EP2120595A1 - Verfahren zur gewinnung eines wertproduktes, insbesondere stärke, aus einem getreidemehl - Google Patents

Verfahren zur gewinnung eines wertproduktes, insbesondere stärke, aus einem getreidemehl

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EP2120595A1
EP2120595A1 EP08708781A EP08708781A EP2120595A1 EP 2120595 A1 EP2120595 A1 EP 2120595A1 EP 08708781 A EP08708781 A EP 08708781A EP 08708781 A EP08708781 A EP 08708781A EP 2120595 A1 EP2120595 A1 EP 2120595A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starch
liquefaction
biogas
phase separation
fraction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08708781A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Witt
Joachim Ringbeck
Conny Seemann
Dirk Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Mechanical Equipment GmbH
Original Assignee
GEA Westfalia Separator GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by GEA Westfalia Separator GmbH filed Critical GEA Westfalia Separator GmbH
Publication of EP2120595A1 publication Critical patent/EP2120595A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J1/00—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
    • A23J1/12—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from cereals, wheat, bran, or molasses
    • A23J1/125—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from cereals, wheat, bran, or molasses by treatment involving enzymes or microorganisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/30—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms
    • A23K10/37—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms from waste material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/80—Food processing, e.g. use of renewable energies or variable speed drives in handling, conveying or stacking
    • Y02P60/87—Re-use of by-products of food processing for fodder production
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Definitions

  • the invention relates to a process for obtaining a valuable product, in particular starch and / or protein, from a cereal flour, in particular from wheat flour.
  • FIG. 1 A process for obtaining starch from a cereal flour, in particular from wheat flour, is shown in FIG.
  • step 100 mill / grinding
  • the grain is first lightly moistened (conditioned) to break up the outer shell of the grain and expose the internal components.
  • the resulting bran (shell) is separated from the still coarse flour and from the process by sieving.
  • the bran can later be used for the by-products formed, e.g. the feed (coagulated protein and fine fibers) are mixed, or partially split for energy production or burned directly.
  • the flour then preferably passes through several stages of rolling until the required fineness of the flour is reached - if necessary with intermediate sieves in order to remove further undesired constituents and to ensure the necessary granulation and yield.
  • the flour is conditioned by storage. Alternative measures for conditioning are e.g. aeration, fluidization or direct enrichment with oxygen.
  • the finished flour is mixed with fresh or process water in a ratio of 0.7 to 1.0 part, relative to 1 part flour, to a wheat flour-slurry (dough) stirred, which is free of dry flour particles.
  • the dough is then mechanically supplied with energy via a so-called high-pressure pump or a perforated disc mixer in order to support the matrix formation, ie the crosslinking and agglomeration of the protein fractions to the actual wet gluten.
  • the pretreated dough then passes into a moderately stirred tank in which a residence time of 0 to 30 minutes is set (step 101: attachment).
  • the dough is again with a defined amount of water (fresh or process water) in the ratio 1 part dough and 0.5 to 1.5 parts of water immediately before the here used as a 3-phase decanter advantageously in a so-called U Tube diluted in countercurrent.
  • a defined amount of water fresh or process water
  • the separation of the dough under the influence of centrifugal forces then takes place mechanically into three different fractions, namely the heavy A-starch fraction (underflow of the decanter), into the protein and B starch.
  • Step 102 phase separation, preferably three-phase separation).
  • the protein of wheat also known as "gluten” is a renowned value product used in the food industry (eg bakeries, meat / sausage products) of the animal feed industry (eg fish farms) and many technical applications (Adhesives, paper-coating dyeing) can be sold very well.
  • the nozzle phase from the decanter first undergoes sieving (steps 201, 202: sieving) to separate the gluten from the B starch.
  • sieving the fine grain strength (B starch) and fibers are separated from the gluten.
  • B starch fine grain strength
  • the product B-starch does not necessarily consist only of such particles but can also contain other constituents such as pentosans to a certain extent.
  • step 203 wash
  • step 204 protein dehydration
  • step 205 protein drying
  • the A-starch obtained from the 3-phase separation is - like the protein - further processed in an independent line.
  • a safety screening (step 301: A-strength sieving) is performed to remove and recover the smallest gluten particles.
  • step 302 fiber screening
  • the A-starch is placed in a die-plate separator (vertical centrifuge) for concentration and washing (step 303: A-starch concentration).
  • a starch wash is performed (step 304: A-starch wash) by means of a 5 to 12 stage hydrocyclone unit or a 1 to 2 stage 2 or 3 phase separator line, before the Starch is first dewatered in a further process step (step 305: A-starch dehydration) by means of a vacuum filter, dewatering centrifuge or decanter and then dried (step 306: A-starch drying).
  • the washed starch may also be subjected to further treatment such as chemical and / or physical modification before drying (not shown here).
  • step 303 the starch is split into two different fractions, a heavy, large granular starch fraction (called A starch) and a finer one.
  • a starch a heavy, large granular starch fraction
  • step 402 recovery separator
  • any classified granular, large-grain A starch is recovered and returned to the A-starch line, while further processing the mid-phase granular, small-grain B starch in a "B-starch" line.
  • B-starch dewatering B-starch dewatering
  • step 404 B-starch-drying
  • step 501 process treatment
  • phase separation step 502: 2-phase separation
  • liquid is separated from solids remaining in the process water, e.g. dried and used as feed (step 504: feed: drying).
  • the dissolved and liquid components discharged with the upper run can be run into an evaporation plant (step 503: evaporation), in which the liquid flow is further concentrated before further processing, for example in a biological wastewater treatment takes place.
  • the remaining concentrate of the evaporation plant is mixed with the bran from the milling and mixed together with the concentrate from the 2-phase separation and dried (step 504),
  • Decanters self-clarifying separators or 3-phase separators may be used in the process step of phase separation 502.
  • a process for the preparation of a protein and glucose-rich starch hydrolyzate is known from DE 41 25 968 A1.
  • DE 196 43 961 A1 describes a use and a plant for obtaining proteins from the flour of legumes.
  • DE 100 21 229 A1 also discloses a process for the preparation of protein preparations.
