FI118596B - Menetelmä biomassan käsittelemiseksi - Google Patents

Description

118596

MENETELMÄ BIOMASSAN KÄSITTELEMISEKSI FÖRFARANDE FÖR ATT BEARBETA BIOMASSA

KEKSINNÖN ALA

5 Keksintö liittyy menetelmään biomassan käsittelemiseksi ja erityisesti sellaiseen menetelmään biomassan käsittelemiseksi, jossa biomassaa kuivataan prosessissa, jossa olennainen osa kuivattua biomassaa kierrätetään takaisin sekoitettavaksi prosessiin tulevaan biomassaan. Keksintö liittyy myös erilaisten biomassojen biologiseen hyödyntämiseen.

10 KEKSINNÖN TAUSTA

Monia biomassoja, kuten turvetta, lietteitä ja erilaisia kasvijätteitä hyödynnetään biologisesti esimerkiksi kasvualustoissa, lannoitteissa, yleensä maanparannuksessa tai biokaasun tuottamisessa bioreaktoreissa. Huomattava ongelma tässä on se, että nämä, kuten monet muutkin biomassat, sisältävät runsaasti kuituainesta, pitkäketjuisia hiiliyhdisteitä, kuten sel-15 luloosa, hemiselluloosaa jne., jota mikro-organismien on vaikea käyttää hyväksi. Selluloosan hajottaminen lyhytketjuisemmiksi yhdisteiksi, kuten sokereiksi, tehostaa biologisia prosesseja. Myös esimerkiksi paperiteollisuuden jätemassoissa on merkittävä osa biomassaa, enimmäkseen selluloosakuitua, ja selluloosan hajottaminen voi olla edullinen ratkaisu myös näiden massojen käsittelyssä.

20 Kompostoinnissa esiintyy lähinnä termofiilisellä alueella mikro-organismeja, jotka ha jottavat myös selluloosaa. Tehokas termofiilinen kompostointi, joka edellyttää esimerkiksi : lämpötilan pitämistä noin 60 °C:ssa, on mahdollista vain hyvin hallitussa kompostointireak- ··· · torissa. Kompostointiin tarvittava aika on joka tapauksessa useita päiviä, ja kompostoitu ···♦ massa on vielä jälkikäsiteltävä, esimerkiksi kuivattava tai jälkikypsytettävä ja sekoitettava .*··. 25 erilaisiin parannusaineisiin, jotta siitä saadaan käyttökelpoinen tuote. Kompostointi myös • · ; kuluttaa biomassasta hiiltä ja tuottaa hiilidioksidia. Suurten biomassamäärien kompostointi • » · reaktorissa on myös suhteellisen kallis ratkaisu.

• ·

Entsyymien käyttäminen kompostoinnin tehostamiseen on tunnettua. Tavanomaisessa . . kompostoinnissa on kuitenkin ongelmallista saada entsyymi levitetyksi tehokkaasti kompos- * · * 30 rimassaan. Myös kompostissa vallitseva lämpötila on harvoin entsyymin toiminnalle suotui- * · • · *Γ sa, toisin sanoen mielellään yli 60 °C. Esimerkiksi sellulaasin käyttö parantaa jonkin verran • · :.*·· selluloosan hajoamista kompostoinnissa mutta ei muuten vähennä merkittävästi kompos- ·· :: toinnin haittapuolia biomassan käsittelymentelmänä.

Julkaisussa JP 10120482 A on esitetty menetelmä kompostoinnin kiihdyttämiseksi li- ♦ . * * *. 35 säämällä kompostimassaan esimerkiksi etenkin ligniiniä hajottavaa ksylanaasia ja selluloo- i·· 2 118596 saa hajottavaa sellulaasia. Julkaisussa JP 52107970 A on esitetty samantapainen varsin väljästi määritelty menetelmä kasviperäisen aineksen käsittelemiseksi.

Hakijan kansainvälisessä patenttihakemuksessa WO 00/58229 esitetään lietteen käsittelyä ja hyödyntämistä koskeva ratkaisu, jossa liete kuivataan hydrofobisoiduiksi rakeiksi ja 5 olennainen osa kuivatuista rakeista kierrätetään takaisin lietteen tartuttamiseksi hydrofobi-soitujen rakeiden pintaan. Käsittelyyn voi sisältyä myös kompostointi, jolloin rakeiden kiertäminen useita kertoja termofiilisellä alueella tapahtuvan kompostoinnin kautta hajottaa suhteellisen hyvin myös kuituainesta, kuten selluloosaa. Ratkaisussa on silloin myös edellä todetut kompostointiratkaisun haittapuolet.

