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DE102007001614A1 - Energy self-sufficient method for manufacturing bioethanol from lignocellulose, protein, starchy or sugary additional material, involves disintegrating additional material, and obtaining raw slurry from disintegrated additional material - Google Patents

Energy self-sufficient method for manufacturing bioethanol from lignocellulose, protein, starchy or sugary additional material, involves disintegrating additional material, and obtaining raw slurry from disintegrated additional material Download PDF

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DE102007001614A1
DE102007001614A1 DE102007001614A DE102007001614A DE102007001614A1 DE 102007001614 A1 DE102007001614 A1 DE 102007001614A1 DE 102007001614 A DE102007001614 A DE 102007001614A DE 102007001614 A DE102007001614 A DE 102007001614A DE 102007001614 A1 DE102007001614 A1 DE 102007001614A1
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DE
Germany
Prior art keywords
energy
production
bioethanol
schlempewasser
additional material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102007001614A
Other languages
German (de)
Inventor
Hans-Joachim Dr. Auerbach
Bernhard Stollberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WABIO TECHNOLOGIE GMBH, DE
Original Assignee
LRZ LANDHANDELS und RECYCLING
LRZ LANDHANDELS- und RECYCLING-ZENTRUM GmbH
WABIO BIOTECHNIK GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LRZ LANDHANDELS und RECYCLING, LRZ LANDHANDELS- und RECYCLING-ZENTRUM GmbH, WABIO BIOTECHNIK GmbH filed Critical LRZ LANDHANDELS und RECYCLING
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol aus lignocellulose-, protein- sowie stärke- und/oder zuckerhaltigen Einsatzstoffen durch Zerkleinern und Vermaischen der Einsatzstoffe, anschließendes Vergären unter Einsatz von Gärhefen und destillatives Abtrennen des Bioethanols aus der Sauermaische, bei dem die Zerkleinerung der Einsatzstoffe (16) auf Teilchengrößen von kleiner als 2,5 mm vorgenommen wird, aus den zerkleinerten Einsatzstoffen (16) und wesentlichen Teilen des im Prozeß erzeugten Schlempewassers (1) die Rohmaische (2) gewonnen wird, aus der auf diese Weise gewonnenen Rohmaische (2) unter Zusatz von Verflüssigungs- und Verzuckerungsenzymen (3, 4) Süßmaische (5) hergestellt wird, die aus der Süßmaische (5) durch Zusatz von Gärhefen (6) gewonnene Sauermaische (7) einer Phasentrennung (8) in Dicksauermaische (9) und Dünnsauermaische (10) unterzogen wird, die Dünnsauermaische (10) mittels Destillationsapparat (11) und Kondensatoren (12) in Ethanol (13) und Schlempewasser (1) getrennt wird und die Dicksauermaische (9) einer Methanisierungsstufe (14) zugeführt wird.The The invention relates to an energy self-sufficient process for the production of bioethanol from lignocellulose, protein and starch and / or sugary feeds by crushing and mashing the starting materials, followed by fermentation under Use of fermentation yeast and distillative separation of bioethanol from the sour mash, in which the crushing of the starting materials (16) to particle sizes smaller than 2.5 mm made from the comminuted feedstocks (16) and essential parts of the Schlempewasers generated in the process (1) the Rohmic (2) is obtained from the obtained in this way Rohmic (2) with the addition of liquefaction and saccharification enzymes (3, 4) Sweet Mash (5) is made out of the sweet mash (5) by adding fermented yeast (6) Sour mashes (7) obtained from a phase separation (8) in Dicksauermaische (9) and Dünnsauermaische (10) is subjected to the Dünnsauermaische (10) by means of distillation apparatus (11) and capacitors (12) in Ethanol (13) and Schlempewasser (1) is separated and the Dicksauermaische (9) is fed to a methanation stage (14).

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Description

Die Erfindung betrifft ein energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol aus lignocellulose-, Protein- und stärke- und/oder zuckerhaltigen Einsatzstoffen durch Zerkleinern und Vermaischen der Einsatzstoffe, anschließendes Vergären unter Einsatz von Gärhefen und destillatives Abtrennen des Bioethanols aus der Sauermaische. Ein derartiges Verfahren wird für die Gewinnung von ethanolbasierten Otto- und Dieselkraftstoffen und ethanolbasierten Heizstoffen benötigt.The The invention relates to an energy self-sufficient process for the production of bioethanol from lignocellulose, protein and starch and / or sugary feeds by crushing and mashing the starting materials, followed by fermentation under Use of fermentation yeast and distillative separation of bioethanol from the sour mash. Such a method is for the extraction of ethanol-based petrol and diesel fuels and ethanol-based heating fuels needed.

Verfahren zur energieautarken Herstellung von Bioethanol aus lignocellulose-, Protein- und stärke- und/oder zuckerhaltigen Einsatzstoffen sind bisher nicht bekannt gemacht worden.method for the self-sufficient production of bioethanol from lignocellulose, Protein and starch and / or sugar-containing ingredients have not been made public so far.

Nach dem bekannten Stand der Technik wurden technische Lösungen publiziert, mit deren Hilfe wesentliche Anteile der zur Bioethanolgewinnung benötigten Prozeßenergie aus den überwiegend gelösten biogenen Bestandteilen der im Destillationsprozeß anfallenden Schlempen mittels Methangärung gewonnen werden.To The prior art has technical solutions published with the help of which substantial portions of the bioethanol production needed process energy from the predominantly dissolved biogenic constituents of the resulting in the distillation process Mud are obtained by means of methane fermentation.

