Технология
Этанол
Экономия. Энергия. Экология.
Экономия. Энергия. Экология.
Описание технологии производства и оценка сокращения выбросов
После исследования существующих способов переработки отходов мы остановились на биоэнергетическом методе. Однако мы не стали рассматривать применение биогазовых установок, а предложили свой способ: переработку навоза и помёта в спирт.
Технология получения биоэтанола из отходов животноводства является совершенно инновационной. В открытых источниках нам не удалось найти примеров её использования в производственных целях. Поэтому для описания процесса создания нашего биоэтанола мы использовали существующую технологию его производства из растительного сырья, которую в связи с минимальными отличиями можно будет применить и в нашем проекте.
Технология получения биоэтанола из отходов животноводства является совершенно инновационной. В открытых источниках нам не удалось найти примеров её использования в производственных целях. Поэтому для описания процесса создания нашего биоэтанола мы использовали существующую технологию его производства из растительного сырья, которую в связи с минимальными отличиями можно будет применить и в нашем проекте.
Максимальной эффективности можно достичь, получая спирт из конского, коровьего навоза или птичьего помёта и опилок, что и представлено в таблице слева.
Для переработки навоза и помёта требуются такие компоненты как: серная кислота, тёртый мел, вода, сахар и дрожжи. Технология производства биоэтанола из рассматриваемого сырья одинакова. Её (в качестве сырья взято зерно) можно увидеть на рисунке ниже.
Для переработки навоза и помёта требуются такие компоненты как: серная кислота, тёртый мел, вода, сахар и дрожжи. Технология производства биоэтанола из рассматриваемого сырья одинакова. Её (в качестве сырья взято зерно) можно увидеть на рисунке ниже.
Таблица эффективности сырья для биоэтанола
Подобное производство можно приобрести, например, у частной австрийской компании «Фогельбуш Биокоммодитиз» за 30 млн евро (2,6 млрд рублей), а также у таких отечественных компаний как: ООО «Научно-производственная компания «Этанол-Ком» или АО «Альфа Лаваль Поток» (филиал в России).
Теперь предлагаю подробнее рассмотреть всю линию производства биоэтанола (опять же на примере растительного). Существует два основных способа получения биоэтанола: «сухой» и «мокрый». Изучим каждый из них. При применении «сухого» способа получения биоэтанола мука смешивается с водой, полученная смесь отправляется на осахаривание, где содержащийся в суспензии крахмал под действием тепла и специальных ферментов (альфа-амилаза) превращается в сахара для дальнейшего сбраживания. На следующем этапе осахаренное сусло (неперебродивший отвар крахмалистых и сахаристых веществ) бродит в бродильных чанах под влиянием дрожжей, перерабатывающих полученные сахара в спирт, в результате чего образуется бражка (продукт, получаемый в результате сбраживания сахара или других сахаристых веществ и предназначенный для последующей перегонки) с содержанием спирта порядка 8%.
Теперь предлагаю подробнее рассмотреть всю линию производства биоэтанола (опять же на примере растительного). Существует два основных способа получения биоэтанола: «сухой» и «мокрый». Изучим каждый из них. При применении «сухого» способа получения биоэтанола мука смешивается с водой, полученная смесь отправляется на осахаривание, где содержащийся в суспензии крахмал под действием тепла и специальных ферментов (альфа-амилаза) превращается в сахара для дальнейшего сбраживания. На следующем этапе осахаренное сусло (неперебродивший отвар крахмалистых и сахаристых веществ) бродит в бродильных чанах под влиянием дрожжей, перерабатывающих полученные сахара в спирт, в результате чего образуется бражка (продукт, получаемый в результате сбраживания сахара или других сахаристых веществ и предназначенный для последующей перегонки) с содержанием спирта порядка 8%.
Далее полученную бражку подвергают очистке на стадии дистилляции (перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров), оснащённой двумя колоннами, для достижения требуемой концентрации и чистоты спирта. В итоге получается спирт концентрацией 96%. Для достижения крепости спирта в 99,8% его обезвоживают на колоннах с молекулярными ситами. На стадии дистилляции образовывается основной отход производства биоэтанола – послеспиртовая барда (сухой остаток), которая перерабатывается для получения DDGS (Dried Distillers Grains with Solubles - сухая обогащённая барда), кормовых дрожжей или биогаза.
Изучим технологию «мокрого» способа производства биоэтанола. При использовании этого способа сначала размалывается зерно, затем полученная мука смешивается с водой, и эта пульпа (смесь твёрдых частиц и жидкости) подвергается агломерации (объединение) с последующей трехфазной сепарацией: при этом выделяются клейковина, крахмал А (идёт на получение сухого крахмала и карамельной патоки), крахмал Б требуется для выделения белков, клетчатки, ди- и моносахаров, полисахаридов. Последние ещё и осахариваются ферментами до простых сахаров. Итоговое сусло сбраживается, и образуется этанол. Далее идёт дистилляция и ректификация (разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, различающиеся температурами кипения, путём многократного испарения жидкости и конденсации паров). Барда сепарируется (разделяется). Жидкая фракция упаривается и смешивается с твердой фракцией. После чего эту смесь высушивают и получают сухую барду – кормовой продукт.