  • the invention provides a process for obtaining a valuable product, in particular of starch and / or protein, from a cereal flour, in which i. the cereal flour is mixed with fresh or process water to a dough, ü. the dough is separated into at least two fractions, in particular centrifugally into a heavy A
  • Starch fraction into a protein and B-starch fraction (nozzle phase of the decanter) and into a pentosan fraction, iii. wherein from at least one of the fractions obtained in the separation of step ii, biogas is generated which is used for energy production, and iv. the fraction used for the biogas production is subjected to at least one liquefaction step (step 505) and a phase separation (step 506), wherein the biogas is generated from the liquid phase of the phase separation.
  • the protein phase is further processed in process steps for protein processing into a protein product
  • the A-starch fraction is further processed to form an A-starch product
  • biogas is produced from the B-starch.
  • the B-starch is processed with Kieie and Pentosanfrakt ⁇ on from the three-phase separation (step 102) to biogas.
  • the Liquefaction and a phase separation in a process of a biogas plant as well as the extraction of energy directly from the naturally occurring in starch production incurred PoIy- and oligosaccharides.
  • a difference to a "conventional" biogas plant is the previous heat and enzymatic treatment, as well as the subsequent separation of microbiologically very difficult to use substances (for example, proteins, phospholipoproteins, celluloses).
  • a particular advantage is the use of byproducts from protein and starch production for the direct production of energy in this way. So far, all products are either sold directly or converted into other products (Modification, saccharification, ethanol recovery). The recovered energy can in turn be returned directly to the system, on the one hand as electrical and / or on the other as thermal energy (combined heat and power plant, gas engine, gas turbine).
  • the effluent from the methane water can be advantageously processed in a subsequent membrane system.
  • the membranes are lightly loaded and high flux rates result.
  • the permeate obtained from the membrane plant can be recycled as process water back into the plant.
  • 1 to 5 are process diagrams of different variants of a method according to the invention.
  • Fig. 6 shows a method according to the prior art.
  • the processing of the cereal or of the flour produced therefrom may first take place in steps 100 to 102, 201 to 205 and 301 to 306 in the manner of FIG. 6 or in the process steps already described.
  • the B-starch is not obtained directly as a product in the process control according to the process variants of FIGS.
  • step 501 process water collection / treatment
  • step 505 bran from the milling of step 100 and combined as a mixture of a so-called liquefaction or Liquefaction
  • step 505 As shown by way of example in FIG. 1, different material streams are brought together from the process.
  • step 102 preferably the pentosan fraction from step 102 and the excess of the process water, in particular from step 402: starch recovery or recovery and optionally further process water surplus from other process steps.
  • the ingredients of the streams added to the liquefaction are enzymatically and thermally treated to break down the remaining macromolecular carbon compounds (e.g., starch, celluloses, hemicelluloses) into smaller units and coagulate and precipitate the remaining egg whites.
  • macromolecular carbon compounds e.g., starch, celluloses, hemicelluloses
  • Different enzymes are used for the splitting of the macromolecular carbohydrates and the subsequent saccharification (eg cellulases (Genencor 220); and SPEZYME FRED (Genencor)) was added thereto, the (at different temperature levels I: 40 0 C 60 0 C, in particular 45 ° C 55 ° C, for example 50 ° C and II: 80 ° C to 95 ° C, especially 85 ° C to 95 ° C, for example 90 0 C) become effective.
  • the proteins are denatured in parallel and precipitate together with the fine fibers and phospholipoproteins as so-called protein coagulum.
  • Another advantage is the possibility of good treatment of the remaining wastewater from the methane reactor to process water in a Membranfiltrations anläge, since the risk of clogging of the membrane is rather low.
  • phase separation decanter, self-clarifying separator or 3-phase separator
  • the solids thus precipitated are then separated from the liquid phase.
  • the solids are the remaining solids that could not be affected by the enzymes and heat, as well as the coagulated proteins and phospholipoproteins (protein coagulum).
  • This dewatered mass may be further utilized as feed, fertilizer or combustion material (step 507).
  • the dissolved, low molecular weight sugars from the mechanical separation are transferred to an acidification reactor in which they are microbiologically metabolized to various Kohlenstoffklare ⁇ and alcohols.
  • the reaction of this process is carried out, for example, by fermentative microorganisms of the genera Pseudomonas, Clostridium, Lactobacilhis and Bacteroides.
  • the residence time in this process step (step 601: acidogenesis) in a preferred embodiment may be assumed to be about 2 days.
  • the metabolic products resulting from the acidification stage in the acidification stage are then also microbiologically converted into acetic acid in a second reactor, the so-called methane reactor, in which step the microorganism Syntrophomonas wolfei is involved (step 602: acetogenesis, methanogenesis).
  • the recovered acetic acid is then anaerobically metabolized by methanogens (eg Methanobacterium bryantn) to methane and carbon dioxide.
  • methanogens eg Methanobacterium bryantn
  • the duration of this process step or the residence time is about 10 days, wherein the reactor has to cope with a COD loading of about 15-25 kg / m 3 .
  • the thus obtained gas mixture (biogas) is collected and preferably in a cogeneration plant (steps 603 cogeneration unit CHP, energy production 604) in energy, preferably in thermal and electrical energy, e.g. converted by means of a gas turbine or a gas engine.
  • step 701 membrane filtration
  • This system can consist of one or more, so two or three stages.
  • first stage in a first stage (micro / ultrafiltration), for example, first of all particles with a diameter of> 1 ⁇ m can be separated off.
  • the permeate thus obtained is then demineralized as far as possible in the second stage by reverse osmosis, so that it can be used again as process water.
  • first particles with a diameter of> 1 ⁇ m for example, can be separated off.
  • second stage with regard to the permeate of the first stage, one stage of low-pressure reverse osmosis with the advantage of rather low energy consumption and, as a third stage, high-pressure reverse osmosis would be conceivable.
  • the remaining retentate (step 702: retentate) from the purification stages may possibly be sold as fertilizer due to the enriched mineral and nutrient content.
  • the permeate can be used again as process water and can be used e.g. be returned to the process water treatment or collection.
  • FIGS. 2 to 5 show further possibilities of the process for obtaining the energy carriers, by-product utilization (feed, swelling strength) and an attached process water production.
  • FIG. 2 shows a modified process management in which the plant part of the step 401 for the B-starch fiber sieving is removed from the process, since the fibers are returned to this product stream in the later process. From this mode of operation, it follows that the recovered strength from the recovery separator (step 402) must again be directed before the fiber sifting of the A-starch step 302 to again separate the A-starch from the fibers.
