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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986005996A1
    申请号:PCT/T1986/000032
    申请日:1986-04-09
    公开日:1986-10-23
    发明作者:Karl Faltejsek；Vilim Cvitas；Reinhart Hanke
    申请人:Voest-Alpine Aktiengesellschaft；
    IPC主号:C12P7-00
    专利说明:
    Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Ethanol aus verzuckerten Ausgangsstoffen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur kontinuierlichen Gewinnung von Ethanol aus stärkehaltigen Ausgangsstoffen mit einer Einrichtung zum enzymatischen Verzuckern, einem nachgeschalteten Mischer zum Beladen von Gärhefe mit dem verzuckerten Substrat und einer Gärvorrichtung, aus welcher Ethanol destillativ unter vermindertem Druck abziehbar ist. In der EP-A 114 161 wurde bereits vorgeschlagen, vergärbare Zuckerlösungen durch enzymatische Verzuckerung von stärkehältigen Ausgangsprodukten zu erzeugen. Neben einem thermischen Aufschluss in einem Autoklaven0 bei etwa 120 C wurde hiezu die enzymatische Verzuckerung beiTemperaturen von etwa 70 0Cund einem Wassergehalt von 70 bis 80 % vorgenommen. Anschliessend an diese Verzuckerung erfolgte einEindicken mittels einer Zentrifuge bzw. eines Filters wobei der Zuckerlösung in der Folge Hefe zugesetzt wurde um Hefe mit dem vergärbaren Substrat zu beladen. Nach einer, beispielsweise durch Flotation, vorgenommene Abtrennung der beladenen Hefe wurde in der Folge einer Gärung durchgeführt, wobei unter Anwendung von Unterdruck der entstehende Alkohol destillativ abgetrennt wurde. Ausgehend von diesem Stand der Technik, zielt die vorliegende Erfindung nun darauf ab, den Energieaufwand zu verringern und die Abtrennung der einzelnen Fraktionen weiter zu verbessern, so wie das für die einzelnen Verfahrensstufen geforderte Temperaturniveau präziser einzuhalten. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass ein Kältekreislauf vorgesehen ist, welcher einen Kompressor und wenigstens zwei Wärmetauscher enthält, von welchen einer als Verdampfer ausgebildet ist, dass dieser Kühlkreislauf Temperaturen zwischen kleiner als +50, vorzugsweise -100,und höchstens +600 aufweist und mit einem von Wasser oder Luft verschiedenen Kältekreislaufmedium betrieben ist, und dass ein in Kältekreislaufrichtung im Anschluss an den Kompressor nachfolgender Wärmetauscher als Aufkocher für das Sumpfprodukt der Destillation geschaltet ist und der Verdampfer zur Kühlung des Destillates geschaltet ist. Durch einen derartigen vom Wasserkühlkreislauf getrennten, gesonderten Kältekreislauf, welcher mit einem vom Wasser oder Luft verschiedenen Kühlmedium betrieben ist, lässt sich unter Verwendung eines Kompressors ein Temperaturniveau von Temperaturen unter 0 Cbis höchstens +60 Cvorgeben, welches mit der konventionellen Wasserkühlung nicht erreicht wird. Dieser zusätzliche Kältekreislauf enthält neben einem als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher zur Kondensation des Destillates und einem Kompressor nun erfindungsgemäss wenigstens einen weiteren Wärmetauscher, welcher als Aufkocher für die zur Abtrennung des Alkohols verwendete Destilliereinrichtung eingesetzt wird. Durch den Verdampfer kann der Verlust an mit der Gasphase abziehendem Ethanol wesentlich herabgesetzt werden, da ein wesentlich geringeres Temperaturniveau vorgegeben werden kann. Der Kältekreislauf kann bei Verwendung von halogenierten Kohlenwasserstoffen, Alkoholen od.dgl. als Kältemedium in an sich bekannter Weise als geschlossener Kreislauf ausgebildet sein. Je nach Art des verwendeten Kältemediums kann es wünschenswert sein, das Kältemedium nach der Kompression auf eine Temperatur von unter 400C abzukühlen. Eine derartige Abkühlung kann aber auch nach dem als Aufkocher für das Sumpfprodukt geschalteten Kondensator der Wärmeanlage vorgesehen sein. In vorteilhafter Weise ist vor dem Verdampfer ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen, in welchem Kühlwasser das Kältekreislaufmediumauf Temperaturen von unter +400C,vorzugsweise 20 bis 40"C,abkühlt. Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfin dungsgemässenVorrichtung, ist das aus der Destilliervorrichtung rückgewonnene Wasser, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zwischen Verzuckerung und Beladung mit Hefe einem mit Dampf beaufschlagten Wärmetauscher zuführbar, und der Verzuckerung rückführbar. Auf diese Weise kann der Reinwasserbedarf der erfindungsgemässen Einrichtung wesentlich verringert werden. Die Verzuckerung erfordert relativ hohe Temperaturen und zu diesem Zweck ist der mit Dampf beaufschlagte Wärmetauscher vorgesehen. In vorteilhafter Weise ist der Dampf für den mit Dampf beaufschlagten Wärmetauscher zumindest teilweise aus einem Abgaswärmetauscher des Antriebsaggregates, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, für den Kompressor entnommen. Im Zuge der biologischen Umsetzung entsteht CO2 und dieses biologisch reine CO2 kann im Rahmen der erfindungsgemässen Vorrichtung in einfacher Weise rückgewonnen werden. Hiezu ist vorzugsweise an die Abzugsleitung der Destilliervorrichtung nach dem als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher des Kältekreislaufes ein CO2-Gasverdichter angeschlossen. In vorteilhafter Weise können einem derartigen CO2-Gasverdichter auch die Gase aus der Saugleitung aus der Gärvorrichtung zugeführt werden, wofür in bevorzugter Weise gleichfalls ein als Verdampfer ausgebildeter Wärmetauscher des Kältekreislaufes zwischengeschaltet ist. Neben der Möglichkeit als Kältemedium durch Kompression verflüssigbare Gase in geschlossenem Kreislauf einzusetzen, ergibt sich im Rahmen der erfindungsgemässen Vorrichtung mit besonderem Vorteil die Möglichkeit als Kältekreislaufmediumeine Teilmenge des aus Destillation abgezogenen Alkohols einzusetzen, welcher zumindest teilweise zur Kühlung der aus der Destillation abgezogenen Gasphase in die Abzugs leitung aus der Destilliervorrichtung, vorzugsweise in eine Mischkammer, entspannt wird. Bei dieser Ausbildung des Kältekreislaufes handelt es sich genaugenommen um einen offenen Kreis lauf, da das in den Kältekreislauf eingespeiste Kältemedium laufend der Destillation entnommen wird, und nach Entspannung mit dem gebildeten Alkohol abgezogen wird. Zur weiteren Erniedrigung des Temperaturniveaus in der Abzugs leitung kann mit Vorteil der Verdampfer in der Abzugsleitung der Destilliervorrichtung einem Wasserkühler für das Destillat nachgeschaltet sein. Zur Konstanthaltung der Temperatur des Mantels der Gärvorrichtung kann warmes Kühlwasser (Rücklauf) herangezogen werden, wofür ein gesonderter Wärmetauscher vorgesehen ist. In den Kältekreislauf ist vor oder nach dem Aufkocher für das Sumpfprodukt der Destillierkolonne ein mit Kühlwasser betriebener Unterkühler eingeschaltet, mit welchem das noch heisse komprimierte Kältemittel abgekühlt wird, bevor es dem Verdampfer zugeleitet wird. In einem derartigen Unterkühler wird Kühlwasser auf Temperaturen zwischen 30 und 450C aufgewärmt, und ein auf diese Weise relativ zu Frischwasser wärmeres Wasser kann mit Vorteil zur Konstanthaltung der Temperatur des Mantels der Gärvorrichtung eingesetzt werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig.1.eineerste Ausbildung mit einem geschlossenen Kältekreislauf, Fig.2 eine abgewandelte Ausbildung mit einem gleichfalls geschlossenen Kältekreislauf und Fig.3 einen Kältekreislauf unter Verwendung des aus der Destillation abgezogenen Alkoholes als Kältemittel. In Fig.1ist schematisch angedeutet, dass über eine Fördereinrichtung 1 Stärkemehl einer Verzuckerung 2 zugeführt wird. Dieser Verzuckerung wird weiters über eine Leitung 3 Enzymlösung, insbesondere auf etwa 95 0Cvorgewärmte Enzymlösung, zugesetzt. Zur Erzielung einer Temperatur im Bereich zwischen 70 und 90 C,welche durch Vorwärmung des Stärkemehles aus 0 etwa 70 Cmit Sicherheit erreicht werden kann, wird zusätzlich Wasser unter überatmosphärischen Druck bei 105 0Cüber die Leitung 4 eingespeist. Bei Entspannung verdampft derartiges überhitztes