Удосконалення технологічної схеми виробництва біоетанолу на цукровому заводі м. Узин

Використання етанолу  і біодизеля є важливим фактором для збільшення поставок бензину  і дизельного палива. В якості поновлюваних видів палива вони мають потенціал  щоб скоротити рівень викидів  парникових газів. Правильна рецептура  також може допомогти забезпечити  більш низький рівень викидів  звичайних забруднювачів. Ключ до досягнення низьких викидів складається  у виробництві сировини хорошої  якості, а також змішування і реалізація готового палива способом, який зберігає його якість до кінцевого споживача [13].

Мета Всесвітньої паливної хартії полягає в просуванні високоякісних  і гармонізованих видів палива на глобальній основі для оптимізації  роботи двигуна і автомобіля в  цілому, підвищення їх довговічності  та забезпечення найбільш чистої роботи двигунів і автомобілів. Вирішення  цього завдання принесе користь  споживачам, спростить паливні ринки, полегшить торгівлю і допоможе урядам у виконанні цілей державної  політики.

Етиловий спирт - одне з  палив, яке використовується сьогодні в якості прямої добавки до бензину, а так само в якості вихідної сировини для створення ефірних добавок  до бензину. Іншими перспективними відновлюваних  джерелами є біоефіри і біобутанол. Хороша якість етилового спирту - основа для його використання і як палива, і як вихідної сировини для інших  паливних добавок. Керівництво, представлене тут, містить рекомендації виробникам щодо якості етилового спирту, необхідного  для належної роботи двигуна та інших систем автомобіля [4].

Рекомендовані норми встановлені  для безводного 100%-ого етилового  спирту (E100) призначеного для змішування з бензином для виробництва суміші, що містить до 10% етилового спирту за об'ємом (E10) і відповідною для  використання в автомобілях з  ДВЗ. Високорівневі суміші (більше ніж E10) придатні для використання тільки в транспортних засобах, розроблених  спеціально для такого палива. Етиловий спирт, використовуваний для більш високих сумішей, може зажадати інших норм. Готові суміші (Е10) повинні відповідати вимогам, встановленим для бензинів відповідної категорії.

Ці рекомендації засновані  на досвіді використання етанолу, виготовленого  зі звичайного сировини (наприклад, зерна  і цукрового очерету) виробниками  двигунів і автомобілів на різних ринках по всьому світу. Високошвидкісне  вприскове змішування переважніше  змішування розбризкуванням, тому що при  цьому забезпечується краща якість палива.

Місцеві постанови можуть зажадати певних добавок (наприклад, американські денатуруючі вимоги). Досягнення гарної якості палива вимагає застосування хороших допоміжних методів протягом виробництва, розподілу, змішування та зберігання. Виробники етилового  спирту та його сумішей повинні ретельно стежити за конденсацією і поділом  фаз; паливо, забруднене водою, не повинно  бути продано споживачам. Виготовлювачам і продавцям необхідно регулярно  замінювати фільтри.

Суміші етанолу з бензином, особливо містять понад 10%-ого етилового  спирту, повинні бути належним чином  промарковані, щоб споживач міг визначити  сумісність палива з рекомендаціями виробника автомобіля та гарантійними зобов'язаннями. У міру появи нових  видів сировини, властивості і  норми, вказані тут, можуть зажадати перегляду [1]..

Етиловий спирт - не менше 99.2%. Це рекомендована межа, яка відноситься до безводного етилового спирту, є мірою якості, разом з нормами води та метанолу. Деякі країни вимагають, щоб виробники денатурований етиловий спирт перш, ніж він потрапить до споживача.

Метанол - не більше 0,5% Процеси  ферментації можуть призвести невеликі кількості метанолу, і деякі країни вимагають невеликої кількості  як денатуруючого кошти, але метанол  справляє негативний вплив, таким чином, його зміст має бути мінімізовано.

Вода - не більше 0,3%. Вода в  паливі може сприяти корозії і  зростанню мікроорганізмів. Вода може потрапляти в етиловий спирт під  час виробництва і шляхом конденсації під час розподілу палива та зберігання. Якщо вміст води занадто високо, може статися розшарування після змішування з бензином. Нерозчинену вода в паливній магістралі призводить до нестійкої роботи або зупинки двигуна.