  • Fig. 3 describes the alternative use of the feed obtained from variant B (step 507). Instead of using these remaining constituents as feed, it is also possible for these substances (proteins, residual fibers, etc.) to be present in a separate biogas plant in the steps of acidogenesis (step 601 ') and acetoge- nese (step 602'), preferably in parallel with to ferment methane to steps 601 and 602 to increase the energy yield. Another possibility is shown in FIG. 4. In order to increase the effectiveness due to the specificity of the enzymes, the pesticans and the bran are driven into a separate liqueuration (step 505 ': liquefaction II), where special pentanases and cellulases are used
  • step 505 liquefaction or liquefaction I.
  • step 505 and 505 ' The streams from the separate liquefaction (steps 505 and 505 ') are recombined prior to the mechanical separation of step 506.
  • the B-starch produced in the course of the process is not used as an energy carrier in gas fermentation, but is obtained as a valuable product (for example, source starch).
  • This amount of methane has an energy value of 13.4 MJ.
  • a medium-sized wheat starch plant processes about 10 tons of flour per hour, which corresponds approximately to a grain quantity of 12.5 t / h. For the production of energy this results in about 2900 kg of usable carbohydrates. Thus, a plant with this processing power can theoretically generate around 10.8 MWh of energy in one hour.
  • the estimated energy demand of such a plant is about 307.5 KWh / t flour electrically and 2.2 GJ / 1 flour thermal (steam).

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Abstract

Ein Verfahren zur Gewinnung eines Wertproduktes, insbesondere von Stärke und/oder Protein, aus einem Getreidemehl, bei dem i. das Getreidemehl mit Frisch- oder Prozesswasser zu einem Teig vermischt wird, ii. der Teig in wenigstens zwei Fraktionen getrennt wird, insbesondere zentrifugal in eine schwere A- Stärke-Fraktion, in eine Protein- und B-Stärke-Fraktion (Düsen-Phase des Dekanters) und in eine Pentosan-Fraktion, iii. aus wenigstens einer der bei der Trennung des Schrittes ii. erhaltenen Fraktionen Biogas erzeugt wird, das zur Energieerzeugung verwendet wird, und iv. wobei die zur Biogaserzeugung verwendete Fraktion wenigstens einem Liquefactionsschritt (Schritt 505) und einer Phasentrennung (Schritt 506) unterzogen wird, wobei aus der flüssigen Phase der Phasentrennung das Biogas erzeugt wird.

Description

Verfahren zur Gewinnung eines Wertproduktes, insbesondere Stärke, aus einem Getreidemehl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Wertproduktes, insbesondere Stärke und/oder Protein, aus einem Getreidemehl, insbesondere aus Weizenmehl.
Ein Verfahren zur Gewinnung von Stärke aus einem Getreidemehl, insbesondere aus Weizenmehl, ist in Fig. 6 dargestellt.
Danach wird das von den Halmen und Spelzen befreite Getreidekorn an eine Mühle geliefert, um dort weiter verarbeitet zu werden (Schritt 100: Mühle/Vermahlung).
In der Mühle wird das Getreide zunächst leicht angefeuchtet (konditioniert), um die äußere Schale des Korns aufzubrechen und die inneren Bestandteile frei zu legen. Die dabei entstehende Kleie (Schale) wird von dem noch groben Mehl und aus dem Pro- zess siebtechnisch herausgetrennt. Die Kleie kann später den entstandenen Nebenprodukten wie z.B. dem Futtermittel (koaguliertes Protein und Feinfasern) beigemischt werden, oder aber zur Energiegewinnung partiell aufgespalten oder direkt verbrannt werden.
Das Mehl durchläuft anschließend vorzugsweise mehrere Walzenstufen, bis die nötige Feinheit des Mehls erreicht ist - ggf. mit Zwischensiebungen um weitere unerwünschte Bestandteile zu entfernen und die notwendige Granulation und Ausbeute zu gewährleisten. Vor der Verarbeitung des Weizenmehles zu Gluten und Stärke sowie seinen Nebenprodukten wird das Mehl durch eine Lagerung konditioniert. Alternative Maß- nahmen für eine Konditionierung sind z.B. eine Belüftung, Fluidisierung oder direkte Anreicherung mit Sauerstoff.
Nach Abschluss der Vermahlung wird das fertige Mehl mit Frisch- oder Prozesswasser in einem Verhältnis von 0,7 bis 1,0 Teilen bezogen auf 1 Teil Mehl zu einer Weizen- mehl-Slurry (Teig) angerührt, die frei von trockenen Mehlpartikeln ist. Dem Teig wird im Anschluss daran mechanisch Energie über eine so genannte Hochdruckpumpe oder einen Lochscheibenmischer zugeführt, um die Matrix-Ausbildung, d.h. die Vernetzung und Agglomeration der Proteinfraktionen zu dem eigentlichen Nassgluten, zu unter- stützen. Der so vorbehandelte Teig gelangt anschließend in einen mäßig gerührten Tank, in dem eine Verweilzeit von 0 bis 30 Minuten eingestellt wird (Schritt 101: An- teigung).
Im nächsten Prozessschritt wird der Teig erneut mit einer definierten Menge Wasser (Frisch- oder Prozesswasser) im Verhältnis 1 Teil Teig und 0,5 bis 1,5 Teile Wasser unmittelbar vor dem hier als vorteilhaft eingesetzten 3-Phasen-Dekanter in einem so genannten U-Rohr im Gegenstrom verdünnt. Im 3-Phasen-Dekanter (horizontale Zentrifuge) erfolgt dann die Trennung des Teiges unter Einfluss von Zentrifugalkräften mechanisch in drei verschiedene Fraktionen, und zwar die schwere A-Stärke-Fraktion (Unterlauf des Dekanters), in die Protein- und B-Stärke-Phasen (Düsen-Phase des De- kanters) und die Pentosan-Fraktion (Pentosane: Schleimstoffe; Hemicellulosen); (Schritt 102: Phasentrennung, vorzugsweise Dreiphasentrennung). Der Einsatz anderer Trennverfahren, insbesondere anderer Zentrifugen, ist denkbar, auch in Hinsicht auf die Erfindung.
Das Protein des Weizens, auch „Kleber" (Gluten) genannt, stellt aufgrund seiner speziellen Eigenschaften (Viskoelastizität) ein begehrtes Wertprodukt dar, das in der Lebensmittelindustrie (z.B. Bäckereien; Fleisch-/ Wurstwaren) der Futtermittelindustrie (z.B. Fischfarmen) und vielen technischen Anwendungen (Klebstoffe, Papierstreich- färben) sehr gut abgesetzt werden kann.
