DE3216004A1 - Verfahren zur herstellung von ethanol sowie eine vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung von ethanol sowie eine vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

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DE3216004A1
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acid
pulp
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

PROFESSIONAL RfCiESPÄTATIVfS BEFORE "THf tlilYUft AN PATlNT OHICE
Ibmaninger Straße T08 · H(K)O Miinc lien HO -Telefon D 089/980731-34 -Telex WlG 136 h.igf d -Telegramm hagey|xilenl -Telekopuver 08'i'9f)0731
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u.Z.: Pat 254/1-82Ch München, den
29. April 1982 Dr.H/3/hl
INDUSTRIAS VILLARES S.A. 4455 Interlagos Avenue
Sao Paulo / Brasilien
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON ETHANOL SOWIE EINE VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DIESES
VERFAHRENS
Beanspruchte Priorität: Datum: 30. April 1981
Land: Brasilien Az.: PI8102802
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON ETHANOL SOWIE EINE VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DIESES VERFAHRENS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol durch kontinuierliche saure Hydrolyse eines cellulosehaltigen Materials sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Nach diesem Verfahren wird ein flüssiger Brennstoff in Form von Ethanol durch kontinuierliche saure Hydrolyse cellulosehaltiger bzw. celluloseartiger Materialien, wie Holz, Abfälle aus der Land- und Forstwirtschaft, kommunale Abfälle und dergl. erhalten. Auf diese Weise ist es möglieh, cellulosehaltige Materialien mit hoher Produktivität und Ausbeute und niedrigen Investitutionen und damit mit hohem Gewinn gewerblich zu verwerten. Das gilt insbesondere für landwirtschaftliche Rückstände, mit denen Ethanol, Einzelzellenprotein, Ligninkoks, Furfural, Methanol und Essigsäure gewonnen werden können.
Die saure Hydrolyse cellulosehaltiger Materialien und die nachfolgende Fermentierung der Hydrolysate zur Gewinnung von Ethanol sind als eine beachtenswerte Alternative angesehen worden, um Ethanol großtechnisch zu gewinnen und um damit auch die Ziele zur Herstellung von carboriertem Alkohol aus Zuckerrohr zu erreichen. Damit wird die Möglichkeit erschlossen, auch Land auszunutzen, das für den Anbau von Zuckerrohr weniger geeignet ist. Aufgrund der anfallenden Nebenprodukte können auch andere Ziele er-. reicht werden. So ist es z.B. möglich, metallurgischen: Koks bzw. Hüttenkoks guter Qualität aus Lignin und einzellige Proteine für die Tierfutterindustrie aus der Pentosefermentierung zu erhalten. Auch sind Furfural, Methanol und Essigsäure bedeutsame Produkte auf dem heimischen und internationalen Markt. Die Herstellung von
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Alkohol über die saure Hydrolyse landwirtschaftlicher Rückstände neben der Schaffung anderer Alternativen für die Herstellung von Alkoholen und dgl. vermeidet eine übermäßige Abhängigkeit von Zuckerrohr. Hierdurch können sich günstige Entwicklungen im landwirtschaftlichen Bereich unter weitergehender Nutzung des Viehbestands und fiair.it auch ergänzende Möglichkeiten ergeben. So kann z.B. Lignin verwendet werden, um den Boden zu verbessern. Lignin stellt einen bedeutsamen Bestandteil von Humus dar μηα zeigt die beachtenswerte Fähigkeit, Feuchtigkeit zurückzuhalten. Darüber hinaus ist es beständig gegen Zersetzung durch Mikroorganismen. Hierbei handelt es sich um eine bedeutsame Eigenschaft. Des weiteren ist die Fähigkeit des Lignins von Bedeutung, neutrale Salze zu absorbieren. Hierdurch werden Düngemittel zurückgehalten und nachfolgend allmählich freigegeben. Eine weitere Möglichkeit liegt in der aeroben Fermentierung hydrolysierter Produkte, um einzelliges Protein herzustellen, dem Zusätze beigefügt werden können, um den Erfordernissen <jer vermehrt Ausgangsmaterialien dieser Art verarbeitenden Industrie zu genügen. Darüber hinaus ist der Hinweis wichtig, daß die in den behandelten Rückständen enthaltenen Grundnährstoffe wiedergewonnen werden und dem
