CZ2003954A3 - Process and apparatus for comprehensive treatment of renewable raw materials - Google Patents
Process and apparatus for comprehensive treatment of renewable raw materials Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2003954A3 CZ2003954A3 CZ2003954A CZ2003954A CZ2003954A3 CZ 2003954 A3 CZ2003954 A3 CZ 2003954A3 CZ 2003954 A CZ2003954 A CZ 2003954A CZ 2003954 A CZ2003954 A CZ 2003954A CZ 2003954 A3 CZ2003954 A3 CZ 2003954A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- hydrolysis
- pressure
- furfural
- container
- glucose
- Prior art date
Links
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
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká způsobu zpracování lignocelulózových materiálů kontinuální tlakovou hydrolýzou za vzniku furfuralu a furanu, kyseliny octové, ligninu, hydrolýzních cukrů - glukózy. Dále zpracováním zbytků po hydrolýze metodou enzymové hydrolýzy, hydrolýzou škrobu z přidávaných škrobnatých surovin, zejména obilných zrn na glukózu, její fermentací, destilací a rektifikací na bioethanol, využitím - výpalků anaerobní fermentací na bioplyn, a jímání kysličníku uhličitého, a komplexního zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention relates to a process for the treatment of lignocellulosic materials by continuous pressure hydrolysis to form furfural and furan, acetic acid, lignin, hydrolysis sugars - glucose. Further processing of hydrolysis residues by enzymatic hydrolysis method, starch hydrolysis from added starch raw materials, in particular cereal grains to glucose, its fermentation, distillation and rectification to bioethanol, using - stillage by anaerobic fermentation to biogas, and carbon dioxide collection, and complex equipment way.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Nedostatek fosilních surovinových zdrojů se stává potencionální bariérou brzdící ekonomicko-sociální rozvoj většiny krajin. Dnešní systémy výroby organických chemikálií jsou převážně založené na využití fosilních surovin. Fosilní suroviny, zejména ropa a zemní plyn, postupně se vyčerpávají. Česká republika má těžkou závislost na dovozu uvedených surovin, což tvoří značnou část deficitu v obchodní bilanci.The lack of fossil raw materials is becoming a potential barrier to the economic and social development of most landscapes. Today's organic chemical production systems are mainly based on the use of fossil raw materials. Fossil raw materials, especially oil and gas, are gradually depleted. The Czech Republic is heavily dependent on imports of these raw materials, which accounts for a large part of the trade deficit.
Kromě fosilních zdrojů surovin je k dispozici pro současné i další období velká část obnovující se organické hmoty - biomasy.In addition to the fossil resources of raw materials, a large part of the renewal of organic matter - biomass - is available for the current and future periods.
Biomasa (LCM - lignocelulózové materiály) je v současnosti nejvíce využívaným obnovitelným zdrojem energie a má nezanedbatelný podíl na světové produkci.Biomass (LCM - lignocellulosic materials) is currently the most used renewable energy source and has a significant share in the world production.
V blízké budoucnosti je zapotřebí rozvíjet, resp. nalézt levnější a účinné metody konverze na ušlechtilá plynná a zejména kapalná paliva, která umožní širší a efektivní využití biomasy a obnovitelných zdrojů jako celku, tzn. bez omezení působnosti na blízkost surovinových zdrojů, a také větší flexibilitu ve způsobech aplikace a bez sezónních výkyvů.In the near future it is necessary to develop, respectively. to find cheaper and efficient methods of conversion to noble gaseous and especially liquid fuels, which will enable wider and efficient use of biomass and renewable sources as a whole, ie. without being limited to the proximity of raw material resources, as well as greater flexibility in application patterns and without seasonal fluctuations.
Hlavními producenty biomasy jsou v prvé řadě zdroje ze zemědělské prvovýroby (různé druhy slámy), odpady dřevařského a lesního průmyslu.The main biomass producers are primarily sources from primary agricultural production (various types of straw), wood and forestry waste.
Intenzivně se zkoumají postupy využívající hydrolýzu celulózy i hemicelulóz. Výhodou těchto postupů je velmi nízká cena vstupních lignocelulózových surovin. Hydrolýzní technologie poskytující roztok hydrolýzních cukrů (celulózových a hemicelulózových) o vhodné koncentraci a pokud možno kontinuálním způsobem nejsou dosud plně zvládnuty.Methods using cellulose and hemicellulose hydrolysis are being studied intensively. The advantage of these processes is the very low price of input lignocellulosic raw materials. Hydrolysis technologies providing a solution of hydrolysis sugars (cellulose and hemicellulose) at the appropriate concentration and preferably in a continuous manner are not yet fully mastered.
Všechny tyto faktory uvádí Philip W. Madson ve své přednášce Bio-ethanol experiences in the USA přednesené na European Gonference on Bioethanol, konané v Lisse - Holandsko v květnu 1990. Závěrem konstatuje, že výroba bioetanolu je přes technický pokrok v nejlepším případě na hranici rentability. Doposud používané a navržené technologie na výrobu etanoiu jako paliva jsou většinou založeny na využívání škrobových materiálů, zejména kukuřice a obilí.All these factors are mentioned by Philip W. Madson in his lecture Bio-ethanol experiences in the USA presented at the European Gonference on Bioethanol, held in Lisse - Netherlands in May 1990. Finally, he notes that bioethanol production is at best a margin of profitability despite technical progress . The technologies used so far for the production of ethanol as a fuel are mostly based on the use of starch materials, in particular corn and corn.
Druhá strategie, která je nyní aktivně sledována, je použití vstupů s nižšími náklady jako je např. celulóza, aby se snížily náklady na surovinu.A second strategy, which is now actively pursued, is to use lower cost inputs such as cellulose to reduce raw material costs.
—I /W—I / W
Známý postup je popsán v US JŘatentu ^.4,564,595. Jedná se o kyselou hydrolýzu předem delignifikované celulózy a následné zkvašování vzniklých jednoduchých cukrů (hlavně glukózy).A known procedure is described in U.S. Pat. No. 4,564,595. It is the acid hydrolysis of pre-delignified cellulose and subsequent fermentation of the resulting simple sugars (mainly glucose).
Vysokou energetickou náročnost známých postupů se snaží odstranit Japonský Patent & 59048090 A o názvu Preparation of fuel alcohol. Jeho podstata spočívá v tom, že jsou pomoci fermentace připraveny z obnovitelných surovin jednoduché cukry, které jsou potom zkvašeny na etanol. Škrobové materiály jsou štěpeny pomoci vláknitých hub rodu Aspergilus, lignocelulžové materiály typu dřeva jsou upravovány pomoci kvasinek, sláma a slámě podobné materiály pomoci Bacillus natto.Japanese Patent & 59048090 A entitled Preparation of fuel alcohol seeks to remove the high energy consumption of known processes. Its essence is that by means of fermentation, simple sugars are prepared from renewable raw materials, which are then fermented to ethanol. The starch materials are cleaved with the help of filamentous fungi of the genus Aspergilus, lignocellulosic materials of the wood type are treated with yeast, straw and straw-like materials with Bacillus natto.
Firma Quaker Oats používala při výrobě furaldehydu, diskontinuální hydrolýzu lignocelulóz kyselinu sírovou (5% vodný roztok) při teplotě 145 až 170 °C . Firma Defibrátor Švédsko) vypracovala kontinuální hydrolýzu, použila však jednostupňovou expanzi a surovinu před hydrolýzou impregnuje kyselinou sírovou.Quaker Oats used sulfuric acid (5% aqueous solution) at 145-170 ° C to produce furaldehyde, the discontinuous hydrolysis of lignocelluloses. Defibrator Sweden) developed continuous hydrolysis, but used a one-stage expansion and impregnated the raw material with sulfuric acid before hydrolysis.
Je znám finský patent, přihlášený v ČR pod číslem 191945, jehož předmětem ochrany je způsob kontinuální dvoustupňové hydrolýzy v přítomnosti kyseliny sírové. V prvém stupni probíhá hydrolýza při teplotě 150 až 200 °C s koncentrací kyseliny sírové větší než 10 % hmotn. V druhém stupni při téže teplotě je koncentrace kyseliny do 5 % hmotn.A Finnish patent, registered in the Czech Republic under the number 191945, is known, the object of which is the method of continuous two-stage hydrolysis in the presence of sulfuric acid. In the first step, the hydrolysis is carried out at a temperature of 150 to 200 ° C with a sulfuric acid concentration greater than 10% by weight. In the second step at the same temperature, the acid concentration is up to 5 wt.
Švýcarská patentová přihláška CH 678183 A5, uvádí kyselé hydrolýzy surovin obsahujících pentosany, v prostředí 2 % hmotn. kyseliny sírové při teplotě 170 až 230 °C.Swiss Patent Application CH 678183 A5 discloses acid hydrolysis of pentosane-containing feedstocks in a 2 wt. sulfuric acid at a temperature of 170 to 230 ° C.
Přesto, že zatím je často využití fosilních surovin ekonomicky výhodnější, velké petrochemické společnosti založily svá výzkumně - vývojová pracoviště nových technologií využívající obnovitelné zdroje. Konference European on Bioethanol se zabývala příčinami ekonomické nerentability, z technologického i legislativního hlediska. U výroby bioetanolu, který je vyráběn, nebo bude vyráběn z kukuřičného, nebo obilního škrobu se prodejní cena téměř rovná ceně nákupní suroviny. Tyto substráty jsou drahé, mají však výhodu ve snadné a technologicky zvládnuté hydrolýze.Despite the fact that the use of fossil raw materials is often more economically advantageous, large petrochemical companies have established their research and development facilities for new technologies using renewable resources. The European on Bioethanol conference looked at the causes of economic unprofitability, both technologically and legally. For the production of bioethanol produced or to be produced from maize or cereal starch, the selling price is almost equal to the price of the raw material. These substrates are expensive but have the advantage of easy and technologically advanced hydrolysis.
Je známý evropský patent X 0 101 190 Process for producing ethanol autorů Assarssona a Nagasuye, kteří využívají pro výrobu glukózy, následně zkvašováné na etanol, kyselou parciální hydrolýzu škrobu. Jako vstupní surovina je uvažován karbohydrátový materiál různě upravený (chemicky modifikovaný, odvozený, nemodifikovaný a nebo jejich směs). Do některé z těchto skupin patří teoreticky i celulóza, i když ji autoři v seznamu surovin výslovně neuvádějí. Navržené podmínky hydrolýzy, zvláště teplota, ji však vylučují ze seznamu použitelných surovin. Při navržené teplotě topné páry 167 °C může dojít pouze k hydrolýze části pentózanů, avšak ligno-celulózový komplex zůstane neporušen. Proto je v nárocích uváděn pouze škrobový materiál.The European patent X 0 101 190 Process for producing ethanol is known by Assarsson and Nagasuye, who use acid partial hydrolysis of starch to produce glucose, subsequently fermented to ethanol. Carbohydrate material treated in various ways (chemically modified, derived, unmodified or a mixture thereof) is considered as feedstock. Cellulose is theoretically included in some of these groups, although it is not explicitly mentioned in the list of raw materials. However, the proposed hydrolysis conditions, in particular temperature, exclude it from the list of useful raw materials. At a suggested heating steam temperature of 167 ° C, only a portion of the pentosans can be hydrolyzed, but the lignin-cellulose complex remains intact. Therefore, only starch material is mentioned in the claims.
