PL229059B1 - Sposób wytwarzania bio‑etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych - Google Patents
Sposób wytwarzania bio‑etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnychInfo
- Publication number
- PL229059B1 PL229059B1 PL406014A PL40601413A PL229059B1 PL 229059 B1 PL229059 B1 PL 229059B1 PL 406014 A PL406014 A PL 406014A PL 40601413 A PL40601413 A PL 40601413A PL 229059 B1 PL229059 B1 PL 229059B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- fermentation
- ethanol
- liquid
- alcoholic fermentation
- stream
- Prior art date
Links
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 59
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N EtOH Substances CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 11
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 claims description 8
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 8
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 6
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 5
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 2
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 claims description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 8
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 abstract description 7
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 abstract description 7
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 abstract description 7
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 abstract description 7
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 abstract description 3
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 abstract description 3
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 abstract description 3
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 abstract description 3
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 abstract description 3
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 abstract description 3
- 241000209140 Triticum Species 0.000 abstract description 3
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 abstract description 3
- 235000012015 potatoes Nutrition 0.000 abstract description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 abstract description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 abstract description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 abstract description 2
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 abstract description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 229910052567 struvite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 4
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 4
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MXZRMHIULZDAKC-UHFFFAOYSA-L ammonium magnesium phosphate Chemical compound [NH4+].[Mg+2].[O-]P([O-])([O-])=O MXZRMHIULZDAKC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241001077868 Joanna Species 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 description 1
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 description 1
- 241000550081 Renata Species 0.000 description 1
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- CKMXBZGNNVIXHC-UHFFFAOYSA-L ammonium magnesium phosphate hexahydrate Chemical compound [NH4+].O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-]P([O-])([O-])=O CKMXBZGNNVIXHC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N diammonium hydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].[NH4+].OP([O-])([O-])=O MNNHAPBLZZVQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000005360 mashing Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 102200129509 rs186996510 Human genes 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- 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
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bio-etanolu w procesie fermentacji z surowców odnawialnych, takich jak ziemniaki, kukurydza, trzcina cukrowa, słoma, pszenica, ryż i innych, w tym biomasy odpadowej. Bio-etanol otrzymywany w tym procesie jest używany do celów niekonsumpcyjnych, na przykład jako komponent do produkcji biopaliw. Na sposób składa się przygotowanie zacieru z surowca, wody, pożywki i mikroorganizów, konwersji cukrów zawartych w surowcu podczas fermentacji alkoholowej do produktu, oddzieleniu bio-etanolu od wywaru gorzelnianego, który jest następnie poddany beztlenowej fermentacji, a otrzymany w niej odciek jest poddany utlenieniu i skierowany do etapu przygotowania zacieru. Sposób otrzymywania bio-etanolu wynalazku polega na zamknięciu obiegu wód procesowych oraz ich uzdatnieniu do efektywnej realizacji procesu fermentacji alkoholowej po zawróceniu strumienia po fermentacji beztlenowej i dzięki temu, ograniczeniu zużycia wody w procesie.
Description
Rzeczypospolitej Polskiej (12)OPIS PATENTOWY (i9)PL (n)229059 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 406014 (51) Int.CI.
C12G 3/02 (2006.01) C12P 7/06 (2006.01) C02F 1/74 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 12.11.2013 C02F1/78 (2006.01)
C02F 3/02 (2006.01) C02F 3/26 (2006.01)
Sposób wytwarzania bio-etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych (73) Uprawniony z patentu:
POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:
25.05.2015 BUP 11/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.06.2018 WUP 06/18 (72) Twórca(y) wynalazku:
MARIAN KAMIŃSKI, Gdańsk, PL GRZEGORZ BOCZKAJ, Gdynia, PL JOANNA GŁAZOWSKA, Gdańsk, PL IWONA HOŁOWACZ, Sopot, PL DONATA KONOPACKA-ŁYSKAWA, Gdańsk, PL
RENATA TOMCZAK-WANDZEL, Rumia, PL (74) Pełnomocnik:
rzecz, pat. Małgorzata Kluczyk σ>
m σ>
CM
CM
Q_
PL 229 059 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bio-etanolu w procesie fermentacji alkoholowej zwłaszcza z surowców odnawialnych, takich jak ziemniaki, kukurydza, trzcina cukrowa, słoma, pszenica, ryż i innych, w tym biomasy odpadowej, z zawróceniem do etapu zacierania uzdatnionej wody po beztlenowej utylizacji wywarów gorzelnianych. Bio-etanol otrzymywany w tym procesie jest używany do celów niekonsumpcyjnych, na przykład jako komponent do produkcji biopaliw.