Boden wieder zugeführt werden können. 25
Traditionelle Rohmaterialien zur Herstellung fermentierbarer Zucker durch Hydrolyse sind Holzmaterialien gewesen. Landwirtschaftliche Rückstände können aufgrund ihrer besonderen physikalischen Eigenschaften, zusätzlich zu ihren
deutlichen wirtschaftlichen Vorteilen, im Bereiche der Verzuckerung eine sehr wichtige Rolle spielen. Bei diesem Verfahren der Verzuckerung ist die niedrige Geschwindigkeit, mit der die Zuckerlösung durch das Holz diffundiert, ein beschränkender Faktor, der aufgrund der porösen Natur landwirtschaftlicher Rückstände ausgeschaltet wird. Daher
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würde eine kontinuierlich geführte saure Hydrolyse bei Einsatz landwirtschaftlicher Rückstände erfolgversprechender sein. Im vorliegenden Fall wird Ethanol zweifelsfrei als Hauptprodukt der sauren Hydrolyse angesehen. Es wird durch Fermentierung hydrolysierter Produkte erhalten. Eine Anzahl anderer Produkte kann jedoch auf verschiedenen Fermentierungswegen erhalten werden. Zu diesen Produkten zählen: Essigsäure, Buttersäure, Milchsäure, Zitronensäure, Aceton, Butylenglykol und Glycerin. Mit fortschreitender Hydrolyse können Pentosen in Furfural und Hexosen in Levulinsäure überführt werden. Die an zweiter Stelle am häufigsten vorausgesagte Verwendung hydrolysierter Produkte besteht in der Überführung in Tierfutter durch Fermentierung. In Abhängigkeit von der Art und den Bedingungen der Fermentierung können derartige Futter reich an Kohlenhydraten und Vitaminen sein und bis zu 50 % Protein enthalten. So ist es z.B. möglich, mit dem Ausgangsmaterial "Torula utilis" .1000 kg trockenen Rückstand und 250 kg Futter zu erhalten, das 45 - 50 % Protein und 5 bis 8 % Kohlenhydrate enthält und einen hohen Gehalt an Vitaminen der Gruppe B aufweist.
Ein wichtiges Nebenprodukt der Hydrolyse stellt Lignin dar, das 20 bis 30 Gew.-% des trockenen Rohmaterials ausmacht. Aufgrund des hohen Gehaltes an Kohlenstoff (65 %) hat es einen hohen Heizwert (24 400 kJ/kg trockenes' , Lignin). Es könnte daher herangezogen werden, einen Teil des Energiebedarfes dieses Verfahrens zu decken.
Darüber hinaus kann Lignin bei verschiedenen chemischen Umsetzungen (Oxidation, Hydrierung, Alkalischmelze usw.) ein wichtiger Lieferant verschiedener organischer Verbindungen sein. Die chargenweise geführten Verfahren zur Hydrolyse cellulosehaltiger Materialien werden in zwei Klassen unterteilt, nämlich in ein Verfahren, bei dem
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die Hydrolyse durch Einwirkung konzentrierter Säuren {Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure oder Phosphorsäure) oder unter Einwirkung verdünnter Säuren (Schwefelsäure, schwefelige Säure, Chlorwasserstoffsäure usw.) erfolgt. Der Nachteil der Verfahren, bei denen konzentrierte Säure eingesetzt wird, besteht in der Verwendung von Substraten einer Feuchtigkeit von weniger als 1 %, um ein Verdünnen der Säure zu verhindern. Hieraus resultieren Korrosionsprobleme, die teure Materialien zur Wiedergewinnung der Säure verlangen und auf den Einsatz der mit verdünnten Säuren arbeitenden Verfahren drängen. Diese Verfahren zeigen zwar nicht die oben erwähnten Nachteile. Sie sind jedoch bezüglich der Energieausbeute oder der Produktivität nicht befriedigend, wenn die Aufwendungen für den Aufbau der hierfür erforderlichen Vorrichtungen in Betracht gezogen werden. Im Ergebnis sind derartige chargenweise geführten Hydrolyseverfahren unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht zufriedenstellend.
