Метка «биоэтанол»

10 ноября

Как делают биоэтанол

Биоэтанол получают сбраживанием сахара по технологии, которая используется в производстве пива и пищевого спирта. Крахмал из зерен и клубней растений с помощью ферментов превращается в простые сахара. Затем эти или природные сахара из сахарной свеклы, сахарного тростника или сорго сбраживаются дрожжами в бражку, т.е. смесь спирта, воды и несброженные остатки. Этанол отделяют от бражки в дистилляционных колоннах и дополнительно очищают в ректификационных колоннах, на выходе которых получают смесь этанола с водой. На этапе обезвоживания из этой смеси удаляют остатки воды, и получают безводный биоэтанол, который можно смешивать с бензином в качестве окислителя и высокооктанового компонента.

В неэтилированном бензине в качестве высокооктанового компонента широко применяется МТБЭ (метил-третбутиловый эфир). Его канцерогенные свойства вызывают серьезную озабоченность и заставляют искать ему замену. Биоэтанол, как возобновляемое и безопасное для окружающей среды вещество, является подходящим решением.

Этапы производства биоэтанола

Помол и подготовка сырья. Сырье составляет существенную часть себестоимости биоэтанола. Равномерный помол зерна ускоряет переработку, снижает себестоимость и повышает выход продукта. На этапе подготовки из сырья также извлекаются компоненты, не используемые при получении биоэтанола, но являющиеся сырьем для производства других продуктов. Например, с помощью мокрого помола из сырья получают крахмал А и В. Крахмал А перерабатывается в глюкозу и другие сахаристые вещества, а крахмал В служит сырьем для производства биоэтанола. Из зародышей пшеницы и кукурузы можно извлечь ценные масла.

Сжижение, осахаривание и сбраживание. Ожижение и осахаривание — это превращение полисахарида крахмала в сбраживаемые моносахариды. Ожижение начинается с затирания, т.е. добавления в муку теплой воды с получением суспензии. Затем ее нагревают паром в разварнике, где крахмал под действии тепла и альфа-амилазных ферментов превращается в гель и ожижается. Альфа-амилаза расщепляет длинные молекулы крахмала (этот процесс называется гидролизом), превращая крахмал в мальтодекстрин, т.е. раствор олигосахаров. Этот гидролизованный крахмал подвергается дальнейшей переработке — осахариванию, в ходе которой глюкоамилазные ферменты в условиях регулируемой температуры и рН превращают декстрин в пригодную для сбраживания глюкозу. Часть осахаренного сусла отбирается из осахаривателя и подается в дрожжегенератор. Осахаренное сусло из осахаривателя смешивается с закваской в бродильном аппарате. Перемешивание обеспечивает оптимальный контакт дрожжей с сахарами, а регулирование температуры и содержания питательных веществ поддерживает требуемую скорость сбраживания. Дрожжи превращают молекулу глюкозы в 2 молекулы этанола и 2 молекулы углекислого газа.

Дистилляция и ректификация. Дистилляция начинается с бражной колонны. Здесь из продукта брожения, бражки, отгоняется смесь этанола и воды. Дальнейшая очистка происходит в ректификационной колонне, где спирт максимально освобождается от воды и состав паров приближается к азеотропной точке.

Обезвоживание и очистка этанола. Чтобы получить топливный этанол, из спирта-сырца требуется удалить воду. Воду можно удалять с помощью молекулярных сит, диффузионного испарения через мембрану или азеотропной перегонкой с разделяющими агентами.

Технология молекулярных сит. Использование молекулярных сит (адсорбентов) – это самая современная низкоэнергетическая технология обезвоживания. Перегретая смесь паров этанола и воды проходит через слой цеолита, т.е. пористого материала с очень точно выдержанным размером пор. Молекулы воды чуть меньше размера пор и в силу своей высокой полярности удерживаются в порах электростатическими силами. В то же время более крупные молекулы этанола проходят сквозь молекулярные сита, не задерживаясь. В результате образуется безводный этанол.

Диффузионное испарение — это альтернативный метод осушения, в котором применяются гидрофильные мембраны. С одной стороны мембраны создается вакуум. В силу различия диффузионного сопротивления и парциального давления этанола и воды происходит разделение этих веществ на мембране. Вода проходит сквозь нее, а обезвоженный этанол остается.

Азеотропная перегонка. В этих системах в смесь спирта и воды добавляется разделяющий агент, который образует азеотроп с этанолом или водой. Затем в регенерационной колонне этот азеотроп разделяется на разделяющий агент и компонент исходной смеси.

28 сентября

Каким должен быть биоэтанол

В марте 2009 года Комитетом Всемирной Топливной Хартии (WWFC) были представлены Руководства по биодизелю и биоэтанолу. Быстрый рост использования этанола и биодизеля вызвал потребность в большей информации об этих важных возобновляемых видах топлива. Так же как и для обычных бензина и дизельного топлива, качество биотоплива должно соответствовать потребностям и характеристикам двигателей и других систем автомобиля. Это особенно актуально в свете грядущих стандартов сверчистых выбросов.

