Получение топливного биоэтанола из непищевого сырья Подготовил: Кирилл Рассадкин 1 • Биотопливо - это, топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. • Понятие «биотопливо» включает в себя три вида топлива, получаемого из биологического сырья: твердое топливо (древесина, отходы деревопереработки, щепа, лузга и т.п.); жидкое топливо, используемое в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания (этанол, биодизель, метанол); газообразное топливо (синтезированные в ходе переработки биомассы газы). 2 • Биоэтанол - это обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. 3 Технология производства биоэтанол Как происходить сам процесс производства биоэтанола • 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 • 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. 4 Подготовка сырья • Равномерный помол зерна ускоряет переработку, снижает себестоимость и повышает выход продукта. На этапе подготовки из сырья также извлекаются компоненты, не используемые при получении биоэтанола 5 Ожижение и осахаривание Ожижение и осахаривание - это превращение полисахарида крахмала в сбраживаемые моносахариды. 6 Брожение Само брожение проходит в бродильном аппарате в присутствии дрожжей при перемешивании. Перемешивание обеспечивает оптимальный контакт дрожжей с сахарами, а регулирование температуры и содержания питательных веществ поддерживает требуемую скорость сбраживания. 7 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 8 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. 9 Технология молекулярных сит. • Использование молекулярных сит (адсорбентов) – это самая современная низкоэнергетическая технология обезвоживания. 10 Диффузионное испарение • Диффузионное испарение - это альтернативный метод осушения, в котором применяются гидрофильные мембраны. 11 Азеотропная перегонка. • В этих системах в смесь спирта и воды добавляется разделяющий агент, который образует азеотроп с этанолом или водой. 12 13 Гидролизное производство • Гидролизное производство В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Образовавшуюся при этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению. • Это производство основано на реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве основных продуктов реакции моносахаридов, которые подвергаются дальнейшей биохимической или химической переработке, либовходят в состав товарной продукции. 14 15 Топливные смеси биоэтанола • Е5, Е7, Е10 — смеси с низким содержанием этанола (5, 7 и 10 весовых процентов, соответственно), наиболее распространённые в наши дни. • Е85 — смесь 85 % этанола и 15 % бензина. Стандартное топливо для т. н. «Flex-Fuel» машин. • Е95 — смесь 95 % этанола и 5 % топливной присадки. • Е100 — формально 100 % этанол, однако в силу того, что этанол гигроскопичен, получение и использование этанола без остаточной концентрации воды невыгодно. 16 Экологические аспекты применения этанола в качестве топлива • Использование биоэтанола в качестве топлива позволяет снизить выбросы диоксида углерода, являющегося парниковым газом. • Содержащийся в этаноле кислород, позволяет более полно сжигать углеводороды топлива. 10 % содержание этанола в бензине позволяет сократить выхлопы аэрозольных частиц до 50 %, выбросы СО — на 30 %. 17 Минусы • Главной проблемой производства биоэтанола из товарной сельскохозяйственной продукции, в первую очередь из зерна, является сокращение доли земель, занятых под производство кормовых и пищевых культур и, как следствие, рост цен на продовольствие. 18 Это интересно! • https://www.youtube.com/watch?v=nRHyddWmLkI • https://www.youtube.com/watch?v=DLUoMUpigGg 19