Kontinuální způsob hydrolýzy lignocelulózových materiálů není dosud průmyslově využíván. V provozních podmínkách je obtížné dodržet krátké reakční časy, zabezpečit rychlé vyhřátí směsi, ale i regeneraci tepla, výtěžnost všech produktů, jestliže proces musí zajistit ekonomickou únosnost. Další nevýhodou těchto postupů je nekomplexní využití produktů, které obnovitelný materiální zdroj poskytuje.The continuous process of hydrolysis of lignocellulosic materials has not been used industrially yet. In operating conditions, it is difficult to maintain short reaction times, to ensure rapid heating of the mixture, but also to recover heat, the yield of all products, if the process must ensure economic load-bearing capacity. Another disadvantage of these processes is the incomplete use of the products provided by the renewable material resource.
Způsob zpracování lignocelulózových materiálů hydrolýzním a dále fermentačním způsobem řeší částečně celá řada vynálezů. ( CZ 281504 a C/PV 2000-4328).A number of inventions partially solve the method of processing lignocellulosic materials by hydrolysis and fermentation. (CZ 281504 and C / PV 2000-4328).
Hydrolýzou lignocelulózových materiálů vzniká furfural, kyselina octová, lignin, hydrolýzní cukry, zejména glukóza. Nezhydrolyzované zbytky celulózy a ligninu se podle CZ patent# buď vrací zpět do hydrolýzního procesu, nebo se podrobí extrakci za účelem získání ligninu. Dezintegrovaná surovina je zvlhčena ve hmotnostním poměru 0,5 až 1:1 a ze získané směsi se přebytečná voda odlisuje a následně se provádí tlaková kyselá hydrolýza. Podle upřednostňovaného druhu hydrolýzních produktů lze proces hydrolýzy provádět při různých teplotách v rozmezí teplot 160 až 230 °C.Hydrolysis of lignocellulosic materials results in furfural, acetic acid, lignin, hydrolysis sugars, especially glucose. Unhydrolyzed cellulose and lignin residues are either returned to the hydrolysis process according to the CZ patent # or subjected to extraction to obtain lignin. The disintegrated feedstock is wetted in a weight ratio of 0.5 to 1: 1 and excess water is compressed from the mixture obtained, followed by pressure acid hydrolysis. Depending on the preferred type of hydrolysis products, the hydrolysis process can be carried out at different temperatures in the range of 160 to 230 ° C.
Nevýhodou tohoto postupu je velká spotřeba teplé technologické vody použité ke zvlhčení dezintegrovaného lignocelulózového materiálu a její následné odlisování před vlastní hydrolýzou. Další nevýhodou dosud navržených postupů je, že není komplexně vyřešena energetická úspornost celého provozu.The disadvantage of this process is the large consumption of hot process water used to moisten the disintegrated lignocellulosic material and then press it before hydrolysis. Another disadvantage of the processes proposed so far is that the energy efficiency of the entire plant is not completely solved.
Není řešeno ani komplexní využití lignocelulózových i škrobnatých materiálů.Neither the complex use of lignocellulosic and starchy materials is solved.
Důležitou podmínkou hydrolýzních procesů pro zpracování lignocelulózových materiálů je zajištění provozní kontinualizace výroby. Zejména přísun dezintegrovaného lignocelulózového materiálu do hydrolyzéru.An important condition for hydrolysis processes for the processing of lignocellulosic materials is to ensure operational continualization of production. In particular, supplying the disintegrated lignocellulosic material to the hydrolyzer.
Je známá plnící pístová jednotka , která se skládá se zásobníku materiálu, dvou šoupátek, plnícího a hydraulického válce, nezajišťuje plynulé kontinuální dávkování lignocelulózových materiálů a navíc tento způsob plnění nebyl odzkoušen pro kontinualizaci hydrolýzního procesu.There is known a filling piston unit, which consists of a material reservoir, two sliders, a filling and a hydraulic cylinder, does not ensure continuous continuous dosing of lignocellulosic materials, and moreover, this filling method has not been tested for continualization of the hydrolysis process.
Plnicí lis popsaný v CZ 281504 sestává z válcové části a kuželové části, oběma částmi prochází šnek s konstantním stoupáním a se zmenšujícím se stoupáním v kuželové části, přičemž kuželová část je tvořena segmenty pro odvod kapaliny do zásobníku. Přední čelo válcové části je perforované. Na konci kuželové části je tlaková vložka, která je pevně spojena s plnicím lisem a ústí do prvního hydrolyzéru. Ani tento plnící systém se neosvědčil, zejména pro nestejnoměrné plnění, pro nezajištění kompaktnosti a kontinuální průchodnosti zátky tlakovou vložkou. Tento systém byl opuštěn zejména z obavy, že nebude vhodný pro komerční použití v nepřetržitém provozu.The filling press described in CZ 281504 consists of a cylindrical part and a conical part, both of which pass through a worm with a constant pitch and with a decreasing pitch in the conical part, the conical part being formed by segments for draining the liquid into the reservoir. The front face of the cylindrical part is perforated. At the end of the conical portion is a pressure insert which is rigidly connected to the filling press and opens into the first hydrolyser. This filling system has also not proved its worth, in particular for non-uniform filling, for failing to ensure the compactness and continuous passage of the plug by the pressure insert. This system has been abandoned in particular for fear of being unsuitable for commercial use in continuous operation.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Zmíněné nevýhody uvedených dosavadních hydrolýzních postupů získávání, cukrů - glukózy, etanolu, furfuralu, čistého ligninu, bioplynu a oxidu uhličitého z lignocelulózových materiálů, řeší a odstraňuje způsob komplexního zpracování obnovitelných surovin, zejména lignocelulózových a škrobnatých materiálů. Způsob podle vynálezu spočívá v tom, že se desintegrovaný lignocelulózový materiál zvlhčený technologickou vodou v rozsahu 0,1 až 0,3 % hmotn. , vztaženo na hmotnost vstupujícího materiálu, kontinuálně dopravuje a mechanickou energií vyhřívá na teplotu 80 až 90 °C v plnicí jednotce. Rozrušený a vyhřátý materiál se dále kontinuálně hydrolyzuje v přítomnosti technologické vody a páry o teplotě 190 až 235 °C a tlaku 1,5 až 3,2 MPa a v přítomnosti zředěné kyseliny v množství 0,3 až 0,85 % hmotn., vztaženo na suspenzi při hmotnostním poměru vody k sušině 1:3,5 až 1: 4,5 po dobu 9 až 12 minut. Hydrolýza probíhá za současného rovnoměrného postupu tuhé a kapalné fáze. Kyselina se dávkuje pro úpravu kyselosti do přívodního potrubí před hydrolyzérem. Veškerá pára v hydrolýzním systému zkondenzuje a ohřeje prostupující materiál. Uvolněné kondenzační teplo pokryje i ztráty tepla přes plášť druhého hydrolyzéru. Katalytickým působením kyseliny a teploty dojde k hydrolyznímu rozkladu hemicelulóz na furfuralovou část a z části na hemicelulózové cukry. Dojde k rozrušení lignocelulózových vazeb a k degradaci celulózy na glukózu v rozsahu od 27 do 85 %. Po ukončení hydrolýzy se materiálová suspenze dvoustupňové expanduje. Parní fáze obsahují furfural, metanol a kyselinu octovou a vodu. Zhydrolyzovaná suspenze obsahuje roztok cukrů, zbytkovou tuhou rozvlákněnou lignocelulózovou fázi a vodu.The aforementioned disadvantages of the prior art hydrolysis processes of sugars - glucose, ethanol, furfural, pure lignin, biogas and carbon dioxide from lignocellulosic materials solve and eliminate the method of complex processing of renewable raw materials, especially lignocellulosic and starchy materials. The process according to the invention is characterized in that the disintegrated lignocellulosic material is moistened with process water in the range of 0.1 to 0.3% by weight. based on the weight of the incoming material, it is continuously conveyed and heated by mechanical energy to a temperature of 80 to 90 ° C in the filling unit. Further, the disrupted and heated material is continuously hydrolyzed in the presence of process water and steam at a temperature of 190 to 235 ° C and a pressure of 1.5 to 3.2 MPa and in the presence of dilute acid in an amount of 0.3 to 0.85 wt. to a suspension at a water to dry weight ratio of 1: 3.5 to 1: 4.5 for 9 to 12 minutes. The hydrolysis proceeds with a uniform solid and liquid phase. The acid is metered to adjust the acidity to the feed line upstream of the hydrolyzer. All steam in the hydrolysis system condenses and heats the permeable material. The released condensation heat also covers the heat loss through the shell of the second hydrolyzer. The catalytic action of acid and temperature leads to hydrolysis of hemicelluloses to the furfural part and partly to hemicellulose sugars. Lignocellulosic bonds will break and cellulose will degrade to glucose ranging from 27 to 85%. After the hydrolysis is complete, the material suspension is expanded in two stages. The vapor phases contain furfural, methanol and acetic acid and water. The hydrolyzed suspension comprises a sugar solution, residual solid pulped lignocellulose phase and water.
Pro správnou funkci a nastavení termodynamické rovnováhy mezi kapalinou a párou v hydrolyzérech je důležité kontinuální odvádění inertní parní fáze obsahující převážně furfural z parního prostoru hydrolyzérů. Odvod se provádí z horní části hydrolyzérů a je důležitý z hlediska dosažení potřebné teploty. S rostoucím obsahem této parní fáze stoupá tlak v hydrolyzérech.Continuous removal of an inert vapor phase containing predominantly furfural from the vapor space of the hydrolysers is important for proper operation and adjustment of the thermodynamic equilibrium between liquid and steam in the hydrolysers. The drain is carried out from the top of the hydrolysers and is important for achieving the required temperature. As the content of this vapor phase increases, the pressure in the hydrolysers increases.
Parní fáze z hydrolyzérů spolu s parními fázemi z expandérů jsou zchlazeny a podrobí se rektifikaci. Rozdělí se na roztok furfuralu, metanolu a vody, a směs kyselin a vody. Furfuralová směs se rozdělí dekantací do dvou vrstev.The vapor phases from the hydrolysers together with the vapor phases from the expanders are cooled and subjected to rectification. Separate into a solution of furfural, methanol and water, and a mixture of acids and water. The furfural mixture is separated by decantation into two layers.