Aufgrund des besseren Verständnisses der bei der Verseifung ablaufenden kinetischen Vorgänge wurden vor einiger Zeit Studien vorgenommen, um ein auf saurer Hydrolyse beruhendes kontinuierliches Verfahren zu entwickeln.
wird ein derartiges Verfahren mit dem häufig in der Literatur beschriebenen chargenweise geführten Hydrolyseverfahren verglichen, dann ergibt es sich, daß das kontinuierlich geführte Verfahren eine Verweilzeit in dem Reaktor verlangt, die lediglich Minuten anstelle von Stun-
0^ den beträgt. Andere Vorteile sind darin zu sehen, daß eine bessere Einregelung der Betriebsparameter erfolgen kann, was eine vollständige Automatisierung ermöglicht. Darüber hinaus ist ein niedrigerer Energieverbrauch gegeben. Das führt zu niedrigeren Betriebskosten und hauptsächlich auch zu niedrigeren Investitionen. Ferner erleich-
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-ΙΟΙ tert ein kontinuierlich geführtes Verfahren die Auftrennung des cellulosehaltigen Materials in seine grundsätzlichen Bestandteile, nämlich Lignin, Hemicellulose und Cellulose. Diese Auftrennung basiert auf dem Unterschied der Geschwindigkeit der Hydrolyse zwischen Hemicellulose und Cellulose. In der Praxis würde eine Vorhydrolyse unter relativ milden Bedingungen Hemicellulose in Zucker überführen, die sie aufbauen. Durch Filtration und Waschen wäre eine Abtrennung möglich. Eine starke Hydrolyse bei hohen Temperaturen würde Cellulose in Glukose überführen, die in ähnlicher Weise von dem Ligninrückstand entfernt werden könnte.
Obwohl die kontinuierlich geführten, auf saurer Hydrolyse beruhenden Verfahren gegenüber den- entsprechenden chargenweise geführten Verfahren die oben genannten Vorteile aufweisen, so haben sie dennoch gewisse Charakteristiken, die die Installations- und Betriebkosten ansteigen lassen können. So verlangen diese kontinuierliehen Verfahren im allgemeinen einen komplexen und aufwendigen Reaktoraufbau, der neben der eigentlichen Reaktionszone Zonen zum Erhitzen und zur Druckauferlegung oder zum Pumpen des zu hydrolysierenden Materials aufweist. Selbst in den Fällen, bei denen das Druckauferlegen oder das Pumpen vor dem Reaktor abläuft , findet das Erhitzen der zu hydrolysierenden Mischung in dem Reaktor durch Dampfinjektion statt. Hierdurch wird es schwierig, die Temperatur und die Konzentration der Feststoffe in der Mischung einzuregeln. Darüber hinaus können dennoch nicht beliebige Maßnahmen ergriffen werden, um die Länge der Reaktionszone zu verändern. Im Ergebnis kann demzufolge gesagt werden, daß die kontinuierlichen, auf der sauren Hydrolyse basierenden Verfahren Installationen erfordern, aus denen sich schwerwiegende Beschränkungen im Hinblick auf den Energieverbrauch oder die Ausrüstungsinvestition
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oder auch die Einregelung der Betriebsvariablen ergeben.
