RO126407B1

RO126407B1 - Procedeu de obţinere a unui combustibil pentru motoare cu aprindere internă

Info

Publication number: RO126407B1
Application number: ROA200901005A
Authority: RO
Inventors: Lăcrimioara Senila; Mircea Chintoanu; Adriana Gog; Marius Roman; Gabriela Pitl; Cecilia Roman
Original assignee: Incdo-Inoe 2000, Filiala Institutul De Cercetări Pentru Instrumentaţie Analitică
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2012-02-28
Also published as: RO126407A2

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a unui combustibil pentru motoare cu aprindere internă din biomasă lignocelulozică.

Se cunosc instalații industriale de producere a etanolului din biomasă de generația I (culturi agricole ca porumb, grâu, sfeclă de zahăr). Alte tehnologii de obținere destinate unor instalații de capacitate mai redusă presupun obținerea etanolului celulozic [Barbara Elvers, Handbook of Fuels: Energy Sources for Transportation, 2008, Wiley-VCH Verlag GmbH. &Co.KGaA, Weinheim, ISBN: 978-3-527-30740-1, pag. 97-175; Birgit Kamm, Patrick R. Gruber, Michael Kamm, Biorefineries-lndustrial Processes and Products: Status Quo and Future direction, Vol.1, 2006, Wiley-VCH Verlag GmbH. &Co.KGaA, Weinheim, ISBN: 3-527-31027-4, pag. 4-33],

Toate metodele descrise se bazează pe reacția de hidroliză acidă și fermentarea glucozei la bioetanol, fără să conțină separarea celulozei și hemicelulozei din biomasa lignocelulozică (deșeurile lemnoase) și conversia atât a hemicelulozei, cât și a celulozei la bioetanol [Birgit Kamm, Patrick R. Gruber, Michael Kamm, Biorefineries-lndustrial Processes and Products: Status Quo and Future direction, Voi.2, 2006, Wiley-VCH Verlag GmbH.ĂCo.KGaA, Weinheim, ISBN: 3-527-31027-4, pag. 115-129; AshokPandy, Handbook of plant - based biofuels, 2009, CRC Press, Taylor ĂFrancis Group, Broken Sound Parkway NW, ISBN: 978-1-56022-175-3, pag.57-159], în documentul WO 2009/092749 A1, se dezvăluie un procedeu de pretratare a materialului lignocelulozic pentru obținerea bioetanolului. Procedeul are următoarele etape: descompunerea materialului lignocelulozic prin plasarea lui în prezența unui amestec format din acid formic și apă, la o temperatură de 95...110°C, urmată de hidroliză la presiunea atmosferică și fermentare. Fermentarea are loc și pentru faza solidă compusă în principal de celuloză, dar și pentru faza lichidă ce este compusă din soluție apoasă de acid formic, hemiceluloză și lignină, fermentări ce au loc în prezență de enzime și duc la obținerea de bioetanol.

De asemenea, în documentul WO 01/32715 A1, se prezintă un procedeu pentru obținerea de produse organice din lignoceluloză, care cuprinde tratarea biomasei cu una sau mai multe faze de hidroliză acidă diluată și tratarea părții solide rezultate din hidroliză acidă prin delignificare alcalină. Prima fază de hidroliză acidă diluată are loc cu 0,4% acid, la o temperatură de 180°C, timp de 5 min, iar a doua fază de hidroliză acidă are loc în prezență de 2% acid, la o temperatură de 210°C, timp de 7 min. Faza de fermentare poate avea loc și în prezență de Saccharomyces cerevisiae.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în stabilirea unui procedeu pentru obținerea unui combustibil din deșeuri lemnoase.

Procedeul de obținere a unui combustibil pentru motoare cu aprindere internă din biomasă lignocelulozică, conform invenției, constă din separarea fracțiunilor celulozice prin autohidroliza cu abur catalizată de acid la pH 2...4, la o temperatură de 19O...22O°C, la o presiune de 50...70 bari, timp de 10...15 min, după care faza lichidă, conținând hemiceluloză, este separată, iar fracțiile zaharoase conținute în faza solidă sunt hidrolizate prin impregnare, într-o primă etapă cu acid sulfuric diluat 2% și într-o a doua etapă cu acid sulfuric 15%, după care toate fazele glucidice rezultate din procedeu sunt fermentate timp de 36...96 h cu Saccharomyces cerevisiae, la un pH 4...6 și o temperatură 3O...4O°C, rezultând bioetanol.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- convertește atât hemiceluloză, cât și celuloza la bioetanol;

- folosește o metodă ecologică de pretratament, tratament cu abur care separă foarte ușor hemiceluloză din deșeurile lemnoase, cu consum mic de reactivi și timp.