So wird in der DE 3007 138 C2 ein Verfahren zur Herstellung von Äthanol bekannt gemacht, das in besonderer Weise die sogenannte Süßmaische in Anwesenheit von Hefen einem Gärprozeß unterzieht und anschließend die Gärflüssigkeit in eine Hefekonzentrat- und in eine hefefreie Strömung unterteilt. Während die hefefreie Strömung zur Gewinnung von Ethanol verdampft wird, soll die Hefekonzentratströmung erneut in den Gärprozeß zurückgeführt werden. Herbei wird unterstellt, dass die hefefreie Varietät des Gärproduktes bereits die Qualität einer zielstellungsgemäßen Sauermaische aufweist und keine unvergorenen Teile der eingesetzten Stärke- und/oder Zuckermengen aufweist.So will in the DE 3007 138 C2 discloses a process for the production of ethanol, which undergoes a special fermentation process, the so-called sweet mash in the presence of yeasts and then dividing the fermentation liquor in a Hefekonzentrat- and yeast-free flow. While the yeast-free flow is evaporated to recover ethanol, the yeast concentrate flow is to be recycled back to the fermentation process. It is assumed here that the yeast-free variety of the fermentation product already has the quality of a target-oriented sour mash and has no unfermented portions of the amounts of starch and / or sugar used.

Eine weiterentwickelte technische Lösung wird mit der DE 103 27 954 A1 bekannt gemacht. Das dort beschriebene verbesserte Verfahren zur Herstellung von Ethanol aus Biomasse sieht vor, die eingesetzte Biomasse möglichst feinkörnig auf Teilchengrößen von weniger als 1 mm zu zerkleinern, anschließend die zerkleinerte Biomasse als Medium für die Fermentation zu nutzen und aus der fermentierten wässrigen Lösung das Ethanol zu gewinnen. Die in der eingesetzten Biomasse enthaltenen Proteine und die gegebenenfalls vorliegende Kleie sollen entweder vor der Fermentation oder vor der Ethanolgewinnung abgetrennt werden. In einer besonderen Verfahrensvariante soll das von Kleie und Proteinen abgereicherte ethanolhaltige Gärsubstrat destilliert und dabei in Ethanol und in eine ethanolfreie Schlempe getrennt werden. Diese Schlempe soll in eine Fest- und in eine Klarphase getrennt werden.An advanced technical solution will be available with the DE 103 27 954 A1 made known. The improved process described therein for the production of ethanol from biomass envisages comminuting the biomass used as finely as possible to particle sizes of less than 1 mm, then using the comminuted biomass as the medium for the fermentation and recovering the ethanol from the fermented aqueous solution , The proteins contained in the biomass used and the optionally present bran should be separated either before the fermentation or before the ethanol production. In a special process variant, the ethanol-containing fermentation substrate depleted of bran and proteins is to be distilled and thereby separated into ethanol and into an ethanol-free vinasse. This vinasse should be separated into a solid and a clear phase.

Während die gewonnene Festphase vor oder nach einem Trocknungsprozeß als Zusatzfutter für die Tierernährung eingesetzt werden soll, dient die gewonnene Klarphase der Methangewinnung in einem Hochleistungs-Methanreaktor. Das gewinnbare Methan kann zur Reduzierung des Fremdenergieeinsatzes genutzt werden. Trotz der aufwendigen Prozeßtechnik mit einer Reihe von gegenüber dem bekannten Stand der Technik zusätzlichen Schritten wird weder die Abhängigkeit von der futtermitteltechnischen Verwertung von Anfallprodukten der Ethanolgewinnung beseitigt noch die angestrebte Unabhängigkeit vom Fremdenergieeinsatz erreicht.While the recovered solid phase before or after a drying process as Additional feed used for animal nutrition is to be used, the recovered clear phase of methane extraction in one High-performance methane reactor. The recoverable methane can be used for reduction the foreign energy use are used. Despite the complex process technology with a number of over the known prior art additional steps will neither dependency from the feed material utilization of seizure products the Ethanol production eliminates the desired independence achieved by external energy use.

Dies beschränkt den Einsatz der bekannten Verfahren unverändert auf energetisch ausreichend erschlossene Standorte einerseits und auf Produktionsstandorte, die eine logistische Kopplung an Tierproduzenten ermöglichen, sofern nicht der zusätzliche Fremdenergieeinsatz für das grundsätzliche Herstellen von proteinreichen Trockenfuttermitteln in Kauf genommen werden soll.This limits the use of the known methods unchanged on energetically sufficiently developed locations on the one hand and on production sites that provide a logistical link to animal producers if not the additional use of external energy for the basic production of protein-rich Dried fodder is to be accepted.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, mit deren Hilfe die Mängel des bekannten Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere wird eine technische Lösung benötigt, die mit wenigen und einfachen Prozeßschritten die kostengünstige und energieautarke Ethanolproduktion ermöglicht. Außerdem soll für die Ethanolgewinnung überwiegend die weitgehend erprobte und technisch ausgereifte Apparatetechnik weiterhin genutzt werden können.The The object of the invention is therefore to create a technical Solution, with the help of which the shortcomings of the known State of the art are overcome. In particular, will a technical solution needed that with few and simple process steps the cost-effective and self-sufficient ethanol production. Furthermore should for ethanol production predominantly the largely proven and technically mature apparatus technology continues can be used.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen technischen Lösung werden in den Unteransprüchen beschrieben.The The object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of inventive technical solution are described in the subclaims.

