|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
• стоимость; • урожайность; • выход этанола; • содержание крахмала (сахара); • устойчивость к вредителям и вирусам; • круглогодичная доступность и наличие; • требовательность к почве и погодным условиям; • трудоёмкость уборки, транспортировки и хранения; • возможность переработки отходов (получения дополнительной прибыли); • необходимость использования дополнительных препаратов (ферментов, пеногасителей). В случае использования крахмалосодержащего сырья существует два основных способа его переработки: технология мокрого помола и технология сухого помола. Главное различие между этими двумя технологиями является способ первичной переработки зерна. ГК «Техинсервис» при проектировании и строительстве, в зависимости от вида и качества сырья, применяются оба способа его первичной переработки. На сегодняшний день на ряде заводов (Чехия, Сербия) ГК «Техинсервис» реализована технология сухого помола. Рассмотрим схему производства биоэтанола и её возможные варианты ( рисунок 2). 
Первичная переработка крахмалосодержащего сырья по технологии мокрого помола Особенностью технологии мокрого помола является процесс отделения определённых компонентов зерна на стадии первичной переработки. Процесс производства биоэтанола по технологии мокрого помола не сопровождается образованием спиртовой барды и позволяет обойти стороной проблемы, связанные с её последующей утилизацией. Исходное сырьё (зерно), поступает на переработку, очищается от песка, пыли, семян сорных растений, сколотых частиц зерен и т.д. Прошедшее стадию очистки, зерно замачивается в течение 24-40 часов, что позволяет размягчить его зародыш и освободить содержащийся в нём крахмал. Размягчённое зерно размалывается, чем достигается выделение зародыша и крахмала. Полученный крахмальный раствор сепарируется для отделения зародыша от общей массы. Полученный в процессе сепарации зародыш сушится и подаётся на хранение. Полученный продукт используется в производстве высокопродуктивных кормовых добавок. Жидкая фаза, полученная в процессе сепарации зародыша, подвергается второму, более интенсивному и тонкому измельчению. Измельчённый раствор сепарируется с целью отделения крахмального раствора и глютена от оставшейся клетчатки. Полученная клетчатка фильтруется, промывается и прессуется до 60% влажности. Полученный продукт используется в производстве высокопродуктивных кормовых добавок. Глютен, полученный в процессе сепарации крахмального раствора, сепарируется, охлаждается и фильтруется. Фильтрованный глютен высушивается с влажности 60% до влажности 10%. Полученный продукт является богатой белковой добавкой (60% белка) и используется в производстве высокопродуктивных кормовых добавок. Крахмальный раствор, полученный в результате сепарации, промывается и сепарируется на батарее гидроциклонов. Далее крахмальное молоко (крахмальный раствор) поступает на стадию желатинизации и последующей переработки. Первичная переработка крахмалосодержащего сырья по технологии сухого помола Исходное сырьё (зерно), поступает на переработку, очищается от песка, пыли, семян сорных растений, сколотых частиц зерен и т.д. Прошедшее стадию очистки, зерно размалывается для высвобождения крахмала. Потом этот материал растворяют в воде, регулируя содержание сухих веществ в замесе. Далее замес поступает на стадию желатинизации и последующей переработки. Основная переработка крахмалосодержащего сырья по технологии мокрого и сухого помола Крахмальное молоко (замес) смешивается с ферментами и нагревается до температуры, оптимальной для их действия. Под действием ферментов и высоких температур молекулы крахмала распадаются на низко- и средне-молекулярные декстрины и сахара. Полученный раствор охлаждается, и в него добавляется осахаривающие ферменты (глюкоамилазы). Осахаривающие ферменты преобразовывают молекулы декстрина в простые сахара, способные перерабатываться дрожжами в этанол. В осахаренное сусло добавляют дрожжи, которые преобразуют молекулы сахаров в этанол и углекислый газ. Процесс брожения длится порядка 48 – 60 часов. За этот период все доступные сахара сусла перерабатываются в этанол и углекислый газ. Полученная в результате брожения бражка содержит до 10% этанола. Бражка, освобожденная от дрожжевой массы, непрерывным потоком подается в многоколонную систему ректификации, где происходит выделение этанола, его последующее укрепление и очистка от сопутствующих примесей. По завершении процесса ректификации получается этанол, крепостью 96 – 96,5%. Далее этанол поступает на станцию обезвоживания, где избавляется от остаточного количества воды и становится абсолютным этанолом. Этанол, который используется для производства биоэтанола, проходит процесс денатурации. Денатурация заключается в добавлении к этанолу бензина (2-5%), делающего этанол непригодным к потреблению человеком и не подлежащему налоговым сборам как питьевой спирт. Переработка сахаросодержащего сырья Сахарный раствор (меласса, патока, сок и т.