterteilt; letztere Strömung wird mit Wasser gewaschen/ das nach dem Waschen mit dem an den Feststoffen anhaftenden Substrat angereichert ist. Diese Strömung wird dem Fermentierungsgefäß zugeführt. Diese Betriebsweise ermöglicht die Durchführung des Verfahrens gemäß der schwedischen Patentanmeldung Nr. 78 01 133-5, doch bedeutet dieses Verfahren einen starken, unerwünschten Verbrauch von Wasser und Energie.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, bei dem der Energiebedarf und der Wasserverbrauch sehr gering sind, während die Zuckerausbeute sehr hoch ist.

Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß die mit Feststoffen angereicherte Strömung mit mindestens einem Teil der Restströmung kontaktiert wird und daß die dabei erhaltene Mischung teilweise in eine Feststoffströmung, von der das verbleibende Substrat im wesentlichen entfernt wurde, und teilweise in eine mit dem Substrat angereicherte Strömung, die dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt wird, unterteilt wird.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mischung durch mindestens eine Trenneinrichtung in der Form eines Siebs unterteilt, dem eine mit Feststoffen angereicherte Strömung zusammen mit mindestens einem Teil der Restströmung zugeführt wird; eine Abtrennung einer Fraktion mit einer festen Phase wird durchgeführt, die in bekannter Weise am Durchgang durch das Sieb ohne Ausbildung einer Filterschicht auf demselben gehindert wird; außerdem findet eine Trennung in eine mit dem Substrat angereicherte flüssige Fraktion statt, die durch das Sieb durchgeleitet und dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt wird.

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Diese Mischung läßt sich auch durch mindestens eine Zentrifuge mit einem Schaufelrad trennen, das horizontal in Lagern angeordnet ist, und mit einer Förderschnecke, die koaxial zum Schaufelrad angeordnet ist und zum Abführen der abgetrennten schweren Phase dient. Hierbei entstehen eine Fraktion mit Feststoffen, die die schwere Phase darstellt, und eine mit dem Substrat angereicherte flüssige Fraktion, die dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt wird.

Es können auch Vakuumsiebe zur Trennung in die Fraktion mit der festen Phase und in die mit dem Substrat angereicherte, flüssige Fraktion verwendet werden.

Es ist besonders vorteilhaft, die mit Feststoffen angereicherte Strömung mit mindestens einem Teil der Restströmung zu kontaktieren; dazu werden mehrere Trenneinrichtungen in Reihe angeordnet und die mit Feststoffen angereicherte Strömung und mindestens ein Teil der Restströmung im Gegenstrom zusammengeführt.

Dieses Gegenstromwaschen des aus der mit Feststoffen angereicherten Strömung stammenden Substrats kann mit verschiedenen Extraktionsvorrichtungen,z.B. in Kolonnen, die mit sogenannten Extraktionsschalen versehen sind, durchgeführt werden.

In einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die hefefreie Strömung durch Destillation in eine mit Äthanol angereicherte Strömung und eine Festströmung, die sogenannte Schlempe, unterteilt, die damit zur Übertragung des an die feste Substanz anhaftenden Substras an das Fermentierungsgefäß benutzt wird.

Was den Wirkungsgrad der übertragung des an die feste Substanz anhaftenden Substrats an die Fermentierungsvorrichtung

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angeht, so soll die Kozentration der fermentierbaren Substanz in der Schlempe viel geringer sein als in der zugeführten Rohmaterialströmung.

Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch das Flußdiagramm einer Anlage zur Durchführung des in der schwedischen Patentanmeldung Nr. 78 o1 133-5 beschriebenen Verfahrens;

Fig. 2 zeigt schematisch das Flußdiagramm einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei drei gekrümmte Siebe in Reihe geschaltet sind und eine Trennzentrifuge mit einem horizontalen Schaufelrad und einer koaxialen Förderschnecke zur Rückgewinnung des Substrats aus der mit Feststoffen angereicherten Strömung verwendet werden;

Fig. 3 zeigt schließlich eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zwei Trennzentrifugen mit horizontalen Schaufelrädern und einer koaxialen Förderschnecke zur Rückgewinnung des Substrats aus der mit Feststoffen angereicherten Strömung verwendet werden.