Danach wird in einem energieautarken Verfahren Bioethanol aus lignocellulose-, protein- sowie stärke- und/oder zuckerhaltigen Einsatzstoffen durch Zerkleinern und Vermaischen der Einsatzstoffe, anschließendes Vergären unter Einsatz von Gärhefen und destillatives Abtrennen des Bioethanols aus der Sauermaische hergestellt.After that bioethanol is made from lignocellulose in an energy self-sufficient process, protein as well as starch and / or sugar-containing starting materials by crushing and mashing the feedstocks, subsequent Fermenting using fermentation yeasts and distillatives Separating the bioethanol made from the sour mash.

Die Zerkleinerung der Einsatzstoffe wird so vorgenommen, dass die entstehenden Teilchengrößen maximal 2,5 mm betragen.The Comminution of the starting materials is made so that the resulting Particle sizes maximum 2.5 mm.

Aus den zerkleinerten Einsatzstoffen und wesentlichen Teilen des im Prozeß erzeugten Schlempewassers wird danach die Rohmaische gewonnen.Out the crushed feedstocks and essential parts of the Process generated Schlempewasers then becomes the Rohmische won.

Aus der auf diese Weise gewonnenen Rohmaische wird unter Zusatz von Verflüssigungs- und Verzuckerungsenzymen Süßmaische hergestellt.Out the Rohmic obtained in this way is added with the addition of Liquefaction and saccharification enzymes produced.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird die aus der Süßmaische gewonnene Sauermaische einer Phasentrennung unterzogen, wobei neben dem Filterkuchen als Dicksauermaische ein Filtrat als Dünnsauermaische entsteht.In Another step will be the sweetmeat Sour mashes undergo a phase separation, in addition to the filter cake as Dicksauermaische a filtrate as Dünnsauermaische arises.

Die entstandene Dünnsauermaische wird darauf folgend mittels Destillationsapparat und nachgeschalteten Kondensatoren in Ethanol und Schlempewasser getrennt.The resulting Dünnsauermaische is subsequently by means of Distillation apparatus and downstream condensers in ethanol and Schlempewasser separated.

Die in der Phasentrennung abgetrennte Dicksauermaische wird zum Zwecke der Gewinnung von Biomethan für die Gewinnung von Prozeßenergie in einem Blockheizkraftwerk einer parallel betriebenen Methanisierungsstufe zugeführt.The in the phase separation separated Dicksauermaische becomes the purpose the extraction of biomethane for the production of process energy in a cogeneration unit of a parallel operated methanation stage fed.

Vorteilhafterweise wird die Zerkleinerung der Einsatzstoffe mittels Naßhammermühlentechnik, mittels Doppelschnecken-Zerfaserern, Schälmühlen der Type Jäckering, Stiftmühlen, Luftstrom-Wälzmühlen und dergleichen durchgeführt.advantageously, the comminution of the starting materials by wet hammer mill technology, using twin-screw shredders, peeling mills the type Jäckering, pin mills, air flow roller mills and performed the same.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird den zerkleinerten Einsatzstoffen bereits vor der weiteren Behandlung wenigstens ein Teil der lignocellulosereichen grobteile entzogen. Dies entlastet die nachfolgenden Prozeßstufen in beachtlichem Maße.In a preferred process variant is the crushed feedstocks at least part of the lignocellulosome already before the further treatment deprived of gross parts. This relieves the subsequent process stages in considerable measure.

Eine bevorzugte Ausgestaltungsform des Verfahrens sieht vor, die zu vermaischenden Anteile der Einsatzstoffe so zu suspendieren, dass 4 bis 8 Masseteile des Suspendiermediums aus Prozeßwasser und Schlempewasser mit je einem Masseteil der zerkleinerten Einsatzstoffe vermischt werden. Es ist vorgesehen, dass zwischen 30 und 100% der Menge des Suspendiermediums als Schlempewasser eingesetzt werden.A preferred embodiment of the method provides to be mashed Parts of the starting materials to suspend 4 to 8 parts by mass the suspending medium from process water and Schlempewasser mixed with one part by mass of the comminuted starting materials become. It is envisaged that between 30 and 100% of the amount of Suspendiermediums be used as Schlempewasser.

In einer weiteren Variante des Verfahrens wird als Prozeßwasser das Kondensat aus destilliertem Schlempewasser eingesetzt.In Another variant of the method is called process water The condensate from distilled Schlempewasser used.

Weiterhin ist vorgesehen, die gewonnene Sauermaische mittels Hydrozyklonen und/oder Filterschneckenpressen und/oder Dekantern in Dicksauermaische und Dünnsauermaische zu trennen.Farther is provided, the extracted sour mash by means of hydrocyclones and / or filter screw presses and / or decanters in Dicksauermaische and Dünnsauermaische separate.

Damit ist es möglich, die von cellulosischen und proteinreichen Bestandteilen Angereicherte Dünnsauermaische in einem vorgeschalteten Kondensator zur Kühlung des den Destillationsapparat verlassenden Gemisches aus Wasser- und Alkoholdampf zu nutzen, wobei nicht nur Kühlenergie durch das vermiedene Einsetzen von Kühlwasser für die Abkühlung des Wasser- und Alkoholdampf-Gemisches, sondern auch Wärmeenergie durch den vermiedenen Einsatz von thermischer Energie für das Vorerwärmen der Dünnsauermaische gespart wird.In order to It is possible that of cellulosic and high protein Ingredients enriched Dünnsauermaische in an upstream Capacitor for cooling the leaving the distillation apparatus Using mixtures of water and alcohol vapor, being not only Cooling energy by avoiding the use of cooling water for the cooling of the water and alcohol vapor mixture, but also heat energy through the avoided use of thermal energy for preheating the Dünnsauermaische is saved.

