NL9000618A

NL9000618A - Werkwijze voor het winnen van vluchtige, organische verbindingen uit mest.

Info

Publication number: NL9000618A
Application number: NL9000618A
Authority: NL
Original assignee: Memon Bv
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1991-10-16
Also published as: US5194122A

Description

Werkwijze voor het winnen van vluchtige, organische verbindingen uit mest

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het winnen van vluchtige, organische verbindingen uit mest.

Voor de rentabiliteit van verwerkingsprocessen van mest, is het van belang zoveel mogelijk waardevolle produkten uit de mest af te scheiden. Niet alleen de verkoopprijs van deze waardevolle produkten is van belang, maar vooral ook de kosten waartegen deze produkten uit de mest zijn af te scheiden.

Tot nu toe is bij de verwerkingsprocessen alle aandacht uitgegaan naar het uit de mest afscheiden van de vaste stof, de zogenaamde mestkoek, die na droging een waardevolle meststof is.

Een eerste, bekend verwerkingsproces is het zogenaamde promestproces, waarbij de mest voor het opwekken van biogas eerst wordt vergist in een vergistingsinstallatie. Uit de vergiste mest wordt vervolgens de vaste stof afgescheiden die na droging als mestkoek een waardevol produkt vormt. Als gevolg van de vergisting worden nagenoeg alle organische verbindingen afgebroken.

Een tweede, bekend verwerkingsproces is het zogenaamde Greenfield-proces (US-3.855.079, US-4.270.974 en US-4.608.120). Volgens dit verwerkingsproces wordt aan de mest een niet-vluchtige olie toegevoegd, en de gevormde olie-slurry wordt ontwaterd door verdamping onder invloed van warmte, waarna het gevormde condensaat wordt ontdaan van resten olie en na biologische zuivering als effluent kan worden geloosd. Het tijdens de biologische afbraak gevormde biogas kan in het verwerkingsproces worden gebruikt, zie verder Natuur en Techniek 57, 894-903 (1989).

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht, dat in mest waardevolle, vluchtige, organische verbindingen aanwezig zijn, die economisch uit de mest afscheidbaar zijn, indien zonder voorafgaande gisting van de mest condensaat daarvan wordt afgescheiden, en dit condensaat wordt onderworpen aan een geschikt fysico-chemisch scheidingsproces voor het afscheiden van de vluchtige, organische verbindingen. Deze verbindingen zijn afscheidbaar, aangezien zij enerzijds organisch en anderzijds vluchtig zijn. Het organische karakter maakt het mogelijk om hen af te scheiden van anorganische componenten uit de mest, bijvoorbeeld door middel van de gebruikte olie als dragervloeistof, en het vluchtige karakter maakt het mogelijke om hen af te scheiden van niet-vluchtige organische verbindingen die in de olie zullen achterblijven.

Aldus verschaft de uitvinding een werkwijze voor het winnen van vluchtige, organische verbindingen uit mest, die wordt gekenmerkt doordat de werkwijze omvat: i) het indampen van de mest; ii) het condenseren van de gevormde damp; en iii) het uit het condensaat afscheiden van de vluchtige, organische verbindingen.

De in aanmerking komende, vluchtige, organische verbindingen, zijn in hoofdzaak verbindingen met een tot zes kool-stofatomen, met name echter vluchtige vetzuren, zoals azijnzuur, propionzuur, boterzuur, isoboterzuur, valeriaanzuur en isovaleriaanzuur. Deze organische verbindingen zijn niet alleen waardevol, maar zijn ook in relatief grote hoeveelheden aanwezig in het condensaat.

Een gebruikelijk condensaat bevat bijvoorbeeld per m 8-11 kg azijnzuur, 1-5 kg propionzuur, 0.2-1 kg isoboterzuur, 0.5-1.5 kg boterzuur, en 0.2-0.7 kg isovaleriaanzuur.

Met de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk om deze vluchtige, organische verbindingen te winnen, en de toegevoegde waarde van deze organische verbindingen aan het mestverwerkingsproces is groter dan die van eventueel uit deze organische verbindingen gevormd biogas.

Het afscheiden van de vluchtige organische verbindingen uit het condensaat kan volgens vele, bekende fysico-chemische methoden plaatsvinden.

Een betrouwbare, relatief eenvoudige en economische methode is vloeistofextractie.

Een aantal extractiemiddelen hebben bijzondere voorkeur vanwege hun lage kostprijs, hoge vluchtigheid, en hoge verdelingscoëfficiënten bij evenwicht.