Zur Gewinnung des hochwertigen Proteins durchläuft die Düsen-Phase aus dem De- kanter zunächst eine Siebung (Schritte 201, 202: Siebung), um den Gluten von der B- Stärke zu trennen. In dieser Siebstufe werden die Feinkornstärke (B-Stärke) und Fa- sern vom Gluten abgetrennt. Als A-Stärke wird hier insbesondere Stärke mit einem Anteil von weniger als 40% Partikeln einer Korngröße von weniger als 10μm und als B-Stärke eine granuläre Stärke, in deren Fraktion der Anteil der Stärkekörner mit einem Partikeldurchmesser von weniger als 10 μm größer als 60% ist. Das Produkt B-Stärke besteht nicht zwangswei- se nur aus derartigen Partikeln sondern kann auch weitere Bestandteile wie z.B. Pento- sane zu einem gewissen Anteil enthalten.
Diese Siebung wird vornehmlich in 2 Stufen durchgeführt. Im folgenden Prozessschritt wird der Kleber einer Waschung (Schritt 203: Waschung) unterzogen, um wei- tere, eingeschlossene „Nichtproteinpartikel" sowie unerwünschte lösliche Bestandteile zu entfernen, bevor er im Anschluss daran entwässert (Schritt 204: Protein- Entwässerung) und getrocknet wird (Schritt 205: Protein-Trocknung).
Die aus der 3 -Phasentrennung gewonnene A-Stärke wird - wie das Protein - in einer eigenständigen Linie weiter verarbeitet.
Zunächst erfolgt eine Sicherheits-Siebung (Schritt 301: A-Stärke-Siebung), um kleinste Glutenpartikel zu entfernen und zurück zu gewinnen.
Danach erfolgt eine weitere Siebung (Schritt 302: Fasersiebung), in der die Faserbestandteile von der A-Stärke getrennt werden.
Die A-Stärke wird zur Aufkonzentrierung und Waschung (Schritt 303: A-Stärke- Konzentzrierung) in einen Düsen-Teller-Separator (vertikale Zentrifuge) verbracht.
Im Anschluss an die Aufkonzentrierung erfolgt eine Stärke- Waschung (Schritt 304: A-Stärke- Waschung) mittels einer 5 bis 12 stufigen Hydrozyklon-Anlage oder einer 1 bis 2-stufigen 2- bzw. 3-Phasen-Separatoren-Linie, bevor die Stärke in einem weiteren Prozessschritt (Schritt 305: A- Stärke-Entwässerung) zunächst mittels eines Vakuum- filters, Entwässerungszentrifuge oder Dekanter entwässert und dann getrocknet (Schritt 306: A-Stärke-Trockung) wird. Die gewaschene Stärke kann auch einer weiteren Behandlung wie z.B. einer chemischen und/oder physikalischen Modifikation vor der Trocknung unterzogen werden (hier nicht dargestellt).
Im Verlauf der Aufkonzentrierung in einem 3 -Phasen-Separator (Schritt 303) wird die Stärke in zwei unterschiedliche Fraktionen aufgespalten, in eine schwere, großgranuläre Stärkefraktion (A-Stärke genannt) und eine feinere.
Die Feinkornstärke wird über die mittlere Phase des Separators abgeführt, und zu- sammen mit der gesiebten Feinkornstärke aus der Proteinsiebung auf einen weiteren Separator gefahren (Schritt 402: Recovery-Separator). In diesem Separator wird die eventuell klassierte granuläre, großkörnige A-Stärke zurückgewonnen und der A- Stärke-Lϊnie wieder zugeführt, während die wiederum in der Mittelphase ausgetragene granuläre kleinkörnige B-Stärke in einer „B-Stärke"-Linie weiter verarbeitet wird.
Die so abgetrennte B-Stärke wird in dieser Prozessführung als ein weiteres Nebenprodukt gewonnen, in dem sie zunächst mittels eines Dekanters entwässert (Schritt 403: B-Stärke-Entwässerung) und im Anschluss daran getrocknet wird (Schritt 404: B- Stärke-Trockung).
Der Überschuss des Prozesswassers, insbesondere aus dem Schritt 402: Stärke- Recovery bzw. -Rückgewinnung) sowie ggf weiterer Prozesswasserüberschuss aus den anderen Verfahrensschritten wird vorzugsweise zusammengeführt (Schritt 501 : Pro- zess was s eraufbereitung) .
Sodann wird mittels einer Phasentrennung (Schritt 502: 2-Phasentrennung) Flüssigkeit von im Prozesswasser verbliebenen Feststoffen getrennt, die z.B. getrocknet und als Futtermittel verwendet werden können (Schritt 504: Futtermittel: Trocknung).
Die mit dem Oberlauf ausgetragenen gelösten und flüssigen Bestandteile können in eine Eindampfanlage (Schritt 503 : Eindampfung) gefahren werden, in welcher der Flüssigkeitsstrom weiter aufkonzentriert wird, bevor eine weitere Aufbereitung z.B. in einer biologischen Abwasserbehandlung erfolgt. Das verbliebene Konzentrat der Eindampfanlage wird mit der Kleie aus der Vermahlung gemischt und zusammen mit dem Konzentrat aus der 2 -Phasentrennung gemischt und getrocknet (Schritt 504),
Im Prozessschritt der Phasentrennung 502 sind vorzugsweise Dekanter, selbstklärende Separatoren oder 3 -Phasen-Separatoren einsetzbar.