10 Julkaisun WO 00/58229 esittämässä toisessa vaihtoehdossa liete käsitellään pelkästään kuivaamalla ja rakeita kierrättämällä. Tämä menetelmä, joka on perustana tässä esitetylle ratkaisulle, on erittäin nopea ja taloudellisesti edullinen, mutta kuituaines ei hajoa käsittelyssä eikä lopputuote siten ole biologista hyödyntämistä ajatellen paras mahdollinen.

Julkaisussa JP 2001025799 A on esitetty lietteenkäsittelymenetelmä, jossa selkeytyk-15 sestä tulevaan ns. tiivistettyyn lietteeseen (tavanomainen kuiva-ainepitoisuus 3 - 5 %) sekoitetaan sopivia entsyymejä, lähinnä sellulaasia. Tarkoituksena on hajottaa solujen seinämiä ja solukalvoja lietteessä, jotta sen edelleenkuivaaminen helpottuisi. Entsyymin lisäys tapahtuu altaassa, johon on voitu lisätä sekoitus ja lämmitys entsyymin vaikutuksen parantamiseksi. Entsyymikäsittelyn jälkeen lietettä kuivataan edelleen mekaanisesti esimerkiksi linkoamalla 20 tai suotonauhapuristamilla, jonka jälkeen lietteen kuiva-ainepitoisuus on julkaisun mukaan ollut 26 %. Vasta sen jälkeen liete kuivataan ilmeisesti termisessä kuivurissa. Entsyymin li- . . sääminen tiivistettyyn lietteeseen ei vaikuta lainkaan järkevältä, koska entsyymin kunnolli- • · · ** V sen vaikutuksen aikaansaamiseksi liete, josta on 95 % vettä, on lämmitettävä 60 - 70 °C:een, ·«· **'*. mikä vaatii runsaasti energiaa. Käsityksemme mukaan entsyymin lisääminen näin märkään 25 lietteeseen ei myöskään ole sen vaikutuksen kannalta edullista.

• · • ♦

Tunnettua on myös sellulaasin tai muiden entsyymien lisääminen joko kaasutusreakto- • » · "j/ riin tai hapotusreaktoriin tuotettaessa kaasua biomassasta. Entsyymin vaikutusta heikentää • · *···* silloin se, että olosuhteet reaktoreissa eivät yleensä ole entsyymin toiminnan kannalta suo tuisat, Mädätysprosessit toimivat yleensä mesofiilisella alueella, ja lämpötila on siksi alle 40 • · * * 30 °C, mikä on entsyymeille liian alhainen. Reaktoreihin syötetään yleensä liete, jonka vesipi- • · '···* toisuus on 80 -95 %, ja entsyymit laimenevat liikaa.

• · • · · • *· * · YHTEENVETO KEKSINNÖSTÄ ··· “

Keksinnön tarkoituksena on ensinnäkin saada aikaan tehokas ja taloudellinen menetel- • · · .·♦·, 35 mä biomassojen hyödyntämistä varten.

··· 3 118596

Keksinnön tarkoituksena on erityisesti saada aikaan menetelmä, jolla parannetaan merkittävästi mahdollisuuksia hyödyntää biologisesti erilaisia biomassoja, kuten lietteitä, kerättyä biojätettä tai turvetta.

Keksinnön tarkoituksena on lisäksi saada aikaan käsittelymenetelmä, joka varmistaa 5 biomassan hygienisoinnin ja täyttää kiristyvien ympäristösäädösten vaatimukset.

Keksinnön vielä eräänä tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla käsitelty biomassa on turvallisesti ja helposti käsiteltävää ja käytettävää ja soveltuu moniin hyödyntä-mistarkoituksiin.

Näiden tarkoitusten saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle biomassan kä-10 sittelemiseksi, jossa menetelmässä biomassaa kuivataan prosessissa, jossa olennainen osa kuivattua biomassaa kierrätetään takaisin sekoitettavaksi prosessiin tulevaan biomassaan, on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Muissa patenttivaatimuksissa määritellään keksinnön eri suoritusmuotoja.