Demzufolge ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, das eingangs beschriebene Verfahren so weiterzubilden, daß es mit einer relativ einfachen und billigen sowie auf dem Binnenmarkt erhältlichen Vorrichtung unter Einsatz insbesondere landwirtschaftlicher Rückstände durchführbar ist. Darüber hinaus soll es eine bessere Einregelung der Betriebsparameter, eine vollständige Automatisierung und einen niedrigeren Energieverbrauch ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß a) von einem homogenisierten, 3 bis 30 Gew.-% Feststoffe enthaltenden wässrigen Brei cellulosehaltigen Materials ausgegangen wird, b) dieser Brei im wesentlichen kontinuierlich durch den Einlaß eines Röhrenreaktors gepumpt und dessen Auslaß zur Beibehaltung eines vorgegebenen Drucks in seinem Inneren gedrosselt wird, wobei
c) der unter Druck gesetzte Brei vor dem Einleiten in den. Röhrenreaktor auf 160 bis 2500C erhitzt wurde,
d) eine vorgegebene Menge einer konzentrierten Säure dem im Reaktor enthaltenen und unter Druck gesetzten erhitzten cellulosehaltigen Material im wesentlichen kontinuierlich zugegeben wird, wobei die Zugabestelle der Säure
2^ vom Einlaß des Röhrenreaktors ·längsverlaufend einregelbar ist,
e) eine vorgegebene Charge hydrolysierten cellulosehaltigen Materials im wesentlichen kontinuierlich am Reaktorauslaß entnommen wird, wobei diese Entnahme in Verbindung mit der längs des Röhrenreaktors eingestellten Zugabestelle der Säure eingeregelt wird, um die Verweilzeit des Breis entsprechend einzustellen,
f) der Brei unmittelbar nach Verlassen des Röhrenreaktors einem abrupten Druckabfall und Abkühlen unterworfen
wird,
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g) die anfallende wässrige Lösung zur Gewinnung von
Ethanol neutralisiert und fermentiert wird, h) gebildete flüchtige Bestandteile in Form von Methanol, Furfural und Essigsäure durch Kondensation gewonnen werden und
i) angefallenes Lignin durch physikalische Abtrennung angesammelt wird.
Erfindungsgemäß wird demzufolge eine gewisse Menge eines cellulosehaltigen bzw. celluloseartigen Materials, das vorher durch Zerkleinerung in ein geeignetes Granulat überführt worden ist, mit Wasser homogenisiert, um ein cellulosehaltiges Material in einer Wassersuspension oder in einem Brei zu erhalten, d.h. in den Fällen, in denen die Zugabe von Wasser erforderlich ist. Wenn das Rohmaterial bereits ein homogenisierter Brei eines cellulosehaltigen Materials ist, dann ist es selbstverständlich, daß die Homogenisierung vor der sauren Hydrolyse nicht notwendig ist.
Eine derartige Homogenisierung ist jedoch unerläßlich, um die mit der Hydrolyse angestrebten Ergebnisse zu erhalten, wenn der Cellulosebrei oder die Cellulosesuspension dadurch hergestellt wird, indem Wasser zu trockenem gemahlenem cellulosehaltige Material bzw. Cellulosematerial gegeben wird. Die zweckmäßige Konzentration der Feststoffe in der Mischung hängt von der Art des Materials und seiner Körnung ab und liegt in dem Bereich von 3 bis 30 Gew.-%. Der homogene Brei des cellulosehaltigen Materials wird dann unter einem Druck zwischen 9,81 und 39,24 bar (10 bis 40 kg/cm2) bei im wesentlichen konstanter Strömung kontinuierlich fortgepumpt und auf eine Temperatur von etwa 160 bis 2500C erhitzt. Danach wird er in den Röhrenreaktor eingespeist, in dem er eine kurze Zeitdauer verbleibt, um
3^ dort eine gewisse Menge einer konzentrierten Säure (vorzugsweise Schwefelsäure) aufzunehmen, die dann, wenn sie
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mit der Mischung in Kontakt tritt, durch das darin vorliegende Wasser verdünnt wird, um letztlich eine Konzentration von etwa 0,1 bis 3 % auszumachen. Am Auslaß des Reaktors befindet sich ein Durckverminderungssystem ("flash"-System), bei dem ein Drossel- oder Expansionsventil den im Inneren des Reaktors herrschenden Druck konstant hält.