д.), поступающий на переработку на биоэтанольный завод, проходит процесс антисептирования (обеззараживания) специальными растворами. Далее сахарный раствор разбавляют водой до содержания сухих веществ на уровне 17%. После рассиропки и антисептирования, сахарный раствор поступает на ферментацию и проходит последующие стадии переработки в этанол, описанные выше. Обезвоживание этанола Станция обезвоживания является неотъемлемой составляющей технологического процесса производства биоэтанола. На сегодняшний день известны следующие способы обезвоживания этанола: • связывание воды твердыми или жидкими водопоглощающими веществами; • соляная и азеотропная ректификация; • ректификация под вакуумом; • адсорбция на молекулярных ситах; • мембранное обезвоживание. Последние два, из перечисленных способов, являются наиболее прогрессивными и экономичными, работа которых основана на использовании цеолитов. Цеолиты (от греч. ceo lit – кипящие камни) – алюмосиликаты, которые в своем составе имеют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, отличаются четкой регулярной структурой пор, которые в природных температурных условиях заполнены молекулами воды. Если из пор цеолитов удалить воду, то их можно снова заполнять водой или другой жидкостью. Обратимость процесса гидратации и дегидратации цеолитов и обусловливает их использование в процессах высушивания, очищения и разделения жидкостей. Цеолиты вбирают вещества в свои адсорбционные поры. Но не все вещества могут проникнуть и остаться там. Это объясняется тем, что адсорбционные поры связанны между собой порами определенного размера. Проникнуть через поры могут только те молекулы, критический диаметр которых меньше диаметра поры. В природе цеолиты встречаются в месторождениях туфогенно-осадного типа, которые образовались в результате изменений вулканических туфов в морских и континентальных бассейнах. В зависимости от условий образования, цеолиты в природе можно разделить на две группы: эндогенные и экзогенные. Наилучшим из природных цеолитов для обезвоживания водно-спиртовых смесей является морденит. Морденит имеет тетраэдричную структуру, в которой атом кремния или алюминия окруженный четырьмя атомами кислорода. Размер входных окон адсорбционных пор дает возможность сорбировать молекулы, критический диаметр которых не превышает 0,4 нм (4 Ангстрема). Применение цеолитов в технологических процессах обусловило разработку специфических требований к потребительским свойствам этих адсорбентов, которым не всегда отвечали природные цеолиты. Для удовлетворения этих требований в 1948 году начались роботы над синтезом цеолитов. За эти годы синтезировано более 65 различных цеолитов, большинство которых не имеет аналогов в природе. В бывшем Советском Союзе предприятия химической промышленности наладили производство цеолитов общего назначения с 1964 года. На данный момент производят цеолиты следующих марок:
Структура цеолитов марки «А» состоит из больших и малых (содалитовых) адсорбционных пор. Химическая формула цеолита NaA: Na2O * Al2O3 * 2SiO2 * 4,5H2O. К составу элементарной ячейки принадлежит одна большая и одна малая поры. Адсорбционные поры цеолитов марки «А» настолько малы, что в них практически могут проникать только молекулы воды. Цеолиты марки «Х» в обезвоженном виде имеют состав Na2O * Al2O3 * nSiO2. Адсорбционные поры цеолитов марки «Х» большого размера, чем объясняется их большие адсорбционные возможности по сравнению с цеолитами марки «А». Цеолиты марки «КА» при обычных температурах в значительном количестве поглощают только воду. Это свойство определяло их широкое использование для обезвоживания нестойких веществ, которые склонны к реакции полимеризации. Цеолит марки «NaA» адсорбирует большинство промышленных газов, критический размер молекул которых не превышает 0,4 нм. Адсорбция на молекулярных ситах Установка обезвоживания этанола основанная на использовании молекулярных сит состоит из двух адсорберов, которые функционируют периодически. Один из адсорберов находится в фазе адсорбции – обезвоживания, а другой – в фазе десорбции (регенерации). Как адсорбенты используются молекулярные сита (цеолиты) – шарики алюмосиликатов. Принципиальная схема процесса обезвоживания этанола по технологии адсорбция на молекулярных ситах представлена на рисунке 3. 