Keksinnön mukainen menetelmä on erityisen edullinen, koska samat olosuhteet sopivat 15 hyvin sekä biomassan kuivaamiseen että tehokkaaseen käsittelyyn entsyymeillä, kuten sellu-laasilla. Myös biomassan kierrättämisellä on edullinen vaikutus sekä kuivauksessa että ent-syymikäsittelyssä. Sekoituksessa lisätty kostea biomassa kerrostuu kuivan massan rakeiden tai partikkeleiden päälle, mikä helpottaa kuivumista. Entsyymi tai entsyymiseos, jota lisätään aina uutta biomassaa lisättäessä, vaikuttaa tehokkaimmin lisättyyn massaan. Koska 20 biomassa kiertää prosessissa, niin se käy keskimäärin läpi useita entsyymikäsittelyitä, mikä luonnollisesti parantaa entsyymien vaikutusta.

• · • » ·

"Y PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

··« * ” \ Keksintöä ja sen eräitä suoritusmuotoja kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin vii- • » ... 25 täten oheen liitettyihin piirustuksiin, joista: • · kuva 1 esittää kaavamaisesti erästä prosessia keksinnön mukaisen menetelmän sovelta- • · · *‘Y miseksi, • ♦ • · kuva 2 esittää kaavamaisesti erästä toista prosessia keksinnön mukaisen menetelmän . , soveltamiseksi ja • · · • a · 30 kuvat 3 - 5 esittävät keksinnön mukaisen menetelmän suoritusmuotoja.

• · * ·

Y·: KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

··· *... · Esimerkiksi selluloosan hajottamiseen kehitetään jatkuvasti entistä parempia entsyymi- a valmisteita. Sama koskee hemiselluloosaa hajottavia hemisellulaaseja. Sellulaasi pilkkoo m 35 selluloosan glukooseiksi ja muiksi lyhytketjuisemmiksi hiiliyhdisteiksi. Entsyymivalmisteet 4 118596 kehitetään usein tiettyihin käyttötarkoituksiin, tiettyjen biomassojen käsittelyä varten, ja ne sisältävät silloin monesti useita eri entsyymejä. Eri sellulaaseilla vaikutukselle optimaaliset olosuhteet vaihtelevat. Tässä hakemuksessa esitettyihin ratkaisuihin sopivat parhaiten entsyymit, joiden vaikutukselle suotuisa lämpötila-alue on 60 - 70 °C ja hajotettavan biomassan 5 kuiva-ainepitoisuus on 60 -70 %. Sellulaasientsyymeille yleinen vaikutukselle suotuisa pH-alue on 3,5 - 5,5, joka on ominainen esimerkiksi turpeelle ja vihannesperäiselle biojätteelle. Sellulaasientsyymejä valmistetaan myös pH-alueelle 6-8, joka on tyypillinen esimerkiksi monille lietteille.

Merkintä % tarkoittaa jäljempänä kaikissa yhteyksissä prosenttia painosta.

10 Kuvan 1 esimerkissä perustana on lietteen suoraan rakeistukseen tarkoitettu prosessi. Prosessi vastaa kuvassa 3 esitettyä menetelmää.

Prosessin lopputuotteena ovat esimerkiksi noin 95 %:n kuiva-ainepitoisuuteen kuivatut rakeet. Kuivaus ja rakeistus tapahtuvat rummussa 6, jonka loppupäästä kuivatut rakeet otetaan seulalle 7 ja jaetaan niin, että haluttu fraktio otetaan prosessista lopputuotteena ulos ja 15 varastoidaan kuivaraesiiloon 9 ja olennainen osa kierrätetään murskaimen 8, kiertokuljetti-men 10 ja kiertoraesäiliön 3 kautta takaisin prosessin alkuun. Rakeet kuivuvat tehokkaasti myös kierron aikana. Seulalle, murskaimelle ja kiertokuljettimelle on järjestetty viileän kuivan ilman puhallus, ja kiertoraesäiliöön 3 puhalletaan puhaltimella 12 kuivaa ilmaa. Murskaamalla varmistetaan, että takaisin kierrätettyjen rakeiden päälle muodostuvat uudet rakeet 20 ovat esimerkiksi hygienisointia ajatellen riittävän pieniä. Prosessiin tuodaan lietesiilon 1 kautta niin sanottu kuivattu liete, jonka kuiva-ainepitoisuus on 20 - 30 %. Tähän sekoitetaan , . sekoittimessa 2 niin suuri määrä takaisin kierrätettyjä rakeita, että seoksen kuiva-ainepitoi-