Zum allgemeinen technologischen Hintergrund sein noch Stand der Technik genannt. Ein Verfahren zur Herstellung eines protein- und glucosereichen Stärkehydrolysates ist aus der DE 41 25 968 Al bekannt. Die DE 196 43 961 Al beschreibt eine Verwendung und eine Anlage zur Gewinnung von Proteinen aus dem Mehl von Hülsenfrüchten. Auch die DE 100 21 229 Al offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Proteinpräparaten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, dieses bekannte Verfahren derart weiter zu entwickeln, dass seine Wirtschaftlichkeit erhöht wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Gewinnung eines Wertproduktes, insbesondere von Stärke und/oder Protein, aus einem Getreidemehl, bei dem i. das Getreidemehl mit Frisch- oder Prozesswasser zu einem Teig vermischt wird, ü. der Teig in wenigs- tens zwei Fraktionen getrennt wird, insbesondere zentrifugal in eine schwere A-
Stärke-Fraktion, in eine Protein- und B-Stärke-Fraktion (Düsen-Phase des Dekanters) und in eine Pentosan-Fraktioπ, iii. wobei aus wenigstens einer der bei der Trennung des Schrittes ii, erhaltenen Fraktionen Biogas erzeugt wird, das zur Energieerzeugung verwendet wird, und iv. die zur Biogaserzeugung verwendete Fraktion wenigstens ei- nem Liquefactionsschritt (Schritt 505) und einer Phasentrennung (Schritt 506) unterzogen wird, wobei aus der flüssigen Phase der Phasentrennung das Biogas erzeugt wird. Nach einer bevorzugten Variante wird die Proteinphase in Verfahrensschritten zur Proteinverarbeitung zu einem Proteinprodukt weiterverarbeitet, die A-Stärke-Fraktion zu einem A- Stärkeprodukt weiterverarbeitet und aus der B-Stärke wird Biogas erzeugt.
Ergänzend ist es zweckmäßig, wenn die B-Stärke mit Kieie und der Pentosanfraktϊon aus der Dreiphasentrennung (Schritt 102) zu Biogas verarbeitet wird.
Vorteilhaft erfolgt eine Einbeziehung der Liquefaction und einer Phasentrennung in einen Prozess einer Biogasanlage, sowie die Gewinnung von Energie direkt aus den bei der Stärkeherstellung natürlichen anfallenden PoIy- und Oligosacchariden.
Ein Unterschied zu einer „herkömmlichen" Biogasanlage liegt in der vorhergehenden Wärme- und enzymatischen Behandlung, sowie der nachfolgenden Abtrennung der mikrobiologisch sehr schwer verwertbaren Substanzen (z.B. Proteine, Phospholipopro- teine, Cellulosen).
Insgesamt wird eine niedrige Zeit bis zum Abschluss der Biogaserzeugung erreichbar. Durch die „Spaltung" in niedermolekulare Zucker werden diese den Säure- und Essig- säure-Bildenden Bakterien leicht zugänglich gemacht, d.h. diese können das angebotene Substrat schnell verstoffwechseln.
Dadurch sind die benötigten Verweilzeiten bezogen auf die Beladung in den Reaktoren niedrig und sie bedürfen dadurch nur einer relativ kleinen Bauweise. Hinsichtlich der COD-Frachten wird ein guter, hoher Wert erreicht. Derart wird in einfacher Weise eine wirtschaftlich und technisch beherrschbare und sinnvolle Verarbeitung einer oder mehrerer Phasen bzw. Fraktionen aus dem Stärkeherstellungsprozess zu Biogas möglich.
Ein besonderer Vorteil ist die derart erfolgende Verwendung von Nebenprodukten aus der Protein- und Stärkegewinnung zur direkten Erzeugung von Energie. Bislang werden alle Produkte entweder direkt vertrieben oder in andere Produkte umgewandelt (Modifizierung, Verzuckerung, Ethanol-Gewinnung). Die gewonnene Energie kann wiederum direkt wieder in die Anlage zurückgeführt werden, zum einen als elektrische und/oder zum anderen als thermische Energie (Blockheizkraftwerk, Gasmotor, Gasturbine).
Das aus der Methanstufe ablaufende Wasser kann vorteilhaft in einem nachfolgenden Membransystem aufbereitet werden. Dabei werden die Membranen gering belastet und es ergeben sich hohe Fluxraten. Das aus der Membrananlage gewonnene Permeat kann als Prozesswasser wieder in die Anlage zurückgeführt werden.
Zum Hintergrund von Biogasanlagen sei auf „Konstandt, H.G." (1976). Engineering, Operation and economics of methane gas fermentation, Göttingen: Seminar: Microbiol. Energy Conservation und auf „Kleemann* M. & Meliß, M." (1993), Regenerative Energiequellen, Zweite, völlig neu bearbeitete Auflage. Berlin: Springer, verwiesen, die auch beispielhaft in Hinsicht auf Zahlenangaben der Beschreibung heranzuziehen sind. Es sei ferner die DE 103 27 954 Al genannt, die ein Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Biomasse beschreibt. Die DE 198 29 673 Al schlägt vor, Abwasser aus der Ölfrüchte- und Getreideverarbeitung von Raps-, Sonnenblumen- oder Olivenölen aufzubereiten, die Feststoffe abzutrennen und aus diese Feststoffe zur Biogas- gewinming zu nutzen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 - 5 Verfahrensschemata verschiedener Varianten eines erfindungsgemä- ßen Verfahrens; und
Fig. 6 ein Verfahren nach dem Stand der Technik.
Analog zu Fig. 6 kann zunächst die Verarbeitung des Getreides bzw. des daraus erzeugten Mehles in den Schritten 100 bis 102, 201 bis 205 und 301 bis 306 nach Art der Fig, 6 bzw. in den bereits beschriebenen Prozessschritten erfolgen. Im Gegensatz zu Fig. 6 wird die B-Stärke aber nach den Verfahrenvarianten der Fig. 2 bis 6 in dieser Prozessführung nicht direkt als Produkt gewonnen, sondern vorzugsweise gemeinsam mit den Stoffströmen aus der 3 -Phasentrennung des Schrittes 102 (Pentosane), der Fasersiebung (Schritte 302 und ggf. 401) A- und ggf. B-Stärke Faser- siebung) dem überschüssigen Prozesswasser (Schritt 501 : Prozesswassersammlung/- aufbereitung) und der Kleie aus der Vermahlung des Schrittes 100 zusammengeführt und als Gemisch einer so genannten Liquefaction bzw. Verflüssigung (Schritt 505) unterzogen.
In der Liquefaction (Schritt 505) werden - wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt - verschiedene Stoffströme aus dem Prozess zusammengeführt.
Dabei handelt es sich vorzugsweise um die Pentosanfraktion aus dem Schritt 102 und den Überschuss des Prozesswassers, insbesondere aus dem Schritt 402: Stärke- Recovery bzw. -Rückgewinnung sowie ggf weiteren Prozesswasserüberschuss aus anderen Verfahrensschritten.