На обезвоживание поступает водно-спиртовой пар с ректификационной колонны. При повышенном давление пар проходит через один из адсорберов. Молекулы воды, которые содержатся в паре задерживаются в порах молекулярных сит, а обезвоженный этанол выходит из адсорбера. Обезвоженный этанол конденсируется, охлаждается и отводится в сборник. После насыщения водой молекулярных сит в одном адсорбере, который контролируется по содержанию воды в обезвоженном этаноле, подачу водно-спиртового пара переключают на другой адсорбер. При работе на втором адсорбере в первом при помощи вакуумного насоса (через конденсатор) создают вакуум. За счет изменения температур кипения среды в адсорбере при значительном изменении давления проходит испарение воды, удержанной молекулярными ситами. Для предотвращения значительного охлаждения молекулярных сит в первом адсорбере во время выпаривания воды, часть пара обезвоженного этанола после второго адсорбера перегревается и возвращается в первый адсорбер. Водно-спиртовой пар, который выходит из первого адсорбера, конденсируется, отводится в сборник и возвращается на переработку в ректификационную колону. За время работы второго адсорбера проходит регенерация молекулярных сит в первом адсорбере. После чего подача водно-спиртового пара из ректификационной колоны снова переключается на первый адсорбер, а второй переводится в режим регенерации под вакуумом и цикл повторяется. Описанный выше процесс, на сегодняшний день, является самым распространённым способом обезвоживания этанола в мире. В 2002 году ГК «Техинсервис» была реализована данная технология на одном из спиртовых заводов Чехии (работающая и сегодня). В то же время на сегодняшний день технология считается устаревший, а периодичность работы, наличие регенерации и высокий уровень эксплуатационных и энергетических затрат привели к развитию и внедрению ГК «Техинсервис» других, более прогрессивных, методов обезвоживания. Мембранное обезвоживание Мембрана цеолита NaA используется для обезвоживания различных сред, в том числе и этанола. В случае протекания процесса в жидкой фазе процесс называется – «первапорация», в случае с паровой фазой – «паровая проницаемость». Цеолитовые мембраны используются в виде тонкого слоя, нанесённого на керамическую основу, что позволяет вести процесс с большими потоками. В промышленных масштабах предпочтительнее использовать нанесение цеолитового слоя на внутренние поверхности керамических элементов (трубок), воизбежание механических повреждений и организации оптимального потока. Цеолиты типа NaA в виде мембран могут наноситься на трубчатые основания, представленные моноканальными либо многоканальными трубами. Использование цеолитовых мембран позволяет вести процесс обезвоживания при более высоких параметрах: Р = 6,5 бар (абс.) и t = 135 ˚С. Оборудование по обезвоживанию, основанное на работе цеолитовых мембран, благодаря своей высокой селективности, надёжности и долговечности, однозначно превосходит существующие аналоги: молекулярные сита и полимерные мембраны. Гребёнковский машиностроительный завод, входящий в ГК «Техинсервис», серийно производит обезвоживающие модули (состоящие из выше описанных мембран) входящие в схемы мембранного обезвоживания ГК «Техинсервис». 