• · I

***,: suus on esimerkiksi 50 - 55 %. Sekoituksen yhteydessä massaan lisätään viitenumeron 4 M· osoittamalla tavalla entsyymiä tai entsyymiseosta. Sekoitettu massa, jossa uusi märkä liete ] ^ 25 on kerrostunut kuivien rakeiden pintaan, voidaan syöttää suoraan rumpuun 6. Se voidaan * · * · * * * myös puristaa suuttimen 5 avulla paloiksi, jotka syötetään rumpuun. Kokemuksen mukaan • · · ϊ·ί t palaksi puristaminen nopeuttaa kuivumista, ja mitä ilmeisimmin se myös auttaa entsyymin • · · *...· sekoittumista tehokkaasti ja tasaisesti massaan. Palat ovat esimerkiksi poikkileikkaukseltaan pyöreitä paloja, joiden halkaisija on 5 -10 cm. Jatkuvasti pyörivässä kuivausrummussa 6 sii- • · : 30 vet sekoittavat massaa, joka kulkeutuu vähitellen rummun syöttöpäästä toista päätä kohti, josta tuodaan rumpuun lämpöyksikön 11 lämmönvaihtimen kautta lämmitettyä kuivaa il- ;\j maa. Imuri 13 imee rummun syöttöpäähän alipaineen, jonka vaikutuksesta lämmin ilma kul- • · .***, keutuu tehokkaasti kuivattavan massan läpi kohti rummun syöttöpäätä. Poistoilma puhdiste- ···* taan syklonissa 14 ja johdetaan poistoilmapiipun 15. Poistoilma voidaan johtaa piippuun » * « 35 myös esimerkiksi lämmönvaihtimen tai hajunpoistolaitteiston kautta.

• · • · • · · 5 118596

Rummun 6 toiminta voi olla jatkuvaa siten, että tietty määrä uutta lietettä ja vastaava määrä kiertoraetta otetaan sekoittimeen esimerkiksi 2 tunnin välein, ja samalla lisätään tietty määrä entsyymiä tai entsyymiseosta. Lisättävä sellulaasivalmiste voi olla esimerkiksi AB Enzymes GmbH:n valmiste nimeltä Econase CE, jota arvioidaan tarvittavan 1 kg biomassan 5 kuiva-ainetonnia kohti. Koska biomassaa kierrätetään prosessissa ja entsyymi siten vaikuttaa siihen useita kertoja, sopiva kerralla lisättävä entsyymimäärä voi olla esimerkiksi 0,5 kg si-säänotetun uuden lietteen kuiva-ainetonnia kohti. Entsyymi voidaan ennen sekoittamista biomassaan laimentaa vedellä esimerkiksi suhteessa 1:2 -1:5. Lisäämällä laimentamalla entsyymin määrää se saadaan helpommin sekoittumaan biomassaan tasaisesti.

10 Kuvan 3 menetelmässä tulevan biomassan, jonka kuiva-ainepitoisuus on 20 - 30 %, sekoitus takaisinkierrätettyyn rakeeseen tapahtuu vaiheessa 31, jossa samalla lisätään tietty, esimerkiksi yllä mainittu, määrä entsyymiä tai entsyymiseosta massaan. Sekoitettu massa, jonka sopiva kuiva-ainepitoisuus on 50 - 55 %, voidaan puristaa paloiksi vaiheessa 32 tai siirtyä suoraan vaiheeseen 33, jossa tapahtuu massan kuivaus ja rakeistus. Vaiheessa 33 15 massa lämmitetään ensiksi valittujen entsyymien toimintaa ajatelleen suotuisaan lämpötilaan. Esimerkiksi edellä mainittu entsyymivalmiste Econase CE vaikuttaa parhaiten lämpötila-alueella 60 - 70 °C. Massa lämmitetään silloin ensiksi tälle lämpötila-alueelle, jossa sitä sitten pidetään esimerkiksi 1 tunti, joka on tällä entsyymillä riittävä vaikutusaika. Entsyymin vaikutuksen kannalta parhaana pidetty kuiva-ainepitoisuus on 60 - 65 %. Kun massaa käsi-20 tellään sekoituksella ja kuivausilman kierrolla varustetussa rummussa, myös sen kuiva-ainepitoisuudessa päästään entsyymikäsittelyn aikana ainakin lähelle parhaita mahdollisia käsit- , e telyolosuhteita.