Dolní vrstva obsahuje cca 92j %ňt hmotnostní roztok furfuralu s vodou a V o metanolem. Horní vrstva z dekantéru obsahuje asi 8[ % hmotnostní furfural, dále metanol a vodu. Tato vrstva je nastřikována zpět do rektifikační kolony.The backsheet contains approximately 92% by weight solution of furfural with water and methanol. The top layer of the decanter contains about 8% by weight of furfural, followed by methanol and water. This layer is injected back into the rectification column.
Azeotropická směs kyselin a vody se extrahuje a získává se bezvodá směs kyseliny octové a mravenčí.The azeotropic mixture of acids and water is extracted to give an anhydrous mixture of acetic acid and formic acid.
Hydrolyzát obsahující hydrolýzní cukry, rozvlákněnou tuhou lignocelulózovou fázi a vodu se lisuje. Lisováním se získá roztok cukrů a vody a tuhé rozvlákněné lignocelulózové zbytky, na které se působí celulolytickými enzymy. Lignocelulózové zbytky se mohou též vracet do termicko tlakové hydrolýzy k dohydrolýze, nebo se extrahují během 10 až 15 minut rozpouštědlem ze skupiny, tvořené etanolem, nebo acetonem. Do rozpouštědla přejde lignin a po odpaření rozpouštědla se získá čistý reaktivní lignin a v tuhé části zůstane celulóza. Po celulolytické hydrolýze se získá čistá glukóza. Cukry vázané na vláknině prolisováním přejdou do roztoku cukrů a nevrací se s vlákninou do některého ze zvolených postupů zpracování tuhých zbytků. Tato snadno kombinovaná procesní opatření zajišťují vysokou výtěžnost fermentovatelných cukrů.The hydrolyzate containing the hydrolysis sugars, the pulped solid lignocellulose phase and the water is compressed. Pressing yields a solution of sugars and water and solid fibrous lignocellulosic residues treated with cellulolytic enzymes. The lignocellulose residues can also be returned to the thermo-pressure hydrolysis for dohydrolysis, or extracted within 10 to 15 minutes with a solvent selected from the group consisting of ethanol or acetone. The lignin passes into the solvent and after evaporation of the solvent pure reactive lignin is obtained and cellulose remains in the solid part. Pure glucose is obtained after cellolytic hydrolysis. The pulp-bound sugars are passed into the sugar solution by compression and do not return with the pulp to any of the selected solid residue processing processes. These easily combined process measures ensure a high yield of fermentable sugars.
Roztok glukózy získaný enzymatickou hydrolýzou se přidává do roztoku cukrů z tlakové hydrolýzy, a mísí se kontinuálně se škrobovým materiálem a vše se podrobí amylolytické hydrolýze, při čemž z výsledné reakční směsi se oddělí zbylé tuhé částice obsahující neškrobový podíl zrn, které se vrací do termicko tlakové hydrolýzy. Získaný glukózový roztok se po úpravě pH, přídavku solí a živin a po úpravě koncentrace glukózy případným naředěním nezahuštěnými výpalky ze záparové kolony napouští přes výměník tepla do fermentoru. Alkoholová fermentace je přítoková s vracením separovaných kvasinek, nebo se ve fermentoru nechá 20 až 30 % jeho obsahu jako zákvas pro další fermentaci, čímž se nové kvašení rychle rozbíhá. Po prokvašení glukózy na etanol a po oddělení kvasinek se roztok z fermentoru čerpá na destilaci. Z destilační kolony odchází v parách kolem 90 % etanolu o koncentraci cca 40 %Λ do rektifikace, při tom část výpalků se vrací do fermentace, kde ředí cukerný roztok na požadovanou koncentraci a nevyužitá část výpalků postupuje na odparku. V odparce lze výpalky zahustit na požadovanou koncentraci sušiny. Celý proces má v průmyslových podmínkách vysokou výtěžnost a destilační účinnost je cca 99,5 %.The glucose solution obtained by enzymatic hydrolysis is added to the solution of sugars from pressure hydrolysis and mixed continuously with the starch material and subjected to amylolytic hydrolysis, separating the remaining solid particles containing the non-starch grain portion and returning to thermo-pressure. hydrolysis. After adjusting the pH, addition of salts and nutrients and adjusting the glucose concentration, if necessary, by diluting the non-thickened slurry from the mash column, the resulting glucose solution is fed through a heat exchanger into the fermenter. The alcoholic fermentation is tributary with the return of the separated yeast, or it is left in the fermenter as 20 to 30% of its content as a ferment for further fermentation, whereby the new fermentation starts rapidly. After fermentation of glucose to ethanol and separation of yeast, the fermenter solution is pumped for distillation. About 90% of the ethanol leaves the distillation column in a vapor concentration of about 40% Λ until rectification, while part of the stillage is returned to the fermentation where it dilutes the sugar solution to the desired concentration and the unused part of the stillage proceeds to the evaporator. In the evaporator, the stillage can be concentrated to the desired dry matter concentration. The whole process has a high yield under industrial conditions and distillation efficiency is about 99.5%.
Tepelná energie zhydrolyzovaného roztoku přicházejícího z termicko tlakové hydrolýzy se využívá pro zmazovatění škrobu přidaného do roztoku glukózy, případně při ohřevu technologické vody, nebo páry. Po zmazovatění škrobu a úpravě teploty na optimum pro působení termostabilních amyláz, velmi rychle proběhne štěpení škrobu na glukózu. Výhodou tohoto postupu je, že se využije teplo hydrolýzního roztoku.The thermal energy of the hydrolyzed solution coming from thermo-pressure hydrolysis is used to lubricate the starch added to the glucose solution, or to heat the process water or steam. After the starch is lubricated and the temperature is adjusted to the optimum for the action of thermostable amylases, the starch breaks down into glucose very quickly. The advantage of this procedure is that the heat of the hydrolysis solution is utilized.
Tepelná energie glukózového roztoku, a teplo výpalků se využívá pro předehřátí nástřiku do záparové kolony. Teplo lutrové vody, její tepelná energie se využívá ke zlepšení energetické bilance termicko tlakové hydroiýzy.The heat energy of the glucose solution, and the heat of the stillage is used to preheat the feed into the mist column. The heat of lutra water, its thermal energy is used to improve the energy balance of thermo-pressure hydro-hydrolysis.
Kompaktnost a provázanost na sebe navazujících pracovních postupů, hydroiýzy, fermentace, destilace a rektifikace, s postupy využití vedlejších produktů ( ligninu, furfuralu, výpalků, kvasnic a oxidu uhličitého), umožňují automatizaci procesu a dosažení bezodpadového systému zpracování obnovitelných zdrojů.The compactness and coherence of interconnected workflows, hydrolysis, fermentation, distillation and rectification, with the processes of using by-products (lignin, furfural, stillage, yeast and carbon dioxide), enable process automation and achieve a waste-free system for the treatment of renewable resources.
Komplexní řešení využití lignocelulózových a škrobnatých surovin umožňuje maximální využití všech vstupních surovin a tepelné energie.A comprehensive solution for the use of lignocellulosic and starchy raw materials allows maximum utilization of all input raw materials and thermal energy.
Zařízení k provádění tohoto způsobu sestává z drtiče a provozního zásobníku, plnicí jednotky a soustavy hydrolyzérů, kde poslední je propojen přes vysokotlaké šoupátko se středotlakým expandérem, jehož spodní část je propojena přes středotlaké šoupátko potrubím do vrchní části nízkotlakého expandéru, spodní část nízkotlakého expandéru je propojena přes rotační podavač potrubím s míchaným zásobníkem hydrolýzního produktu, který je dále připojen na separační zařízení, jehož první sběrná část je propojena s prvním zásobníkem roztoku hydroíýzních cukrů a druhá sběrná část pro tuhou nezreagovanou fázi je propojena s druhým zásobníkem zbytkové lignocelulózové fáze, horní část středotlakého expandéru a nízkotlakého expandéru je propojena s vrchní části rektifikační kolony furfuralu a se zásobníkem furfuralu. Podle vynálezu spočívá vtom, že kontinuální tlaková šneková plnící jednotka sestává ze segmentů tvořených tělem s jednochodými šneky , které jsou umístěny na hřídeli. Sestava segmentů je ukončena hlavou, jejíž vnitřní geometrický tvar je uzpůsoben poloze trnu, který je zašroubován do konce hřídele. Mezi šneky je umístěn nejméně jeden parní zámek a distanční podložka, parní zámek se na náběhové straně suroviny konicky rozšiřuje, v místě parního zámku je vnitřní strana těla opatřena vložkou ve tvaru tenkého mezikruží o síle 3 až 6 mm. K hlavě je připojena výstupní příruba, v níž je uchycena výstupní vložka s přechodovou částí ústící do prvního hydrolyzéru. Tělo jednoho ze segmentů je opatřeno bočním prvním otvorem pro vstup dezintegrované suroviny a druhým otvorem pro nástřik tlakové technologické vody, dále je před prvním šnekem na hřídeli umístěna spojovací deska a ložiska. Hřídel je spojena s pohonným agregátem. První hydrolyzér je současně opatřen přívodem páry s nízko koncentrovanou kyselinou, p|rvní hydrolyzér j)e propojen s nejméně jedním dalším hydrolyzérem. Poslední hydrolyzér je propojen přes vysokotlaké šoupátko se středotlakým expandérem, jehož spodní část je propojena přes středotlaké šoupátko do vrchní části nízkotlakého expandéru. Jeho spodní část je propojena přes rotační podavač s míchaným zásobníkem hydrolýzního produktu. Horní část středotlakého expandéru a nízkotlakého expandéru je potrubím propojena s prvními výměníky , druhými výměníky, a přes třetí zásobník do vrchní části první rektifikační kolony. Horní část první rektifikační kolony je přes třetí výměníky spojena přes spodní část dekantéru se čtvrtým zásobníkem furfuralu a horní část dekantéru je propojena přes pátý zásobník pro nízko koncentrovanou furfuralovou směs zpět do třetího zásobníku. Druhý zásobník pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky je propojen potrubím s enzymovým hydrolyzérem, který je propojen se zařízením pro přípravu enzymů a separátorem určeným pro oddělení glukózy od ligninu. Separátor je spojen se šestým zásobníkem ligninu a se sedmým zásobníkem pro přípravu fermentačního média. První zásobník pro roztok cukerného hydrolyzátu je s pojen s tlakovými reaktory a pro zmazovatění škrobu, které jsou opatřeny přívodem rozemleté škrobové suroviny. Tlakové reaktory jsou propojeny s enzymovými hydrolyzéry škrobu, které jsou dále propojeny přes čtvrtý výměník a pátý výměník do fermentorů. Oba fermentory jsou propojeny přes separátor kvasinek se čtvrtým výměníkem tepla, který je napojen na destilační aparát, který je propojen s odparkou a druhou rektifikační kolonou etanolu. Destilační aparát, odparka a druhá rektifikační kolona jsou propojeny s ohřevnou jednotkou. Rektifikační kolona v oblasti lutrové vody je spojena s osmým akumulačním zásobníkem vody pro technologickou vodu k ohřevu v prvních výměnících do kotle ohřevné jednotky.The apparatus for carrying out this method consists of a crusher and a process container, a feed unit and a hydrolyser system, the last of which is connected via a high-pressure spool to a medium-pressure expander, the bottom of which is connected via a medium-pressure spool through a pipe to the top of the low-pressure expander. via a rotary feeder via a stirred tank of hydrolysis product, which is further connected to a separation device, the first collecting part of which is connected to the first container