SK502005A3 - Viacsurovinová koprodukčná výroba bioetanolu - Google Patents

Abstract

Výroba bioetanolu viacsurovinovým koprodukčným spôso ­ bom využíva cukornaté a škrobové suroviny, prípadne ce ­ lulózu a hemicelulózu. Vedľa palivového bioetanolu sú zo surovín produkované produkty na báze nemodifikovaného a modifikovaného škrobu, oxid uhličitý a krmivá. Z nevyu ­ žitých častí rastlín, surovín a procesných odpadov sú pro ­ dukované krmivá, hnojivá a biopalivá na energetické vyu ­ žitie. Voda je v procese recyklovaná a bioplyn z čistenia vôd je energeticky využitý. Biokaly sú použité na výrobu hnojív. Zariadenie slúži tiež na spracovanie a využitie ex ­ terných vstupov.

Description

Tľ ΪΌ-ΖΟΟΪ

Via c-suroví nová koprodukčná výroba bioetanolu

Oblasť techniky

Vynález sa týka viac-surovinového koprodukčného spôsobu výroby bioetanolu, zariadenia k tomuto spôsobu a jeho použitia.

Doterajší stav techniky

V doterajších technológiách na výrobu etanolu fermentáciou prírodných cukrov sa ako suroviny používajú časti rastlín obsahujúce rôzne druhy sacharidov, zahrňujúc dominantne zastúpené monosacharidy (napr. hrozno, ovocie), disacharidy (napr. cukrová repa, cukrová trstina, sladká mliečna srvátka) a polysacharidy, najmä škrob, celulózu a hemicelulózu (napr. zemiaky, kukurica, obilie, drevo, slama). Tieto bioetanolové technológie využívajú najčastejšie jeden druh suroviny, resp. surovín s rovnakým dominantne zastúpeným druhom sacharidov. Vedľajšie produkty vznikajúce v procese výroby etanolu, ako napríklad destilačné výpalky a odpadové časti z úpravy suroviny (šupy, vylúhované odrezky, plevy a pod.) majú nízku pestrosť z hľadiska nutričného obsahu, resp. obsahujú zvýšenú koncentráciu špecifických látok a k ich zkrmovateľnosti je potrebné ich miešať s inými druhmi krmív, čo pri vyšších množstvách spôsobuje kapacitné problémy a tak sa stávajú menej hodnotným produktom využiteľným iba ako organické hnojivo, prípadne biologickým odpadom. Zároveň využitie ostatných častí rastlín, z ktorých pochádzajú suroviny je najčastejšie obmedzené iba na ich zapravenie do pôdy ako organického komponentu, pričom energia potrebná na výrobu bioetanolu je získaná z klasických vyčerpateľných zdrojov (zemný plyn, uhlie, jadrová energia, atď.) bez, alebo len z minimálnym využitím biomasy. Závislosť technológie na surovine a energii, ako aj produkcia vedľajších produktov a ich využiteľnosť pritom značne podmieňuje nákladovosť a ekonomický efekt výroby.

Podstata vynálezu

Nedostatky doterajších spôsobov odstraňuje riešenie výroby bioetanolu fermentáciou sacharidovej zápary podľa vynálezu, podľa ktorého sacharidová zápara je pripravená striedavo, alebo súčasne z najmenej jednej suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % sacharózy v sušine, napríklad cukrovej repy, a najmenej jednej suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % škrobu, napríklad zemiakov a/alebo kukurice a/alebo obilia, a najmenej jednej suroviny s obsahom najmenej 1 hmotn. % celulózy a/alebo hemicelulózy.

Z najmenej 0,1 % suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % škrobu sa vyrobí najmenej jeden produkt na báze nemodifikovaného škrobu, napríklad technický alebo potravinársky škrob, a/alebo na báze modifikovaného škrobu, napríklad izoglukóza, zosieťovaný škrob, degradovaný škrob, oxidovaný škrob, alebo škrobový ester.

Z najmenej 0,1 % suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % škrobu sa vyrobí pojivo do biopalív, výhodne biopalív na báze celulózy, alebo hemicelulózy, napríklad drevených, alebo slamenných brikiet.

Z odpadových častí suroviny sa vyrobí krmivo pre hospodárske zvieratá, napríklad zmesné kompostované krmivo obsahujúce obilné plevy, šupky z kukuričného zrna a vylúhované odrezky z cukrovej repy, s výhodou obsahujúce výpalky z destilácie fermentovanej zápary.