» · » i i t ***/ Massan hygienisoitumisen varmistamiseksi lämpötila voidaan sen jälkeen nostaa esi- • « · merkiksi 75 - 80 °C:een vähintään 1 tunnin ajaksi. Sen jälkeen kuivausta jatketaan esimer- *m 1 2 3 25 kiksi edelleen yli 70 °C:n lämpötilassa, kunnes rakeiden kuiva-ainepitoisuus on 70 - 95 %, • · '···1 esimerkiksi yllä mainittu noin 80 %. Rummusta ulos otetut rakeet seulotaan vaiheessa 34, · ¥ • · · ί·ί i josta haluttu fraktio ja määrä otetaan talteen kuivien rakeiden varastoon ja tarvittava sopiva ··· *·..1 määrä kierrätetään murskausvaiheen 35 jälkeen takaisin prosessin alkuun.

Tässä kuvattuun tarkoitukseen sopivat sellulaasientsyymit toimivat parhaiten lievästi • 1 : 30 happamissa olosuhteissa pH:n ollessa mielellään alle 6. Siksi liete tai muu biomassa, jonka ··· *...· pH on yleensä jonkin verran korkeampi, voidaan käsitellä entsymoinnin yhteydessä esimer- kiksi pH:ta alentavalla laimennetulla hapolla, kuten etikkahapolla, tai voimakkaasti laimen- • · 1 “ ♦ netulla suolahapolla.

···

Rumpukuivurissa tai rakeistimessa käsiteltävän massan lämpötila pidetään hygienisoin- • · 1 !„ 35 nin varmistamiseksi vähintään 75 °C:ssa vähintään 1 tunti, ja aina uuden massan lisäämisen 2 • t 3 , 118596 6 jälkeen toistetaan edellä mainittu hygienisointikäsittely. Jos prosessi on jatkuvasti toimiva, varmistetaan, että massan kulussa ruumun läpi on hygienisoinnin varmistava jakso.

Massan lämpötilaa ei käsityksemme mukaan ole järkevää nostaa missään vaiheessa ainakaan merkittävästi mainitun alueen 70 - 80 °C yläpuolelle. Se saattaisi ensinnäkin aiheut-5 taa tulipalovaaran, koska lämpötilan noustessa esimerkiksi pölyn syttymisvaara aina kasvaa ja koska biomassoissa voi olla, kuten esimerkiksi turpeessa on, herkästi syttyviä kaasuuntuvia ainesosia. Toisaalta myös kuivausprosessi on taloudellisin ja helpoimmin toteutettava ja hallittava, kun pitäydytään mainituissa lämpötiloissa. Entsyymien toiminnan lisäksi myös massan kuivuminen on osittain biologinen prosessi, jossa myötävaikuttaa myös biologisten 10 reaktioiden kehittämä lämpö, ja prosessin biologisen toimivuuden kannalta sopivimmat lämpötilat ovat mieluummin alle kuin yli 70 °C. Kuivaus- tai rakeistusrumpuun syötetyn ilman lämpötila on luonnollisesti jonkin verran korkeampi kuin tavoiteltu massan lämpötila.

Biomassan kuivuminen jatkuu kierrätyksen aikana seulassa, murskaimessa, kiertohih-nalla ja kierrätysmassan säiliössä niihin jäljestetyn viileän kuivan ilman puhalluksen ja kos-15 tean ilman poiston avulla. Tämän kuivausilman sopiva lämpötila on esimerkiksi 15-20 °C. Rummusta tulevat lämpimät rakeet kuivuvat kuivaan viileään ilmaan tuotuina tehokkaasti suuren höyrynpaine-eron ansiosta ja samalla kutistuvat ja kiinteytyvät. Tuloksena on kiinteitä rakeita, joiden kuiva-ainepitoisuus on 80 - 95 °C.