Es ist weiterhin möglich, das im Destillationsapparat als Schlempewasser anfallende Sumpfprodukt vollständig als Suspendierungsmittel zur Herstellung der Rohmaische im Prozeß zu nutzen.It is still possible in the distillation apparatus as Schlempewasser accumulating sump product completely as Suspending agent for the production of Rohmaische in the process to use.

Darüber hinaus laäßt sich das als Schlempewasser anfallende Sumpfprodukt auch wenigstens teilweise zur Gewinnung von Prozeßwasser verwenden, indem zur Gewinnung von salzarmen Prozeßwasser und salzreichem Konzentrat aus dem Scjlempewasser eine Vakuum-Umlaufverdampfungsanlage, eine Mikrofiltrations-, Ultrafiltration-, Nanofiltrations- sowie Umkehrosmose- und/oder Membrantechniken eingesetzt werden.About that In addition, it can be obtained as Schlempewasser Bottom product also at least partially for the recovery of process water use, for the extraction of low-salt process water and high-salt concentrate from the Scjlempewasser a vacuum circulation evaporation plant, a microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and Reverse osmosis and / or membrane techniques are used.

Das beispielsweise bei der Vakuum-Umlaufverdampfung anfallende saure Konzentrat ist vorteilhaft für die pH-Wert-Regulierung bei der Herstellung des Hefeansatzes zu verwenden.The for example, incurred in the vacuum circulation evaporation sour Concentrate is beneficial for pH regulation to be used in the preparation of the yeast batch.

Vorgesehen ist schließlich ebenfalls, dass in der Methanisierungsstufe eine Naßfermentation der suspendierten Dicksauermaische in Anwesenheit einer mesophilen Bakterienkultur durchgeführt wird. Die weitgehend gleichbleibende Qualität der eingesetzten Dicksauermaische ermöglicht es zudem, der Biosuspension für den Methanisierungsprozeß weitere lignocellulosische Einsatzstoffe, beispielsweise Getreidereinigungsrückstände oder Häckselstroh, zuzuführen.Intended Finally, it is also that in the methanation stage a wet fermentation of the suspended Dicksauermaische in the presence of a mesophilic bacterial culture becomes. The largely consistent quality of the used Dicksauermaische also makes it possible for the bio-suspension for the methanation process more lignocellulosic Feedstocks, for example grain cleaning residues or chopped straw.

Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefasst darin, dass für den Anlagenbetrieb keinerlei Gebrauchsenergie aus fossilen oder nuklearen Quellen benötigt wird. Bei vollständiger Nutzung der energetischen Einsparpotentiale der erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung können überdies beachtliche Mengen an überschüssiger elektrischer und thermischer Energie an externe Verbraucher abgegeben werden.The Advantages of the invention are summarized in that for the plant operation no use of energy from fossil or nuclear sources is needed. At more complete Use of the energy-saving potential of the invention Process design can also be considerable Amounts of excess electrical and thermal Energy to external consumers.

Außerdem werden durch den Einsatz von Dünnsauermaische in den Destillierprozeß erhebliche längere Reisezeiten für die eingesetzten Apparate zwischen den erforderlichen technologischen Reinigungsvorgängen erzielt, wodurch die Anlagenverfügbarkeit deutlich erhöht wird.Furthermore become significant through the use of Dünnsauermaische in the distillation process longer travel times for the equipment used between the required technological cleaning processes achieved, which significantly increases plant availability becomes.

Infolge der geringeren Proteingehalte in der Dünnsauermaische finden sich auch im Schlempewasser verminderte Proteingehalte, wodurch die Verschmutzungsgefahr der eingesetzten Wärmetauscher reduziert wird. Erst hierdurch wird in vielen Fällen die Voraussetzung geschaffen, auf die direkte Beheizung des Destillierapparates mittels Dampfinjektion verzichten zu können. Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens resultiert nicht zuletzt daraus, dass die Gewinnung wässriger Kondensate als wieder verwendbares salzarmes Pozeßwasser aus dem ammoniumarmen Schlempewasser entschieden einfacher zu realisieren ist, als die Gewinnung qualitativ ähnlicher Medien aus den hochammoniumhaltigen Biofiltraten des Biomethanisierungsprozesses. Dadurch können höchste Recyclingquoten einerseits und minimierte Ansprüche an die Trink- oder Brauchwasserbereitstellung für die Bioethanolproduktion andererseits erzielt werden.Due to the lower protein content in the Dünnsauermaische are found in Schlempewasser reduced protein content, whereby the risk of contamination of the heat exchangers used is reduced. Only in this way is the prerequisite created in many cases to be able to dispense with the direct heating of the still by means of steam injection. A decisive advantage of the process according to the invention results not least from the fact that the recovery of aqueous condensates as a reusable low-salt process water from the ammonium poor Schlempewasser is much easier to realize than obtaining qualitatively similar media from the high-ammonia biofilms of the biomethanization process. As a result, highest recycling rates on the one hand and minimized demands on the provision of drinking water or service water for bioethanol production on the other hand can be achieved.

Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The Invention will be described below with exemplary embodiments be explained.