Beim Durchtritt durch das Expansionsventil durchläuft (jie Mischung abrupt einen Druck vom Reaktionsdruck bis
zum Atmosphärendruck und wird durch die eigene Verdampfung im Verfahren abgekühlt, wodurch die Hydrolysereaktion vollständig abläuft. Die erhaltene Lösung, hier mit "hydrolysiertes Produkt" bezeichnet, enthält in dem flüssigen *5 Anteil Zucker (Glukose, Xylose, Manose und Arabinose) zusätzlich zu Wasser und Schwefelsäure.
Der gasförmige Anteil enthält neben Wasserdampf Methanol, Furfural und Essigsäure, die wiedergewonnen werden können. ^ Der feste Teil der erhaltenen Lösung besteht im wesentlichen aus Lignin.
Die wässrige Lösung wird nach Neutralisieren durch bekannte Fermentierungsverfahren in Ethanol überführt.
Entsprechend den Zielen der Erfindung wird bei diesem Verfahren die Reaktionszone von den Heizeinrichtungen und den Förder- bzw. Pumpeinheiten, die für die Mischung vorgesehen sind, getrennt. Aus dieser Trennung ergeben sich die
folgenden Vorteile:
Zu keiner Zeit tritt die verdünnte Säure in Kontakt mit irgendeinem Maschinenteil oder einem beweglichen Teil, der in das Verfahren eingreift, so daß es sichergestellt
ist, daß der Reaktor und lediglich der Reaktor den scharfen Bedingungen der Hydrolyse unterworfen ist. Da
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der Reaktor von sehr einfacher Konstruktion ist, ist die Verwendung von zwei Einheiten pro Vorrichtung vorgesehen, so daß zu beliebiger Zeit, wenn es möglich ist, ohne irgendeine wesentliche Unterbrechung des Verfahrens ein rascher Austausch erfolgen kann. Darüber hinaus ist das Grundkonzept des Reaktors einfach. Da er scharfen Verfahrensbedingungen unterliegt, muß er aus einer speziellen Legierung gefertigt werden. Da die Förder- bzw. Pumpeinrichtungen, mit denen die Mischung gefördert wird, derartigen scharfen Bedingungen nicht unterliegen, ist demzufolge lediglich die Reaktionszone aus einer speziellen Legierung aufgebaut.
Die oben aufgezeigten Vorteile werden auch durch die er- ° findungsgemäße Vorrichtung deutlich, die gekennzeichnet ist durch eine Fördereinheit für den Brei des cellulosehaltigen Matriais, einen Heizer zum Erhitzen des durch die Fördereinheit bzw. Pumpe weiter-geforderten Breis,
einen Röhrenreaktor mit einem mit der Fördereinheit über 20
den Heizer in Verbindung stehenden Einlaß, einen mittels einer Drosseleinrichtung versperrten bzw. gedrosselten Auslaß, wobei die Drosseleinrichtung der Aufrechterhaltung eines im wesentlichten kontinuierlichen Stroms des Breis unter konstantem Überdruck im Inneren des Röhrenreaktors dient, und Mittel zur Einregelung eines im wesentlichen kontinuierlichen Einführens konzentrierter Säure durch den Einlaß des Röhrenreaktors, wobei diese Mittel sich in axialer Richtung ins Innere des Röhrenreaktors erstrecken und ihre Einführungsmenge gleicher-30
maßen kontinuierlich einstellbar ist.