of the hydrolysis sugar solution and the second collecting part for the solid unreacted phase is connected to the second container of residual lignocellulose phase The expander and the low pressure expander are connected to the top of the furfural rectification column and the furfural reservoir. According to the invention, the continuous pressure auger filling unit consists of body-shaped segments with single-running screws, which are located on the shaft. The segment assembly is terminated by a head whose inner geometric shape is adapted to the position of the mandrel which is screwed into the shaft end. At least one steam lock and spacers are placed between the worms, the steam lock conically widens on the leading side of the raw material, and the inner side of the body is provided with an insert in the form of a thin annulus with a thickness of 3 to 6 mm. An outlet flange is attached to the head in which an outlet insert with a transition portion opening into the first hydrolyser is attached. The body of one of the segments is provided with a side first opening for the disintegrated raw material inlet and a second opening for the injection of pressurized process water, and a connecting plate and bearings are placed in front of the first screw on the shaft. The shaft is connected to the drive unit. The first hydrolyzer is simultaneously provided with a steam supply with a low concentrated acid, the first hydrolyser is connected to at least one other hydrolyser. The last hydrolyzer is connected via a high-pressure spool to a medium-pressure expander whose lower part is connected via a medium-pressure spool to the top of the low-pressure expander. Its lower part is connected via a rotary feeder to a stirred tank of hydrolysis product. The upper part of the medium-pressure expander and the low-pressure expander is connected by piping to the first exchangers, the second exchangers, and through a third container to the top of the first rectification column. The upper part of the first rectification column is connected via a third exchanger through the lower part of the decanter to the fourth reservoir of furfural and the upper part of the decanter is connected via the fifth reservoir for the low-concentrated furfural mixture back to the third reservoir. A second container for unreacted solid lignocellulosic residues is interconnected via an enzyme hydrolyser line which is connected to an enzyme preparation apparatus and a separator designed to separate glucose from lignin. The separator is connected to a sixth reservoir of lignin and to a seventh reservoir for preparing the fermentation medium. The first container for the sugar hydrolyzate solution is coupled with pressure reactors and for starch lubrication, which are provided with a feed of ground starch raw material. The pressure reactors are connected with enzyme starch hydrolysers, which are further connected via a fourth exchanger and a fifth exchanger to the fermenters. Both fermenters are connected via a yeast separator to a fourth heat exchanger which is connected to a distillation apparatus, which is connected to an evaporator and a second ethanol rectification column. The distillation apparatus, the evaporator and the second rectification column are connected to a heating unit. The rectification column in the area of lutter water is connected to the eighth storage water tank for process water for heating in the first exchangers to the boiler of the heating unit.
Expandéry mají tvar cyklónových odlučovačů a středotlaké expanzní šoupátko vstupuje tangenciálně do středotlakého expandéru.The expanders have the shape of cyclone separators and the medium pressure expansion valve enters tangentially into the medium pressure expander.
Přehled obrázků na vyUf&SCckOverview of pictures at vyUf & SCck
Obr. 1 je schéma hydrolýzně fermentačního procesu pro zpracování lignocelulózových a škrobových materiálůGiant. 1 is a schematic diagram of a hydrolysis fermentation process for treating lignocellulosic and starch materials
Obr. 2 znázorňuje kontinuální tlakovou plnící šnekovou jednotkuGiant. 2 shows a continuous pressure feed screw unit
Seznam vztahových značek k obrázku 1List of references to Figure 1
1. Pásový dopravník1. Belt conveyor
12. Provozní zásobník12. Operation tray
13. Plnící jednotka13. Filling unit
14. Kotel elektrický, plynový nebo na tuhá paliva14. Electric, gas or solid fuel boiler
22. První hydrolyzér22. First hydrolyser
23. Propojovací tlaková trubka23. Connecting pressure pipe
24. Druhý hydrolyzér24. Second hydrolyzer
25. Přepadová trubka25. Overflow pipe
26. Vysokotlaké expanzní šoupátko26. High pressure expansion valve
27. Expandér středotlaký27. Medium pressure expander
28. Středotlaké expanzní šoupátko28. Medium pressure expansion valve
29. Nízkotlaký expandér29. Low pressure expander
30. Rotační podavač30. Rotary feeder
31. a 32, První výměníky pro parní fázi z expanze31 and 32, First Expansion Vapor Exchangers
33, Zásobník technologické vody33, Process water tank
34. a 35. Druhé výměníky34. and 35. Second heat exchangers
42. Třetí zásobník vstupní furfuralové směsi42. The third container of the furfural feed mixture
43. První rektifikační kolona43. First rectification column
44. a 45.Třetí výměníky pro zchlazení furalové fáze z rektifikace44. and 45.Three exchangers for cooling the fural phase from rectification
46. Dekantér r\46. Decanter r \
47, Pátý zásobník furalové směsi47, Fifth Fural Mixer Tray
49. Čtvrtý zásobník furalové směsi 921,%^49. Fourth container of fural composition 921,% ^
50. Výměník pro zchlazení směsi z rektifikační kolony50. Exchanger for cooling the mixture from the rectification column
51. Zásobník roztoku směsi kyselin octové, mravenčí a vody51. A container of a mixture of acetic acid, formic acid and water
52. Šestý akumulační zásobník vody - součást topného okruhu52. Sixth water storage tank - part of the heating circuit
53. Míchaný zásobník hydrolýzního produktu53. Mixed container of hydrolysis product
54. Separační zařízení54. Separation device
55. Druhý zásobník pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky55. Second container for unreacted solid lignocellulosic residues
56. Zařízení pro přípravu enzymu celulázy56. Apparatus for preparing cellulase enzyme
57. Enzymový hydrolyzér celulózy na glukózu57. Glucose cellulose enzyme hydrolyzer
58. Separátor glukózy a ligninu58. Glucose-lignin separator
59. Šestý zásobník ligninu59. Sixth lignin container
60. Sedmý zásobník pro přípravu fermentačního média60. The seventh container for the preparation of the fermentation medium
61. První zásobník roztoku hydrolýzních cukrů61. First container of hydrolysed sugar solution
62. Pátý výměník62. The fifth heat exchanger
63. a 64.Fermentory63. and 64.Fermentory
66. Separátor kvasinek66. Yeast separator
67. Osmý zásobník na kvasnice67. Eight yeast container
69. Destilační aparát69. Distillation apparatus
70. Druhá rektifikační kolona70. Second rectification column
72. Odparka72. Evaporator
73. Deváté zásobníky - Výpalky, kvasnice -- Bioplyn73. Ninth tanks - Shapes, yeast - Biogas
78.a 79.Takový reaktor pro zmazovatění škrobu78.a. 79. Such a starch lubrication reactor
80. Čtvrtý výměník80. Fourth heat exchanger
82.a 83.Enzymový hydrolyzér škrobu k obrázku 282. and 83. The enzyme starch hydrolyzer of Figure 2
85. Hřídel85. Shaft
86. Jednochodý šnek86. One-way snail
87. První otvor pro suroviny87. First hole for raw materials
88. Parní zámek88. Steam lock
89. Distanční podložka 91.Trn .Výstupní příruba89. Spacer 91.Trn .Output flange
93,Výstupní vložka s přechodovou částí 94 .Tělo93, Output insert with transition portion 94
95. Ložisko95. Bearing
96. Spojovací deska96. Connecting plate
97. Druhý otvor97. Second hole
98. Hlava98. Head
Příklady provedení vynalg-žU.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION.
Na obr. 1 je znázorněno zařízení na zpracování lignocelulózových i škrobových materiálů, které je kontinuální.FIG. 1 shows a continuous apparatus for processing lignocellulosic and starch materials.
Zařízení sestává z pásového dopravníku (1} který je spojen s plnicí šnekovou tlakovou jednotkou 13. Plnicí jednotka 13 je napojena na první hydrolyzér 22, který je spojen s druhým, posledním hydrolyzérem 24. První hydrolyzér 22 je opatřen přívodním potrubím, do něhož se dávkuje kyselina pro úpravu kyselosti v hydrolyzéru 22.The apparatus consists of a belt conveyor (1) which is connected to a filling screw pressure unit 13. The filling unit 13 is connected to a first hydrolyser 22, which is connected to a second, last hydrolyser 24. The first hydrolyser 22 is provided with a feed line into which it is dosed. an acid to adjust the acidity in the hydrolyzer 22.
Hydrolyzérů může být několik podle zpracovatelské kapacity, z nichž každý je opatřen dopravním šnekem s pohonem a propojovací tlakovou trubkou mezi hydrolyzéry pro průchod suroviny.The hydrolysers may be several according to processing capacity, each of which is provided with a drive screw and a connecting pressure pipe between the hydrolysers for the feedstock passage.
Poslední hydrolyzér 24 je propojen přes tlakovou přepadovou trubku 25 s vysokotlakým šoupátkem 26 se středotlakým expandérem 27. Spodní část středotlakého expandéru 27 je propojena přes středotlaké expanzní šoupátko 28 potrubím do vrchní části atmosférického nízkotlakého expandéru 29, spodní část atmosférického nízkotlakého expandéru 29 je propojena přes rotační podavač 30 potrubím s míchaným zásobníkem 53 hydrolýzního produktu, který je dále připojen potrubím na separační zařízení 54 , například filtrační lis. Jeho první sběrná část je propojena s prvním zásobníkem 61. roztoku hydrolýzních cukrů a druhá sběrná část pro tuhou nezreagovanou fázi je propojena s druhým zásobníkem 55 zbytkové lignocelulózové fáze, horní část středotlakého expandéru 27 a nízkotlakého expandéru 29 je potrubím propojena s prvními výměníky 31 a 32, druhými výměníky 34 a 35, a přes třetí zásobník 42 do vrchní části rektifikační kolony 43, horní část rektifikační kolony 43 je přes třetí výměníky 44 a 45 spojena přes spodní část dekantéru 46 se čtvrtým zásobníkem furfuralu 49, horní část dekantéru 46 je propojena přes pátý zásobník 47 pro nízko koncentrovanou furfuralovou směs zpět do třetího zásobníku 42.The last hydrolyser 24 is connected via a pressure spill tube 25 with a high-pressure spool 26 to a medium-pressure expander 27. The lower part of the medium-pressure expander 27 is connected through the medium-pressure expansion spool 28 by piping to the upper part of the atmospheric low-pressure expander 29. the feeder 30 via a pipeline with a stirred container 53 of the hydrolysis product, which is further connected via a pipeline to a separation device 54, for example a filter press. Its first collecting part is connected to the first container of the hydrolysis sugar solution 61 and the second collecting part for the solid unreacted phase is connected to the second reservoir 55 of the residual lignocellulose phase, the upper part of the medium-pressure expander 27 and low-pressure expander 29 is connected to the first exchangers 31 and 32. , through the second exchangers 34 and 35, and via the third reservoir 42 to the top of the rectification column 43, the upper part of the rectification column 43 is connected via the lower part of the decanter 46 to the fourth furfural container 49 a fifth container 47 for the low-concentrated furfural mixture back to the third container 42.
