Способ получения этанола

Изобретение относится к спиртовой промышленности, в частности к производству этанола из растительного сырья (древесины, торфа, отходов сельскохозяйственного и текстильного производства, растительного и вторичного сырья). Способ предусматривает гидролиз растительного сырья серной кислотой, нейтрализацию гидролизата аммиачной водой, аэробно-спиртовое брожение, ректификацию спиртовой бражки, утилизацию отходов. Образующийся при нейтрализации гидролизата сульфат аммония со сточными водами производства, включающими конденсаты эфирно-альдегидной фракции и сивушной фракции, направляют на очистную станцию "Симбиотенк" и получают технически чистую воду и активный ил, который добавляют к серной кислоте при проведении гидролиза и вносят в барду для производства дрожжей. Обеспечивается безотходная экологически безопасная технология производства и удешевление получения этанола за счет увеличения его выхода и снижения себестоимости. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к спиртовой промышленности и касается способа получения этанола.

Цель изобретения - безотходная экологически безопасная технология производства и удешевление получения этанола за счет увеличения выхода и снижения себестоимости этанола.

Известен способ получения этанола по одностадийной схеме (патент России №1303034, С 12 Р 7/06), где происходит непрерывное сбраживание пшеничного сусла и вторичное его использование, непрерывное разделение центрифугированием на дрожжи, обездрожжевое сусло и шлам, который является загрязнителем окружающей среды, а из обездрожженного сусла непрерывно выделяют этанол с получением барды, которую разделяют на два потока. Один поток выводят из процесса, а другой возвращают на стадию брожения.

Недостатком данного способа является вторичное использование в технологическом процессе барды, что увеличивает количество вредных примесей, в том числе ингибиторов в сусле, а следовательно, снижает качество дрожжей, замедляет процесс, уменьшает выход этанола, не решает проблему утилизации отходов производства (шлама, сточных вод), а использование в качестве сырья пищевых продуктов, в частности пшеницы, не позволяет увеличить объем производства для получения топливного этанола из-за высокой себестоимости сырья.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ получения этанола из растительного сырья, по которому в промышленности с целью снижения концентрации сульфата кальция в гидролизате применяется схема с раздельной нейтрализацией двух параллельных потоков гидролизата. Первый (основной) поток нейтрализуется по двухступенчатой схеме (известковым молоком и аммиачной водой), второй поток - только аммиачной водой. После отделения шлама путем отстоя нейтрализата оба потока смешиваются. Оптимальное соотношение жидкостных потоков: на известковую нейтрализацию 70-80% гидролизата, на аммиачную - 20-30%. Нейтрализованный гидролизат направляют в бродильное отделение, где смешивается с отсепарированной дрожжевой суспензией. Полученная спиртовая бражка после сепарации направляется в ректификационное отделение. Из бражки отгоняют спирт-сырец, из которого в последующем выделяют спирт-ректификат, а полученную отспиртованную барду используют для производства белковых дрожжей.

(Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств. М.: Лесная промышленность, 1989)

Способ не решает полностью проблему предотвращения образования сульфата кальция, что приводит к гипсации оборудования и коммуникаций, образованию сточных вод и отходов, загрязняющих окружающую среду.

Эти недостатки устраняет предлагаемый способ получения этанола из растительного сырья, предусматривающий гидролиз последнего серной кислотой, нейтрализацию гидролизата аммиачной водой, аэробно-спиртовое брожение, ректификацию спиртовой бражки, утилизацию отходов, отличающийся тем, что сульфат аммония, образующийся при нейтрализации гидролизата, со сточными водами производства направляют на очистную станцию «Симбиотенк» для полной утилизации и получения активного ила и технически чистой воды, активный ил добавляют к серной кислоте при проведении гидролиза и вносят в барду для производства дрожжей, при этом сточные воды производства включают конденсаты эфирно-альдегидной фракции и сивушной фракции.

Способ осуществляется следующим способом.