Изучим технологию «мокрого» способа производства биоэтанола. При использовании этого способа сначала размалывается зерно, затем полученная мука смешивается с водой, и эта пульпа (смесь твёрдых частиц и жидкости) подвергается агломерации (объединение) с последующей трехфазной сепарацией: при этом выделяются клейковина, крахмал А (идёт на получение сухого крахмала и карамельной патоки), крахмал Б требуется для выделения белков, клетчатки, ди- и моносахаров, полисахаридов. Последние ещё и осахариваются ферментами до простых сахаров. Итоговое сусло сбраживается, и образуется этанол. Далее идёт дистилляция и ректификация (разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, различающиеся температурами кипения, путём многократного испарения жидкости и конденсации паров). Барда сепарируется (разделяется). Жидкая фракция упаривается и смешивается с твердой фракцией. После чего эту смесь высушивают и получают сухую барду – кормовой продукт.
Как видно, основными отходами производства будут являться углекислый газ СО2 и барда (сухой остаток). Рассмотрим пути их утилизации для налаживания безотходного, экологически чистого производства. Углекислый газ, образуется в больших количествах в результате различных технологических операций. Иногда его продают, однако процесс этот сложной и трудозатратный, так как цены на него крайне малы, а спроса практически нет. Поэтому куда выгоднее будет открыть комплекс по переработке СО2 недалеко от основного производства.
Барда, состоящая из остатков продуктов ферментации: (оболочек зерна, дрожжей, протеина (глютена) зерна), используется биотопливными компаниями как корм для скота и приносит дополнительную прибыль. В нашем случае барда пойдёт на удобрения для сельскохозяйственных компаний, что также принесёт дополнительную прибыль.
Как уже видно из описания технологии биоэтанол производится из крахмалосодержащих и сахаросодержащих сельскохозяйственных культур.
Крахмалосодержащие культуры:
- Сахарный тростник;
- Сахарная свёкла;
- Сорго.
Барда, состоящая из остатков продуктов ферментации: (оболочек зерна, дрожжей, протеина (глютена) зерна), используется биотопливными компаниями как корм для скота и приносит дополнительную прибыль. В нашем случае барда пойдёт на удобрения для сельскохозяйственных компаний, что также принесёт дополнительную прибыль.
Как уже видно из описания технологии биоэтанол производится из крахмалосодержащих и сахаросодержащих сельскохозяйственных культур.
Крахмалосодержащие культуры:
- Кукуруза;
- Пшеница;
- Рожь;
- Ячмень;
- Картофель;
- Рис.
Сахаросодержащие культуры:- Сахарный тростник;
- Сахарная свёкла;
- Сорго.
При производстве биоэтанола из навоза/помёта также сохраняется необходимая концентрация крахмала и/или сахара, так как они входят в рацион скота. Рассмотрим подобный рацион на примере коров.
Для кормления коров применяют диетические и молокогонные продукты, стимулирующие аппетит, улучшающие поедаемость и перевариваемость всего рациона. К таким продуктам как правило относят: свёклу кормовую, сахарную и полусахарную, брюкву, турнепс, морковь, картофель, земляную грушу, тыкву, кормовой арбуз и кабачки. Сочные корнеплоды помогают разбавить сухой зимний рацион абсолютно для всех сельскохозяйственных животных. Более того их используют в первые месяцы отёла, при раздое, так как: в свёкле содержится много сахара, в картофеле – крахмала, в красной и жёлтой моркови – каротин.
Для кормления коров применяют диетические и молокогонные продукты, стимулирующие аппетит, улучшающие поедаемость и перевариваемость всего рациона. К таким продуктам как правило относят: свёклу кормовую, сахарную и полусахарную, брюкву, турнепс, морковь, картофель, земляную грушу, тыкву, кормовой арбуз и кабачки. Сочные корнеплоды помогают разбавить сухой зимний рацион абсолютно для всех сельскохозяйственных животных. Более того их используют в первые месяцы отёла, при раздое, так как: в свёкле содержится много сахара, в картофеле – крахмала, в красной и жёлтой моркови – каротин.
Всё это очень полезно для телят и коров перед отёлом. В зависимости от величины удоя коровам скармливают до 30 кг кормовых корнеплодов в сутки, а сахарной свеклы и картофеля – до 15 кг. Из приведённых данных видно, почему производство биоэтанола возможно также и из навоза/помёта, и почему не будет существенных различий в технологическом процессе.
Теперь предлагаю оценить, насколько сократятся выбросы в атмосферный воздух от внедрения нашей технологии. Автотранспорт вносит значительный вклад в загрязнение окружающей среды региона. При замене обычного бензина бензином с добавлением биоэтанола в концентрации даже 10% (Е10 – 10% биоэтанола и 90% бензина) выбросы сократятся в разы, что показано на рисунке ниже.
Теперь предлагаю оценить, насколько сократятся выбросы в атмосферный воздух от внедрения нашей технологии. Автотранспорт вносит значительный вклад в загрязнение окружающей среды региона. При замене обычного бензина бензином с добавлением биоэтанола в концентрации даже 10% (Е10 – 10% биоэтанола и 90% бензина) выбросы сократятся в разы, что показано на рисунке ниже.
Мы видим, что количество твёрдых частиц в цикле с горячим стартом при работе на бензоспиртовых смесях снижается на 96—97%. Исследования также показали, что уменьшаются выбросы угарного газа, — на 81% c топливом Е10 и на 87% со смесью E85, а также углекислого газа (на 13 и 17%). В целом токсичность выхлопа снизилась на 72 и 83%. Добавление этанола в топливо положительно влияет на окружающую среду, так как выбросы парниковых газов в атмосферу снижаются в среднем на 85%.