Ein bedeutsames Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht auch in dem Injektionssystem, das der erwähnten
Einleitung von Säure dient. Hiermit wird es möglich, 35
dann, wenn die Säure in Kontakt mit der zu verändernden Mischung tritt, eine feine Einregelung der Zonenlänge oder
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der Reaktionszeit vorzunehmen, was von dem Material oder von den Hydrolysebedingungen abhängt. Diese Zeit kann 20 bis 300 s betragen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der stabileren Einregelung der Reaktionstemperatur. Dieser Vorteil ergibt sich daraus, daß das Aufheizen der Mischung in einer gesonderten Stufe vor dem Reaktor erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend noch näher anhand der Figur erläutert werden, bei der es sich um ein vereinfachtes Fließschema einer Vorrichtung handelt, die z.B. dann herangezogen würde, wenn landwirtschaftliche Rückstände als Rohmaterial herangezogen würden.
Zunächst wird eine vorgegebene Menge eines cellulosehaltigen Materials bzw. eines Cellulosematerials in eine Zerkleinerungsvorrichtung 1 eines beliebigen Typs gegeben, die bequemerweise die Zerkleinerung des zu hydrolysierenden Materials ermöglicht. Hierdurch soll eine für die Zwecke der Erfindung geeignete Körnung eingestellt werden. Das cellulosehaltige Material wird dann von der Zerkleinerungseinrichtung 1 weitergeführt, um gemischt und homogenisiert zu werden. Dies erfolgt in zwei Homogenisierungsbehältern 2, in denen unter Zugabe von Wasser und unter Zirkulierung der erhaltenen Mischung mittels einer Pumpe 3 ein homogener Brei des cellulosehaltigen Materials erzeugt wird. Dieser Brei hat einen Feststoffgehalt zwischen etwa 3 und 30 Gew.-%, was von der Natur und der Körnung des cellulosehaltigen Materials abhängt. Die Behälter 2
werden abwechselnd betrieben, um einen kontinuierlichen Strom des cellulosehaltigen Materials zu erhalten. Es versteht sich von selbst, daß derartige Behälter 2 und auch die Mahleinrichtung 1 entfallen können, wenn ein Rohmaterial eingesetzt wird, das bereits in Form eines homogenen Breis eines cellulosehaltigen Materials vorliegt. Die Pumpe 3 fördert die Mischung zu einer Verdrängungspumpe 4, die durch eine Einrichtung 5 mit variabler
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Geschwindigkeit angetrieben wird. Eine derartige Pumpe kann eine "Moino-Pumpe" ("moino pump"), Schraubenpumpe, Kolbenpumpe, Membranpumpe, Wellenpumpe oder sogar ein Extruder sein.
Die Verdrängerpumpe 4 ermöglicht das Pumpen der Mischung bei einem Druck zwischen 9,81 und 39,24 bar (10 bis 40 kg/cma) und einen im wesentlichen konstanten Strom, wobei die Mischung durch den Heizer 6 in den Röhrenreaktor 7 überführt wird, in dem die saure Hydrolyse abläuft. Der Heizer 6 nutzt die direkte Einführung von Dampf. Er kann auch in Form eines beliebigen Wärmetauschers vorliegen, bei dem Strom, Dampf, unter Druck gesetztes heißes Wasser, öl oder jedes beliebige andere Mittel genutzt wird, das im Stande ist, die Temperatur der Mischung auf 160 bis 2500C anzuheben.
Der Reaktor 7 stellt ein zylindrisches Rohr aus einer speziellen Legierung dar, z.B. aus der Legierung des Handelsnamens "Hastelloy B", wobei ein Endflansch den Einlaßflansch für die Mischung darstellt, der mit Einrichtungen versehen ist, um den Durchtritt und das Stützen des Rohres 8 für die Schwefelsäureinjektion zu ermöglichen. Die konzentrierte Schwefelsäure wird aus dem Reservoir 10 über die Pumpe 9 gefördert.