In der Liquefaction 505 werden die Inhaltsstoffe der in die Liquefaction gegebenen Ströme einer enzymatischen sowie einer thermischen Behandlung unterzogen, um die verbliebenen makromolekularen Kohlenstoffverbindungen (z.B. Stärke, Cellulosen, Hemicellulosen) in kleinere Einheiten aufzuspalten und das verbliebene Eiweiß zu koagulieren und auszufällen.
Für die Aufspaltung der makromolekularen Kohlenhydrate und der anschließenden Verzuckerung werden verschiedene Enzyme (z.B. Cellulasen (Genencor 220); und SPEZYME FRED (Genencor)) hinzugegeben, die bei verschiedenen Temperaturstufen (I: 400C- 600C, insbesondere 45°C-55° C, beispielsweise 50° C und II: 80° C bis 95° C, insbesondere 85° C bis 95°C, beispielsweise 900C) wirksam werden. Bei dieser stufenweisen Temperaturbehandlung werden parallel die Eiweiße denaturiert und fal- len zusammen mit den Feinfasern und Phospholipoproteinen als so genanntes Eiweiß- Koagulat aus. Zusammen mit diesem Koagulat werden auch Phosphor-, Schwefel- und Stickstoffverbindungen ausgefällt, die sich mikrobiologisch nur schwer und über einen längeren Zeitraum abbauen lassen. Die Abtrennung dieser Stoffe ist vorteilhaft für eine gute Effizienz der Biogasanlage, ebenso wie die Aufspaltung von PoIy- und Oligosacchari- den in niedermolekulare Verbindungen.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der guten Aufbereitung des verbleibenden Abwassers aus dem Methanreaktor zu Prozesswasser in einer Membranfiltrations anläge, da die Verstopfungsgefahr der Membrane eher geringer ist.
In dem nachfolgenden Prozessschritt der Phasentrennung (Schritt 506: Phasentrennung) (Dekanter, selbstklärender Separator oder 3-Phasen-Separator) werden dann die so gefällten festen Bestandteile von der flüssigen Phase getrennt.
Bei den Feststoffen handelt es sich dabei um die restlichen festen Bestandteile, die durch die Enzyme und Hitze nicht beeinfhisst werden konnten, sowie die koagulierten Proteine und Phospholipoproteine (Eiweiß-Koagulat).
Diese entwässerte Masse kann als Futtermittel, Düngungs- oder Verbrennungsmaterial weiter verwertet werden (Schritt 507).
Gleichzeitig wird hierdurch der Gehalt an P-, N- und S-Verbindungen in der verzuckerten Lösung erheblich reduziert, was in vorteilhafter Weise eine spätere anaerobe Behandlung wesentlich verbessert.
Die gelösten, niedermolekularen Zucker aus der mechanischen Trennung werden in einen Versäuerungs-Reaktor verbracht, in dem sie mikrobiologisch zu verschiedenen Kohlenstoffsäureπ und Alkoholen verstoffwechselt werden. Die Umsetzung dieses Vorganges erfolgt z.B. durch fermentative Mikroorganismen der Gattungen Pse udo- monas, Clostridium, Lactobacilhis und Bacteroides. Die Verweilzeit in diesem Prozessschritt (Schritt 601 : Acidogenese) kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel) ungefähr mit 2 Tagen angenommen werden. Die in der Acidogenese entstehenden Stoffwechselprodukte aus der Versäuerungsstufe werden anschließend in einem zweiten Reaktor, dem so genannten Methanreaktor, ebenfalls mikrobiologisch zu Essigsäure umgewandelt, wobei in diesem Schritt z.B. der Mikroorganismus Syntrophomonas wolfei beteiligt ist (Schritt 602: Acetogenese; Methanogenese).
Die gewonnene Essigsäure wird dann anaerob von Methanbildnern (z.B. Methanobac- terium bryantn) zu Methan und Kohlenstoffdioxid verstoffwechselt. Die Dauer dieses Prozessschrittes bzw. die Verweilzeit beträgt ungefähr 10 Tage, wobei der Reaktor eine COD-Beladung von ca. 15-25 kg/m3 zu bewältigen hat.
Das so gewonnene Gasgemisch (Biogas) wird aufgefangen und vorzugsweise in einem Blockheizkraftwerk (Schritte 603 Blockheizkraftwerk BHKW; Energieerzeugung 604) in Energie, vorzugsweise in thermische und elektrische Energie, z.B. mittels einer Gasturbine oder eines Gasmotors umgewandelt.
Bei der anaeroben Fermentation der Substrate im Methanreaktor verbleiben noch geringfügig Reststoffe und Flüssigkeit, die aus dem Reaktor wieder abgeführt werden müssen. Um das verbliebene Wasser aus der Fermentation wieder nutzbar zu machen, wird es in einer Membrananlage (Schritt 701 : Membranfiltration) aufbereitet. Diese Anlage kann sich aus einer oder mehreren, so zwei oder drei Stufen zusammensetzen.
So könnte mit nur einer einzigen Membranstufe (Umkehrosmose) gearbeitet werden.
Wird mit zwei Membranstufen gearbeitet, können in einer ersten Stufe (Mikro- /Ultrafiltration) beispielsweise zunächst Partikel beispielsweise mit einem Durchmesser >lμm abgetrennt werden. Das so gewonnene Permeat wird dann in der 2. Stufe durch eine Umkehrosmose weitestgehend entmineralisiert, damit es wieder als Pro- zes s wasser eingesetzt werden kann. Wird mit drei Membranstufen gearbeitet, können in einer ersten Stufe (Mikro- /Ultrafiltration) beispielsweise zunächst Partikel beispielsweise mit einem Durchmesser >lμm abgetrennt werden. Als zweite Stufe wäre in Hinsicht auf das Permeat der ersten Stufe eine Stufe der Niederdruckumkehrosmose mit dem Vorteil eines eher niedrigen Energieverbrauchs und als dritte Stufe eine Hochdruckumkehrosmose denkbar.
Die verbliebenen Retentate (Schritt 702: Retentat) aus den Aufreinigungsstufen können aufgrund des angereicherten Mineral- und Nährstoffgehaltes ggf. als Dünger ver- kauft werden.
Das Permeat ist wieder als Prozesswasser einsetzbar und kann z.B. in die Prozesswasseraufbereitung bzw. -Sammlung zurückgeleitet werden.