Принципиальная схема процесса обезвоживания этанола по технологии цеолитовых мембран ГК «Техинсервис» представлена на рисунке 4. Паровая фаза (состоящая из воды и этанола) поступает в межтрубное пространство дегидрационного аппарата. Водяной пар (величина молекул которого меньше пор селективной мембраны) проходит сквозь керамическую трубку с цеолитовым напылением и увлекается вакуумным насосом. Пары этанола (величина молекул которого больше пор селективной мембраны) выходят из аппарата и поступают на конденсатор обезвоженного этанола. Движущей силой проникновения водяного пара сквозь цеолитовую мембрану является разность давления между трубным (создается вакуумным насосом) и межтрубным пространством (создается греющим паром выпарного аппарата и конденсатором обезвоженного этанола).
Описанный выше процесс, на сегодняшний день, является безрегенерационным и как следствие – отличается самыми низкими эксплуатационными и энергетическими затратами. В рамках государственной программы реконструкции спиртовой отрасли Украины ГК «Техинсервис» внедряет данный процесс на ряде спиртовых заводах. Осенью 2008 года планируется пуск шести станций обезвоживания этанола общей производительностью 123 900 тонн в год (по готовому продукту). Переработка спиртовой барды и производственных отходов В процессе производства биоэтанола образуется значительное количество спиртовой барды и производственных отходов. Суммарное их количество составляет 10-15 литров на литр произведённого биоэтанола. Сточные воды биоэтанольного производства характеризуются высоким уровнем загрязнения по ХПК до 40 - 70 тыс. мг/л. Отсутствие переработки и прямой выброс такого количества производственных отходов влечёт за собой загрязнение окружающей среды и огромных площадей, занятых полями фильтрации спиртовой барды. Выбор схемы переработки спиртовой барды зависит от вида перерабатываемого сырья и от способа первичной переработки крахмалосодержащего сырья. Условно барда делится на два вида: • зерновая барда – отход переработки крахмалосодержащего сырья; • мелассная барда – отход переработки сахаросодержащего сырья. Мелассная барда, как отход производства биоэтанола, не обладает питательной ценностью и не может быть использована в сельском хозяйстве ни как кормовая добавка, ни как удобрение (без дополнительной обработки), ни как бы то ни было ещё. Оптимальным вариантом утилизации мелассной барды является её переработка в биогаз. В рамках государственной программы реконструкции спиртовой отрасли Украины ГК «Техинсервис» внедряет схему переработки мелассной барды в биогаз на шести спиртовых заводах (производящих обезвоженный этанол). Зерновая барда, в отличие от мелассной, обладает достаточно высокой питательной ценностью. В случае использования технологии сухого помола, именно в зерновую барду переходит весь белок перерабатываемого зерна. В сельском хозяйстве широко применяются продукты переработки зерновой барды. Как правило, зерновая барда перерабатывается в сухой кормовой продукт, так называемый “DDG” (дистиллированное высушенное зерно) или “DDGS” (дистиллированное высушенное зерно с растворимыми в воде питательными веществами). Также известна технология переработки зерновой барды в сухие кормовые дрожжи, так называемый «ДКК» (дрожжевой кормовой концентрат). Сравнительная характеристика различных продуктов переработки зерновой барды:
Исходя из представленной таблицы, очевидно, что наиболее интересным продуктом переработки зерновой барды, с точки зрения использования продукта как кормовой добавки, является «ДКК» (дрожжевой кормовой концентрат). В связи с тем, что технология получения «ДКК» в целостном и отработанном виде появилась относительно недавно, она не успела найти широкого применения на заводах по производству биоэтанола. Как правило, на большинстве предприятий, производящих биоэтанол из крахмалосодержащего сырья, используется технология переработки зерновой барды в “DDGS” (дистиллированное высушенное зерно с растворимыми в воде питательными веществами). Рассмотрим схему переработки спиртовой барды и её возможные варианты по концепции ГК «Техинсервис» (схема представлена на рисунке 5). 