Podczas wytwarzania bio-etanolu metodą fermentacyjną istotnymi zagadnieniami, które mogą decydować o wyborze danego sposobu są: zużycie energii w procesie, zużycie wody oraz zagospodarowanie odpadów, które powstają podczas produkcji. Głównym odpadem podczas produkcji etanolu metodą fermentacyjną są tzw. wywary gorzelniane (zaciery zbożowe). Wywary te zawierają duże ilości substancji organicznych w postaci rozpuszczonej jak i w zawiesinie. Na każdy wytworzony litr etanolu przypada od 8 do 15 litrów odpadowego wywaru. Najpowszechniejszym zagospodarowaniem wywarów po produkcji etanolu jest wytworzenie DDGS (podestylacyjny susz zbożowy, wywar gorzelniany zbożowy, suszony). Jego produkcja wymaga energii w ilości około 35% całkowitego zapotrzebowania na ciepło. Alternatywną metodą zagospodarowania wywarów gorzelnianych jest ich beztlenowe oczyszczanie biologiczne. Zastosowanie beztlenowych metod utylizacji wywarów gorzelnianych pozwala na ich zagospodarowanie z równoczesnym odzyskiem dużych ilości energii. Po beztlenowej utylizacji odpadów gorzelnianych pozostaje do zagospodarowania odciek pofermentacyjny, którego bezpośrednie odprowadzenie do wód lub do ziemi jest niemożliwe, ze względu na wysoką zawartość związków organicznych a także azotu i fosforu. Dlatego niektóre proponowane obecnie sposoby produkcji etanolu metodami fermentacyjnymi uwzględniają etap oczyszczania powstającego w beztlenowej utylizacji odcieku i możliwość jego zawracania do procesu.
Z opisu zgłoszeniowego EP1790732A1 znane jest rozwiązanie, gdzie do usunięcia azotu amonowego z odcieku po beztlenowym oczyszczaniu wywarów gorzelnianych wykorzystuje się reakcję chemiczną prowadząca do powstania nierozpuszczalnego fosforanu magnezowo-amonowego. Ciecz, po oddzieleniu osadu fosforanu magnezowo-amonowego, jest kierowana do oczyszczania tlenowego, które stanowi końcowy etap jej uzdatniania. Otrzymana po tym etapie woda może być odprowadzona lub ponownie użyta w procesie opcjonalnie po zastosowaniu dodatkowej destylacji.
Z opisu patentowego EP2072615B1 znane jest beztlenowe oczyszczanie wywarów gorzelnianych, w wyniku którego otrzymuje się ciecz, którą po usunięciu azotu można zawrócić do fermentacji metanowej i/lub fermentacji alkoholowej.
Z opisu zgłoszeniowego EP2581439A1 znany jest sposób, według którego wywary gorzelniane rozdzielane są na dwie frakcje: rzadką (ang. thin) i zawiesistą (ang. thick). Frakcje te są poddawane oczyszczaniu beztlenowemu w oddzielnych reaktorach, a powstająca w nich ciecz po usunięciu azotu jest zawracana albo do reaktora oczyszczania beztlenowego w celu rozcieńczenia wywarów gorzelnianych albo do etapu fermentacji alkoholowej.
Z opisu patentowego US8,153,006B1 znany jest sposób, w którym część odcieku otrzymanego po beztlenowym oczyszczaniu frakcji rzadkiej wywarów gorzelnianych, po oddzieleniu cząstek stałych, zawracana jest do reaktora, w którym prowadzone jest beztlenowe oczyszczanie bez dodatkowego uzdatniania, lub po usunięciu azotu amonowego z wykorzystaniem technologii membranowych, lub po usunięciu azotu amonowego z wykorzystaniem jednej spośród następujących technik: mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja, odwrócona osmoza lub ich kombinacja. Odciek po fermentacji beztlenowej może być też zawrócony bez dodatkowego oczyszczania do upłynniania produktu i jego scukrzania podczas fermentacji alkoholowej. Zastąpienie wody otrzymanym odciekiem może wynosić od 1% do 100% potrzebnego do produkcji etanolu azotu. Ponadto azot, magnez lub fosfor obecne w odcieku z etapu oczyszczania beztlenowego można usuwać produkując struwit (fosforan magnezowo-amonowy).
