DE3805398A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von aethanol - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Äthanol bestehend aus Rohstoffaufbereitung, Gärung und Destillation sowie Abtrennung eines großen Teiles des ungelösten Schlempefeststoffes mit einem Dekanter als Feststoffkonzentrat mit anschließender Trocknung.

In Äthanolfabriken, in denen Getreide als Rohstoff verwendet wird, ist die bei der Destillation als Sumpfprodukt der ersten Kolonne anfallende Schlempe wegen der in ihr enthaltenen großen Mengen an nahrhaften Wertstoffen als Viehfutter prädestiniert. Im flüssigen Originalzustand ist sie aber nicht haltbar und führt wegen ihres großen Volumens zu Transport- und Abnahmeschwierigkeiten. Es hat daher nicht an Bestrebungen gefehlt, solche Schlempen zu einem haltbaren Futtermittel von kleinerem Volumen zu verarbeiten. Da eine Eindampfung sehr kostenintensiv ist, und die auftretenden Verkrustungen den Betrieb solcher Anlagen erschweren, wurde zunächst versucht, vom ungelösten Schlempefeststoff soviel wie möglich mit einem Zentrifugaldekanter abzutrennen und vorzugsweise mit Schneckenpressen weitgehend zu entwässern, um das so gewonnene Feststoffkonzentrat mit erträglichem Aufwand thermisch zu trocknen.

Die bei der Feststoffabtrennung als Dekanterüberlauf anfallende, als "Dünnschlempe" bezeichnete Restsuspension stellt aber ein Abwasserproblem größten Ausmaßes dar, so daß in der Folge der Versuch gemacht wurde, die Dünnschlempe aus dem Dekanter zur Aufbereitung des Getreiderohstoffes zu verwenden. Dadurch hoffte man, das Abwasserproblem lösen und gleichzeitig Frischwasser und thermische Energie sparen zu können. Es stellte sich jedoch heraus, daß sich die mit der Dünnschlempe zurückgeführten Feinfeststoffe in kurzer Zeit in der Anlage derart anreicherten, daß schließlich der Gärungsprozeß zum Erliegen kam und die Feststoffabtrennung undurchführbar wurde. Es wäre zwar theoretisch möglich, diese Feinstoffanreicherung durch eine Nachklärung der Dünnschlempe mittels Tellerseparatoren zu vermeiden, scheitert jedoch praktisch daran, daß dies äußerst aufwendig wäre, weil solche Maschinen vom Konstruktionsprinzip her nur relativ kleine Feststoffvolumina abtrennen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem geschilderten Äthanolprozeß die Feinfeststoff-Konzentration in zulässigen Grenzen zu halten, so daß eine Dünnschlempe-Rezirkulation auch ohne Totalklärung des Dekanterüberlaufes erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Dekanterüberlauf in einen Hydroklassierer eingespeist wird, in welchem ein großer, die gröberen Feststoffe aber keine Feinfeststoffe enthaltender Unterlauf und ein kleiner, die Feinfeststoffe enthaltender Oberlauf entsteht, daß der Unterlauf zur Rohstoffaufbereitung zurückgeführt und der Oberlauf in einem relativ kleinen Separator geklärt wird. Ein solcher Hydroklassierer wird im unteren Teil mit Hochdruckfrischwasser in der Weise beschickt, daß ein großer, die gröberen Feststoffe aber keine Feinfeststoffe enthaltender Unterlauf und ein kleiner die Feinfeststoffe enthaltender Oberlauf entsteht. Der Unterlauf stellt eine "entfeinte Dünnschlempe" dar, die zur Rohstoffaufbereitung zurückgeführt werden kann, ohne daß sich im Dauerbetrieb eine unzulässige Feststoffanreicherung einstellt.

Der Oberlauf des Hydroklassierers wird in einem im Verhältnis zu einer Totalklärung der Dünnschlempe sehr kleinen Separator weiterbehandelt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der total geklärte, d.h. von sämtlichen ungelösten Feinfeststoffen befreite Überlauf des Separators zusammen mit dem Unterlauf des Hydroklassierers zur Rohstoffaufbereitung zurückgeführt wird. Damit wird praktisch das gesamte Prozeßwasser rezirkuliert, so daß es genügt, wenn die Frischwasserzufuhr in den Hydroklassierer die Wasserverluste insbesondere bei der Trocknung gerade ausgleicht.