Схема переработки зерновой барды в “DDG”
Барда из бражной колонны поступает на пресс-фильтр (Рисунок 6) или декантерную центрифугу (Рисунок 7) для отделения взвешенных сухих веществ (твёрдой фазы) от жидкой фазы. Полученная в процессе сепарации твёрдая фаза, с влажностью 60-70 %, подается транспортером в сушильную роторно-трубчатую печь (Рисунок 8). В сушильной печи происходит сушка продукта до влажности 10 %, после чего готовый “DDG” подается на грануляцию и упаковку. Полученная в процессе сепарации жидкая фаза, поступает на очистные сооружения. Растворённые сухие вещества (белок), содержащиеся в жидкой фазе, также поступают в очистные сооружения, что является недостатком схемы переработки зерновой барды в “DDG”.  
Схема переработки зерновой барды в “DDGS” Барда из бражной колонны поступает на пресс-фильтр (Рисунок 6) или декантерную центрифугу (Рисунок 7) для отделения взвешенных сухих веществ (твёрдой фазы) от жидкой фазы. Полученная в процессе сепарации твёрдая фаза, с влажностью 60-70 %, подается транспортером в смеситель. Полученная в процессе сепарации жидкая фаза, поступает на многоступенчатую станцию выпаривания (Рисунок 9), где концентрируется с влажности 97-95 % до влажности 60-65 %. Концентрация на выпарной станции проходит в зоне температур ниже 100 °С (под вакуумом). Концентрированная жидкая фаза после выпарной станции подаётся в смеситель, где смешивается с твёрдой фазой полученной в процессе сепарации. Полученная смесь транспортёром подаётся в сушильную роторно-трубчатую печь (Рисунок 8). В сушильной печи происходит сушка продукта до влажности 10 %, после чего готовый “DDGS” подается на грануляцию и упаковку. Конденсат с выпарной станции поступают в очистные сооружения.  
Схема переработки зерновой барды в “ДКК” Барда из бражной колонны поступает в ферментный реактор (аппарат ферментативного гидролиза), где происходит биохимическое обогащение барды за счет перевода в растворимое состояние части взвешенных веществ для дальнейшей их утилизации дрожжами. В результате ферментативного гидролиза клетчатки образуются усваиваемые дрожжами органические соединения. Ассимиляция этих питательных веществ делает возможным переработать небелковую часть взвешенных сухих веществ барды в кормовые дрожжи и, тем самым, повысить общее содержание белка в готовой продукции (её питательную ценность). Обогащённая барда поступает на пресс-фильтр (рисунок 6) или декантерную центрифугу (рисунок 7) для отделения взвешенных сухих веществ (твёрдой фазы) от жидкой фазы. Полученная в процессе сепарации твёрдая фаза, с влажностью 60-70 %, подается транспортером в смеситель. Полученная в процессе сепарации жидкая фаза, поступает в ферментёр, через который производится барботаж воздуха. Температура ферментации (30-32 ºС) поддерживается постоянной при помощи рециркуляции дрожжевой суспензии насосом через внешний теплообменник. Заданный уровень кислотности 4,4-4,6 поддерживается путем добавки серной кислоты. Вспененная дрожжевая суспензия из ферментёра самотеком поступает во флотатор, где происходит отделение сгущенной биомассы дрожжей от дрожжевой бражки. Отфлотированная дрожжевая бражка из флотатора подается на вторую ступень ферментации. Вспененная дрожжевая суспензия из второго ферментёра самотеком поступает во флотатор, где происходит отделение сгущенной биомассы дрожжей от дрожжевой бражки. Жидкая фаза дрожжевой суспензии отбирается и поступает на доочистку в очистных сооружениях. Во флотатор поступает вспененная дрожжевая суспензия с обеих ступеней ферментации. Путем флотации дрожжевая суспензия разделяется на дрожжевой концентрат и дрожжевую бражку. Дрожжевой концентрат