In der beigefügten Zeichnung zeigen:In the attached drawing show:

1: die schematische Darstellung der Verfahrensstufen der Ethanolgewinnung aus Dünnsauermaische und des Direkteinsatzes des bei der Destillation der Dünnsauermaische anfallenden Schlempewassers in die Süßmaischeherstellung; 1 : the schematic representation of the process stages of ethanol production from Dünnsauermaische and the direct use of the resulting in the distillation of Dünnsauermaische Schlempewasser in the Süßmaischeherstellung;

2: die schematische Darstellung der Verfahrensstufen der Ethanolgewinnung aus Dünnsauermaische und des Recyclings des bei der Destillation der Dünnsauermaische anfallenden Schlempewassers in Prozeßwasser und Konzentrat; 2 : the schematic representation of the process stages of ethanol production from Dünnsauermaische and the recycling of incurred in the distillation of Dünnsauermaische Schlempewasser in process water and concentrate;

Ausführungsbeispiel 1:Embodiment 1

Gemäß der 1 werden in einer Anlage zur Gewinnung von energetisch nutzbarem Bioethanol 13 stündlich 3 t Einsatzstoff 16 in Form von Weizen mit 13 m3 wässrigem Suspendierungsmittel 20 mit einer Temperatur zwischen 40 und 55°C in einer Naßhammermühle als Zerkleinerungsstufe 15 auf eine Korngöße von kleiner 2,0 mm zerkleinert.According to the 1 are in a plant for the production of bioethanol 13 every 3 t of starting material 16 in the form of wheat with 13 m 3 of aqueous suspending agent 20 at a temperature between 40 and 55 ° C in a wet hammer mill as a crushing stage 15 crushed to a particle size of less than 2.0 mm.

Der erzeugten Rohmaische 2 werden Verflüssigungsenzyme 3 und ein erster Teil an Verzuckerungsenzymen 4 zugesetzt.The generated Rohmic 2 become liquefaction enzymes 3 and a first part of saccharification enzymes 4 added.

Die Rohmaische 2 gelangt in eine Maischestation 22 mit einem ersten Verweilbehälter als einem beheizten Rührbehälter, in dem die Rohmaische 2 auf wenigstens 75°C erhitzt wird. Die mittlere Verweildauer der Maische im ersten Verweilbehälter der Maischestation 22 beträgt zwischen 1,5 und 2 Stunden. Der Energieeintrag in den ersten Verweilbehälter erfolgt durch die dem zweiten Verweilbehälter entnommene Süßmaische 5 mit einer Temperatur von etwa 90°C sowie bedarfsweise durch Heißwasser mit einer Temperatur von 115°C aus der Maschinenkühlung eines parallel mit Biomethan betriebenen Blockheizkraftwerkes.The Roemma 2 gets into a mash station 22 with a first retention tank as a heated stirred tank in which the Rohmische 2 is heated to at least 75 ° C. The mean residence time of the mash in the first dwell of the mash station 22 is between 1.5 and 2 hours. The energy input into the first dwell is carried out by the second dessicant sweetened fish 5 with a temperature of about 90 ° C and, if necessary, by hot water with a temperature of 115 ° C from the machine cooling of a cogeneration plant operated in parallel with biomethane.

Die teilverzuckerte Rohmaische 2 gelangt nach dem Verlassen des ersten Verweilbehälters in den zweiten Verweilbehälter, der ebenfalls als beheizter Rührbehälter ausgebildet ist. Die mittlere Verweilzeit der Maische im zweiten Verweilbehälter beträgt ebenfalls zwischen 1,5 und 2 Stunden. Im zweiten Verweilbehälter wird die Temperatur der Maische auf etwa 90°C erhöht. Als Heizmedium dient hierfür das den Destillationsapparat 11 verlassende Schlempewasser 1 mit einer Temperatur zwischen 80 und 90°C sowie bedarfsweise Heißwasser mit einer Temperatur von 115°C aus der Maschinenkühlung eines parallel mit Biomethan betriebenen Blockheizkraftwerkes.The partially saccharified Rohmic 2 arrives after leaving the first dwell in the second residence, which is also designed as a heated stirred tank. The mean residence time of the mash in the second residence tank is also between 1.5 and 2 hours. In the second dwell the temperature of the mash is raised to about 90 ° C. The heating medium used for this is the distillation apparatus 11 leaving Schlempewasser 1 with a temperature between 80 and 90 ° C and, if necessary, hot water at a temperature of 115 ° C from the machine cooling of a cogeneration plant operated in parallel with biomethane.

Die den zweiten Maischebehälter verlassende Süßmaische 5 wird über ein Heizregister im ersten Verweilbehälter geführt und gelangt in einen unbeheizten Pumpenvorlagebehälter.The sweet mash leaving the second mash container 5 is passed through a heater in the first retention tank and enters an unheated pump tank.

Aus diesem Behälter wird die gewonnene Süßmaische 5 mit einer Temperatur von etwa 70°C entnommen, in einem Wärmetauscher unter Einsatz von Prozeß- und/oder Kühlwasser auf eine Temperatur von weniger als 35°C abgekühlt und wahlweise dem Hefeansatzgefäß 23 zur Gewinnung des Hefeansatzes für den nachfolgenden Gärprozeß und dem laufenden Gärprozeß unter Einsatz des zuvor gewonnenen Hefeansatzes zugeführt.From this container is the obtained sweet mash 5 taken at a temperature of about 70 ° C, cooled in a heat exchanger using process and / or cooling water to a temperature of less than 35 ° C and optionally the yeast approach vessel 23 for obtaining the yeast batch for the subsequent fermentation process and the current fermentation process using the previously obtained yeast approach supplied.