Использование этанола и биодизеля является важным фактором для увеличения поставок бензина и дизельного топлива. В качестве возобновляемых видов топлива они имеют потенциал чтобы сократить уровень выбросов парниковых газов. Правильная рецептура также может помочь обеспечить более низкий уровень выбросов обычных загрязнителей. Ключ к достижению низких выбросов состоит в производстве сырья хорошего качества, а также смешивание и реализация готового топлива способом, который сохраняет его качество до конечного потребителя.

Цель Всемирной топливной хартии состоит в продвижении высококачественных и гармонизированных видов топлива на глобальной основе для оптимизации работы двигателя и автомобиля в целом, повышения их долговечности и обеспечения наиболее чистой работы двигателей и автомобилей. Решение этой задачи принесет пользу потребителям, упростит топливные рынки, облегчит торговлю и поможет правительствам в выполнении целей государственной политики.

Этиловый спирт — одно из топлив, которое используется сегодня в качестве прямой добавки к бензину, а так же в качестве исходного сырья для создание эфирных добавок к бензину. Другими перспективными возобновимыми источниками являются биоэфиры и биобутанол. Хорошее качество этилового спирта — основа для его использования и как топлива, и как исходного сырья для других топливных добавок. Руководство, представленное здесь, содержит рекомендации изготовителям относительно качества этилового спирта, необходимого для надлежащей работы двигателя и других систем автомобиля.

Рекомендуемые нормы установлены для безводного 100%-ого этилового спирта (E100) предназначенного для смешивания с бензином для производства смеси, содержащей до 10% этилового спирта по объему (E10) и подходящей для использования в автомобилях с ДВС. Высокоуровневые смеси(больше чем E10) пригодны для использования только в транспортных средствах, разработанных специально для такого топлива, такими как “ flexible fueled”. Этиловый спирт, используемый для более высоких смесей, может потребовать других норм. Готовые смеси (Е10) должны отвечать требованиям, установленным для бензинов соответствующей категории.

Эти рекомендации основаны на опыте использования этанола, изготовленного из обычного сырья (например, зерна и сахарного тростника) производителями двигателей и автомобилей на различных рынках по всему миру. Высокоскоростное впрысковое смешивание предпочтительнее смешивания разбрызгиванием, так как при этом обеспечивается лучшее качество топлива.

Местные постановления могут потребовать определенных добавок (например, американские денатурирующие требования). Достижение хорошего качества топлива требует применения хороших вспомогательных методов в течение производства, распределения, смешивания и хранения. Производители этилового спирта и его смесей должны тщательно следить за конденсацией и разделением фаз; топливо, загрязненное водой, не должно быть продано потребителям. Изготовителям и продавцам необходимо регулярно заменять фильтры.

Смеси этанола с бензином, особенно содержащие свыше 10%-ого этилового спирта, должны быть должным образом промаркированы, чтобы потребитель мог определить совместимость топлива с рекомендациями изготовителя автомобиля и гарантийными обязательствами. По мере появления новых видов сырья, свойства и нормы, указанные здесь, могут потребовать пересмотра.

Этиловый спирт — не менее 99.2 %. Этот рекомендуемый предел, который относится к безводному этиловому спирту, является мерой качества, вместе с нормами воды и метанола. Некоторые страны требуют, чтобы производители денатурировали этиловый спирт прежде, чем он попадет к потребителю.

Метанол — не более 0,5 % Процессы ферментации могут произвести небольшие количества метанола, и некоторые страны требуют небольшого количества как денатурирующего средства, но метанол оказывает неблагоприятное воздействие, таким образом, его содержание должно быть минимизировано.

Вода — не более 0,3 %. Вода в топливе может способствовать коррозии и росту микроорганизмов. Вода может попадать в этиловый спирт во время производства и путем конденсации во время распределения топлива и хранения. Если содержание воды слишком высоко, может произойти расслаивание после смешивания с бензином. Нерастворенная вода в топливной магистрали приводит к неустойчивой работе или остановке двигателя.

Добавление этилового спирта к бензину изменяет количество воды, которое может содержаться в бензиновой смеси без отделения, так как у этих трех изделий (бензин, вода и этиловый спирт) различная растворимость. Этиловый спирт растворяется и в бензине и в воде, но вода практически не растворяется в беспримесном бензине. Это означает, что смеси бензина с этанолом могут содержать больше воды, таким образом увеличивая потенциал для коррозии и микробного роста. Это также означает, что расслоение произойдет с большей вероятностью при более низком содержании этилового спирта в бензиновой смеси. Производители должны стремиться минимизировать содержание воды. Присутствие воды указывает на необходимость улучшить методы хранения этилового спирта, например добавляя азотный затвор к хранилищу.

Неорганический хлорид и сульфат являются катализаторами коррозии в топливных магистралях и способствуют появлению отложений на топливных форсунках.

Металлы ускоряют окисление топлива и способствуют образованию отложений в системе впрыска. Производство этилового спирта в материалах, содержащих с медью, может привести к попаданию металла в топливо.

Фосфор и сера могут попасть в этиловый спирт при производственных процессах. Они приводят к выходу из строя катализатора и повышению вредных выбросов.

Топливо должно быть прозрачным и не содержать видимой воды и осадка. Наличие этих признаков указывает на некачественные производственные процессы. Вода и осадок загрязняют топливные фильтры, что может привести к неустойчивой работе или остановке двигателя.