Im Gegensatz zur Totalklärung des Dekanterüberlaufs muß hier nur ein sehr viel kleinerer Suspensionsstrom geklärt werden, und das daraus abzutrennende, die Separatorgröße weitgehend bestimmende Feststoffvolumen ist nur ein kleiner Bruchteil des in der Dünnschlempe enthaltenden Feststoffvolumens. Andererseits kann trotz der Rezirkulierung der im Hydroklassiererunterlauf enthaltenen Feststoffe keine unbegrenzte Feststoffaufschaukelung stattfinden, weil die rezirkulierte Fraktion entfeint ist.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch die totale Schlempeverwertung keine Abwasserprobleme entstehen und gegenüber herkömmlichen Verfahren eine große Energie- und Frischwassereinsparung erreicht wird.

Das Feststoffkonzentrat aus dem Separator wird zusammen mit dem aus dem Dekanter kommenden thermisch getrocknet, so daß das Futtermittel in haltbarer und gut transportierbarer Form anfällt.

Das bei der Trocknung als Dampf abgehende Wasser wird durch die Zufuhr von Hochdruckfrischwasser in den Hydroklassierer in der Weise ersetzt, daß die Wasserbilanz der Gesamtanlage aufrechterhalten wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung nach Anspruch 4 vorteilhaft, wobei der Hydroklassierer vorzugsweise als Waschzyklon oder Sedimentationsgefäß jeweils mit unten liegender Frischwasserzufuhr ausgebildet ist, verbunden über eine Leitung mit einem Separator, dessen Schlammvolumen nur etwa 10% des im Falle einer Klärung der gesamten Dünnschlempe anfallenden Schlammvolumens ausmacht. Der Hydroklassierer ist mit seinem Unterlauf und der Separator mit seinem Überlauf mit der Rohstoffaufbereitung über eine Leitung verbunden. Der Feststoffkonzentrat-Abzug des Separators ist mit der Trocknung verbunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung werden anhand des in der Abbildung dargestellten Prozeßschemas im folgenden näher erläutert, wobei auf Einzelheiten, die dem Fachmann jederzeit geläufig sind, wie z.B. Meß- und Regeleinrichtungen, verzichtet wurde. Da es sich um ein kontinuierliches Verfahren handelt, sind die Mengenangaben auf eine Stunde Betriebszeit zu beziehen.