In den Fig. 2 bis 5 sind weitere Möglichkeiten der Prozess fuhrung zur Gewinnung der Energieträger, der Nebenproduktverwertung (Futtermittel, Quellstärke) sowie einer angehängten Prozesswassergewinnung dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine veränderte Prozessführung auf, in der der Anlagenteil des Schrittes 401 für die B-Stärke-Fasersiebung aus dem Prozess entfernt ist, da die Fasern im späteren Verfahren diesem Produktstrom wieder zugeführt werden. Aus dieser Fahrweise ergibt sich, dass die rückgewonnene Stärke aus dem Recovery- Separator (Schritt 402) wieder vor die Fasersiebung des Schrittes 302 der A-Stärke geleitet werden muss, um die A-Stärke von den Fasern wiederum zu trennen.
Fig. 3 beschreibt die alternative Verwendung des aus Variante B gewonnenen Futtermittels (Schritt 507). Anstatt diese restlichen Bestandteile als Futtermittel zu verwenden, besteht die Möglichkeit diese Stoffe (Proteine, Restfasern, etc.) ebenfalls in einer getrennten Biogasanlage in den Schritten „Acidogenese" (Schritt 601 ') und Acetoge- nese (Schritt 602') vorzugsweise parallel zu den Schritten 601 und 602 zu Methan zu fermentieren, um die Energieausbeute zu steigern. Eine weitere Möglichkeit stellt Fig. 4 dar. Um die Effektivität aufgrund der Spezifität der Enzyme zu erhöhen, werden die Peπtosane und die Kleie in eine getrennte Lique- faction (Schritt 505': Verflüssigung bzw. Liquefaction II) gefahren, wo spezielle Pen- tanasen und Cellulasen zum Einsatz kommen,
Die Feinkornstärke und Feinfasern aus dem Recovery- Separator, der Fasersiebung und der Prozesswasseraufbereitung werden ebenfalls in eine eigene Liquefaction gefahren (Schritt 505: Verflüssigung bzw. Liquefaction I).
Die Ströme aus der getrennten Liquefaction (Schritte 505 und 505') werden vor der mechanischen Trennung des Schrittes 506 wieder zusammengeführt.
Ferner ist als eine weitere Alternative die Prozessvariante der Fig. 5 anzuführen. Bei der Prozessführung dieser Variante wird auf einen Teil der Energiegewinnung zuguns- ten eines weiteren Produktes verzichtet.
Im Gegensatz zu den vorangegangenen Varianten wird die im Prozessverlauf anfallende B-Stärke nicht als Energieträger in der Gasfermentation eingesetzt, sondern als ein Wertprodukt (z.B. Quellstärke) gewonnen.
Nachfolgend sei beispielhaft die Energiebilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens betrachtet.
Zur theoretischen Betrachtung der Gasausbeute und der daraus gewinnbaren Energie dient folgende Reaktionsgleichung als Ausgangsbasis (vereinfacht):
2 C6H12O6 → 6 CH4 + 6 CO2
Molare Masse Glucose 180 g/mol für Saccharose entsprechend 360 g/mol
Molare Masse Methan 16 g/mol
Spez. Enthalpie Methan 802 KJ/mol Aus einem Kilogramm Stärke erhält man somit ca. 0,2667 Kg Methan.
Diese Menge Methan hat einen Energiewert von 13,4 MJ.
Pro Tonne Stärke kann somit eine Energiemenge von 13,4 GJ gewonnen werden.
Eine mittelgroße Weizenstärkeanlage verarbeitet ca. 10 Tonnen Mehl pro Stunde, was ungefähr einer Getreidemenge von 12,5 t/h entspricht. Für die Energiegewinnung fallen daraus ca. 2900 Kg nutzbare Kohlenhydrate an. Eine Anlage mit dieser Verarbeitungsleistung kann somit theoretisch in einer Stunde rund 10,8 MWh Energie erzeugen.
Der geschätzte Energiebedarf einer solchen Anlage (ohne B -Stärke-Trocknung, Fasertrocknung und Eindampfanlage) beträgt ungefähr 307,5 KWh/t Mehl elektrisch und 2,2 GJ/ 1 Mehl thermisch (Dampf).
Geht man bei der Umsetzung von Methangas in elektrische Energie von einem realistischen Wirkungsgrad von η = 0,3 aus, so können aus dem aus der Stärke gewonnenen Gas 326 KWh elektrische Energie pro Tonne Mehl gewonnen werden.
Geht man ferner davon aus, dass durch eine Kraft- Wärme-Kopplung die verlorene Energie bei der Stromerzeugung in Wärme und letztlich in Dampf umgesetzt werden kann, stehen für die Dampferzeugung noch 2,74 GJ/t Mehl an Energie zur Verfügung. Mit einem Wirkungsgrad von η = 0,88 ergibt sich somit eine Energiemenge von 2,4 GJ die in die Dampferzeugung einfließen kann.
Es ist ersichtlich, dass die benötigte Energie für den Betrieb der Anlage aus der gewonnenen Energie der Biogasproduktion abgedeckt wird und diese somit energieautark betrieben werden könnte.
Zum Vergleich sind in der Literatur folgende Werte für die Gas-Ausbeute aus Biogas- anlagen zu finden:
Aus Kohlenhydraten 790 Ln Biogas / Kg TS mit einem Methananteil von 50% Energiegehalt Biogas ca. 5 KWh/Nm3 (Erdgas: ca. 10 KWh/Nm3)
Somit erhält man aus 290 kg Kohlenhydraten / 1 Mehl ungefähr eine Energiemenge von 1145,5 KWh/t Mehl, bei einer Anlagenleistung von 10 t/h entsprechend 11,45 MWh.