Expandéry 27 a 29 mají tvar cyklónových odlučovačů a středotlaké expanzní šoupátko 28 vstupuje tangenciálně do středotlakého expandéru 27.The expanders 27 and 29 have the shape of cyclone separators and the medium pressure expansion valve 28 enters tangentially into the medium pressure expander 27.
Druhý zásobník 55 pro nezreagované tuhé lignocelulózové zbytky je propojen potrubím s enzymovým hydrolyzérem 57, který je propojen se zařízením pro přípravu enzymů 56 a separátorem 58 určeným pro oddělení glukózy od ligninu, separátor 58 je spojen se šestým zásobníkem ligninu 59 a se sedmým zásobníkem 60 pro přípravu fermentačního média, první zásobník 61 pro cukerný roztok z hydrolýzy je spojen s tlakovými reaktory 78 a 79 pro zmazovatění škrobu, které jsou opatřeny přívodem rozemleté škrobové suroviny. Tlakové reaktory 78 a 79 jsou propojeny s enzymovými hydrolyzéry škrobu 82 a 83, které jsou dále propojeny přes čtvrtý výměník 80 a pátý výměník 62 do fermentorů 63 a 64. Oba fermentory jsou propojeny přes separátor 66 kvasinek se čtvrtým výměníkem tepla 80, který je napojen na destilační aparát 69. který je propojen s odparkou výpalků 7 2 a rektifikační kolonou 70. Destilační aparát 69, odparka 72 a rektifikační kolona 70 jsou propojeny s ohřevnou jednotkou, rektifikační kolona 70 v oblasti lutrové vody je spojena s šestým akumulačním zásobníkem vody 52 pro technologickou vodu k ohřevu v prvních výměnících 32 a 33 do kotle 14 ohřevné jednotky.A second reservoir 55 for unreacted solid lignocellulosic residues is connected via a pipeline with an enzyme hydrolyser 57, which is connected to an enzyme preparation apparatus 56 and a separator 58 for separating glucose from lignin, the separator 58 is connected to a sixth reservoir of lignin 59 and to the seventh reservoir 60. preparing a fermentation medium, the first container 61 for the sugar solution from hydrolysis is connected to pressure starters 78 and 79 for starch lubrication, which are provided with a feed of the ground starch raw material. The pressure reactors 78 and 79 are coupled to enzyme starch hydrolysers 82 and 83, which are further coupled through a fourth heat exchanger 80 and a fifth heat exchanger 62 to fermenters 63 and 64. Both fermenters are coupled via a yeast separator 66 to a fourth heat exchanger 80 connected. The distillation apparatus 69, the evaporator 72 and the rectification column 70 are connected to a heating unit, the rectification column 70 in the luther water area is connected to a sixth water storage tank 52 for the distillation apparatus 69 and the rectification column 70. process water for heating in the first exchangers 32 and 33 into the boiler 14 of the heating unit.
Na obr. 2 je znázorněna šneková kontinuální plnicí jednotka 13. Kontinuální plnící jednotka (13) sestává ze segmentů tvořených tělem -/-94/ s jednochodými šneky (86), které jsou umístěny na hřídeli-(85)-. Sestava segmentů je ukončena hlavou (98), jejíž vnitřní geometrický tvar je uzpůsoben poloze trnu-(91), který je zašroubován do konce hřídele (85/ Mezi šneky je umístěn nejméně jeden parní zámek (88/ a distanční podložka -/89), která zajišťuje umístění parního zámku/88)na délku celé sestavy šneků-(86/ Parní zámek -/88/ na náběhové straně suroviny se kónusově rozšiřuje. V místě parního zámku -(88/ je vnitřní strana těla 494/ opatřena vložkou ve tvaru tenkého mezikruží o síle 3 až 6 mm, k hlavě /98/je připojena výstupní příruba -(92/, v níž je uchycena výstupní vložka s přechodovou částí /93) ústící do prvního hydrolyzéru/22). Tělo/94/jednoho ze segmentů je opatřeno bočním prvním otvorem/87)-pro vstup dezintegrované suroviny a druhým otvorem -(97/ pro nástřik tlakové technologické vody, dále je před prvním šnekem na hřídeli umístěna spojovací deska -/96/- a ložiska -(95/, hřídel je spojena s pohonným agregátem.Referring to FIG. 2, a continuous screw auger 13 is shown. The continuous feed unit (13) consists of body-94 segments with single-pass screws (86) that are located on the shaft (85). The segment assembly is terminated by a head (98) whose inner geometric shape is adapted to the position of a mandrel (91) which is screwed into the shaft end (85) At least one steam lock (88 / and a spacer - / 89) is placed between the screws. the steam lock (88) extends conically along the length of the entire screw assembly (86 / Steam lock - / 88) on the leading side of the raw material. At the steam lock - (88 / the inner side of the body 494) is provided with a thin an annular ring of 3 to 6 mm thickness is connected to the head (98) with an outlet flange (92) in which the outlet insert with a transition portion (93) is inserted, leading to the first hydrolyzer (22). provided with a side first opening (87) -to enter the disintegrated raw material and a second opening - (97 / for spraying pressurized process water), a connecting plate - / 96 / - and bearings - (95 /, the shaft is connected) with power unit.
Dezintegrované surovina je kontinuálně dávkována do vstupního zásobníku plnící šnekové tlakové jednotky 13. skládající se z několika konstrukčních dílů. Šnek dopravuje upravenou surovinu do druhé části, do které je nastřikována technologická voda. Surovina postupuje přes distanční podložku 89 a parní zámek 88, v kterém dochází při průchodu ke stlačení a ohřátí suroviny z jedné sekce do druhé. Takto vyhřátá surovina je dále dopravována šnekem 86 o stejném průměru přes distanční podložku 89 do dalšího dílu s navazujícím šnekem 86, který je ukončen posledním parním zámkem 88 a trnem 91. Tlak v poslední sekci vyúsťující do hydrolyzéru je cca 1,5 až 3,2 MPa a teplota 80 až 90 °C. Ohřátá a z části rozvolněná surovina vyúsťuje po obvodě parního zámku 88 a přes výstupní vložku s přechodovou částí 93 do vstupní části prvního hydrolyzéru 22.The disintegrated feedstock is continuously metered into the inlet reservoir of the filling screw pressure unit 13 consisting of several components. The screw transports the treated raw material to the second part, into which the process water is injected. The feedstock passes through a spacer 89 and a steam lock 88 in which the feedstock is compressed and heated from one section to the other as it passes. The thus heated feedstock is further conveyed by a screw 86 of the same diameter through a spacer 89 to a further screw 86, which is terminated by the last steam lock 88 and the mandrel 91. The pressure in the last section resulting in the hydrolyzer is about 1.5 to 3.2 MPa and temperature 80 to 90 ° C. The heated and partially loosened feedstock results in the periphery of the steam lock 88 and through the outlet liner with the transition portion 93 into the inlet portion of the first hydrolyser 22.
Z posledního hydrolyzéru 24 je zreagovaná suspenze vedena tlakovým potrubím přes vysokotlaké expanzní šoupátko 26 do prvního středotlakého expandéru, v němž je tlak 0,8 MPa a teplota 170 °C. V horních částech expandérů je umístěno druhé a třetí potrubí pro odvod parní fáze. Větší část furfuralu odchází v parním podílu, jehož kondenzační a latentní teplo je využito k předehřevu technologické vody v parních výměnících 34 a 35. Ze spodní části středotlakého expandéru 27 je hydrolyzát veden přes středotlaké expanzní šoupátko 28, které je spojeno s atmosférickým nízkotlakým expandérem 29 a ten přes rotační podavač 30 je spojen s míchaným zásobníkem 53 hydrolýzního produktu. Parní fáze z nízkotlakého expandéru 29 je vedena přes první výměníky 31 a 32 tlakovým potrubím do třetího zásobníku 42 furfuralové směsi. Z vrchní části hydrolyzérů je tlakovým potrubím odváděna inertní parní fáze, obsahující furfural přes druhé a třetí vysokotlaké expanzní šoupátko 26 do výměníku, z kterého je zkondenzovaná inertní fáze vedena do třetího zásobníku 42 furfuralové směsi a kyselin. Furfuralová směs ve třetím zásobníku 42 má teplotu 30 °C a nastřikuje se čerpadlem do první rektifikační kolony 43 z které z horních pater je furfuralová směs vedena tlakovým potrubím přes výměník do dekantéru 46 z jehož spodní části je čerpán 92j%M hmot. furfural k expedici a vrchní část obsahuje vodně-furfuralovou část o obsahu 8 °/^ímot. furfuralu, která je čerpána nerezovým potrubím do vrchní části první rektifikační kolony 43. Destilační zbytek z první rektifikační kolony 43 je čerpán přes nerezové potrubí do zásobníku 51 směsi kyselin a vody.From the last hydrolyser 24, the reacted slurry is passed through a pressure line through a high pressure expansion valve 26 to a first medium pressure expander in which the pressure is 0.8 MPa and the temperature is 170 ° C. In the upper parts of the expander there is a second and a third conduit for the removal of the vapor phase. Most of the furfural leaves in a steam fraction whose condensation and latent heat is used to preheat the process water in the steam exchangers 34 and 35. From the lower part of the medium-pressure expander 27, the hydrolyzate is passed through a medium-pressure expansion valve 28 connected to the atmospheric low-pressure expander 29 a. it is connected via a rotary feeder 30 to a stirred container 53 of the hydrolysis product. The vapor phase from the low pressure expander 29 is led through the first exchangers 31 and 32 via a pressure line to the third reservoir 42 of the furfural mixture. From the top of the hydrolysers, an inert vapor phase containing furfural is passed through a pressure line through the second and third high pressure expansion valves 26 to an exchanger from which the condensed inert phase is fed to a third storage tank 42 of the furfural mixture and acids. The furfural mixture in the third reservoir 42 has a temperature of 30 ° C and is fed by a pump to the first rectification column 43 from which of the upper levels the furfural mixture is passed through a pressure line through the exchanger to the decanter 46 from which 92% by weight is pumped. furfural for dispatch and the top includes an 8% water-furfural portion. furfural, which is pumped through a stainless steel pipe to the top of the first rectification column 43. The distillation residue from the first rectification column 43 is pumped through the stainless steel pipe to the acid / water tank 51.