Według opisu zawartego w zgłoszeniu patentowym US 2007/0190626 A1 frakcja rzadka, którą otrzymano z wywarów gorzelnianych jest oczyszczana w warunkach beztlenowych, a otrzymany w tym etapie odciek jest poddawany oczyszczaniu w warunkach tlenowych. Otrzymana ciecz jest następnie dodawana do wody wykorzystywanej w upłynnianiu surowca do fermentacji alkoholowej.
W zgłoszeniu patentowym WO2010/051627A1 przedstawiono sposób otrzymywania etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, do której jako surowca używano produktów otrzymanych po oczyszczaniu beztlenowym różnych zanieczyszczeń organicznych. Do fermentacji alkoholowej wykorzystywano zarówno odciek, jak i zawiesinę po oczyszczaniu beztlenowym.
PL 229 059 B1
Zgłoszenie patentowe WO2010/139699A2 opisuje zawracanie odcieku po oczyszczaniu beztlenowym do etapu przygotowywania zacieru w fermentacji alkoholowej. Zwrócono w nim uwagę na możliwość wzrostu stężenia amoniaku lub soli amonowych do poziomu nie gwarantującego prawidłowego przebiegu fermentacji alkoholowej.
Oczyszczanie beztlenowe dwuetapowe zaproponował Zhang i wsp. [Zhang Q. H., Lu X., Tang L., Mao Z. G., Zhang J. H., Zhang H. J., Sun F. B., A nobel full recycling process through two-stage anaerobic treatment of distillery wastewater for bioethanol production form cassava. J. Hazard. Mater. 179 (2010) 635-641 Zhang Q. H., Lu X., Tang L, Mao Z. G., Zhang J. H., Zhang H. J., Sun F. B., A nobel full recycling process through two-stage anaerobic treatment of distillery wastewater for bioethanol production form cassava. J. Hazard. Mater. 179 (2010) 635-641], podczas którego wywary gorzelnianie otrzymywane po fermentacji alkoholowej manioku były najpierw poddawane oczyszczaniu beztlenowemu w warunkach termofilowych, a następnie, otrzymany w tym etapie odciek, był oczyszczany beztlenowo w warunkach mezofilowych. Cały strumień cieczy otrzymywanej w drugim etapie był kierowany do hydrolizy i scukrzania w fermentacji alkoholowej, co pozwalało na oszczędność wody, która była dodawana tylko w celu uzupełnienia strat powstałych w całym procesie.
Alkan-Ozkaynak i Kathikeyan [Alkan-Ozkaynak A., Karthikeyan K.G., Anaerobic digestion of thin stillage for energy recovery and water reuse in corn-ethanol plants, Biores. Technol. 102 (2011) 9891-9896] przedstawili możliwość wykorzystania odcieku po beztlenowym oczyszczaniu przefiltrowanej frakcji rzadkiej wywarów gorzelnianych, do której wcześniej dodano wapno gaszone w celu poprawienia stosunku C:N. Otrzymany odciek po fermentacji beztlenowej może być częściowo zawrócony do etapu fermentacji alkoholowej prowadzonej z ziaren kukurydzy.
Badania twórców niniejszego wynalazku pokazują, że można uzyskiwać bio-etanol w procesie drożdżowej fermentacji alkoholowej, w którym to procesie jako strumień płynu stosowana jest ciecz zawracana po beztlenowej utylizacji wywarów gorzelnianych. Ciecz ta przed zastosowaniem do przygotowania zacieru fermentacyjnego uzdatniana jest w procesie krótkotrwałego utlenienia.