Z nadzemných častí rastlín a/alebo odpadových častí suroviny s obsahom vody menej ako 20 hmotn. %, napríklad kukuričných šúľkov, šúpolia, bylí, obilnej slamy a pliev, sa vyrobí najmenej 10 % tepla s výhodou vo forme pary a/alebo elektrickej energie použitej na výrobu bioetanolu a produktov na báze škrobu.

Voda použitá, alebo vznikajúca pri výrobe bioetanolu, produktov na báze škrobu a krmiva sa po úprave a vyčistení minimálne 90 %-ne recykluje, pričom bioplyn vznikajúci pri anaeróbnom čistení sa použije k výrobe tepelnej energie a zo vznikajúceho biokalu sa po prípadnom obohatení fosforom a dusíkom, napríklad zo živočíšnych kalov, vyrobí hnojivo.

Zariadenie k výrobe bioetanolu podľa vynálezu (Obr.1) pozostáva z úpravne cukrovej repy s medziskladom 1, zahrňujúcej umývacie žľaby a rošty H, rezačku repy 12, difúzne zariadenie 13 a zberné nádrže na cukrovú šťavu 14, ďalej pozostáva z úpravne zemiakov s medziskladom 2, zahrňujúcej pračku zemiakov 21, škrabku zemiakov 22 a rezačku zemiakov 23. Ďalej pozostáva z úpravne kukurice s medziskladom 3,. zahrňujúcej mlyn na kukuricu 31, s výhodou pre mokré mletie. Ďalej pozostáva z úpravne obilia s medziskladom 4zahrňujúcej mlyn na obilie, s výhodou pre mokré mletie. Zariadenie pripadne tiež pozostáva z úpravne drevnej štiepky s medziskladom 5 a úpravne slamy a šúpolia s medziskladom 6. Zariadenie ďalej pozostáva z hydrolyzačného zariadenia 7, separátora nehydrolyzovaých podielov 7Ί a zberných nádrží 72 slúžiacich pre prípravu, oddelenie a uskladnenie glukózovej šťavy. Ďalej pozostáva z fermentačno-destilačnej etanolovej jednotky 8 pre fermentáciu zriedenej cukrovej a/alebo glukózovej šťavy, zahrňujúcej separačnú časť 81 pre získanie vodnatého koncentrátu etanolu, odvodňovaciu časť 82 pre nakoncentrovanie a odvodnenie etanolu a skladovaciu časť 83 pre bioetanol. Ďalej zariadenie pozostáva zo škrobovej jednotky 9, zahrňujúcej časť na výrobu nemodifikovaného škrobu 91 a časť na výrobu modifikovaného škrobu 92. Ďalej zariadenie pozostáva z jednotky pre získavanie kvapalného oxidu uhličitého z fermentácie 811, mechanickobiologickej čističky odpadových vôd s anaerobickým digestorom 100 pre získavanie bioplynu a recykláciu vody, separátora destilačných výpalkov 101 a jednotky na miešanie a finalizáciu krmív 102 pre spracovanie odpadových podielov z úpravy surovín.

Zariadenie podľa vynálezu môže obsahovať kogeneračnú energetickú jednotku pre spaľovanie biopalív 103 slúžiacu k produkcii pary a elektrickej energie.

Zariadenie k výrobe bioetanolu podľa vynálezu môže byť použité k materiálovému a energetickému využitiu surovín a častí rastlín, nakoncentrovaniu, čisteniu a odvodneniu liehu a spracovaniu medziproduktov a produktov, napríklad sacharidovej šťavy, melasy a múky, pochádzajúcich z iných výrobných zariadení.

Spôsob výroby a zariadenie podľa vynálezu môžu byť použité k súčasnej produkcii bioetanolu, určeného ako biopalivo do dopravných prostriedkov a generátorov energie, a produktov na báze škrobu, ako napríklad technického škrobu, modifikovaných škrobov (odbúrané, hydrolyzované, oxidované a zosieťované škroby, škrobové estery a étery) pre využitie hlavne v textilnom, papierenskom a potravinárskom priemysle, ako aj pri výrobe biodegradabilných materiálov.

Výhodou riešenia podľa vynálezu je hlavne to, že pri súčasnej produkcii palivového bioetanolu a produktov na báze škrobu sú využité všetky zložky surovín a časti rastlín s kompatabilnou logistikou prepravy, výroba má priame i nepriame priaznivé dopady na životné prostredie v podpore prirodzeného ekologického cyklu uhlíka, je podporené viacpoľné hospodárenie s pôdou s jej plným ekonomickým využitím, v procese sa recykluje voda a šetrí energia produkovaná v rámci výroby produktov s vysokou mierou pridanej hodnoty, a taktiež sa redukujú náklady na vybudovanie samostatných zariadení na výrobu uvedených produktov.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na Obr. 1 je znázornená bloková schéma zariadenia k výrobe bioetanolu podľa vynálezu..