Ze spodní části atmosférického nízkotlakého expandéru 29 ie roztok veden přes rotační podavač 30 potrubím do míchaného zásobníku 53 z kterého je zhydrolyzovaná směs vedena potrubím na separační zařízení 54 - filtrační lis Λ nebo odstředivku, v kterém dojde k rozlisování cukerného roztoku od rozvlákněné lignocelulózové fáze. Cukerný roztok je shromažďován v prvním zásobníku 61 roztoku hydrolýzních cukrů. Rozvlákněná lignocelulózové fáze je vedena potrubím do enzymového hydrolyzéru 57, do něhož jsou přivedeny celulázové enzymy. Z enzymového hydrolyzéru 57 je odvod zhydrolyzované tuhé fáze odváděn ve dvou větvích s přepouštěním do separátoru 58 roztoku glukózy a ligninu, z kterého je lignin veden do šestého zásobníku 59 ligninu a roztok glukózy se odvádí do sedmého zásobníku 60 přípravy fermentačního roztoku. Variantně je druhá větev propojena do termicko hydrolýzního systému k dohydrolýze,From the bottom of the atmospheric low pressure expander 29, the solution is passed through a rotary feeder 30 via a conduit to a stirred container 53 from which the hydrolyzed mixture is passed through a conduit to a separator 54 - filter press Λ or centrifuge in which the sugar solution is distinguished from the pulped lignocellulosic phase. The sugar solution is collected in the first container 61 of the hydrolysis sugar solution. The pulped lignocellulose phase is passed through a conduit to an enzyme hydrolyzer 57 to which cellulase enzymes are fed. From the hydrolyzer 57, the hydrolysed solid phase is discharged in two branches with a transfer to the glucose-lignin solution separator 58, from which the lignin is fed to the sixth lignin storage tank 59 and the glucose solution is discharged to the seventh storage tank 60 for fermentation solution preparation. Alternatively, the second branch is connected to a thermo-hydrolysis system for dohydrolysis,
Roztok glukózy po hydrolýze je z prvního zásobníku 61 veden do míchaného vyhřívaného tlakového reaktoru 78 a dále do enzymového hydrolyzéru 82 škrobu, ve kterém dochází k enzymatickému zcukření škrobu na glukózu. Roztok glukózy je veden potrubím a tlakovým čerpadlem do sedmého zásobníku 60 přípravy fermentačního roztoku, z kterého postupuje přes tlakové čerpadlo a výměník tepla do fermentoru 63. Fermentor 63 je propojen se separátorem 66 kvasinek, z kterého se kvasinky vracejí do fermentoru 63 a etanolový roztok se ohřívá ve výměníku tepla a dále je veden na destilační aparát 69, ten je propojen s odparkou 72 a druhou rektifikační kolonou 70, případně se zařízením pro dehydrataci etanolu. Z odparky 72 jsou vyvedeny zahuštěné výpalky. Odpadní vody z rektifikace etanolu a furfuralové části jsou zacyklovány pro dohřev v ohřevné jednotce k dalšímu využití v hydrolýzním a rektifikačním procesu.After hydrolysis, the glucose solution is fed from the first container 61 to a stirred heated pressure reactor 78 and further to an enzyme starch hydrolyzer 82 in which the starch is enzymatically saccharified to glucose. The glucose solution is passed through a line and a pressure pump to the seventh fermentation solution preparation tank 60, from which it passes through a pressure pump and heat exchanger to the fermenter 63. The fermenter 63 is connected to a yeast separator 66 from which the yeast is returned to the fermenter 63 and It is heated in a heat exchanger and further directed to a distillation apparatus 69, which is connected to an evaporator 72 and a second rectification column 70, optionally with an ethanol dehydration device. Concentrated stillage is discharged from evaporator 72. Waste water from the rectification of ethanol and furfural part is recycled for heating in the heating unit for further use in the hydrolysis and rectification process.
Odpadní voda je v plné míře vracena do procesu, mimo vody ve zvlhčených produktech a oplachových vod. Výhodně lze použít kyselinu fosforečnou, jejíž soli slouží při fermentaci jako živiny.Waste water is fully returned to the process, except for water in humidified products and rinse water. Phosphoric acid, the salts of which serve as nutrients during fermentation, may be advantageously used.
Výhodou způsobu a zařízení je především to, že proces hydrolýzně fermentační technologie zpracovává veškerý vstupní materiál na prodejné produkty, jako je furfural, lignin, etanol, kyselina octová a mravenčí, oxid uhličitý a výpalky s kvasnicemi.In particular, the advantage of the method and apparatus is that the hydrolysis fermentation technology process processes all feedstock into marketable products such as furfural, lignin, ethanol, acetic and formic acid, carbon dioxide and yeast stillage.
Výhodou řešení výroby všech uvedených produktů je především to, že proces je řešen v jednom kompaktním výrobním celku a využívá lignocelulózové a škrobové materiály a může zemědělskou plodinu zpracovat komplexně v bezodpadovém procesu. Odpad tvoří pouze oplachové vody.The advantage of the solution of production of all mentioned products is mainly that the process is solved in one compact production unit and it uses lignocellulosic and starch materials and can process the crop completely in a waste-free process. The waste consists only of rinse water.
Výhodou řešení je maximální možná úspora tepelné energie nutné pro jednotlivé procesy.The advantage of the solution is the maximum possible saving of thermal energy necessary for individual processes.
Technickým a technologickým jádrem zařízení je vyřešení plnící jednotky hydroíýzních, dekompresních a dalších zařízení umožňujících dopravu vstupních materiálů a suspenzí kontinuálním pístovým tokem v hydrolyzérech, při potřebném rozsahu teplot, tlaků a doby zdržení v hydrolýzní části lignocelulózových materiálů s kontinuální návazností na zpracování škrobu. Výhodou technologie a zařízení je především to, že proces hydrolýzně fermentační technologie výroby bioetanolu je procesně řešen v jednom kompaktním výrobním celku a že zpracovává výhradně obnovitelné zdroje. Zařízení tohoto typu zpracovává prakticky celou vzniklou biomasu bez významnějších odpadů.The technical and technological core of the device is the solution of the filling unit of hydrolysis, decompression and other devices enabling the transport of feed materials and suspensions by continuous piston flow in hydrolysers, with the required temperature, pressure and residence time in the hydrolysis part of lignocellulosic materials. The advantage of the technology and equipment is that the process of hydrolysis fermentation technology of bioethanol production is solved in one compact production unit and that it processes only renewable sources. Equipment of this type processes virtually the entire produced biomass without significant waste.
Zařízení je plně vyrobitelné v podmínkách středních strojírenských závodů v ČR a není závislé na dovozu. Zavedení této technologie umožňuje ve vysoké výtěžnosti 75 až 85 % výrobu nízkonákladových sacharidických zdrojů z lignocelulózových materiálů, jako nejdůležitějšího vstupního materiálu pro biotechnologické výroby, s těmito dalšími výhodami:The equipment is fully manageable in the conditions of medium-sized engineering plants in the Czech Republic and is not dependent on imports. The introduction of this technology enables the production of low-cost carbohydrate sources from high-yield lignocellulosic materials, as the most important input material for biotechnology production, with a high yield of 75-85%, with the following additional advantages:
a. , revitalizaci zemědělských společenství, více pracovních příležitostía., revitalization of agricultural communities, more jobs
b. . Výhody využívání etanolu vyrobeného navrženou technologiíb. Benefits of using ethanol produced by the proposed technology
c. . ekonomická výhodnostc. economic profitability
d. . světová konkurenceschopnostd. world competitiveness
e. . snižování dovážených zdrojů paliv (ropa)e. reduction of imported fuel sources (oil)
f. . univerzálnost technologief. universality of technology
g. . šetrnost při dopadech na životní prostředíg. eco-friendliness
h. . využívání obnovitelných tuzemských zdrojůh. use of renewable domestic resources
i. , variabilnost zdrojůi., variability of resources
j. . možnost exportu nových technologií a know-howj. possibility to export new technologies and know-how
Příklad č.1Example 1
Je zvolen pro zpracování pšeničné slámy, která obsahuje 7 až 10 % vody. Příklad č, 1 byl zvolen pro komerční závod o středně zpracovatelské kapacitě 1100 kg slámy za hodinu, tj. při 300 pracovních dnech 7200 tun zpracované vstupní suroviny. Zařízení na obr.1 obsahuje 8 pracovních souborů : 01Příprava suroviny, 02- Topný okruh, 03- Hydrolýzní část, 04- Separace furfuralu a kyselin, 05- Separace roztoku cukrů a tuhé nezreagované fáze, 06Enzymová hydrolýza nezreagované celulózy. Hydrolýzní a enzymová glukóza se propojí v jeden cukerný produkt, který při prodejní ceně 6 až 7 Kč/kg je dobře prodejním produktem, anebo je dále veden do zásobníku přípravy fermentačního média souboru 07- k výrobě etanolu, soubor 08 je určen pro jímání oxidu uhličitého.It is selected for processing wheat straw, which contains 7 to 10% water. Example 1 was chosen for a commercial plant with a medium processing capacity of 1100 kg of straw per hour, i.e., on 300 working days, 7200 tons of processed feedstock. The apparatus in Fig. 1 contains 8 working sets: 01Preparation of raw material, 02- Heating circuit, 03- Hydrolysis part, 04- Separation of furfural and acids, 05- Separation of solution of sugars and solid unreacted phase, 06Enzyme hydrolysis of unreacted cellulose. Hydrolysis and enzymatic glucose are combined into one sugar product, which at a selling price of 6 to 7 CZK / kg is a good sales product, or is further fed into the preparation tank of fermentation medium set 07 - for ethanol production, set 08 is designed for carbon dioxide collection. .
Soubor 01 Příprava vstupní suroviny. Hlavní surovinou je v této etapě zpracování pšeničné slámy, ale může to být kterákoliv jiná lignocelulózové surovina. Sklad slámy zajišťuje skladovou kapacitu pro přípravu drcené slámy. Drcená sláma se dopravuje dopravníkem 1 do tlakové šnekové plnicí jednotky 13.Set 01 Feedstock preparation. The main raw material at this stage is the processing of wheat straw, but it can be any other lignocellulosic raw material. The straw warehouse provides storage capacity for the preparation of crushed straw. The crushed straw is conveyed by a conveyor 1 to a pressure auger filling unit 13.