Sposób wytwarzania bio-etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych polegający na wykorzystaniu odpowiednich mikroorganizmów, w zależności od rodzaju fermentowanego surowca oraz określonych rodzajów enzymów, a także korzystnej wartości temperatury fermentacji, odbywającej się bez dostępu powietrza do fermentora oraz składników wsadu do fermentacji alkoholowej, w postaci ciekłej, lub w części - stałej, w ostatnim przypadku, korzystnie rozdrobnionej, albo poddanej homogenizacji, w którym strumień płynu, albo mieszaniny płynu i zawieszonej w nim części stałej po fermentacji alkoholowej jest kierowany do beztlenowej fermentacji w celu wytworzenia metanu lub/i wodoru, a następnie zawracany do fermentacji alkoholowej po częściowej demineralizacji oraz po ewentualnym uzupełnieniu w wodę źródlaną i w konieczne składniki mineralne, w celu ponownego wykorzystania do wytwarzania bio-etanolu, po usunięciu wartościowych składników oraz usunięciu w zasadniczej części, albo całkowitym - materii zawieszonej, charakteryzuje się według wynalazku tym, że w celu uzdatniania cieczy po fermentacji beztlenowej, przed jej zawróceniem i zastosowaniem do przygotowania wsadu do fermentacji alkoholowej stosuje się proces utleniania ciekłej części strumienia po-procesowego po fermentacji beztlenowej, korzystnie, o niewielkim stopniu przemiany zawartych składników podatnych na utlenianie.
Korzystnie do utleniania stosuje się ozonowanie.
Korzystnie ozon wprowadza się jako mieszaninę z powietrzem albo z tlenem.
Korzystnie stężenie ozonu w strumieniu gazowym stosowanym w procesie wynosi powyżej 100 ppmv, korzystnie powyżej 0,1% v/v.
Korzystnie strumień gazowy zawierający ozon jest stosowany w stosunku objętościowym (v/v) względem oczyszczanego strumienia procesowego, wynoszącym od 0,1 do 500 m3/ (m3-godz).
Korzystnie do utleniania stosuje się nadtlenek wodoru.
Korzystnie nadtlenek wodoru wprowadza się jako roztwór wodny o stężeniu od 1-60% m/m.
Korzystnie roztwór nadtlenku wodoru jest stosowany w stosunku objętościowym (v/v) do oczyszczanej wody wynoszącym od 0,0002 do 2 m3/ (m3-godz).
Korzystnie w procesie oczyszczania zawracanych strumieni po fermentacji beztlenowej stosuje się elektro-utlenianie.
Korzystnie elektro-utlenianie jest realizowane przy właściwym natężeniu prądu elektrycznego powyżej 0.1 A/m2 przekroju poprzecznego utlenianego strumienia.
Korzystnie elektro-utlenianie jest stosowane jednocześnie z dodatkiem roztworu nadtlenku wodoru, który korzystnie wprowadza się jako roztwór wodny o stężeniu od 1-60% m/m i korzystnie jest
PL 229 059 B1 stosowany w stosunku objętościowym (v/v) do oczyszczanej wody wynoszącym od 0,0002 do 2 m3/(m3-godz).
Korzystnie operacje, częściowej demineralizacji oraz ewentualnego uzupełnienia zawartości mineralnych składników, a także wody źródlanej w zawracanym do fermentacji alkoholowej strumieniu procesowym po fermentacji beztlenowej są, korzystnie, wykonywane w każdym kolejnym cyklu procesowym.
Korzystnie do operacji częściowej demineralizacji jest, korzystnie, stosowana odwrócona osmoza, lub nanofiltracja, albo strącanie odpowiednich nierozpuszczalnych soli, a uzupełnianie zawartości składników mineralnych jest wykonywane po analitycznym oznaczeniu ich zawartości, na drodze dodatku odpowiednich soli i ich wymieszaniu z zawracanym do fermentacji alkoholowej strumieniem procesowym.
Istota sposobu według wynalazku polega na wytwarzaniu bioetanolu z zacieru przygotowanego z surowców odnawialnych, takich jak ziemniaki, kukurydza, trzcina cukrowa, słoma, pszenica, ryż i innych, w tym biomasy odpadowej z dodatkiem preparatów enzymatycznych oraz mikrobiologicznych oraz płynu składającego się w 80% v/v z cieczy zawracanej po metanizacji i poddanej częściowej demineralizacji na drodze nanofiltracji lub odwróconej osmozy, a następnie uzdatnianej w procesie krótkotrwałego utlenienia oraz w 20% v/v z wody wodociągowej. Zacier zakwaszano do pH 4,8 przez dodanie kwaśnych związków chemicznych i prowadzono fermentację w temperaturze 35°C w czasie nie krótszym niż 48 h.