Een eerste groep gunstige extractiemiddelen omvat organische alkylfosfine-oxiden. Met name zijn geschikt de trialkylfosfine-oxiden, zoals trioctylfosfine-oxide, tri-hexylfosfine-oxide, sec-butyldioctylfosfine-oxide, of mengsels daarvan. In dit verband wordt verwezen naar de Europese octrooiaanvragen EP-A-132.700 en EP-A-259.583, die vloeistof-extracties beschrijven, waarin de alkylfosfine-oxiden als extractiemiddelen worden gebruikt. De beschreven vloeistofextract iewerkwij zen, hebben alle slechts betrekking op het verwijderen van carbonzuren, aldehyden, ketonen, alcoholen en fenolen, uit afvalstromen die bijvoorbeeld vrijkomen bij de bereiding van cellulose, fenol, en het Fischer-Tropsch-pro-ces.

Een andere groep van bruikbare extractiemiddelen is de groep van hogere alkylaminen. Voorkeur gaat uit naar tri-alkylaminen, met name trioctylamine en di-tridecylamine. Voor verdere informatie omtrent het gebruik van aminen in vloei-stofextractie wordt verwezen naar N.L. Ricker, et al, J. Separ. Proc. Technol. 1, 23-30, (1980).

Bij voorkeur wordt aan het extractiemiddel een polair oplosmiddel toegevoegd waardoor de extractie-efficiency voor de af te scheiden vluchtige, organische verbindingen verbetert. Geschikte polaire oplosmiddelen zijn alcohol, zoals ethylhexanol, gehalogeneerde koolwaterstoffen, zoals chloroform, esters, en ketonen, zoals diisobutylketon en cyclo-hexanon.

Andere methoden voor het afscheiden van vluchtige, organische verbindingen, eventueel na vooraf concentreren door bijvoorbeeld indampen of omgekeerde osmose, omvatten destillatie, ionuitwisseling en kristallisatie. In geval van krisallisatie kunnen de overeenkomstige, in water slecht oplosbare zouten, zoals calciumzouten, worden afgescheiden.

Het is gunstig indien voorafgaande aan het indampen van de mest, maar nog meer bij voorkeur direct na de produktie van de mest, dat de mest wordt aangezuurd. Enerzijds wordt daardoor een vroegtijdige vergisting en een afbraak van de beoogde vluchtige, organische verbindingen vermeden, maar anderzijds worden geurproblemen verminderd en wordt de over-gang van de vluchtige, organische verbindingen naar bijvoorbeeld de gebruikte dragerolie bevorderd.

De werkwijze volgens de uitvinding is toepasbaar op vele typen mest, zoals mest die afkomstig is uit de rundveehouderij, varkenshouderij, pluimveehouderij en dergelijke. De mest kan een droge-stofgehalte hebben van in het algemeen 7%, maar de werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor mest met een hoger vaste-stofgehalte, zoals bij voorkeur ten minste 10%, en meer bij voorkeur tot meer dan 14%. Hierdoor ontstaat het voordeel dat bij centrale mestverwerking een geringere hoeveelheid mest moet worden getransporteerd en een geringere hoeveelheid condensaat met een hogere concentratie aan de beoogde, vluchtige, organische verbindingen ontstaat.

Hierna zal de werkwijze volgens de uitvinding worden beschreven aan de hand van twee uitvoeringsvoorbeelden die als stroomdiagrammen schematisch zijn weergegeven in de figuren 1 en 2.

Varkensmest werd door zeven ontdaan van grof vuil en vervolgens aangezuurd. De aangezuurde mest werd gemengd met een niet in water oplosbare, vloeibare paraffine met een kookpunt van circa 180°C. Het mengsel van mest en paraffine werd in een indamper ingedampt, waarbij de gevormde damp wordt gecondenseerd in een condensor. Het condensaat 1 wordt toegevoerd aan een extractor 2, waaraan via de leiding 3 een extractiemengsel wordt toegevoerd. Dit extractiemengsel bestaat uit 40% secbutyldioctylfosfine-oxide, en 60% n-dode-caan.

Het gezuiverde condensaat 4 wordt toegevoerd aan een biologische nazuiveringsinstallatie. De beladen extractie-vloeistof wordt via de leiding 5 toegevoerd naar een dehy-drator 6, waarin met behulp van via de leiding 7 toegevoerde stoom water wordt onttrokken aan de beladen extractievloei-stof, en via de leiding 8 wordt teruggevoerd naar de extractor 2.