In die Rohstoffaufbereitung 1 gelangen beispielsweise 30 700 kg Mais - zugeführt über Zuleitung 9 - mit einem Wassergehalt von ca. 15%, zusammen mit der rezikulierten "entfeinten Dünnschlempe" - zugeführt über Rückführleitung 10 -, die einen Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt) von ca. 8,7% aufweist. Die Gärung und Destillation sind mit 2 bezeichnet. Das entstehende Kohlendioxid (8850 kg) und das Äthanol (9720 kg) werden über Leitung 11 bzw. 12 abgezogen. Es fallen 133 000 kg Schlempe mit einem TS-Gehalt von ca. 13,9% an, die wie üblich über die Leitung 13 einem Dekanter 3 zugeführt werden, in dem der größte Teil der Flüssigphase (104 300 kg) , auch als Dünnschlempe oder Dekanterüberlauf bezeichnet, mit einem TS-Gehalt von ca. 10,2% abgetrennt wird, wobei die Grenzkorngröße bei ca. 30 Mikron liegt, was besagt, das die Dünnschlempe nur Partikel enthält, die kleiner sind als dieser Wert. Das gleichzeitig als Dekanterschlamm enthaltene Feststoffkonzentrat (28 700 kg) hat einen TS-Gehalt von ca. 27,6% und wird über die Leitung 14 der Trocknung 4 zugeführt. Der Dekanterüberlauf wird über die Leitung 15 mittels einer Pumpe 5 in einen Hydroklassierer 6 eingespeist, der im unteren Teil von einer Frischwasserpumpe 7 in der Weise mit Hochdruckfrischwasser beschickt wird, daß ein großer, die gröberen Feststoffe aber keine Feinfeststoffe enthaltender Unterlauf (80 700 kg) und ein kleiner, die Feinfeststoffe enthaltender Oberlauf (40 114 kg) entsteht. Trotz sehr unterschiedlicher Anteile an ungelöstem Feststoff enthalten diese Fraktionen beide etwa 8,7% TS, was sich damit erklärt, daß der Anteil an ungelöstem Feststoff im Verhältnis zum gelösten, in beiden Fraktionen gleichen Feststoffanteil unbedeutend klein ist. Die Grenzkorngröße des als Waschzyklon ausgebildeten Hydroklassierers 6 - wie von D.A. Dahlstrom in "Fundamentals and Applications of the Liquid Cyclone" (Chem. Eng. Progr. Symposium, Ser. No. 15 (50), 1954, pp 41-61) beschrieben - liegt bei ca. 10 Mikron. Der Oberlauf des letzteren gelangt über die Leitung 16 in einen entsprechend kleinen Separator 8, z.B. einen Tellerseparator mit Fallbodenentleerung, dessen totalgeklärter, d.h. von ungelösten Feststoffen vollständig befreiter Überlauf (39 720 kg) mit einem TS-Gehalt von ca. 8.7% (nur gelöste Feststoffe) über die Leitung 17 zusammen mit dem Unterlauf des Hydroklassierers 6 als "entfeinte Dünnschlempe" (120 420 kg) mit einem TS-Gehalt von ca. 8,7% über die Leitung 10 zur Rohstoffaufbereitung 1 zurückgeführt wird. Das Feststoffkonzentrat aus dem Separator 8 (394 kg) mit einem TS-Gehalt von ca. 18,9% wird über die Leitung 18 zusammen mit dem Feststoffkonzentrat aus dem Dekanter 3 der Trocknung 4 zugeführt. Hier werden dem Feststoffkonzentrat 20 194 kg Wasser entzogen, und über die Leitung 19 abgeführt, wodurch man 8900 kg Futtermittel mit einem Restwassergehalt von ca. 10% erhält, das über den Abzug 20 die Anlage verläßt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Äthanol bestehend aus Rohstoffaufbereitung, Gärung und Destillation sowie Abtrennung eines großen Teiles des ungelösten Schlempefeststoffes mit einem Dekanter als Feststoffkonzentrat mit anschließender Trocknung, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekanterüberlauf in einen Hydroklassierer (6) eingespeist wird, in welchem ein großer, die gröberen Feststoffe aber keine Feinfeststoffe enthaltender Unterlauf und ein kleiner, die Feinfeststoffe enthaltender Oberlauf entsteht, daß der Unterlauf zur Rohstoffaufbereitung (1) zurückgeführt und der Oberlauf in einem relativ kleinen Separator (8) geklärt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf aus dem Separator (8) dem Unterlauf des Hydroklassierers (6) und das Feststoffkonzentrat des Separators (8) dem Feststoffkonzentrat des Dekanters (3) zugegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischwasserzufuhr in den Hydroklassierer (6) den Wasserabgang in der Trocknung (4) ausgleicht.

4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dekanter (3), ein Hydroklassierer (6) und ein Separator (8) derart hintereinander geschaltet sind, daß die entfeinte Dünnschlempe aus dem Hydroklassierer (6) sowie der geklärte Überlauf des Separators (8) zur Rohstoffaufbereitung (1) zurückgeführt und das Feststoffkonzentrat aus dem Dekanter (3) sowie dem Separator (8) einer Trocknung (4) zugeführt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydroklassierer (6) ein mit Frischwasser betriebener Waschzyklon mit großem Unterlauf und kleinem Oberlauf ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydroklassierer (6) ein von unten mit Frischwasser beschickter Sedimentationsbehälter ist, der den Dekanterüberlauf in einen großen, die gröberen Feststoffe aber keine Feinfeststoffe enthaltender Unterlauf und einen kleinen, die Feinfeststoffe enthaltenden Oberlauf aufspaltet.