Измельченное сырье из бункера направляется в двухчервячный кислотостойкий экструдер или другой аппарат непрерывного действия, имеющего зоны прогрева и гидролиза. Температура в зоне прогрева 80°С, в зоне гидролиза 210°С, давление 2 МПа. В зону гидролиза подается разбавленная 0,5% серная кислота и активный ил, полученный на очистной станции «Симбиотенк«. Прогрев сырья до температуры гидролиза проводится острым паром. Скорость гидролиза целлюлозы растительного сырья и полисахаридов активного ила примерно одинакова, что способствует при таком режиме увеличению выхода моносахаридов, обогащает гидролизат неорганическими микро- и макроэлементами. Полученная после гидролиза реакционная смесь выводится из экструдера или другого аппарата непрерывного действия на отжим, отжатый остаток (лигнин) идет на производство органоминерального удобрения из шламовых отходов, лигнина, активного ила, полученного на очистной станции «Симбиотенк«. Отделенный гидролизат нейтрализуется 25% аммиачной водой, подаваемой в насос. Нейтрализованный гидролизат с рН - 4,0-4,5 направляется в дрожжанку, где происходит взбраживание - активация спиртообразующих дрожжей при контакте со свежим субстратом. Из дрожжанки смесь гидролизата (сусла) и дрожжей подается в головной ферментатор спиртового брожения на интенсивное главное брожение, при котором образуется 80-90% этанола.

В последовательно соединенном хвостовом ферментаторе происходит стадия дображивания (отброд), где усваивается в основном трудносбраживаемая галактоза. В результате брожения образуется промежуточный продукт производства спиртовая бражка, содержащая 1,8% этанола. Спиртовая бражка из хвостового ферментатора направляется на сепаратор для отделения дрожжевой суспензии. Отсепарированная бражка из бродильного отделения направляется в ректификационное отделение. Сначала бражка поступает на бражную колонну, где в результате брагоперегонки получается спиртовой конденсат, содержащий 80-86% этанола и отход спиртового производства - барда. Отспиртованная барда смешивается с активным илом и направляется в дрожжевое отделение на производство белковых дрожжей, а отход дрожжевого производства - последрожжевая бражка направляется на очистную станцию «Симбиотенк« для переработки на экологически чистый активный ил и технически чистую воду, возвращаемых в технологический процесс.

Спиртовой конденсат направляется в эпюрационную колонну для отгонки легколетучих примесей (альдегидов, эфиров, кетонов и др.) эфирно-альдегидной фракции. Эфирно-альдегидная фракция подается для дополнительного концентрирования на эфирную колонну.

Спиртовой раствор из кубовой части эфирной колонны возвращается в эпюрационную колонну. В состав укрепленной эфирно-альдегидной фракции входит около 40% эфиров, около 15% альдегидов, а также некоторое количество этанола и воды, эта фракция полностью направляется на очистную станцию "Симбиотенк", где под действием переработки микрофлорой превращается в экологически чистый ил и технически чистую воду, возвращаемые в производственный процесс.

Из эпюрационной колонны полученный этанол направляется на ректификационную спиртовую колонну для доведения крепости спирта до установленных стандартом норм и очистки от сивушных масел. Для регенерации этанола сивушные масла отмывают водой и промывные воды направляют в спиртовую колонну. Отмытая фракция сивушных масел поступает на очистную станцию "Симбиотенк " для переработки микрофлорой на активный ил и технически чистую воду.

Для получения топливного этанола не требуется его глубокая очистка от примесей, в связи с чем возможно его получение в одноколонном брагоректификационном аппарате.

Использование очистной станции «Симбиотенк» (А.С. 1579022 СССР, Симбиотенк/ В.В.Кравец, А.И.Соколенко, В.Ф.Никоненко и др. - Заявл. 03.03.88; Опубл. 15.03.90) обеспечивает введение оборотного бессточного водоснабжения за счет очистки впервые в гидролизном производстве всех высоконасыщенных органикой сточных вод до БПК - 3 мг/л и полного их использования в технологическом процессе.