Die Eindringtiefe des Rohres 8 in den Reaktor 7 ist einregelbar, um die Verweilzeit der Reaktion zu variieren. Dadurch wird es möglich, eine feine Einregelung dieser
Zeit für die unterschiedlichsten Verarbeitungsituationen vorzunehmen. Es ist klar, daß der Aufbau des Injektionsrohrs 8 einer Vielzahl von verschiedenen bekannten Systemen entsprechen kann, die für diese Art technischen Problems herangezogen werden.
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Das "Schnellsystem" 11, mit dem im Inneren des Reaktors 7 ein konstanter Druck aufrechterhalten wird, ist mit dem Auslaßendflansch des Reaktors verbunden. Ein derartiges System besteht im wesentlichen aus einem Drossel- oder Druckregulierungsventil, das manuell oder automatisch eingeregelt werden kann, wodurch es möglich wird, in dem Reaktor den gewünschten Druck aufrechtzuerhalten. Beim Durchtritt durch das Schnellsystem 11 wird die Mischung einem abrupten Druckabfall auf Atmosphärendruck und nachfolgenden Abkühlen unterzogen, so daß hierdurch die Hydrolysereaktion abgeschlossen wird.
Bei der oben beschriebenen Vorrichtung tritt das hydrolysierte Produkt durch einen Hydrozyklon 12, der die festen Teile abtrennt und über die Leitung 13 abführt. Die flüssigen Anteile werden über die Leitung 14 abgezogen. Die gasförmigen Anteile, die aufsteigen, werden durch eine gefüllte Säule 15 und durch den Kondensator 16 geführt, um dann in flüssiger Form über die Leitung abgezogen zu werden.Der Hydrozyklon 12 kann durch einen anderen Zyklon ersetzt werden. In diesem Falle tritt der flüssige Anteil zusammen mit dem festen Anteil über die Leitung 13 aus. Dieses Gemisch wird zu dem Filter 18 gepumpt, der die Abtrennung des festen von dem flüssigen Anteil bewirkt. Der feste Anteil wird über die Leitung 19 abgeführt und der flüssige Anteil über die Leitung 20. Welche Lösung auch immer gewählt wird, der gasförmige Anteil wird nach der Kondensation einem Rückgewinnungssystem zugeführt, um auf diese Weise Methanol, Furfural und Essigsäure zu gewinnen.
Der feste Anteil, der im wesentlichen aus Lignin besteht, kann in seiner natürlichen Form benutzt oder zu Koks bzw. Kohle umgesetzt verwendet werden. Der flüssige Anteil, der
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eine Lösung von Zuckern darstellt, muß einer Neutralisation unterzogen werden, wonach eine anaerobe Fermentierung zur Erzeugung von Ethanol oder eine aerobe Fermentierung, die einzelliges Protein liefert, folgt.
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Claims (1)

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    Briefanschrift: Postfach 860329 · 8000 München 86
    u.Z.: Pat 254/1-82Ch München, den
    INDUSTRIAS VILLARES S.A. 29. April 1982
    Dr.H/3/hl
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zur Herstellung von Ethanol durch kontinuierliche saure Hydrolyse eines cellulosehaltigen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) von einem homogenisierten, 3 bis 30 Gew.-% Feststoffe
    enthaltenden wässrigen Brei celluloseartigen Materials ausgegangen wird,
    b) dieser Brei im wesentlichen kontinuierlich durch den Einlaß eines Röhrenreaktors gepumpt und dessen Auslaß zur Beibehaltung eines .gegebenen Drucks in seinem Inneren gedrosselt wird, wobei
    c) der unter Druck gesetzte Brei vor dem Einleiten in den Röhrenreaktor auf 160 bis 2500C erhitzt wurde,
    d) eine gegebene Menge einer konzentrierten Säure dem im Reaktor enthaltenen und unter Druck gesetzten erhitzten cellulosehaltigen Material zu dessen Hydrolyse im wesentlichen
    5 kontinuierlich zugegeben wird, wobei die Zugabestelle der Säure
    vom Einlaß des Röhrenreaktors längsverlaufend einregelbar ist,
    e) eine vorgegebene Charge hydrolysierten cellulosehaltigen