RO 126407 Β1 în procedeul conform invenției, are loc, în prima fază, separarea, prin metoda de 1 pretratament, a componentelor celulozice din lemn (celuloză și hemiceluloză) prin autohidroliză în fază de vapori, folosind catalizator acid la temperaturi și presiuni ridicate, prin 3 folosirea unui reactor ce poate opera la temperaturi și presiuni mari. în acest sens, presiunea ridicată de vapori, combinată cu decompresia rapidă poate rupe legaturile dintre hemi- 5 celuloză, celuloză și lignină, mult mai ușor decât prin folosirea unor acizi diluați sau concentrați. Metoda de pretratament cu abur duce la solubilizarea hemicelulozei în faza lichidă. 7 Pentru favorizarea separării mai ușoare, se folosește catalizator acid care mărește viteza de separare. în general, cantitatea de catalizator acid este introdusă (acidul sulfuric 9 sau acidul clorhidric) în sistem prin ajustarea pH-ului la 2. La acestă cantitate se adaugă cantitatea de apă necesară producerii aburului. Pentru hidroliza celulozei s-a folosit metoda 11 de hidroliză în două etape de impregnare cu acid sulfuric diluat. în prima etapă s-a folosit o concentrație scăzută de acid pentru hidroliza urmelor de hemiceluloză din fracția solidă, 13 urmată de creșterea concentrației de acid pentru hidroliza celulozei.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu figura care 15 reprezintă schema tehnologică a procedeului de obținere a combustibilului de bioetanol din deșeurile lemnoase.17

Pretratamentul deșeurilor lemnoase constă în autohidroliza a “m” g lemn (rumeguș),

350 ml apă, catalizator H₂SO₄, pH 2...4, încălzit la 19O...22O°C, presiunea de 50...70 bari, 19 pentru un timp de rezidență de 10...15 min.

Se formează două faze: faza lichidă și faza solidă.21 în faza lichidă se solubilizează hemiceluloză, în faza solidă rămâne celuloza. Metoda de hidroliză acidă cu acid diluat se aplică pentru hidroliza celulozei. La “m” g faza solidă23 uscată, se adaugă V ml acid sulfuric 2%, temperatura de 100...130°C. Se agită timp de

30.. .60 min. A doua etapă de impregnare cu acid are loc cu V ml acid sulfuric 15%,25 temperatura de 100...130°C, timp de agitare de 60...90 min.

Fermentarea alcoolică a fazei lichide (conține fracțiuni pentozice și hexozice), precum 27 și fermentarea fracțiunilor glucidice are loc cu Saccharomyces cerevisiae.

La V ml lichid fermetscibil, se adaugă nutrienți și inoculum (suspensia apoasă a 29 drojdiei). Se ajustează pH-ul la 4...6, temperatura de 3O...4O°C, timp de fermentație de

36.. .96 h. 31

Randamentul de bieotanol se calculează, având în vedere următoarele: 1 kg de glucoză produce 0,511 kg etanol. 33

Randament etanol din celuloză și hemiceluloză (L ha^-1) = conținut de celuloză și hemiceluloză (%) din substanța uscată x biomasa uscată (t.ha¹) x 11,1 (factorul de conversie 35 al celulozei și hemicelulozei) x 0,85 (eficiența procesului de etanol din zahăr) x 1000/0,79 (gravitație specifică a etanolului, g.nr¹). 37

Claims

1 Revendicare

3 Procedeu de obținere a unui combustibil pentru motoare cu aprindere internă din biomasă lignocelulozică, caracterizată prin aceea că se separă fracțiunile celulozice prin

5 autohidroliza cu abur catalizată de acid la pH 2...4, la o temperatură de 19O...22O°C, la o presiune de 50...70 bari, timpde 10...15 min, după care faza lichidă, conținând hemiceluloză,

7 este separată, iar fracțiile zaharoase conținute în faza solidă sunt hidrolizate prin impregnare, într-o primă etapă cu acid sulfuric diluat 2% și într-o a doua etapă cu acid sulfuric 15%, după

9 care toate fazele glucidice rezultate din procedeu sunt fermentate timp de 36...96 h cu

Saccharomyces cerevisiae, la un pH 4...6 și o temperatură 3O...4O°C, rezultând bioetanol.