Додавання етилового спирту до бензину змінює кількість води, яке може міститися у бензиновій суміші без відділення, так як у  цих трьох виробів (бензин, вода і  етиловий спирт) різна розчинність. Етиловий спирт розчиняється і в  бензині і у воді, але вода практично  не розчиняється у безпримісному бензині. Це означає, що суміші бензину з етанолом можуть містити більше води, таким чином збільшуючи потенціал для корозії і мікробного росту. Це також означає, що розшарування станеться з більшою ймовірністю при більш низькому вмісті етилового спирту в бензинової суміші. Виробники повинні прагнути мінімізувати вміст води. Присутність води вказує на необхідність поліпшити методи зберігання етилового спирту, наприклад додаючи азотний затвор до сховища.

Неорганічний хлорид і  сульфат є каталізаторами корозії  в паливних магістралях і сприяють появі відкладень на паливних форсунках.

Метали прискорюють окислення  палива та сприяють утворенню відкладень в системі уприскування. Виробництво  етилового спирту в матеріалах, що містять з міддю, може призвести  до потрапляння металу в паливо.

Фосфор і сірка можуть потрапити в етиловий спирт при  виробничих процесах. Вони призводять до виходу з ладу каталізатора і  підвищенню шкідливих викидів.

Пальне має бути прозорим і не містити видимої води і  осаду. Наявність цих ознак вказує на неякісні виробничі процеси. Вода і осад забруднюють паливні фільтри, що може призвести до нестійкої роботи або зупинки двигуна [2].

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2

СИРОВИНА ДЛЯ  ВИРОБНИЦТВА БІОЕТАНОЛУ

 

 

Незалежно від того виробляється біоетанол на великому заводі чи на малотонажному виробництві, існують певні вимоги до використовуваної сировини. Етанол можна виробляти з будь-якої цукро- і крохмаловмісної культури: цукрової тростини і буряку, картоплі, топінамбура, кукурудзи, пшениці, ячменю, жита і т.д.

Тому головний критерій вибору сировини - її доступність та наявність  для переробки 365 днів на рік. Потрібно враховувати те, що вартість сировини становить 70-80% собівартості етанолу, її доступність визначає вибір майданчика для заводу [3].

 

 

2.1. Виробництво біоетанолу з бульбових

 

 

Враховуючи високу врожайність  бульбових (картопля, топінамбур), можна  порівняти вартість сировини на літр етанолу і для бульбових, і  для зернових. Але бульбові мають  кілька принципових недоліків, серед  яких:

-трудомістке прибирання: відсутність або проблема механізаціі прибирання; 
 -складне зберігання: не зберігаються весь період, необхідний для роботи заводу;

-малоцінні додаткові  продукти: через низький вміст  протеїну завод позбавляється  важливого додаткового джерела  доходу;

-низька "ліквідність": фермерські господарства, що не  реалізували зерно на завод  етанолу, можуть продати його  куди завгодно, у випадку з  бульбовими це не так.

Тому бульбові можуть бути використані тільки там, де вони добре  ростуть, і тільки як "додаткова" сировина для заводу біоетанолу.

Щодо зернових культур, ситуація відрізняється. Ось наприклад, характеристика деяких використовуваних у виробництві  культур [14].

 

 

2.2. Виробництво біоетанолу із злакових

 

 

2.2.1. Виробництво біоетанолу із кукурудзи

 

Кукурудза є однією з найпродуктивніших  злакових культур універсального призначення. Вона має свої особливості:

-найпоширеніше джерело  крохмалю;

-найкраща сировина там, де її легко вирощувати, тобто існує велика її пропозиція на ринку.

 

2.2.2. Виробництво біоетанолу із тритикале

 

Тритикале – гібрид жита і пшениці. По ряду ключових ознак (врожайність, харчова цінність) культура перевищує  свої батьківські рослини. Основними  ознаками культури є :

-підвищена морозостійкість  (більше ніж у озимої пшениці);

-стійкість проти грибних  і вірусних хвороб;

-знижена вимогливість  до родючості грунту;

-містить багато білка  в зерні;

-вміст крохмалу сильно  розрізняється;

-висока в'язкість, через  що входять до складу пентозанів;

-вимагає додаткових ферментів;

-може вимагати використання  піногасника

 

2.2.3. Виробництво біоетанолу із пшениці

 