W wyniku przeprowadzonych badań nieoczekiwanie okazało się, że sposób wykonania fermentacji alkoholowej według wynalazku zapewnia wydajność wytwarzania bio-etanolu porównywalną z wydajnością procesu fermentacji kontrolnej, w której do przygotowania zacieru zastosowano wodę wodociągową. W tabeli 1 zestawiono wyniki badań dotyczące wydajności wytwarzania bio-etanolu ze skrobi i cukrów fermentujących zawartych w ziarnie kukurydzy w procesach: fermentacji kontrolnej z wykorzystaniem wody wodociągowej (FK), fermentacji z wykorzystaniem cieczy zawracanej po beztlenowej utylizacji wywarów gorzelnianych (RW), fermentacji z wykorzystaniem cieczy zawracanej po beztlenowej utylizacji wywarów gorzelnianych i poddanej krótkotrwałemu utlenieniu (RWO), fermentacji z wykorzystaniem permeatu uzyskanego po nanofiltracji cieczy zawracanej po beztlenowej utylizacji wywarów gorzelnianych (PW), fermentacji z wykorzystaniem permeatu uzyskanego po nanofiltracji cieczy zawracanej po beztlenowej utylizacji wywarów gorzelnianych i poddanej krótkotrwałemu utlenieniu (PWO).
T a b e l a 1
Wydajność alkoholu w zależności od sposobu oczyszczania fazy ciekłej użytej w procesie fermentacji
| Rodzaj fermentacji | FK | RW | RWO | PW | PWO |
| Wydajność etanolu, % v/v | 15,65 | 7,35 | 13,75 | 8,68 | 14,08 |
Przedstawione w tabeli 1 dane wskazują, że sposób według wynalazku umożliwia zamknięcie obiegu wody w procesach fermentacyjnych tj. fermentacji alkoholowej produkcji bio-etanolu i fermentacji metanowej, następujących po sobie. Wydajność etanolu po zamknięciu obiegu wody z zastosowaniem etapu uzdatniania odcieku po metanizacji poprzez krótkotrwałe utlenianie jest znacznie wyższa (fermentacje RWO i PWO) niż w procesach, w których ten etap przed jej zawróceniem do fermentacji alkoholowej został pominięty (fermentacje RW i PW). Nieco wyższe wydajności uzyskano w fermentacjach z zawracaniem permeatu uzyskanego z odcieku po etapie fermentacji beztlenowej wywarów gorzelnianych.
Sposób wytwarzania bio-etanolu według wynalazku pozwolił na znaczne zmniejszenie zużycia wody podczas fermentacji alkoholowej oraz na zagospodarowanie powstających przy produkcji bio-etanolu trudnych do utylizacji odpadów tzw. wywarów gorzelnianych.
Sposób według wynalazku został objaśniony bliżej w przykładzie wykonania, nie ograniczając jego zakresu.
P r z y k ł a d 1
Zacier do produkcji bio-etanolu sporządzono ze zmielonego ziarna kukurydzy oraz cieczy o składzie: 20% v/v woda wodociągowa i 80% v/v uzdatniony odciek po utylizacji na drodze fermentacji beztlenowej wywarów gorzelnianych. Uzdatnianie zrealizowano poprzez ozonowanie odcieku strumieniem gazu o natężeniu przepływu 0,675 dm3/min i stężeniu ozonu równym 0,074 g O3/dm3. Ozonowanie prowadzono przez 15 min. Zmielone ziarno kukurydzy i ciecz zmieszano w stosunku wagowym 1:5, po czym regulowano pH na poziomie 5,5 stosując 35% HCI oraz dodano enzym upłynniający w ilości
PL 229 059 B1
0,1 ml na 100 ml zacieru. Zacier ogrzewano do temperatury 85°C i mieszano przez 1 h. Następnie zacier chłodzono do temperatury 60°C, zakwaszano do pH 4,8 i dodano enzym scukrzający w ilości 0,1 ml na 100 ml zacieru. Zacier pozostawiano do schłodzenia do temperatury 35°C i dodano suche drożdże Saccharomyces cerevisiae w ilości 0,5 g na 100 ml zacieru oraz wodorofosforan amonu w ilości 0,5 g na 100 ml zacieru. Przeprowadzono fermentację w komorze grzewczej w temperaturze 35°C przez 60 h. W próbce cieczy pobranej po zakończeniu fermentacji zawartość etanolu wynosiła 13,75% v/v.