Hygienisointi varmistetaan paitsi edellä kuvatulla lämpökäsittelyllä myös sillä, että 20 kierrätetyt rakeet murskataan riittävän pieniksi, jotta niiden päälle muodostuvat uudet rakeet ovat riittävän pieniä, niin että lämpötila nousee niissä kauttaaltaan riittävän korkeaksi. Kos- , , ka massaa on jo hygienisointivaihetta ennen pidetty lähellä hygienisointilämpötilaa, niin "V lämpötilan nouseminen riittävän korkeaksi on käytännössä varmaa. Huomattakoon myös, et- ··» •***t tä mikäli menetelmään kuuluu massan puristaminen paloiksi ennen kuivauksen ja lämpökä- 25 sittelyn aloittamista, niin suurin osa paloista yleensä hajoaa täysin lämpökäsittelyn aikana * * ***** ennen hygienisointivaihetta. Mikäli suurempia paloja säilyy käsittelyssä, niin pitoaikaa hy- * · ί·ϊ ϊ gienisointilämpötilassa voidaan pidentää vastaavasti.

• « · • · *···* Kuvan 4 menetelmä käsittää olennaisesti samat vaiheet kuin kuvan 3 menetelmä, ja ai noastaan rakeistus-ja kuivausvaihe 33' eroaa kuvan 3 vastaavasta vaiheesta sikäli, että ent- • ♦ : 30 syymien lisääminen tapahtuu vaiheen 33' alussa eikä sekoitusvaiheessa 31 ja että biomassa ··· lämmitetään siksi sekoittaen 60 - 70 °C:een.

:*·.· Kuvassa 2 esitetään toinen esimerkki prosessista, jossa on sovellettu keksinnön mu- • · ·***· kaista menetelmää. Esimerkki vastaavasta menetelmästä on esitetty kuvassa 5. Entsyymikä- ··· ,1. sittely tapahtuu reaktorissa 22, joka on varustettu lämmityslaitteella 26,27. Biomassa lisä-

• · S

I.» 35 tään reaktoriin päältä, ja reaktorin pohja 23 on konstruoitu niin, että massa pääsee sen läpi • * *** pohjan alla olevaan kuljettimeen 24 ja toisaalta reaktoriin pääsee nuolten A osoittamalla ta- 7 118596 valla ilmaa, jonka kiertoa tehostaa imuri 28. Massa puretaan entsyymikäsittelyn jälkeen kuljettimen 24 avulla kuivuriin 25, jolla se kuivataan kuiva-ainepitoisuuteen 70 - 95 %. Kuivaamiseen voi liittyä rakeistus, ja se voidaan suorittaa samaan tapaan, kuin edellä kuvattiin kuvan 1 prosessiin liittyen. Kuivatusta massasta osa viedään varastoon 28 ja osa kierrätetään 5 seulan 7 ja murskaimen 8 kautta takaisin prosessin alkuun sideainesiiloon 19, johon voidaan tuoda myös muuta kuivaa biomassaa, esimerkiksi selluloosapitoista massaa, käytettäväksi sideaineena prosessissa. Prosessiin lisättävä käsiteltävä biomassa tuodaan siiloon 16 ja siitä murskaimen 17 kautta sekoittimeen 20, jossa siihen sekoitetaan kierrätettyä kuivaa biomassaa ja mahdollisesti muuta sideainetta siilosta 19, niin että seoksen kuiva-ainepitoisuus on 10 esimerkiksi 50 - 55 %. Sekoittimessa massaan lisätään entsyymiä tai entsyymiseosta tietty määrä suhteessa prosessiin tuodun biomassan kuiva-aineen määrään samalla tavoin, kuin kuvattiin edellä liittyen kuvan 1 prosessiin ja kuvan 3 menetelmään. Sekoitettu ja entsymoi-tu biomassa voidaan syöttää reaktoriin 22 suoraan tai myös tässä tapauksessa palasuuttimen 21 avulla paloiksi puristettuna.

15 Erästä mahdollista lämpökäsittelyä entsymointireaktorissa kuvataan viitaten kuvaan 5. Vaiheiden 36, 37 ja 38 murskaaminen, sekoittaminen, entsyymien lisääminen ja mahdollinen puristaminen palaksi ovat esimerkiksi edellä kuvatun kaltaisia. Vaiheessa 39 massa lämmitetään reaktorissa ensin esimerkiksi 60 - 70 °C:een, jossa sitä pidetään 1 tunti, joka on entsyymien vaikutukselle riittävä aika. Sen jälkeen massa lämmitetään hygienisoitumisen 20 varmistamiseksi 75 °C:n lämpötilaan 1 tunnin ajaksi. Vaiheessa 40 reaktorista purettu massa kuivataan kuiva-ainepitoisuuteen 70 - 95 %, ja osa siitä otetaan lopputuotteena varastoon ja , . osa kierrätetään takaisin sekoitettavaksi prosessin alussa prosessiin tulevaan biomassaan.