Het van water ontdane, beladen extractiemengsel wordt toegevoerd aan een destillatiekolom 10. De destillatiekolom kan een fractionele destillatie uitvoeren, waardoor de meer vluchtige, organische verbindingen op een hoger niveau uit de destillatiekolom treden. Werkend bij een druk van 0,2 Bar en een pottemperatuur van 135°C, kunnen achtereenvolgens worden gefractioneerd isovaleriaanzuur, boterzuur, isoboterzuur, propionzuur en azijnzuur. Het van de vluchtige verbindingen ontdane extractiemiddel wordt via de leiding 11, eventueel aangevuld met vers extractiemiddel via de leiding 12, toegevoerd naar de extractor 2 via de leiding 3.

Indien nodig kunnen een aantal van de lager kokende, organische verbindingen via de leiding 13 worden afgevoerd naar de condensaatleiding 4 voor verdere afbraak in de biologische zuiveringsinstallatie. Tenslotte is het mogelijk om een deel van het condensaat vanuit de leiding 4 via de leiding 14 terug te voeren aan de condensaattoevoerleiding 1.

In de tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, wordt condensaat via de leiding 1 toegevoerd aan een extractor 15 waaraan verder een extractiemiddel via de leiding 16 wordt toegevoegd. Dit extractiemiddel bestaat uit een mengsel van een tertiair amine met een gemiddeld moleculair gewicht van ongeveer 392 (Alamine 336 van General Mills Ine.), en 60% ethylhexanol.

Het geëxtraheerde condensaat verlaat via de leiding 17 de extractor 15. Het beladen extractiemengsel wordt via de leiding 18 toegevoerd aan een tweede extractor 19, waaraan een waterige loogoplossing (bijvoorbeeld 0,5N natronloog) wordt toegevoerd via de leiding 20. Het extractiemiddel verlaat via de leiding 21 de extractor 19 en wordt eventueel aangevuld via de leiding 22 met vers extractiemengsel, via de leiding 16 toegevoerd aan de extractor 15. Via de leiding 23 verlaat de produktstroom de extractor 15. Deze produktstroom bevat een oplossing van natriumzouten van C2-C5 vetzuren. Dit mengsel kan vervolgens met bekende, gebruikelijke scheidings-methoden worden gescheiden in de diverse verbindingen.

Indien gewenst kan een deel van het gezuiverde condensaat via de leiding 24 worden teruggevoerd naar de extractor 15. Verder is het mogelijk dat de produktstroom via de leiding 24 wordt toegevoerd naar de tweede extractor 19.

Ofschoon de onderhavige uitvinding vooral is toegespitst op het afscheiden van de vluchtige, lagere alkyl-carbonzuren, is het eveneens mogelijk om uit de mest met behulp van de beschreven werkwijze volgens de uitvinding lagere alkylalcoholen, lagere alkylesters, lagere alkyl-ketonen, lagere alkylaldehyden af te scheiden voor zover hun aanwezigheid dit economische zinvol maakt.

Claims

1. Werkwijze voor het winnen van vluchtige, organische verbindingen uit mest, omvattende: i) het indampen van de mest; ii) het condenseren van de gevormde damp; en iii) het uit het condensaat afscheiden van de vluchtige, organische verbindingen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de vluchtige, organische verbindingen uit het condensaat worden verwijderd door vloeistofextractie.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarin het extractiemiddel een organisch alkylfosfine-oxide is.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin het extractiemiddel een trialkylfosfine-oxide is.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, waarin het extractiemiddel omvat trioctylfosfine-oxide, trihexylfosfine-oxide, sec-butyldioctylfosfine-oxide, of mengsels daarvan.

6. Werkwijze volgens conclusie 2-5, waarin het extractiemiddel een hoger alkylamine is.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarin het alkylamine een trialkylamine is.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, waarin het trialkylamine omvat trioctylamine en di-tridecylamine.

9. Werkwijze volgens conclusie 2-8, waarin de vloeistof extractie wordt uitgevoerd in aanwezigheid van een polair oplosmiddel.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarin het oplosmiddel alcohol, gehalogeneerde koolwaterstof, esters, ketonen, omvat.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de vluchtige, organische verbindingen worden afgescheiden door kristallisatie, destillatie en/of ionuitwisseling.

12. Werkwijze volgens conclusie 1-11, waarin de in te dampen mest wordt aangezuurd.

13. Werkwijze volgens conclusie 1-12, waarin de in te dampen mest een droge stof gehalte bezit van tenminste 7%, bij voorkeur tenminste 11%, meer bij voorkeur tot meer dan 14%.

14. Werkwijze volgens conclusie 1-13, waarin de te winnen vluchtige, organische verbindingen C1-C5 vetzuren omvatten.