Für den Gärprozeß werden Gärbehälter 24 mit einem Nutzvolumen von jeweils 125 m3 genutzt. In den Gärbehältern 24 wird im Verlaufe der zwischen 36 und 72 Stunden gewählten Gärzeit der zuckerhaltige Extrakt der Süßmaische 5 unter gleichzeitiger Entbindung von Kohlendioxid zu Alkohol vergoren. Die dabei entstehende Reaktionswärme wird mittels Außenwandkühlung abgeführt. Die entstandene Sauermaische 7 weist nach Abschluß der gewählten Gärzeit im Mittel einen Alkoholgehalt zwischen 6,5 und 8 Vol.-% und einen pH-Wert von etwa 3,7 auf.Fermentation tanks are used for the fermentation process 24 used with a useful volume of 125 m 3 each. In the fermentation tanks 24 In the course of the fermentation time selected between 36 and 72 hours, the sugar-containing extract of the sweet mash 5 fermented with simultaneous release of carbon dioxide to alcohol. The resulting heat of reaction is dissipated by external wall cooling. The resulting sour mash 7 has after completion of the selected fermentation on average an alcohol content between 6.5 and 8 vol .-% and a pH of about 3.7.

Sie wird dem sogenannten Biertank zugeführt, von dem die Sauermaische 7 zu einer kontinuierlich betriebenen Phasentrennstation 8 gelangt. Zur Phasentrennung 8 wird eine Filterschneckenpresse genutzt. Hiermit wird als Dicksauermaische 9 ein Filterkuchen mit Trockensubstanzgehalten zwischen 29 und 31 Masse-% gewonnen, der unmittelbar in die Hydrolysestation einer parallel betriebenen Methanisierungsstufe 14 gelangt. Der Filterkuchen besteht aus einer lignocellulosischen und proteinreichen Trockensubstanz und einem alkoholhaltigen Filtrat.It is fed to the so-called beer tank, from which the sour mash 7 to a continuously operated phase separation station 8th arrives. For phase separation 8th a filter screw press is used. This is called Dicksauermaische 9 obtained a filter cake with dry matter contents between 29 and 31% by mass, directly into the hydrolysis of a parallel operated methanation 14 arrives. The filter cake consists of a lignocellulosic and protein-rich dry matter and an alcoholic filtrate.

Das bei der Phasentrennung 8 anfallende Filtrat gelangt in einen als Eindicker gestalteten Absetzbehälter, in dem eine mittlere Verweilzeit von wenigstens 8 Stunden gewährleistet wird. Das hierbei anfallende Sediment wird dem Absetzbehälter entnommen und ebenfalls der Phasentrennung 8 zugeführt. Der im Absetzbehälter gewonnene wässrige Überstand gelangt als Dünnsauermaische 10 zum Destillationsapparat 11. Dabei wird die Dünnsauermaische 10 zunächst einem dem Destillationsapparat 11 direkt nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführt, wodurch die Dünnsauermaische 10 von im Mittel 28°C auf über 50°C erwärmt wird.That at the phase separation 8th resulting filtrate passes into a settling tank designed as a thickener, in which an average residence time of at least 8 hours is ensured. The resulting sediment is removed from the settling tank and also the phase separation 8th fed. The aqueous supernatant obtained in the settling tank passes as Dünnsauermaische 10 to the distillation apparatus 11 , This is the Dünnsauermaische 10 first one to the distillation apparatus 11 fed directly downstream heat exchanger, whereby the Dünnsauermaische 10 is heated from an average of 28 ° C to over 50 ° C.

Danach gelangt die Dünnsauermaische 10 in einen weiteren Wärmetauscher, mit dessen Hilfe ein Teil der fühlbaren Wärme des dem Destillationsapparat 11 entnommenen Schlempewassers 1 mit einer Temperatur von wenigstens 80°C auf die Dünnsauermaische 10 übertragen wird. Sodann gelangt die auf wenigstens 60°C erwärmte Dünnsauermaische 10 oberhalb der Abtriebsböden in den Destillationsapparat 11, der als Vakuumkolonne mit einem Kopfdruck von etwa 0,5 bar betrieben wird.Then the Dünnsauermaische arrives 10 in another heat exchanger, with the help of which part of the sensible heat of the distillation apparatus 11 removed Schlempewasers 1 with a temperature of at least 80 ° C on the Dünnsauermaische 10 is transmitted. Then reaches the heated to at least 60 ° C Dünnsauermaische 10 above the struts in the distillation apparatus 11 , which is operated as a vacuum column with a top pressure of about 0.5 bar.

Der aus dem Wasserdampf-/Alkoholdampfgemisch 19 gewonnene Bioethanol 13 wird mit einer Ethanolkonzentration von mehr 93 Vol.-% der Destillierstation 11 in einem Volumenstron zwischen 900 und 1.100 Liter je Stunde als Energiealkohol entnommen.The recovered from the steam / alcohol vapor mixture 19 bioethanol 13 is with an ethanol concentration of more than 93% by volume of the distillation station 11 taken in a volume of between 900 and 1100 liters per hour as energy alcohol.

Danach gelangt der vom Alkohol abgereicherte Teil der eingesetzten Dünnsauermaische 10 in den Kolonnensumpf, von wo dieser Teil als Schlempewasser 1 dem Destillierapparat 11 entnommen wird. Zunächst dient das Schlempewasser 1 allerdings als Transportmittel für die dem Destillationsapparat 11 zuzuführende thermische Energie, indem es über einen externen Wärmetauscher für die indirekte Wärmezufuhr aus dem Heißwasserkreislauf des mit Biomethan betriebenen Blockheizkraftwerkes geführt wird.Thereafter, the alcohol-depleted part of the used Dünnsauermaische passes 10 into the column swamp, from where this part as Schlempewasser 1 the still 11 is removed. First, the Schlempewasser serves 1 however, as a means of transport for the distillation apparatus 11 to be supplied thermal energy by being passed through an external heat exchanger for the indirect supply of heat from the hot water cycle of biomethane-powered cogeneration plant.

