Типична технология за производство на биоетанол, Етапи на производство на биоетанол - Производство на биогориво
Биоетанолът се произвежда чрез ферментация на захар по технология, която се използва при производството на ядлив алкохол. Нишестето от зърна и грудки на растения с помощта на ензими се превръща в прости захари. След това тези или естествени захари от захарно цвекло, захарна тръстика или сорго се ферментират от дрожди в каша, т.е. смес от алкохол, вода и неферментирали остатъци. Етанолът се отделя от кашата в дестилационни колони и се пречиства допълнително в дестилационни колони, на изхода от които се получава смес от етанол и вода. Етапът на дехидратация премахва останалата вода от тази смес и произвежда безводен биоетанол, който може да се смеси с бензин като окислител и високооктанов компонент.
Етапи на производство на биоетанол
Смилане и подготовка на суровините. Суровините представляват значителна част от цената на биоетанола. Равномерното смилане на зърното ускорява обработката, намалява разходите и увеличава добива на продукта. На етапа на подготовка от суровините се извличат и компоненти, които не се използват в производството на биоетанол, но са суровини за производството на други продукти. Например нишесте A и B се получават от суровини чрез мокро смилане.Нишесте A се преработва в глюкоза и други захарни вещества, а нишесте B служи като суровина за производството на биоетанол. От пшеничен и царевичен зародиш могат да се извлекат ценни масла.
Втечняване, озахаряване и ферментация. Втечняването и озахаряването е превръщането на нишестен полизахарид във ферментиращи монозахариди. Втечняването започва с каша, т.е. добавяне на топла вода към брашното до получаване на суспензия. След това се загрява на пара в котел, където нишестето се желира и втечнява чрез топлина и алфа-амилазни ензими. Алфа-амилазата разгражда дългите молекули нишесте (процес, наречен хидролиза), за да превърне нишестето вв малтодекстрин, т.е. олигозахарид разтвор. Това хидролизирано нишесте се подлага на допълнителна обработка - озахаряване, по време на която ензимите глюкоамилаза, при контролирани температура и pH условия, превръщат декстрина в глюкоза, подходяща за ферментация. Част от озахарената мъст се взема от озахарителя и се подава в генератора на дрожди. Захарената пивна мъст от озахарителя се смесва със закваската във ферментатор. Разбъркването осигурява оптимален контакт на дрождите със захарите, докато контролът на температурата и хранителните вещества поддържа желаната скорост на ферментация. Дрождите превръщат една молекула глюкоза в 2 молекули етанол и 2 молекули въглероден диоксид.
Дестилация и ректификация. Дестилацията започва с бирена колона. Тук смес от етанол и вода се дестилира от ферментационния продукт, каша. По-нататъшното пречистване се извършва в дестилационна колона, където алкохолът е максимално освободен от вода и съставът на парите се доближава до азеотропната точка.
Дехидратация и пречистване на етанол. За да се получи горивен етанол, водата трябва да се отстрани от суровия алкохол. Водата може да бъде отстранена чрез молекулярни сита, мембранно изпаряване или азеотропна дестилация с разделящи агенти.
Технология на молекулярно сито. Използването на молекулярни сита (адсорбенти) е най-модерната нискоенергийна технология за обезводняване. Прегрятата смес от етанол и водни пари преминава през зеолитния слой, т.е. порест материал с много прецизно поддържан размер на порите. Водните молекули са малко по-малки от порите и поради високата си полярност се задържат в порите от електростатични сили. В същото време по-големите молекули на етанола преминават през молекулярните сита, без да бъдат уловени. Резултатът е безводен етанол.
Дифузионното изпаряване е алтернативен метод за обезвлажняване, който използва хидрофилни мембрани. От едната страна на мембраната се създава вакуум. Поради разликата в съпротивлението на дифузия и парциалното налягане на етанола и водата, тези вещества се разделят върху мембраната. Водата преминава през него, а дехидратираният етанол остава.
Азеотропна дестилация. В тези системи към сместа от алкохол и вода се добавя разделящ агент, който образува азеотроп с етанол или вода. След това в колоната за регенерация този азеотроп се разделя на разделящ агент и компонент на първоначалната смес.
Отпадъците от производството на биоетанол са широко използвани. Най-често те произвеждат сушени зърна с разтворими вещества от бардак, богата на протеини и хранителни вещества храна за говеда, свине и птици. Също така получената биомаса може да се използва като гориво за производство на електрическа и топлинна енергия или като суровина за производството на друго биогориво – метан.