Topný okruh - 02Heating circuit - 02
V kotli 14 se ohřívá přímo část technologické vody a zároveň se z ní vyrábí i pára. V kotli, který může být elektrický, plynový, nebo na tuhá paliva se zpracovává čistá demineralizovaná voda. Pára odloučená z dvoufázové expanze zajišťuje ohřev upravené vody pro doplnění systému a spolu s lutrovou vodou která se vrací z odparky je vedena přes první výměník 32 v kterém se ohřeje na 90 °C, postupuje dále přes zásobník technologické vody 33, z kterého postupuje přes první výměník 31, v které se dohřeje na teplotu 160 °C a je vedena do kotle 14 . Doplňující voda se v kotli dohřívá ze 160 °C na teplotu 240 °C. Čistá spotřeba tepla v hydrolýzním i fermentačním souboru je 850 kW. Kotlem je neustále čerpána voda o průtoku 4500 až 6500 kg/h^·Part of the process water is directly heated in the boiler 14 and steam is also produced. In the boiler, which can be electric, gas or solid fuels, clean demineralized water is treated. The steam separated from the two-phase expansion ensures the heating of the treated water to replenish the system and, together with the luther water returning from the evaporator, is passed through the first exchanger 32 in which it is heated to 90 ° C. exchanger 31, in which it is heated to a temperature of 160 ° C and is led to the boiler 14. The make-up water in the boiler is reheated from 160 ° C to 240 ° C. Net heat consumption in both hydrolysis and fermentation plants is 850 kW. Water is continuously pumped through the boiler at a flow rate of 4500 to 6500 kg / h ^ ·
Výkon kotle je regulován podle tlaku v odlučovací nádobě. Účelem odlučovací nádoby je oddělit kapalinu od páry. Hladina kapaliny je udržována čerpadlem.The boiler output is regulated according to the pressure in the separation vessel. The purpose of the separation vessel is to separate the liquid from the steam. The liquid level is maintained by the pump.
Soubor hydrolýzy 03 pro výrobu furfuralu, organických kyselin, ligninu,hydrolýzních cukrů.Set of hydrolysis 03 for production of furfural, organic acids, lignin, hydrolysis sugars.
Sypký ligno-celulózový materiál je přiváděn do zásobníku 12 plnící jednotkyThe loose ligno-cellulosic material is fed to the container 12 of the filling unit
13. Surovina postupující přes distanční kroužky a parní zámky v kterých dochází ke stlačení se zahřeje až na teplotu 80 až 90 °C. Přes výstupní přechodovou vložku prochází kontinuálně rozvolněný materiál do protitlaku hydrolyzéru 22 a přes přepadovou tlakovou trubku 23 do druhého hydrolyzéru13. The raw material passing through the spacer rings and the steam locks in which the compression takes place is heated up to a temperature of 80 to 90 ° C. Continuously loosened material passes through the outlet transition liner to the back pressure of the hydrolyser 22 and through the overflow pressure tube 23 to the second hydrolyser
24. Materiál po průchodu přechodovou částí plnícího lisu se v hydrolyzéru ař* n volně rozpadá při teplotě 195 x235 UC. Do hydrolyzéru 22 je ve stanoveném hmotnostním poměru dávkováno 5000 kg páry o teplotě 235 °C. Do přívodního potrubí páry k hydrolyzéru 22 je nastřikována kyselina v hmotnostním poměru 0,2 až 0,85 % vztaženo k suspenzi. Zhydrolyzovaná směs postupuje na dvou fázovou expanzi. Z expandéru vystupuje pára o teplotě 170 °C a tlaku 0,8 MPa do výměníku 31. kde předehřeje technologickou vodu z 90 °C na teplotu 160 °C. Hlavním důvodem dvojité expanze je zlepšení rekuperace tepla. K rekuperaci je použita pouze parní fáze z expandéru a nikoliv roztok cukrů s tuhou fází. Roztok je odváděn středotlakým expanzním šoupátkem 28 do nízkotlakého expandéru 29 cyklónového typu. Parní fáze se směšuje s parní fází ze středotlakého 27 a nízkotlakého expandéru 29 a jejich kondenzační a latentní teplo se využije v prvním výměníku 32 k předehřevu technologické vody na 90 °C. Z prvního výměníku 32 postupuje ohřátá technologická voda do zásobníku technologické vody 33. Roztok cukerného hydrolyzátu se zbytky nezreagované tuhé fáze je přes rotační podavač 30 odváděn do míchaného zásobníku 53. Čerpadlem je hydrolýzní roztok odváděn na další provozní soubor 05.24 is used after the passage of the intermediate portion of the filling press in hydrolyser n Ar freely decomposes at 195 C. To x235 U hydrolyser 22 is within the specified weight ratio dosed with 5000 kg steam of 235 ° C. Acid is injected into the steam feed line to hydrolyzer 22 in a weight ratio of 0.2 to 0.85% based on the slurry. The hydrolyzed mixture proceeds to two phase expansion. From the expander, steam at a temperature of 170 ° C and a pressure of 0.8 MPa exits to the exchanger 31, where it preheats the process water from 90 ° C to a temperature of 160 ° C. The main reason for double expansion is to improve heat recovery. Only the vapor phase from the expander is used for recovery and not the solid phase sugar solution. The solution is discharged by a medium pressure expansion valve 28 to a low pressure expander 29 of the cyclone type. The vapor phase is mixed with the vapor phase from the medium pressure 27 and the low pressure expander 29 and their condensation and latent heat is used in the first exchanger 32 to preheat the process water to 90 ° C. From the first exchanger 32, the heated process water flows into the process water tank 33. The sugar hydrolyzate solution with the unreacted solid phase residues is discharged via a rotary feeder 30 to the stirred tank 53. By means of the pump, the hydrolysis solution is discharged to the next process assembly 05.
Separace furaldehydu (soubor 04) z parní fáze expandérů je řešena v kontinuální návaznosti na soubor 03 hydrolýzy. Furfural - těkavé složky jsou z hydrolyzéru vytlačovány jako první. Kondenzát parní a inertní fáze je veden z druhých výměníků 34 a 35 do třetího zásobníku furalové směsi 42, ve kterém je směs zchlazená na 20 až 30 °C a pak se nastřikuje čerpadlem do první rektifikační kolony 43. Z ní odcházejí dva proudy. Z horních pater je to roztok převážně furfuralu, metanolu a vody, ze spodní části je to roztok kyselin a vody. Furfuralový proud se zavádí přes třetí výměníky 44 a 45 do dekantéru 46. kde se zchlazená heterogenní směs gravitačně rozděluje do dvou vrstev. Dolní vrstva obsahuje asi 92 roztok furfuralu ve vodě a zčásti metanol. Tato vrstva se odčerpá do čtvrtého zásobníku furfuralu 49. k dalšímu využití jako produkt. Horní vrstva z dekantéru 46 obsahuje asi δ(%j-n+j furfural, dále metanol a vodu. Tato vrstva je nastřikována zpět do^první rektifikační kolony 43. Spodní proud z první rektifikační kolony 43 obsahující kyseliny a vodu, odvádí se do zásobníku 51 roztoku směsi kyselin jako produkt, anebo k dalšímu zpracování. Tuto azeotropickou směs nelze dělit přímo rektifikací. Je nutno nejdříve použít extrakce. Není-li použit třetí zásobník 42 furfuralové směsi je výhodnější z hlediska separace furfuralu nesměšovat výstup ze středotlakého a atmosférického expandérů a zavést každý na jiné patro destilační kolony 43.Separation of furaldehyde (set 04) from the vapor phase of the expanders is solved in a continuous sequence of set 03 of hydrolysis. Furfural - volatile components are first extruded from the hydrolyser. The condensate of the vapor and inert phases is passed from the second exchangers 34 and 35 to the third container of the fural mixture 42, in which the mixture is cooled to 20-30 ° C and then injected by a pump into the first rectification column 43. Two streams are discharged therefrom. From the upper floors it is a solution of mostly furfural, methanol and water, from the bottom it is a solution of acids and water. The furfural stream is fed through third exchangers 44 and 45 to the decanter 46. where the cooled heterogeneous mixture is gravitationally divided into two layers. The backsheet contains about 92 solution of furfural in water and partly methanol. This layer is pumped to the fourth furfural container 49 for further use as a product. The top layer of decanter 46 contains about δ (% j-n + j furfural, followed by methanol and water), which is injected back into the first rectification column 43. The bottom stream from the first rectification column 43 containing acids and water is discharged to the reservoir. If the third storage tank 42 is not used, it is preferable from the point of view of furfural separation not to mix the output of the medium pressure and atmospheric expander and to introduce the azeotropic mixture directly. each on a different level of the distillation column 43.
Soubor 05 Separace roztoku cukrů a tuhé nezreagované fázeSet 05 Separation of sugar solution and solid unreacted phase
Čerpadlem je suspenze směsi produktů z míchaného zásobníku 53 vedena na filtrační lis - separační zařízení 54, v kterém dojde k oddělení nezreagovaných zbytků celulózy a ligninu, které jsou vedeny do druhého zásobníku 55 nezreagované tuhé fáze. Roztok cukrů je veden do prvního zásobníku 61. z kterého je čerpán do sedmého zásobníku 60 pro přípravu fermentační ho media.Through the pump, the slurry of the product mixture from the stirred container 53 is passed to a filter press-separator 54 in which unreacted cellulose and lignin residues are separated and fed to the second container 55 of the unreacted solid phase. The sugar solution is fed to a first container 61 from which it is pumped into a seventh container 60 for the preparation of a fermentation medium.
Soubor 06 řeší enzymovou hydrolýzu nezreagované fáze.Set 06 solves enzymatic hydrolysis of unreacted phase.
Soubor 07 řeší zpracování zrnin a škrobu.Set 07 solves the processing of grains and starch.
Roztok hydrolýzní glukózy o teplotě cca 80 °C je čerpán střídavě do míchaných tlakových reaktorů 78 a 79. Současně se do reaktorů 78 a 79 přivádí drcené zrno. Vsádka se zahřeje na teplotu zmazovatění škrobu (cca 100*110 °C) a po příslušné prodlevě se čerpá přes čtvrtý výměník 80 do jednoho z enzymových reaktorů 82 nebo 83, kde proběhne po přidání amyláz a úpravě teploty a pH, enzymatická hydrolýza škrobu na glukózu. Zhydrolyzovaný roztok se čerpá přes sedmý zásobník 60 a čerpadlem přes výměník 62 do fermentorů 63 a 64.The hydrolysis glucose solution at about 80 ° C is pumped alternately to the stirred pressure reactors 78 and 79. At the same time, crushed grain is fed to the reactors 78 and 79. The batch is heated to the starch grease temperature (ca. 100 * 110 ° C) and pumped through a fourth exchanger 80 to one of the enzyme reactors 82 or 83, where amylase is added and the temperature and pH are adjusted, enzymatic hydrolysis of starch to glucose . The hydrolyzed solution is pumped through the seventh reservoir 60 and pumped through the exchanger 62 to the fermenters 63 and 64.