подается на сепарацию, а дрожжевая бражка – на очистные сооружения. На сепараторах происходит дальнейшее сгущение дрожжевого концентрата который поступает на барабанный вакуум-фильтр, а сепарированная дрожжевая бражка – на очистные сооружения. На барабанном вакуум-фильтре производится окончательное сгущение дрожжевого концентрата до влажности 65-75%. Сгущенный дрожжевой концентрат подается транспортером в смеситель, где смешивается с твёрдой фазой (полученной в результате сепарации обогащённой барды). Полученная смесь транспортёром подаётся в сушильную роторно-трубчатую печь (рисунок 8). В сушильной печи происходит сушка продукта до влажности 10 %, после чего готовый “ДКК” подается на грануляцию и упаковку. Схема переработки мелассной барды выпариванием Барда из бражной колонны поступает на многоступенчатую станцию выпаривания (рисунок 9), где концентрируется с влажности 90 % до влажности 50-55 %. Концентрация на выпарной станции проходит в зоне температур ниже 100 °С (под вакуумом). Концентрированная жидкая фаза после выпарной станции поступает в очистные сооружения. Гребёнковский машиностроительный завод, входящий в ГК «Техинсервис», серийно производит выпарные аппараты, ходящие в схемы переработки мелассной барды выпариванием ГК «Техинсервис». Схема переработки мелассной барды в биогаз Барда из бражной колонны поступает в гидролизный танк, туда же дозируется микроорганизмы, перерабатывающие органику мелассной барды. Для поддержания постоянной температуры в гидролизном танке, его содержимое циркулирует через охлаждающий теплообменник. Гомогенизированная масса из гидролизного танка перекачивается в метантанк (анаэробный реактор), где проходит активный процесс переработки органики мелассной барды с одновременным выделением биогаза. Биогаз, полученный в метантанке, отводится в газовое хранилище. Истощенная (от органики) барда отводится из метантанка на декантационную центрифугу, где происходит отделение активного ила (твёрдая фаза с влажностью 70%) от жидкой фазы. Активный ил, полученный в процессе декантации, используется в сельском хозяйстве как удобрение. Жидкая фаза, полученная в процессе декантации, отводится во вторую ступень анаэробного реактора, где проходит процесс окончательной переработки органики в биогаз. Биогаз, полученный во второй ступени анаэробного реактора, отводится в газовое хранилище. В результате описанного процесса органика мелассной барды перерабатывается микроорганизмами в биогаз. Биогаз представляет собой горючую газовую смесь, состоящую из 50–70% метана (CH4). В состав биогаза входят также 30 – 40% углекислого газа (CO2) и небольшие количества сероводорода (Н2S), аммиака (N2), водорода (H2) и оксида углерода (CO). Содержание энергии в биогазе напрямую зависит от количества метана. Таким образом, биогаз целесообразно использовать в качестве энергоносителя для производства электроэнергии и тепла. Стоит отметить, что производства биогаза происходит с одновременной очисткой мелассной барды. В барде, прошедшей две ступени анаэробных реакторов, снижается содержание ХПК с 40000 млг/литр до 4000 млг/литр и БПК с 14000 млг/литр до 1400 млг/литр. Установка дополнительной ступени фильтрации (на базе капельных фильтров) полностью решает вопрос очистки мелассной барды (ХПК снижается до 70 млг/литр, БПК до 30 млг/литр), и даёт возможность её повторного использования в производстве в виде технологической воды.
| 
|  |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| О компании | Новости | Продукция | Фотогалерея | Статьи | Проекты | Пресса о нас | Лицензии | Вакансии | Форум | Контакты | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