• · · *'*.* Jos sellulaasilla käsitelty biomassa, kuten mädättämön hydrolyysij äännös tai erillikerä-

IM

**·*, tyn biojätteen lopputuotteet haisevat, niin hajuhaittaa voidaan poistaa esimerkiksi vetyperok- t* 25 sidikäsittelyllä. Tällöin voidaan käyttää esimerkiksi 40-prosenttista vetyperoksidia, jota lai- • · [·*·’ mennetaan suhteessa 1:2 -1:5. Vetyperoksidi hapettaa hajukaasuja, kuten rikkivetyä. Samal- • · · ϊ la vetyperoksidi hygienisoi esimerkiksi lietettä tai biojätettä, toisin sanoen tappaa niissä • · * · · · * mahdollisesti olevia patogeenej aja kasvitautien aiheuttaj ia. Vetyperoksidi tappaa muun muassa sulfideja pelkistäviä Clostridium-bakteereja.

• ·

• I I

ί.ί : 30 Myös turpeella on absorboivia ominaisuuksia, ja turve sisältää antiseptisiä ja hajua poistavia ainesosia. Turpeen lisääminen sideaineeksi esimerkiksi lietteeseen tai biojättee-seen (esimerkiksi 10 -15 % turvetta) vähentää hajuhaittoja lopputuotteessa.

• · :*'*· Keksinnön mukaisella menetelmällä käsiteltävä biomassa voi olla esimerkiksi kuivattu ··· jätevesiliete, kuten kuvan 1 prosessissa. Menetelmällä voidaan käsitellä myös mädättämön • « · t.» 35 hydrolyysijäännös. Käsiteltävä biomassa voi sisältää myös maa- tai karjatalouden biomas- • · saa, jossa on runsaasti selluloosaa ja hemiselluloosaa, tai elintarviketeollisuuden jätteenä „ 118596

O

syntyvää biomassaa. Biomassa voi sisältää myös jyrsin- tai imuturvetta tai murskattua pala-turvetta. Myös turvetta sinänsä voidaan edullisesti käsitellä keksinnön mukaisella menetelmällä. Edelleen biomassa voi sisältää puusta tai muista kasveista peräisi olevaa ainesta, kuten parkkia, kuorikuonaa, sahanpurua, haketta tai olkea, tai paperijätettä, jota on esimerkiksi 5 erilliskerätyssä biojätteessä usein huomattavia määriä. Käsiteltävä massa voi olla myös jäte-massaa, josta vain osa on biomassaa, esimerkiksi paperiteollisuuden jätteenä syntyvää kuitu-savea, jonka tyypillinen koostumus on 25 % biomassaa (kuitua), 25 % savea ja 50 % vettä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä käsitelty biomassa on kuivaa, hygienisoitua massaa (useissa tapauksissa rakeistettua), jossa selluloosa ja mahdollisesti hemiselluloosa on 10 saatu merkittävässä määrin hajotetuksi entsyymikäsittelyllä samalla kun massa on kuivattu. Tästä syystä lopputuote soveltuu hyvin esimerkiksi maanparannusaineeksi tai perusmateriaaliksi biolannoitteen valmistamiseen. Biokaasun tuottamisessa selluloosapitoisen biomassan käsittely keksinnön mukaisella menetelmällä ennen syöttämistä bioreaktoriin parantaa merkittävästi kaasuntuotantoa, koska mikrobien käytettävissä on merkittävästi enemmän ly-15 hytketjuisia hiiliyhdisteitä kuin massassa alunperin. Esimerkiksi liete voidaan käsitellä keksinnön mukaisella menetelmällä rakeiksi, jotka syötetään suoraan mädätysreaktoriin. Rakeistettu massa soveltuu hyvin myös erilaisten biosuodattimien toteuttamiseen esimerkiksi jäteveden puhdistuksessa.