Claims (8)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób wytwarzania bio-etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych polegający na wykorzystaniu odpowiednich mikroorganizmów, w zależności od rodzaju fermentowanego surowca oraz określonych rodzajów enzymów, a także korzystnej wartości temperatury fermentacji, odbywającej się bez dostępu powietrza do fermentora oraz składników wsadu do fermentacji alkoholowej, w postaci ciekłej, lub w części - stałej, w ostatnim przypadku, korzystnie rozdrobnionej, albo poddanej homogenizacji, w którym strumień płynu, albo mieszaniny płynu i zawieszonej w nim części stałej po fermentacji alkoholowej jest kierowany do beztlenowej fermentacji w celu wytworzenia metanu lub/i wodoru, a następnie zawracany do fermentacji alkoholowej po częściowej demineralizacji oraz po ewentualnym uzupełnieniu w wodę źródlaną i w konieczne składniki mineralne, w celu ponownego wykorzystania do wytwarzania bio-etanolu, po usunięciu wartościowych składników oraz usunięciu w zasadniczej części, albo całkowitym - materii zawieszonej, znamienny tym, że w celu uzdatniania cieczy po fermentacji beztlenowej, przed jej zawróceniem i zastosowaniem do przygotowania wsadu do fermentacji alkoholowej stosuje się proces utleniania poprzez ozonowanie, przy czym ozon wprowadza się jako mieszaninę z powietrzem albo z tlenem, przy zachowaniu stężenia ozonu w strumieniu gazowym stosowanym w procesie powyżej 100 ppmv, korzystnie powyżej 0,1% v/v.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazowy zawierający ozon jest stosowany w stosunku objętościowym (v/v) względem oczyszczanego strumienia procesowego, wynoszącym od 0,1 do 500 m3/(m3-godz).
- 3. Sposób wytwarzania bio-etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych polegający na wykorzystaniu odpowiednich mikroorganizmów, w zależności od rodzaju fermentowanego surowca oraz określonych rodzajów enzymów, a także korzystnej wartości temperatury fermentacji, odbywającej się bez dostępu powietrza do fermentora oraz składników wsadu do fermentacji alkoholowej, w postaci ciekłej, lub w części - stałej, w ostatnim przypadku, korzystnie rozdrobnionej, albo poddanej homogenizacji, w którym strumień płynu, albo mieszaniny płynu i zawieszonej w nim części stałej po fermentacji alkoholowej jest kierowany do beztlenowej fermentacji w celu wytworzenia metanu lub/i wodoru, a następnie zawracany do fermentacji alkoholowej po częściowej demineralizacji oraz po ewentualnym uzupełnieniu w wodę źródlaną i w konieczne składniki mineralne, w celu ponownego wykorzystania do wytwarzania bio-etanolu, po usunięciu wartościowych składników oraz usunięciu w zasadniczej części, albo całkowitym - materii zawieszonej, znamienny tym, że w celu uzdatniania cieczy po fermentacji beztlenowej, przed jej zawróceniem i zastosowaniem do przygotowania wsadu do fermentacji alkoholowej stosuje się proces utleniania poprzez traktowanie nadtlenkiem wodoru, który wprowadza się jako roztwór wodny o stężeniu od1 -60% m/m.
- 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że roztwór nadtlenku wodoru jest stosowany w stosunku objętościowym (v/v) do oczyszczanej wody wynoszącym od 0,0002 do2 m3/(m3-godz).
- 5. Sposób według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że do uzdatniania cieczy po fermentacji beztlenowej stosuje się traktowanie nadtlenkiem wodoru łącznie z elektro-utlenianiem, przy właściwym natężeniu prądu elektrycznego powyżej 0.1 A/m2 przekroju poprzecznego utlenianego strumienia.
- 6. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 2, znamienny tym, że operacje, korzystnie, częściowej demineralizacji oraz ewentualnego uzupełnienia zawartości mineralnychPL 229 059 B1 składników, a także wody źródlanej w zawracanym do fermentacji alkoholowej strumieniu procesowym po fermentacji beztlenowej są, korzystnie, wykonywane w każdym kolejnym cyklu procesowym.