Wasser, wodurch eine intensive und gleichmässige Durchwärmung bei der Verzuckerung sichergestellt ist. Das verzuckerte Produkt wird einer Flotation 5 unter Anwendung eines elektrischen Feldes unterworfen, wobei hier gleichzeitig über eine Fördereinrichtung 6 Hefe zugesetzt wird. Die beladene Hefe gelangt in eine mehrstufige Gärvorrichtung 7, aus welcher über eine Leitung 8 und ein Sauggebläse CO2 und Wasserdampf abgezogen werden kann. Uber die weiteren Gas ableitungen 9 und 10 wird bereits ein mehr oder minder grosser Anteil Ethanol abgefördert, wobei aus der letzten Gärstufe unter Anwendung eines gegenüber den vorangehenden Gärstufen weiter abgesenkten Druckes gearbeitet wird, wofür ein Sauggebläse 11 vorgesehen ist. Die endgültige Abtrennung des Alkohols erfolgt in einer Destillierkolonne 12. Mit 13 ist ein gesonderter mit einem von Wasser und Luft verschiedenen Kältemedium betriebener Kühlkreislauf bezeichnet, welcher einen Wärmetauscher 14 für die Aufwärmung des Sumpfes der Destillierkolonne 12 und einen Kompressor 15 enthält. Als Kältemedium können hiebei fluorierte Kohlenwasserstoffe od.dgl. verwendet werden. Der Antrieb des Kompressors wird von einem Dieselmotor 16 geliefert, in dessen Abgasleitung 17 ein Wärmetauscher 18 für die Dampferzeugung eingeschaltet ist. Der Dampf aus diesem Wärmetauscher 18 wird einem Wärmetauscher 19 in der Wasserrückleitung 20 zugeführt, über welchen eine Teilmenge des rückgeführten Wassers geleitet wird. Eine andere Teilmenge des rückgeführten Wassers gelangt über eine Leitung 21 zur Enzymaufbereitung bzw. - lösungund in der Folge über die Leitung 3 in die Verzuckerung 2.Die den Kompressor mit dem Motor verbindende Welle ist mit 22 bezeichnet. In dem bei der Ausbildung nach Fig.l geschlossenen Kältekreislauf 13 sind neben dem Wärmetauscher 14 weitere Wärmetauscher 23, 24 und 25 eingeschaltet. Der Wärmetauscher 23 ist als Verdampfer und damit als Kopfkondensator für das aus der Destillierkolonne 12 abgezogene Gas ausgebildet, wobei überaus reines Ethanol abgeschieden und über eine Leitung 26 abgezogen werden kann. Bei dieser Gelegenheit abgezogenes CO2 kann einem gesonderten Gasverdichter 27 zugeführt werden, wobei ein derartiger Gasverdichter 27 auch in die Gasableitung 8 aus der ersten Gärstufe der Gärvorrichtung 7 eingeschaltet ist. Ein weiterer Wärmetauscher 24 dient zur Abkühlung des Kältemediums nach der Kompression auf Temperaturen von unter +40ob.Derartiges Kühlwasser kann weiters für die Kühlung des Kompressors 15 die Kühlung der Gasverdichter 27 oder in einem Wärmetauscher 28 verwendet werden. Der Wärmetauscher 28 stellt hiebei die Konstanthaltung der Temperatur des Mantels der Gärvorrichtung 7 sicher. Die Anschlüsse für den als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher 25 an den Kältekreislauf 13 sind im Kältekreislauf 13 mit 29 und 30 bezeichnet. Die entsprechenden Leitungen wurden aus Gründen der Ubersichtlichkeitnicht in die Zeichnung eingetragen. Aus der Destillierkolonne 12 kann Wasser auf einem Temperaturniveau von etwa 45 0Cabgezogen werden und über eine Pumpe 31 in die Wasserrückführungsleitung 32 geführt werden. Aus der Gärvorrichtung 7 wird über eine Austragsvorrichtung 33 Hefe einer Heferegenerierung 34 zugeführt, wobei die regenerierte Hefe in der Folge wiederum der Flotation 5 aufgegeben werden kann. Hiebei abgetrenntes Wasser kann über die Leitung 35 der Wassersammelleitung 32 wieder zur Verfügung gestellt werden. In die Wasserrückführungs- bzw. -sammelleitung 32 ist in der Folge noch ein Wärmetauscher 36 eingeschaltet, welcher in die Leitung zwischen der Verzuckerung und der Flotation eingeschaltet ist. Durch diesen Wärmetauscher wird das rückgeführte Wasser auf etwa 950C wiederum vorgewärmt und kann in der Folge der Enzymaufbereitung bzw. nach einer nochmaligen Aufwärmung der Verzuckerung rückgeführt werden. Die aus dem mit Dampf beaufschlagten Wärmetauscher 19 über eine Kondenswasserleitung 37 abgezogene Wassermenge kann über den Anschluss 38 dem