V souboru 08 je řešena fermentace a separace etanoiu probíhající v návaznosti na hydrolýzní soubor a enzymatickou hydrolýzu škrobu. Glukózový roztok se upraví na koncentraci 8 až 9 % hmotn. a po přidání fosforečnanů a stopových prvků Mg, Zn, a po sterilizaci se dále fermentuje.In the set 08 the fermentation and separation of ethano proceeding in relation to the hydrolysis set and enzymatic hydrolysis of starch are solved. The glucose solution is adjusted to a concentration of 8-9% by weight. and after addition of the phosphates and trace elements Mg, Zn, and after sterilization it is further fermented.
Soubor 09 zajišťuje jímání oxidu uhličitého CO2 (soubor není na obr. 2 rozpracován), o výkonu cca 100 až 150 kg/h^dl| v blokovém středotlakém uspořádání, které zajišťuje separaci pěny, čištění a sušení CO2 po předchozí komprimaci v bezmazích kompresorech a následného přetlačení plynné fáze CO2 do zásobníku kapalného CO2, v kterém dochází ke zkapalňování pomoci freonového chlazení. Ze zásobníku kapalného CO2 je možný odběr, nebo plnění tlakových lahví kapalným CO2 .Pro potřeby vyšších výkonů se zvyšuje počet bloků - ostatní zařízení zůstává bez podstatných změn.The set 09 ensures the collection of carbon dioxide CO2 (the set is not elaborated in Fig. 2), with an output of about 100 to 150 kg / h ^ dl | in a mid-pressure block arrangement that provides foam separation, cleaning and drying of CO 2 after prior compression in oil-free compressors and subsequent pressurization of the CO 2 gas phase into a liquid CO 2 container in which liquefaction is effected by freon cooling. From the liquid CO2 storage tank it is possible to take or fill cylinders with liquid CO 2. For higher output needs, the number of blocks is increasing - other devices remain without any significant changes.
Soubor 10 zajišťuje odběr separovaných kvasnic v osmém zásobníku 67 a spolu s výpalky z odparky zavádí tyto vedlejší produkty do devátého zásobníků 73. Výpalky a kvasnice lze využít pro krmné účely.The package 10 collects the separated yeast in the eighth container 67 and, together with the stillage from the evaporator, introduces these by-products into the ninth container 73. The stillage and yeast can be used for feed purposes.
Celý proces má v průmyslových podmínkách vysokou výtěžnost. Destilační účinnost je cca 99,5 %. Využitím technologického tepla vznikajícího při hydrolýze a důslednou rekuperací tepla se blíží parametrům nejmodernějších multitlakových postupů při zachování jednoduchosti a investiční nenáročnosti zařízení.The whole process has a high yield under industrial conditions. The distillation efficiency is about 99.5%. By utilizing the technological heat generated during hydrolysis and consistent heat recovery, it is approaching the parameters of the most modern multi-pressure processes, while maintaining the simplicity and low investment of the equipment.
Provázanost a relativní jednoduchost postupů fermentace, destilace a rektifikace umožňuje plnou automatizaci a komputerizaci procesu.The coherence and relative simplicity of fermentation, distillation and rectification procedures allow for full automation and computerization of the process.
Porovnání výsledků výtěžnosti jednotlivých produktů při zpracování samotného lignocelulózového materiálu (i) a společně se škrobnatou surovinou (II).Comparison of yields of individual products when processing lignocellulosic material (i) alone and together with starch (II).
Vstup I sláma 1000 kg/hbdlInput I straw 1000 kg / hbdl
Vstup II sláma 1000 kg/h^eH + 500 kg/h^é| zrna škrobuInput II straw 1000 kg / h ^ eH + 500 kg / h ^ e | starch grains
Složení výstupních proudů :Output current composition:
Hlavní produkty hydrolýzního roztoku celkem I IIMain products of hydrolysis solution total I II
000 kg/h^ 5 000kg/hM z toho po úpravě :000 kg / h ^ 5 000kg / hM of which, after treatment:
Výrobní náklady bioetanolu vyrobeného klasickým způsobem jsou 2,5 až 3krát vyšší než při výrobě konvenčních motorových paliv. Na ekonomickou efektivnost výroby bioetanolu mají vliv náklady na vstupní suroviny, velikost a konfigurace zařízení, náklady na odpadové hospodářství a především náklady na energii. Vedlejší produkty získané způsobem zpracování lignocelulózového a škrobnatého materiálu na zařízení podle vynálezu zefektivňují provoz zařízení a náklady na výrobu bioetanolu.The production costs of conventional bioethanol are 2.5 to 3 times higher than those of conventional motor fuels. The economic efficiency of bioethanol production is influenced by the cost of feedstock, the size and configuration of the plant, the cost of waste management and, above all, energy costs. By-products obtained by the process of processing lignocellulosic and starch material into the plant of the present invention make the plant operation and the cost of producing bioethanol more efficient.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Hlavním produktem kontinuálního procesu je etanol v koncentraci přes 98 % hmot$# Pro jeho využití je několik možných variant.The main product of the continuous process is ethanol in a concentration of over 98% by weight.
Lze jej využít jako přídavek do motorových paliv a ve spalovacích procesech všeobecně, ke zvýšení výhřevnosti paliva.It can be used as an addition to motor fuels and in combustion processes in general, to increase the fuel calorific value.
Část produkce lze využít v průmyslu barev a laků jako rozpouštědlo, pro chemický a potravinářský průmyslPart of the production can be used in the paint and varnish industry as a solvent, for the chemical and food industries
Nejvýznamnější produkty výroby jsou dále furaldehyd, lignin, kyselina octová a mravenčí, omezené množství metanolu, dále oxid uhličitý, výpalky a kvasnice.The most important products are furaldehyde, lignin, acetic acid and formic acid, limited amount of methanol, carbon dioxide, stillage and yeast.
Lignin je dobře prodejnou surovinou, žádanou zejména jako složka plniv v gumárenském průmyslu s výrazně příznivým efektem na vlastnosti vyrobeného materiálu (zvláště při výrobě pneumatik)Lignin is a well-marketable raw material, demanded especially as a component of fillers in the rubber industry with a significantly favorable effect on the properties of the produced material (especially in tire production)
Furaldehyd, kyselina octová a mravenčí jsou komoditami odebíranými na trhu chemických produktů v dostatečných kapacitách. Obdobně jako u ligninu se jedná o dobře prodejné produkty, které vznikají v potřebné kvalitě a významně ekonomicky zvýhodňují celkovou ekonomiku provozu.Furaldehyde, acetic acid and formic acid are commodities taken on the market of chemical products in sufficient capacity. Similar to lignin, these products are well marketable products, which are produced in the required quality and significantly economically favor the overall economy of operation.
Metanol je prodejný na trhu chemických produktů, resp. využitelný v průmyslu výroby motorových paliv.Methanol is sold on the market of chemical products, resp. applicable in the motor fuel industry.
Oxid uhličitý uniká v relativně značném množství a velmi příznivé kvalitě (prakticky čistý výstup z biologických pochodů splňující nároky potravinářského průmyslu).Carbon dioxide leaks in relatively large quantities and very favorable quality (virtually pure output from biological processes meeting the requirements of the food industry).
Výpalky a kvasnice mají využití v zemědělském průmyslu.Shapes and yeast are used in the agricultural industry.
: : : V ::: V
Patentové nárokyPatent claims
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2003954A CZ2003954A3 (en) | 2003-04-04 | 2003-04-04 | Process and apparatus for comprehensive treatment of renewable raw materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2003954A CZ2003954A3 (en) | 2003-04-04 | 2003-04-04 | Process and apparatus for comprehensive treatment of renewable raw materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ294398B6 CZ294398B6 (en) | 2004-12-15 |
CZ2003954A3 true CZ2003954A3 (en) | 2004-12-15 |
Family
ID=33546234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2003954A CZ2003954A3 (en) | 2003-04-04 | 2003-04-04 | Process and apparatus for comprehensive treatment of renewable raw materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2003954A3 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ300865B6 (en) * | 2005-11-21 | 2009-08-26 | Kmps Financial Group S.R.O. | Process for producing glucose, ethanol, furfural, furan, lignin acetic acid and formic acid from renewable starting materials and apparatus for making the same |
CZ301471B6 (en) * | 2008-04-30 | 2010-03-17 | Kratochvíl@Zdenek | Method of and device for treating lignocellulosic materials using pressure hydrolysis |
-
2003
- 2003-04-04 CZ CZ2003954A patent/CZ2003954A3/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ294398B6 (en) | 2004-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1836181B1 (en) | Method and devices for the continuous processing of renewable raw materials | |
EP2198035B1 (en) | Method and equipment for production of glucose, ethanol, furfural, furane and lignin from renewable raw materials | |
US10450386B2 (en) | Method for processing a biomass containing lignocellulose | |
US20120201947A1 (en) | Advanced biorefinery process | |
CN102131940A (en) | Method for low water hydrolysis or pretreatment of polysaccharides in a lignocellulosic feedstock | |
KR20110067992A (en) | Method for pretreating biomass using internal heat and apparatus for pretreating biomass | |
US20140273140A1 (en) | Simultaneous Food And Fuel Corn Refining | |
CN104321435A (en) | System and method for the integrated production of first- and second-generation ethanol and the use of integration points for said production | |
AU2011355013B2 (en) | Device for producing sugar solution, fermentation system, method for producing sugar solution and fermentation method | |
CA2978347A1 (en) | Cellulosic biofuel and co-products | |
CZ300865B6 (en) | Process for producing glucose, ethanol, furfural, furan, lignin acetic acid and formic acid from renewable starting materials and apparatus for making the same | |
CN102605003B (en) | Method for producing alcohol from potato raw materials | |
US12043854B2 (en) | Processes for reducing steam consumption and improving process carbon balance in biomass conversion to sugars, biochemicals, biofuels, and/or biomaterials | |
CZ2003954A3 (en) | Process and apparatus for comprehensive treatment of renewable raw materials | |
Mokomele | Integrated bioenergy and animal feed production from AFEX TM and steam exploded sugarcane residues | |
Moonsamy | Techno-economic analysis and benchmarking of integrated first and second generation biorefinery scenarios annexed to a typical sugar mill for bioethanol production | |
CZ283872B6 (en) | Process and apparatus for complex preparation of bioethanol from recoverable sources | |
CZ304261B6 (en) | Method of and device for preparing bioethanol and electric power from lignocellulosic materials | |
SK50722007A3 (en) | Process for producing glucose, ethanol, furfural, furan and lignin from renewable starting materials and apparatus for making the same | |
CZ20004328A3 (en) | Complex yield of hydrolysis sugars from lignocellulose materials for biotechnological plants |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20150404 |