Príklad uskutočnenia vynálezu

Príklad spôsobu a zariadenia k viac-surovinovej výrobe bioetanolu s koprodukciou produktov na báze škrobu, krmivami, hnojivami, oxidom uhličitým, bioplynom, vlastnou energetickou kogeneračnou jednotkou a recykláciou vody zobrazuje bloková schéma na Obr. 1.

Zariadenie pozostáva z úpravne cukrovej repy s medziskladom 1, zahrňujúcej umývacie žľaby a rošty H, rezačku repy 12, difúzne zariadenie 13 a zberné nádrže na cukrovú šťavu 14, ďalej pozostáva z úpravne zemiakov s medziskladom 2, zahrňujúcej pračku zemiakov 21, škrabku zemiakov 22 a rezačku zemiakov 23. Ďalej zariadenie pozostáva z jednotky úpravne kukurice s medziskladom zahrňujúcej mlyn na kukuricu 31 pre mokré mletie a z jednotky úpravne obilia s medziskladom ^zahrňujúcej mlyn na obilie, s výhodou tiež pre mokré mletie k zvýšeniu bezpečnosti a zvýšeniu výťažnosti škrobu. Zariadenie pozostáva z úpravne drevnej štiepky s medziskladom 5 a úpravne slamy a šúpolia s medziskladom 6. Výstup škrobovej, resp. celulózovej melasy z jednotiek 2 až 6 ústi do_hydrolyzačného zariadenia 7, separátora nehydrolyzovaých podielov 7Ί a zberných nádrží 72 slúžiacich pre prípravu, oddelenie a uskladnenie glukózovej šťavy. Ďalej zariadenie pozostáva z fermentačno-destilačnej etanolovej jednotky 8 pre fermentáciu zriedenej cukrovej a/alebo glukózovej šťavy, zahrňujúcej separačnú časť 81 pre získanie vodnatého koncentrátu etanolu, odvodňovaciu časť 82 pre nakoncentrovanie a odvodnenie etanolu a skladovaciu časť 83 pre bioetanol. Časť škrobovej melasy, pripadne celulózovej melasy je vedená do škrobovej jednotky 9, zahrňujúcej časť na výrobu nemodifikovaného škrobu 91 (technický potravinársky škrob) a časť na výrobu modifikovaného škrobu 92 (izoglukózový sirup, zosieťovaný škrob a acetát škrobu). Ďalej zariadenie pozostáva z jednotky pre získavanie kvapalného a tuhého oxidu uhličitého z fermentácie 811, mechanicko-biologickej čističky odpadových vôd s anaerobickým digestorom 100 pre získavanie bioplynu a recykláciu vody, separátora destilačných výpalkov 101 a jednotky na miešanie a finalizáciu krmív 102 pre spracovanie odpadových podielov z úpravy surovín. Zariadenie obsahuje kogeneračnú energetickú jednotku pre spaľovanie biopaliv 103 (ako sú kukuričné šúľky, šúpolie, byle, obilná slama a plevy, pojené škrobovým pojivom) slúžiacu k produkcii pary a elektrickej energie pre celú výrobu a poskytovanie tepla do okolitých obytných a administratívnych budov.

Zariadenie je tiež použité k materiálovému a energetickému využitiu škrobových a cukorných surovín a častí rastlín, ako aj nakoncentrovaniu, čisteniu a odvodneniu liehu dodaného z malých výrobní. Taktiež slúži k spracovaniu medziproduktov a produktov, napríklad sacharidovej šťavy, melasy a múky, pochádzajúcich z iných výrobných zariadení.