In allen Figuren sind ein oder mehrere Fermentierungsgefäße mit 1 bezeichnet; die Trennzentrifuge 2 dient zur Wiedereinführung der Hefe, während die Vorrichtung 3 zur Trennung einer hefefreien Strömung in eine mit Äthanol angereicherte Strömung und eine Restströmung dient, die vom Äthanol abgezogen wird, jedoch eine bestimmte Menge eines fermentierbaren Materials enthält. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Vorrichtung 3 um eine einfache Destillationsanlage und die Restströmung wird im folgenden als "Schlempe" bezeichnet.

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Aus der Destillieranlage 3 wird eine mit Äthanol angereicherte Strömung durch ein Rohr 4 abgelassen, während die Schlempe durch ein Rohr 5 abfließt. Eine aus Fermentierungsflüssigkeit bestehende Strömung wird durch Leitung 6 an Trennzentrifuge 2 geführt, wohingegen die abgetrennte Hefeströmung über ein Rohr 7 an das Fermentierungsgefäß zurückgeleitet wird. Die hefefreie, das Äthanol enthaltende Strömung wird über ein Rohr 8 an Destillationsvorrichtung 3 zurückgeleitet. In den drei dargestellten Anlagen wird eine Rohmaterialströmung durch ein Rohr 9 zugeführt.

Die in Figur 1 dargestellte Anlage umfaßt eine Trennzentrifuge 10, mit der die Rohmaterialströmung von jeglichen Fasern und anderen Feststoffen befreit wird, die durch ein Rohr 11 austreten, während die Substratströmung dem Fermentierungsgefäß durch ein Rohr 12 zugeführt wird. Mindestens ein Teil der von Destillationsanlage 3 stammenden Schlempe wird über ein Rohr 13 dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt, während eine bestimmte Menge der Schlempe der Anlage über Rohrleitung 14 entnommen wird.

In der Ausführungsform der Anlage gemäß Figur 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil der Schlempe durch Rohrleitung 15 abgelassen. Der Rest der Schlempe wird über eine Rohrleitung einer Einheit zugeführt, in der die einlaufende Rohmaterialströmung in eine substratfreie Feststoffströmung und eine Substratströmung unterteilt wird. Diese Einheit besteht aus den drei Sieben 7, 18 und 19, den drei Mischtanks 20, 21 und 22, und den daran angeschlossenen Pumpen 23, 24 und 25. Die Einheit umfaßt ferner eine Trennzentrifuge 26 mit einem in Lagern horizontal angeordneten Schaufelrad und einer hierzu koaxial angeordneten Förderschnecke, mit der die abgetrennte schwere Phase abgeführt wird.

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Die Trennzentrifuge und die Siebe sind hintereinander angeordnet, wohingegen die durch Rohrleitung 9 zugeführte Rohmaterialströmung der durch Rohrleitung 16 zugeführten Schlempenströmung entgegengerichtet ist. Die ausgewaschene feste Substanz wird auf eine verhältnismäßig hohe Konzentration an trockenen Feststoffen in der Trennzentrifuge 26 gebracht und geht aus der Anlage durch eine Rohrleitung 27 zur weiteren Behandlung, z.B. zur Trocknung, ab. Die von Fasern und dergleichen befreite Substratströmung wird durch eine Rohrleitung 28 dem Fermentierungsgefäß zugeführt. Die Anordnung der Leitungen ist im einzelnen in der Figur dargestellt. Verschiedenartige Flußdiagramme sind möglich. Die dargestellte Einheit ist wirkungsvoll und wirtschaftlich in ihrem Betrieb.

Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform der Einheit besteht, wie oben erwähnt, aus zwei Trennzentrifugen 29, 30 von der Art der in Figur 2 dargestellten Trennzentrifuge 26, und aus zwei Tanks 31, 32 mit nicht dargestellten Rührern. Wie aus der Figur ersichtlich, sind die Trennzentrifugen und die Tanks hintereinander angeordnet, über Rohrleitung 9 wird eine Rohmaterialströmung dem Tank 31 zugeführt. Die von Trennzentrifuge 30 kommende Flüssigkeitsströmung wird diesem Tank durch eine Rohrleitung 33 zugeführt, über eine Rohrleitung 34 wird dem Tank 32 eine Schlempeströmung zugeführt, wohingegen die vom Substrat befreite ■, verhältnismäßig trockene Substanz aus der Einheit durch eine Rohrleitung 35 abgegeben wird.

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Claims

Postfack, S-147 OO Tumba, Schweden Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Äthanol aus einer Rohmaterialströmung, die aus einem mit Zellulosefasern und/oder anderen nicht fermentierbaren Feststoffen vermischten, Kohlenhydrat enthaltenden Substrat besteht und in eine an Feststoffen angereicherte Strömung und in eine von Feststoffen freie Substratströmung unterteilt wird, wobei die feststofffreie Strömung in einem oder mehreren Fermentierungsgefäßen fermentiert wird, worauf eine Strömung der Fermentierungsflüssigkeit durch Zentrifugieren in mindestens eine ein Hefekonzentrat enthaltende Strömung und eine hefefreie Strömung unterteilt wird, von denen die Hefekonzentrat-Strömung dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt wird, während die hefefreie Strömung in eine mit Äthanol angereicherte Strömung und in eine Restströmung getrennt wird, von der mindestens

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ORIGINAL INSPECTED

ein Teil wieder dem Fermentierungsgefäß zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an fester Substanz angereicherte Strömung mit mindestens einem Teil der Restströmung kontaktiert wird, daß die dabei erhaltene Mischung teilweise in eine Strömung der festen Substanz, von der das verbleibende Substrat praktisch ganz entfernt wurde, und teilweise in eine mit dem Substrat angereicherte Strömung, die wieder dem Fermentierungsgefäß zugeführt wird, unterteilt wird. I

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mischung durch mindestens eine Trennvorrichtung in der ! Form einer Siebanordnung unterteilt wird, daß die mit Feststoffen angereicherte Strömung der Siebanordnung zusammen ! mit mindestens einem Teil der Restströmung zugeführt und j teilweise in eine Fraktion mit der festen Phase unterteilt ! wird, die in an sich bekannter Weise am Durchgang durch j die Siebanordnung ohne der Ausbildung einer Filterschicht j auf derselben gehindert wird, und daß ferner eine Trennung in eine mit dem Substrat angereicherte flüssige Fraktion

stattfindet, die durch die Siebanordnung geschickt wird und

dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt wird. j

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mischung mit mindestens einer Trennzentrifuge getrennt |

wird, die ein horizontal in Lagern gelagertes Schaufelrad und eine Förderschnecke, die koaxial zum Schaufelrad angeordnet ist und die abgetrennte schwere Phase herausbefördert, aufweist, wobei eine Trennung in eine die schwere Phase bildende, die feste Substanz enthaltende Fraktion und eine mit dem Substrat angereicherte flüssige Fraktion stattfindet, die dem Fermentierungsgefäß wieder zugeführt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung durch mindestens eine Trennvorrichtung in der Form einer Siebanordnung, an deren einer Seite ein Unterdruck herrscht, getrennt wird, daß die Fraktion mit der festen Substanz an der einen Seite der Siebanordnung gesammelt wird, und daß die mit dem Substrat angereicherte flüssige Fraktion durch die Siebanordnung hindurchgeschickt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der festen Substanz angereicherte Strömung mindestens einen Teil der Restströmung durch die Anbringung mehrerer hintereinander angeordneter Trenneinrichtungen kontaktiert, wobei die mit fester Substanz angereicherte Strömung und mindestens ein Teil der Restströmung im Gegenstrom geführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hefefreie Strömung durch Destillation in eine mit Äthanol angereicherte Strömung und eine als Schlempe bezeichnete Restströmung unterteilt wird.

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