 Пшениця – найважливіша  продовольча культура. ЇЇ основною  перевагою є холодостійкість.  Особливості пшениці, як сировини  для виробництва біоетанолу:

-вміст крохмалю сильно  розрізняється;

-висока в'язкість, через  що входить до складу пентозанів;

-вимагає додаткових ферментів;

-може вимагати використання  піногасника;

 

2.2.4.Виробництво біоетанолу із ячміню

 

Ячмінь належить до найбільш поширених сільськогосподарських  культур у світовому землеробстві. Широке розповсюдження ячменю пов’язане з його універсальним використанням. Ячмінь має такі особливості:

-дуже абразивний, висівки  зношують обладнання;

-урожайність нижче, ніж  у інших зернових;

-вимагає спеціальних ферментів (бета-глюканаза);

-вимагає використання  піногасника

 

2.2.5. Виробництво біоетанолу з жита

 

Жито – невибаглива  культура, тому досить широко використовується у промисловості. З усіх злакових культур жито є найбільш морозостійким. Особливості:

-недороге, але має малу  врожайність;

-дуже висока в'язкість,  через що входить до складу  пентозанів;

-вимагає додаткових ферментів  (ксиланази);

-вимагає використання піногасник.

Враховуючи всі фактори, що впливають на процес виробництва, можна підрахувати вихід продуктів  з тони сировини [15].

 

Таблиця 2.1

 

Вихід продуктів з тони сировини

Сировина	Біоетанол, літрів з тони	Суха барда, кг с тони	CO2, кг з тони
Пшениця	375	330	370
Кукурудза	357	390	350
Ячмінь	330	430	320
Меляса	410	300	400

 

2.2.6. Виробництво біоетанолу із целюлози

 

У зв'язку зі скороченням запасів викопної органічної сировини в останні роки в усьому світі приділяється серйозна увага питанням хімічної та біотехнологічної переробки біомаси рослинної сировини (фітомаси) - деревини і сільськогосподарських рослин. На відміну від викопних джерел органічної сировини запаси фітомаси поновлюються в результаті діяльності вищих рослин.

За орієнтовними оцінками світові розвідані запаси нафтопродуктів приблизно рівні запасами деревини на нашій планеті, однак ресурси  чорного золота швидко виснажуються, в той час як в результаті природного приросту запаси деревини збільшуються.

Гідроліз рослинної сировини - найбільш перспективний метод хімічної переробки деревини, так як у поєднанні  з біотехнологічними процесами  дозволяє отримувати кормові та харчові  продукти, біологічно активні препарати, мономери і синтетичні смоли, паливо для двигунів внутрішнього згоряння та різноманітні продукти для технічних  цілей.

Гідролізне виробництво засноване на реакції гідролітичного розщеплення глікозидних зв'язків полісахаридів біомаси здерев'янілих рослинної сировини в якості основних продуктів реакції моносахаридів, які піддаються подальшій біохімічної або хімічної переробки, або входять до складу товарної продукції.

У промислових масштабах  етиловий спирт отримують з сировини, що містить целюлозу (деревина, солома), яку попередньо гідролізують. Утворену при цьому суміш пентоз і гексоз піддають спиртовому бродінню [36].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 3

ХАРАКТЕРИСТИКА  СИРОВИНИ ДЛЯ ЗАВОДУ В М. УЗИН

 

 

3.1.  Меляса - сировина для біоетанолу на цукровому заводі в м. Узин

 

 

Сировиною для виробництва  біоетанолу можуть бути сільськогосподарські культури та продукти їх первинної  переробки з високим вмістом  цукру або крохмалю, зокрема і  цукрові буряки. Можливі наступні варіанти переробки цукрових буряків  на біопаливо. Традиційним є випуск біоетанолу з відходів цукробурякового  виробництва – меляси, проте слід вбачати можливим отримання спирту з проміжних продуктів переробки  солодких коренеплодів: бурякового(дифузійного) соку та цукрового сиропу.

Найперспективнішою сировиною для виробництва біопалива в Україні є меляса. Кожного року з України експортують близько 200 тисяч тон меляси в країни, де використовують цей продукт для виробництва біоетанолу та спиртовмісних речовин. Так, у 2010–2011 було експортовано 169,4 тис. тон меляси, у 2011–2012 МР експорт меляси становив 171,8 тис. тон.