Принцип действия очистной станции «Симбиотенк» основывается на биохимических процессах с обязательной агрегацией биопленки на подвижных носителях, процесс очистки осуществляется за счет вегетации различных физиологических групп микроорганизмов и водорослей, которые обладают разной чувствительностью к составу и свойствам сточных вод. Бактерии, вегетирующие на биопленке на вращающихся биофильтрах, вследствие адаптации к условиям среды очень выносливы к перегрузкам по концентрациям загрязнений. Очищаемая на очистной станции «Симбиотенк» вода не требует обеззараживания, так как при прохождении модулей деминерализации она насыщается кислородом, который пагубно влияет на патогенную микрофлору.

Активный ил, выделяемый в результате очистки производственных сточных вод, представляет собой биоценоз микроорганизмов, богатый белковыми веществами, аминокислотами, витаминами группы В, в том числе В, а также минеральными солями. Благодаря тому, что активный ил получают из производственных сточных вод раздельной очисткой, в нем сведены до минимума вредные примеси, которые появляются при смешивании производственных и бытовых сточных вод, как это практикуется при обычной системе очистке последрожжевой бражки с ограниченно замкнутой системой водоснабжения, поэтому его можно использовать при получении гидролизата и при добавлении в барду при улучшении качества субстрата и белковых дрожжей.

Кроме того, использование системы очистки производственных вод гидролизного производства на станции «Симбиотенк« позволяет исключить применение извести в производстве в связи с высокой очисткой аммонийных солей, применять экологически чистый ил для увеличения выхода этанола и получения побочной продукции белковых дрожжей, снизить расход электроэнергии, пара и получать из отходов производства (шламов, лигнина, активного ила) высококачественное органоминеральное удобрение (ОМУ).

Утилизация водных растворов сульфата аммония, вредных выбросов (эфирно-альдегидной, сивушных масел) на очистной станции «Симбиотенк« решает проблему предотвращения загрязнения окружающей среды, а использование очищенных сточных вод в производстве и применение отходов производства для получения товарной продукции: органоминерального (ОМУ), белковых дрожжей, углекислоты (сухого льда) позволяет осуществлять безотходную бессточную технологию производства, превращая существующее гидролизное производство в экологически безвредную отрасль.

Сравнительная характеристика производства этанола по производственно-экономическим показателям, исходя из затрат на 1 дал этанола, приведена в таблице.

Показатели	Действующая технология	Предлагаемая технология
1. Сырье (древесные отходы)	0,06 т	0,04 т
2. Серная кислота 92-93%	4-5 кг	0,8 кг
3. Суперфосфат	0,2 кг	0,1 кг
4. Известь	2-3 кг	-
5. 25% аммиачная вода	2 кг	1 кг
6. Технологический пар	1,2 ГДж	0,4 ГДж
7. Электроэнергия	4 кВт/час	2 кВт/час
8. Себестоимость 1 л этанола марки «Экстра»	10-22 руб	4-6 руб

Наличие возобновляемых растительных ресурсов и растительных отходов производства, низкая себестоимость производства этанола по предлагаемому способу позволит наладить производство топливного этанола в масштабах всей страны.

1. Способ получения этанола из растительного сырья, предусматривающий гидролиз последнего серной кислотой, нейтрализацию гидролизата аммиачной водой, аэробно-спиртовое брожение, ректификацию спиртовой бражки, утилизацию отходов, отличающийся тем, что сульфат аммония, образующийся при нейтрализации гидролизата, со сточными водами производства направляют на очистную станцию "Симбиотенк" для полной утилизации и получения активного ила и технически чистой воды, активный ил добавляют к серной кислоте при проведении гидролиза и вносят в барду для производства дрожжей, при этом сточные воды производства включают конденсаты эфирно-альдегидной фракции и сивушной фракции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нейтрализацию гидролизата осуществляют 25%-ной аммиачной водой.