Ln: Norm-Liter
Nm3: Norm-Kubikmeter
TS: Trockensubstanz

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung eines Wertproduktes, insbesondere von Stärke und/oder Protein, aus einem Getreidemehl, bei dem i. das Getreidemehl mit Frisch- oder Prozesswasser zu einem Teig vermischt wird, iL der Teig in wenigstens zwei Fraktionen getrennt wird, insbesondere zentrifugal in eine schwere A- Stärke-Fraktion, in eine Protein- und B-Stärke-Fraktion (Düsen-Phase des Dekanters) und in eine Pentos an-Fraktion, dadurch gekennzeichnet, dass iii. aus wenigstens einer der bei der Trennung des Schrittes ii. erhaltenen Fraktionen Biogas erzeugt wird, das zur Energieerzeugung verwendet wird, und iv. wobei die zur Biogaserzeugung verwendete Fraktion wenigstens einem Lϊquefactionsschritt (Schritt 505) und einer Phasentren- nung (Schritt 506) unterzogen wird, wobei aus der flüssigen Phase der Phasentrennung (Schritt 506) das Biogas erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die i. Proteinfraktion in Verfahrensschritten zur Proteinverarbeitung zu einem Proteinprodukt weiterverarbeitet wird ü. die A-Stärke-Fraktion zu einem A- Stärkeprodukt weiterverarbeitet wird und iii. aus wenigstens einer oder beiden Fraktionen der B-Stärke- Fraktion und der Pentosanfraktionen das Biogas erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die B -Stärke mit Kleie und der Pentosanfraktion aus der Dreiphasentrennung (Schritt 102) zu Biogas verarbeitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Liquefaction (Schritt 505) verschiedene Stoffströme aus dem Verfahren in einer Prozesswasseraufbereitung (Schritt 501) zusammengeführt wer- den.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesswasseraufbereitung (Schritt 501) die Pentosanfraktion (Schritt 102), der Über- schuss des Prozesswassers aus Schritt 402 (Schritt 402: Stärke-Recovery bzw. -Rückgewinnung) sowie ggf weiterer Prozesswasserüberschuss aus anderen
Verfahrensschritten zusammengeführt werden.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch, aus welchem das Biogas erzeugt werden soll, insbesondere das zusammengeführte Gemisch aus Anspruch 4 oder 5, in dem Liquefacti- onsschritt (Schritt 505) einer enzymati sehen und vorzugsweise thermischen Behandlung unterzogen wird, um Proteine zu koagulieren und um makromolekulare Kohlenstoffverbindungen (Stärke, Cellulosen, Hemicellulosen) in kleinere Einheiten (z.B. Glucose, Maltose, Fructose) aufzuspalten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Aufspaltung makromolekularer Kohlenhydrate und eine anschließende Verzuckerung vorzugsweise verschiedene Enzyme (z.B. Cellulasen (Genencor 220); und SPEZYME FRED (Genencor)) den Strömen in der Liquefaction hinzugegeben werden, die bei verschiedenen Temperaturstufen wirksam werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Enzyme den Strömen in der Liquefaction hinzugegeben werden, die bei verschiedenen Temperaturstufen I von 40°- 60° C, insbesondere 45° bis 55°C, beispielsweise 50° C und II von 80° C bis 950C, insbesondere 85° C bis 950C, beispielsweise 900C wirksam werden, so dass bei der stufenweisen Temperaturbehandlung parallel Eiweiße denaturiert werden, die zusammen mit den Feinfasern und Phospholi- poproteinen als so genanntes Eiweiß-Koagulat ausgefällt werden und dass zusammen mit diesem Koagulat auch Phosphor-, Schwefel- und Stickstoffverbindungen ausgefällt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem der Liquefaction folgenden Prozessschritt der Phasentrennung (Schritt 506: Phasentrennung) (Dekanter, selbstklärender Separator oder 3-Phasen- Separator) die in der Liquefaction gefällten festen Bestandteile von der flüssigen Phase getrennt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die entwässerte Masse aus der Phasentrennung (506) als Futtermittel, Düngungs- oder Verbrermungsmaterial verwertet wird (Schritt 507).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasentrennung (Schritt 506) in einem Dekanter, einem selbstklärenden Separator, in einem 3-Phasen-Separator oder mittels einer Filtration erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gelöste Stoffe, insbesondere niedermolekulare Zucker, aus der Phasentrennung (Schrittes 506) einer Acidogenese (Schritt 507) unterzogen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gelösten Stoffe, insbesondere die niedermolekularen Zucker, bei der Acidogenese (Schritt 507) in einen Versäuerungs-Reaktor verbracht werden, in dem sie mikrobiologisch zu verschiedenen Kohlenstoffsäuren und Alkoholen verstoffwechselt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- weilzeit in der Acidogenese (Schritt 507) weniger als 4 Tage, vorzugsweise 2
Tage, beträgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Acidogenese (Schritt 507) entstehenden Stoffwechselprodukte aus der Versäuerungsstufe anschließend in einem zweiten Reaktor, dem so genannten Methanreaktor, mikrobiologisch zu Essigsäure umgewandelt werden (Schritt 602: Acetogenese; Methanogenese) und dass die gewonnene Essigsäure vorzugsweise dann anaerob von Methanbildnern (z.B. Methanobacterium bryantn) zu Methan und Kohlenstoffdioxid verstoffwechselt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Prozessschrittes (507) bzw. die Verweilzeit weniger als 14 Tage, vorzugsweise 10 Tage, beträgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor eine COD-Beladung von ca. 15-25 kg/m3 zu bewältigen hat.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gewonnene Gasgemisch (Biogas) aufgefangen und vorzugsweise in einem Blockheizkraftwerk (Schritte 603 Blockheizkraftwerk BHKW; Energieerzeugung 604) in Energie, vorzugsweise in thermische und/oder elektri- sehe Energie, z.B. mittels einer Gasturbine oder eines Gasmotors umgewandelt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeit aus dem Reaktor in einer wenigstens einstufigen Membrananlage einer Filtration unterzogen wird (Schritt 701 : Membranfiltration).
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stufe Partikel mit einem größeren Durchmesser abgetrennt werden und dass das so gewonnene Permeat in der 2. Stufe durch eine Umkehrosmose so ent- mineralisiert, dass es wieder als Prozesswasser eingesetzt werden kann.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stufe Partikel mit einem größeren Durchmesser abgetrennt werden und dass das so gewonnene Permeat in der 2. Stufe einer Nieder druckumkehrosmose in einer dritten Stufe einer Hochdruckumkehrosmose unterzogen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Permeat in die Prozesswasseraufbereitung (501) zurückgeleitet wird.
23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pentosane und die Kleie in einer ersten Liquefaction (Schritt 505 ':
Verflüssigung bzw. Liquefaction II) und Feinkornstärke und Feinfasern in einer separaten Liquefaction in getrennten Strömen verarbeitet werden (Schritt 505: Verflüssigung bzw. Liquefaction I).
24. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ströme aus der getrennten Liquefaction (Schritte 505 und 505') vor der Phasentrennung (Schritt 506) wieder zusammengeführt werden.
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