Die an ausgewählten Böden des Destillierapparates 11 entnommenen Fuselöle gelangen wie der Filterkuchen der Phasentrennstation 8 in die Hydrolysestation der parallel betriebenen Methanisierungsstufe 14.On selected bottoms of the still 11 removed fusel oils get like the filter cake of the phase separation station 8th into the hydrolysis station of the parallel operated methanation stage 14 ,

Das in der Destillierstation anfallende Schlempewasser 1 mit einer Temperatur von wenigstens 80°C wird als Energieträger und als Suspendierungsmittel 20 für die Herstellung der Rohmaische 2 bereitgestellt.The Schlempewasser arising in the distillation station 1 having a temperature of at least 80 ° C is used as an energy carrier and as a suspending agent 20 for the production of the Rohmic 2 provided.

Ausführungsbeispiel 2:Embodiment 2:

Wie im Beispiel 1 wird gemäß der 2 unter Einsatz von Triticale Rohmaische 2, Süßmaische 5, Sauermaische 7, Kohlendioxid, Dünnsauermaische 10, Bioethanol 13 und Schlempewasser 1 produziert. Für die Herstellung der Rohmaische 2 wird ein Doppelschneckenzerfaserer in der Zerkleinerungsstufe 15 eingesetzt. Das trockene Zerfaserungsgut mit einer maximalen Korngröße von 1,5 mm wird sodann mit einem Suspendierungsmittel 20 suspendiert, das ausschließlich aus unaufbereitetem Schlempewasser 1 und aus Kondensaten besteht, die aus verdampftem Schlempewasser 1 gewonnen wurden. Auf diese Weise werden Salzkonzentrationen im Suspendierungsmittel 20 vermieden, die den Hefegärprozeß spürbar beeinträchtigen könnten.As in Example 1, according to the 2 using triticale Rohmic 2 , Sweet mash 5 , Sour mashed 7 , Carbon dioxide, Dünnsauermaische 10 , Bioethanol 13 and Schlempewasser 1 produced. For the production of the Rohmic 2 becomes a twin-screw fiberizer in the crushing stage 15 used. The dry fiber with a maximum grain size of 1.5 mm is then mixed with a suspending agent 20 suspended, exclusively from untreated Schlempewasser 1 and consists of condensates consisting of evaporated Schlempewasser 1 were won. In this way, salt concentrations in the suspending agent become 20 avoided, which could significantly affect the yeast fermentation process.

11
SchlempewasserSchlempewasser
22
RohmaischeRohmaische
33
Verflüssigungsenzymliquefying enzyme
44
VerzuckerungsenzymSaccharifying
55
SüßmaischeSüßmaische
66
Gärhefelees
77
Sauermaischesour mash
88th
Phasentrennungphase separation
99
DicksauermaischeDick Auer mash
1010
DünnsauermaischeAuer thin mash
1111
Destillationsapparatdistillation apparatus
1212
Kondensatorcapacitor
1313
Ethanolethanol
1414
Methanisierungsstufemethanation
1515
Zerkleinerungsstufecrushing stage
1616
Einsatzstofffeedstock
1717
lignocellulosische Grobteilelignocellulosic coarse particles
1818
Prozeßwasserprocess water
1919
Gemisch aus Wasser- und Alkoholdampfmixture from water and alcohol vapor
2020
Suspendierungsmittelsuspending
2121
Konzentratconcentrate
2222
Maischestationmash station
2323
HefeansatzgefäßHefeansatzgefäß
2424
Gärbehälterfermenter
2525
Ethanoltankethanol tank

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 3007138 C2 [0004] - DE 3007138 C2 [0004]
  • - DE 10327954 A1 [0005] - DE 10327954 A1 [0005]

Claims (14)

Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol aus lignocellulose-, protein- sowie stärke- und/oder zuckerhaltigen Einsatzstoffen durch Zerkleinern und Vermaischen der Einsatzstoffe, anschließendes Vergären unter Einsatz von Gärhefen und destillatives Abtrennen des Bioethanols aus der Sauermaische, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung der Einsatzstoffe (16) auf Teilchengrößen von kleiner als 2,5 mm vorgenommen wird, dass aus den zerkleinerten Einsatzstoffen (16) und wesentlichen Teilen des im Prozeß erzeugten Schlempewassers (1) die Rohmaische (2) gewonnen wird, dass aus der auf diese Weise gewonnenen Rohmaische (2) unter Zusatz von Verflüssigungs- und Verzuckerungsenzymen (3, 4) Süßmaische (5) hergestellt wird, dass die aus der Süßmaische (5) durch Zusatz von Gärhefen (6) gewonnene Sauermaische (7) einer Phasentrennung (8) in Dicksauermaische (9) und Dünnsauermaische (10) unterzogen wird, dass die Dünnsauermaische (10) mittels Destillationsapparat (11) und Kondensatoren (12) in Ethanol (13) und Schlempewasser (1) getrennt wird und dass die Dicksauermaische (9) einer Methanisierungsstufe (14) zugeführt wird.Self-sufficient process for the production of bioethanol from lignocellulosic, protein as well as starch and / or sugar-containing feedstocks by crushing and mashing the feedstocks, subsequent fermentation using fermentation yeast and distillative separation of the bioethanol from the sour mash, characterized in that the comminution of the starting materials ( 16 ) is made to particle sizes smaller than 2.5 mm that from the shredded feedstocks ( 16 ) and essential parts of the Schlempewassers ( 1 ) the Rohmic ( 2 ) obtained from the Rohmic ( 2 ) with the addition of liquefaction and saccharification enzymes ( 3 . 4 ) Sweet mash ( 5 ), that from the sweet mash ( 5 ) by adding fermentation yeast ( 6 ) sourermaische ( 7 ) a phase separation ( 8th ) in Dicksauermaische ( 9 ) and Dünnsauermaische ( 10 ) that the Dünnsauermaische ( 10 ) by means of a distillation apparatus ( 11 ) and capacitors ( 12 ) in ethanol ( 13 ) and Schlempewasser ( 1 ) and that the Dicksauermaische ( 9 ) of a methanation stage ( 14 ) is supplied. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung (15) der Einsatzstoffe (16) mittels Naßhammermühlentechnik durchgeführt wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to claim 1, characterized in that the comminution ( 15 ) of the starting materials ( 16 ) is carried out by wet hammer mill technology. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung (15) der Einsatzstoffe (16) mittels Doppelschnecken-Zerfaserern, Schälmühlen der Type Jäckering, Stiftmühlen, Luftstrom-Wälzmühlen u. dgl. durchgeführt wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to claim 1, characterized in that the comminution ( 15 ) of the starting materials ( 16 ) by means of twin-screw shredders, peeling mills of the Jäckering type, pin mills, air flow roller mills and the like. Like. Is performed. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den zerkleinerten Einsatzstoffen (16) vor der weiteren Behandlung lignocellulosereiche Grobteile (17) entzogen werden.Energy-autonomous process for producing bioethanol according to one of claims 1 to 3, characterized in that the comminuted feedstocks ( 16 ) before the further treatment lignocellulose-rich coarse particles ( 17 ) are withdrawn. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zu vermaischenden Anteile der Einsatzstoffe (16) mit 4 bis 8 Masseteilen Suspendiermedium aus Prozeßwasser (18) und Schlempewasser (1) auf je 1 Masseteil Einsatzstoffe (16) vermischt werden.Energy-autonomous process for producing bioethanol according to one of claims 1 to 4, characterized in that the proportions of the feedstocks to be mashed ( 16 ) with 4 to 8 parts by weight of suspending medium from process water ( 18 ) and Schlempewasser ( 1 ) per 1 part by weight of starting materials ( 16 ) are mixed. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 30 und 100% der Menge des Suspendiermediums als Schlempewasser (1) eingesetzt werden.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to claim 5, characterized in that between 30 and 100% of the amount of the suspending medium as Schlempewasser ( 1 ) are used. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozeßwasser (18) das Kondensat aus destilliertem Schlempewasser (1) eingesetzt wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to claim 5, characterized in that as process water ( 18 ) the condensate from distilled Schlempewasser ( 1 ) is used. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Sauermaische (7) mittels Hydrozyklonen und/oder Filterschneckenpressen und/oder Dekantern in Dicksauermaische (9) und Dünnsauermaische (10) getrennt wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to one of claims 1 to 7, characterized in that the recovered sour mash ( 7 ) by means of hydrocyclones and / or filter screw presses and / or decanters in Dicksauermaische ( 9 ) and Dünnsauermaische ( 10 ) is separated. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von cellulosischen und proteinreichen Bestandteilen abgereicherte Dünnsauermaische (10) in einem vorgeschalteten Kondensator (12) zur Kühlung des den Destillationsapparat (11) verlassenden Gemisches (19) aus Wasser- und Alkoholdampf genutzt wird.Energy-autonomous process for producing bioethanol according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cellulosic and protein-rich constituents depleted Dünnsauermaische ( 10 ) in an upstream capacitor ( 12 ) for cooling the distillation apparatus ( 11 ) leaving the mixture ( 19 ) is used from water and alcohol vapor. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das im Destillationsapparat (11) als Schlempewasser (1) anfallende Sumpfprodukt vollständig als Suspendierungsmittel (20) zur Herstellung der Rohmaische (2) genutzt wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the distillation apparatus ( 11 ) as Schlempewasser ( 1 ) completely obtained as a suspending agent ( 20 ) for the production of the Rohmic ( 2 ) is being used. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass das im Destillationsapparat (11) als Schlempewasser (1) anfallende Sumpfprodukt wenigstens teilweise zur Gewinnung von Prozeßwasser (18) genutzt wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the distillation apparatus ( 11 ) as Schlempewasser ( 1 ) at least partially for the recovery of process water ( 18 ) is being used. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung von Prozeßwasser (18) und Konzentrat (22) aus dem Schlempewasser (1) eine Vakuum-Umlaufverdampfungsanlage und/oder Mikrofiltrations-, Ultrafiltrations-, Nanofiltrations- sowie Umkehrosmose- und Membrantechniken eingesetzt werden.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to claim 11, characterized in that for the recovery of process water ( 18 ) and concentrate ( 22 ) from the Schlempewasser ( 1 ) a vacuum circulation evaporation plant and / or microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis and membrane techniques are used. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach dem Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Vakuumlaufverdampfung anfallende saure Konzentrat (22) für die pH-Wert-Regulierung bei der Herstellung des Hefeansatzes verwendet wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to claim 12, characterized in that the acidic concentrate obtained during the vacuum evaporation ( 22 ) is used for pH regulation in the preparation of the yeast batch. Energieautarkes Verfahren zur Herstellung von Bioethanol nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass in der Methanisierungsstufe (14) eine Naßfermentation in Anwesenheit einer mesophilen Bakterienkultur durchgeführt wird.Energy-autonomous process for the production of bioethanol according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the methanisis level ( 14 ) a wet fermentation is carried out in the presence of a mesophilic bacterial culture.
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