Edellä esitetyt arvot, kuten lämpötilat, käsittelyajat, kuiva-ainepitoisuudet ja lisättävät 20 entsyymimäärät, ovat vain esimerkkejä. Esimerkiksi entsyymivalmisteiden kehittyessä muut arvot voivat tulla edullisemmiksi keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamisessa. Edellä . . kuvattuihin esimerkkiprosesseihin on sisällytetty hygienisoinnin varmistava vaihe. Voi olla • · *·*.* myös sovelluksia, joissa se ei ole tarpeen, ja massan lämpötila voidaan pitää hiukan alhai- • aa *···. sempana koko prosessin ajan.

()< 25 Kuivausvaiheeseen tulevan biomassan kuiva-ainepitoisuus voi vaihdella esimerkiksi *—1 alueella 40 - 65%.

« a • · a ·"_· Myös menetelmän soveltamisessa käytettyjen kuivausrumpujen, reaktoreiden tai vas- • · *···* taavien toteutus voi vaihdella monin tavoin. Esimerkiksi kuvan 2 yhteydessä selostettu pro sessi voidaan toteuttaa myös vaakasuuntaisessa reaktorisssa, joka voi olla myös pyörivä • a : 30 rumpu, jolloin reaktori ja kuivuri voidaan yhdistää.

• aa • ·

Keksintö voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten sallimissa rajoissa.

• • a a a a • aa • * a· a

• I

• · • •a a a·· • · * • a a a aa· » ♦ • a • aa

Claims (10)

1. 9 118596
2. 1. Menetelmä biomassan käsittelemiseksi, jossa menetelmässä biomassa kuivataan kuiva-ainepitoisuuteen 70 - 95 % prosessissa, jossa: 5 biomassaan ensiksi sekoitetaan (31, 37) takaisinkierrätettyä kuivattua biomas saa niin, että muodostuvan seoksen kuiva-ainepitoisuus on 40 - 65 %, seos kuivataan (33, 33', 39) lämmityksen ja ilmankierron avulla siten, että sen lämpötila nostetaan alueelle 60 - 80 °C, jolloin pitoajat tällä alueella olevissa lämpötiloissa ovat suuruusluokkaa tunti tai muutamia tunteja ja 10 olennainen osa kuivattua biomassaa kierrätetään takaisin sekoitettavaksi pro sessiin tulevaan biomassaan siten, että biomassa kiertää prosessissa keskimäärin useita kertoja, tunnettu siitä, että biomassaan lisätään kuivausprosessissa yhtä tai useampaa entsyymiä tai entsyymiseosta, jotka sisältävät ainakin sellulaasia, jolloin prosessiarvot ja entsyymit tai ent-15 syymiseos valitaan siten, että lämpötila ja pitoaika lämpötilassa ovat entsyymien toiminnalle suotuisat, ja kierrätys ja entsyymien lisäys järjestetään siten, että biomassaan lisätään käsittelyssä entsyymejä keskimäärin useita kertoja.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu entsyymien toi-20 minnalle suotuisa lämpötila on 60 - 70 °C. • 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu pitoaika alueella ··· · 60 - 80 °C olevassa lämpötilassa entsyymien toimintaa varten on suuruusluokkaa 1 tunti. «··· • · .*·*. 25 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että entsyymit tai entsyymi- ···* : seos sisältävät lisäksi hemisellulaasia. • · * M· · ··· • ·
4. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että entsyymit tai entsyymi- ··, seos lisätään biomassaan sekoitus vaiheessa (31, 37). • ·· 30 • · ·" 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että entsyymit tai entsyymi- • · · *·Σ·* seos lisätään biomassaan kuivausvaiheen (33') alussa. ··· • · • · ··» >φ·:* 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että entsyymit tai entsyymi- 35 seos laimennetaan biomassaan sekoittumisen parantamiseksi vedellä suhteessa 1:2 -1:5. 10 1 1 8596
5. 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessiin tulevan biomassan kuiva-ainepitoisuus on 20 - 30 %, sekoituksessa muodostuvan seoksen kuiva-ainepitoisuus kuivauksen alussa 50 - 55 % ja prosessista lähtevän biomassan kuiva-ainepitoisuus 5 70-95 %.
6. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää lisäksi rakeistuksen (6) ja/tai murskauksen..
7. 10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää vaiheen, jossa biomassaa pidetään vähintään 1 tunnin ajan yli 70 °C:n lämpötilassa sen hygienisoitu-misen varmistamiseksi.
8. 15 PATENTKRAV