    .Materials im wesentlichen kontinuierlich am Reaktorauslaß entnommen wird, wobei diese Entnahme in Verbindung mit der längs des Röhrenreaktors eingestellten Zugabestelle der Säure eingeregelt wird, um die Verweilzeit des Breis entsprechend einzustellen,
    f) der Brei unmittelbar nach Verlassen des Röhrenreaktors einem abrupten Druckabfall und Abkühlen unterworfen wird,
    g) die anfallende wässrige Lösung zur Gewinnung von
    Ethanol neutralisiert und fermentiert wird, h) gebildete flüchtige Bestandteile in Form von Methanol, Furfural und Essigsäure durch Kondensation gewonnen werden und
    i) angefallenes Lignin durch physikalische Abtrennung angesammelt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jQ der Druck innerhalb des Reaktors zwischen etwa 9,81 und 39,24 bar gehalten wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Breis des cellulosehaltigen Materials vor dessen Eintritt in den Röhrenreaktor durchgeführt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit des Breis des cellulosehaltigen Materials innerhalb des Röhrenreaktors auf etwa 20 bis 300 s eingestellt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als konzentrierte Säure Schwefelsäure verwendet wird, die in einer gewissen Menge zugegeben wird, um dann, wenn ein Verdünnen durch das Wasser des Breis des cellulosehaltigen Materials erfolgt, eine Konzentration von etwa 0,1 bis 3 % einzustellen.
    6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Ethanol durch kontinuierliche saure Hydrolyse eines cellulosehaltigen Materials in Form eines homogenisierten wässrigen Breis, gekennzeichnet durch eine Fördereinheit (4) für den Brei des cellülosehaltigen Materials, einen Heizer (6) zum Erhitzen des durch die Fördereinheit (4) weiter-geforderten Breis,
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    einen Röhrenreaktor (7) mit einem mit der Fördereinheit (4) über den Heizer (6) in Verbindung stehenden Einlaß, einen mittels einer Drosseleinrichtung (11) versperrten bzw. gedrosselten Auslaß, wobei die Drosseleinrichtung (11) der Aufrechterhaltung eines im wesentlichen kontinuierlichen Stroms des Breis unter konstantem Überdruck im Inneren des Röhrenreaktors (7) dient, und Mittel (8) zur Einregelung eines im wesentlichten kontinuierlichen Einführens konzentrierter Säure durch den Einlaß des Röhrenreaktors (7), wobei diese Mittel (8) sich in axialer Richtung ins Innere des Röhrenreaktors erstrecken und ihre Einführungsmenge gleichermaßen kontinuierlich einstellbar ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinheit (4) eine Verdrängerpumpe ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Fördereinheit (4) ein Extruder ist. 20
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (8) zum Einführen von Säure zumindest eine Leitung aufweisen, die längs durch einen Flansch eingeregelt und fest angeordnet ist, der den Einlaßteil des Röhrenreaktors begrenzt, wobei diese Leitung (8) außen mit Einrichtungen (10) und (9) zum Einführen bzw. zum Zudosieren von Säure verbunden ist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (11) ein den Druck regulierendes Ventil darstellt.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Drosseleinrichtung (11) mit einem Hydrozyklon (12) über eine Leitung verbunden
    Pat 254/1-82Ch - Industrias Villares S.A.
    * ist, wobei oberhalb dieses Hydrozyklons (12) eine gefüllte Säule oder ein Plattenturm (15) und ein Kondensator (16) angeordnet sind.
    512. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet/ daß der Röhrenreaktor (7) von dem Heizer (6) und den Fördereinheiten (4) getrennt ist.
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch O gekennzeichnet, daß der Röhrenreaktor (7) von einfacher physikalischer Konstruktion und einfach aufstellbar und einfach austauschbar ist.
    Pat 254/1-82Ch - Industrias Villares S.A.
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