Priemyselná využiteľnosť

Vynález je využiteľný hlavne k veľkokapacitnej výrobe palivového bioetanolu, škrobu a produktov na báze modifikovaného škrobu, oxidu uhličitého, krmív a hnojív.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby bioetanolu fermentáciou sacharidovej zápary, vyznačujúci sa tým, že sacharidová zápara je pripravená striedavo, alebo súčasne z najmenej jednej suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % sacharózy v sušine, napríklad cukrovej repy, a najmenej jednej suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % škrobu, napríklad zemiakov a/alebo kukurice a/alebo obilia, a najmenej jednej suroviny s obsahom najmenej 1 hmotn. % celulózy a/alebo hemicelulózy.
2. 2. Spôsob výroby bioetanolu podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým, že z najmenej 0,1 % suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % škrobu sa vyrobí najmenej jeden produkt na báze nemodifikovaného škrobu, napríklad technický alebo potravinársky škrob, a/alebo na báze modifikovaného škrobu, napríklad izoglukóza, zosieťovaný škrob, degradovaný škrob, oxidovaný škrob, alebo škrobový ester.
3. 3. Spôsob výroby bioetanolu podľa bodu 1, vyznačujúci sa tým, že z najmenej 0,1 % suroviny obsahujúcej najmenej 1 hmotn. % škrobu sa vyrobí pojivo do biopalív, výhodne biopaliv na báze celulózy, alebo hemicelulózy, napríklad drevených, alebo slamených brikiet.
4. 4. Spôsob výroby bioetanolu podľa bodu 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že z odpadových častí suroviny sa vyrobí krmivo pre hospodárske zvieratá, napríklad zmesné kompostované krmivo obsahujúce obilné plevy, šupky z kukuričného zrna a vylúhované odrezky z cukrovej repy, s výhodou obsahujúce výpalky z destilácie fermentovanej zápary.
5. 5. Spôsob výroby bioetanolu podľa bodu 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že z nadzemných častí rastlín a/alebo odpadových častí suroviny s obsahom vody menej ako 20 hmotn. %, napríklad kukuričných šúľkov, šúpolia, bylí, obilnej slamy a pliev, sa vyrobí najmenej 10 % tepla s výhodou vo forme pary a/alebo elektrickej energie použitej na výrobu bioetanolu a produktov na báze škrobu.
6. 6. Spôsob výroby bioetanolu podľa bodu 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že voda použitá, alebo vznikajúca pri výrobe bioetanolu, produktov na báze škrobu a krmiva sa po úprave a vyčistení minimálne 90 %-ne recykluje, pričom bioplyn vznikajúci pri anaeróbnom čistení sa použije k výrobe tepelnej energie a zo vznikajúceho biokalu sa po prípadnom obohatení fosforom a dusíkom, napríklad zo živočíšnych kalov, vyrobí hnojivo.
7. 7. Zariadenie k výrobe bioetanolu podľa bodu 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z úpravne cukrovej repy s medziskladom (1), zahrňujúcej umývacie žľaby a rošty (11), rezačku repy (12), difúzne zariadenie (13) a zberné nádrže na cukrovú šťavu (14), ďalej pozostáva z úpravne zemiakov s medziskladom (2), zahrňujúcej pračku zemiakov (21), škrabku zemiakov (22) a rezačku zemiakov (23), ďalej pozostáva z úpravne kukurice s medziskladom (3) zahrňujúcej mlyn na kukuricu (31), s výhodou pre mokré mletie, ďalej pozostáva z úpravne obilia s medziskladom (4) zahrňujúcej mlyn na obilie, s výhodou pre mokré mletie, prípadne tiež pozostáva z úpravne drevnej štiepky s medziskladom (5) a úpravne slamy a šúpolia s medziskladom (6), ďalej pozostáva z hydrolyzačného zariadenia (7), separátora nehydrolyzovaých podielov (71) a zberných nádrží (72) slúžiacich pre prípravu, oddelenie a uskladnenie glukózovej šťavy, ďalej pozostáva z fermentačno-destilačnej etanolovej jednotky (8) pre fermentáciu zriedenej cukrovej a/alebo glukózovej šťavy a separáciu a čistenie etanolu, zahrňujúcej separačnú časť (81) pre získanie vodnatého koncentrátu etanolu, odvodňovaciu časť (82) pre nakoncentrovanie a odvodnenie etanolu a skladovaciu časť (83) pre bioetanol, ďalej pozostáva zo škrobovej jednotky (9), zahrňujúcej časť na výrobu nemodifikovaného škrobu (91) a časť na výrobu modifikovaného škrobu (92), ďalej pozostáva ž jednotky pre získavanie kvapalného, alebo tuhého oxidu uhličitého z fermentácie (811), mechanickobiologickej čističky odpadových vôd s anaerobickým digestorom (100) pre získavanie bioplynu a recykláciu vody, separátora destilačných výpalkov (101) a jednotky na miešanie a finalizáciu krmív (102) pre spracovanie odpadových časti z úpravy surovín.
8. 8. Zariadenie k výrobe bioetanolu podľa bodu 1 až 7, vyznačujúce sa tým, že obsahuje kogeneračnú energetickú jednotku pre spaľovanie biopalív (103) slúžiacu k produkcii pary a elektrickej energie.
9. 9. Zariadenie k výrobe bioetanolu podľa bodov 7 a 8 je použité k materiálovému a energetickému využitiu surovín a častí rastlín, nakoncentrovaniu, čisteniu a odvodneniu liehu a spracovaniu medziproduktov a produktov, napríklad sacharidovej šťavy, melasy a múky, pochádzajúcich z iných výrobných zariadení.