- 7. Sposób według któregokolwiek z zastrz. od 3 do 5, znamienny tym, że operacje, korzystnie, częściowej demineralizacji oraz ewentualnego uzupełnienia zawartości mineralnych składników, a także wody źródlanej w zawracanym do fermentacji alkoholowej strumieniu procesowym po fermentacji beztlenowej są, korzystnie, wykonywane w każdym kolejnym cyklu procesowym.
- 8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że do operacji częściowej demineralizacji jest, korzystnie, stosowana odwrócona osmoza, lub nanofiltracja, albo strącanie odpowiednich nierozpuszczalnych soli, a uzupełnianie zawartości składników mineralnych jest wykonywane po analitycznym oznaczeniu ich zawartości, na drodze dodatku odpowiednich soli i ich wymieszaniu z zawracanym do fermentacji alkoholowej strumieniem procesowym.Departament Wydawnictw UPRP
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406014A PL229059B1 (pl) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | Sposób wytwarzania bio‑etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL406014A PL229059B1 (pl) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | Sposób wytwarzania bio‑etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL406014A1 PL406014A1 (pl) | 2015-05-25 |
| PL229059B1 true PL229059B1 (pl) | 2018-06-29 |
Family
ID=53175970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL406014A PL229059B1 (pl) | 2013-11-12 | 2013-11-12 | Sposób wytwarzania bio‑etanolu w procesie fermentacji alkoholowej, zwłaszcza z surowców odnawialnych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL229059B1 (pl) |
-
2013
- 2013-11-12 PL PL406014A patent/PL229059B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL406014A1 (pl) | 2015-05-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khan et al. | Selective production of volatile fatty acids at different pH in an anaerobic membrane bioreactor | |
| EP1748835B1 (en) | Method for producing a beverage from fermentation still bottoms | |
| US7569146B2 (en) | By-products from fermentation still bottoms | |
| JP6262664B2 (ja) | 嫌気性プロセス | |
| CN105026321B (zh) | 谷物加工 | |
| WO2017035525A1 (en) | Methods for the digestion of soluble components isolated from the spent grains of a fermentation process | |
| US20140065685A1 (en) | System and Method for Producing Ethanol and Biogas | |
| Periyasamy et al. | Wastewater to biogas recovery | |
| Zhang et al. | Biological flocculation treatment on distillery wastewater and recirculation of wastewater | |
| Hu et al. | Pilot-scale investigation on the treatment of cellulosic ethanol biorefinery wastewater | |
| Danilova et al. | Bioutilization of the distillery stillage of different grain species from bioethanol production | |
| Sowmeyan et al. | RETRACTED: Effluent treatment process in molasses-based distillery industries: A review | |
| Xu et al. | Production of citric acid using its extraction wastewater treated by anaerobic digestion and ion exchange in an integrated citric acid-methane fermentation process | |
| de Souza et al. | Use of the cyanobacterium Spirulina platensis in cattle wastewater bioremediation | |
| Zhang et al. | A novel recycling process using the treated citric acid wastewater as ingredients water for citric acid production | |
| Mato et al. | Valuable product production from wood mill effluents | |
| Lin et al. | A full-scale study of external circulation sludge bed (ECSB) system for anaerobic wastewater treatment in a whiskey distillery | |
| Ruhela et al. | Distillery spent wash treatment technologies: A case study of the comparative efficiency of aerobic and anaerobic treatment processes | |
| Hedayati Moghaddam et al. | A mini-review over diverse methods used in starchy wastewater treatment | |
| CN201381258Y (zh) | 一种高浓度有机废水处理系统 | |
| US20120094351A1 (en) | Methanization method from a liquid phase which is a coproduct resulting from the extraction of a main product obtained from a vegetable raw material | |
| Satya et al. | Phycoremediation of food processing wastewater by microalgae | |
| Kacprzak et al. | Anaerobic co-digestion of agricultural products and industrial wastes | |
| Siddique et al. | Recent progress in the application of hybrid processes for industrial effluents treatment in biorefineries | |
| Tomczak-Wandzel et al. | Anaerobic Treatment Of Distillery Wastewater |