Abgaswärmetauscher 18 zugeführt werden, worauf in der Folge nur eine geringfügige neuerliche Erwärmung für die neuerliche Verwendung als Dampf im Wärmetauscher 19 erforderlich ist. Nach dem Inbetriebsetzen der Anlage kann somit die erforderliche Dampfmenge zur Gänze durch den Abgaswärmetauscher 18 zur Verfügung gestellt werden. Bei der Ausbildung nach Fig.2 sind in die Gasableitungen 8, 9 und 10 der Gärvorrichtung 7 Wasserkühler 38 eingeschaltet, worauf Ethanol und Wasser der Destilliervorrichtung 12 zugeführt werden. Die Gasabzugsleitungen werden einem mehrstufigem Gasverdichter 39 zugeführt. Nach neuerlicher Kühlung in einem mit Kaltwasser gespeisten Kühler 40 kann biologisch reines CO2 über eine Leitung 41 abgezogen werden. In die Destillatabzugsleitung 42 ist ein erster mit Kühlwasser betriebener Kopfkondensator 43 eingeschaltet, bevor das abgekühlte Destillat dem als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher 23 des Kältemittelkreislaufes 13 zugeführt wird. Die kondensierte flüssige Phase enthält weitgehend reines Ethanol, welches bei Temperaturen von ca.5 Cüber die Leitung 26 abgezogen wird. In diese Leitung ist eine Pumpe 44 eingeschaltet, und es kann ein Teil des auf 50C abgekühlten Ethanols über eine Leitung 45 in den Kopf der Destillationskolon- ne rückgeführt werden, um die Kondensation zu begünstigen. Die Gasphase gelangt über eine Leitung 46 an den mehrstufigen Gasverdichter 39, worauf auch aus diesem Gasanteil biologisch reines CO2 abgeschieden wird. Aus der Flotationsstufe 5 wird die abgereicherte Zuckerlösung über eine Pumpe 47 abgezogen und über einen zusätzlichen Wärmetauscher 36 gemeinsam mit dem Abwasser aus der Heferegenerierung der Enzymaufbereitung rückgeführt. Das durch den ersten Wärmetauscher 36 bereits vorgewärmte, teilweise zuckerhaltige Wasser gelangt hiezu in die Wasserrückführungsbzw. Sammelleitung 32. Ein Teil der aus der Gärvorrichtung 7 abgezogenen Hefe kann unter Umgehung der Heferegenerierung über eine By-Pass Leitung 48 neuerlich in die Flotation rückgeführt werden. Die ttberschusshefeaus der Heferegenerierung 34 wird über eine Leitung 49 abgezogen und kann einer Futtermittelproduktion zugeführt werden. Im geschlossenen Xältemittelkreislauf ist vor dem Verdampfer üblicherweise eine Drossel eingeschaltet, welche in Fig.2 mit 50 bezeichnet ist. Bei der Ausbildung nach Fig.3 ist ein offener Kältemittelkreislauf dargestellt. Aus der Destilliervorrichtung 12 wird über eine Kopf leitung 50 Alkohol abgezogen. Der Alkohol wird im Kompressor 15 komprimiert und verflüssigt und gelangt über die Kältemittelleitung51 zum Aufkocher 14 für das Sumpfprodukt der Destilliervorrichtung 12. Zur Absenkung der Temperatur ist wiederum ein mit Kühlwasser betriebener Unterkühler 24 vorgesehen. Es ist weiters schematisch wiederum ein Wärmetauscher 25, welcher als Verdampfer ausgebildet ist, angedeutet. Nach dem Aufkocher 14 gelangt das Kältemedium über eine Pumpe 52 in einen Wärmetauscher 53, welcher als Ersatz für den Wärmetauscher 28 in den Fig.l und 2 zurAufrechterhaltung einer Temperatur von etwa 400 bis 450 und damit zu einer Beheizung der Gärvorrichtung 7 dient. Aus dem Kopf der Destilliervorrichtung wird über eine Leitung 54 Destillat abgezogen und in einem ersten Kopfkondensator 43, welcher wiederum mit Kühlwasser betrieben ist, vorgekühlt. Anschliessend ist eine Mischkammer 55 vorgesehen, in welche das Kältemedium nach dem Unterkühler 24 entspannt wird, wodurch eine weitere starke Abkühlung des Destillates und der Kondensation des Alkohols erfolgt. Der Alkohol wird wiederum über die Leitung 26 abgezogen, wobei über diese Leitung 26 nunmehr unmittelbar aus der Destilliervorrichtung 12 abgezogener Alkohol gemeinsam mit Alkohol nach Durchlaufen des Kältemittelkreislaufes abgefördert wird. Der Kältemittelkreislauf wird kontinuierlich durch frisches über die Leitung 50 abgezogenes Destillat unter Zwischenschaltung des Kompressors 15 aufgefüllt.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche:
    1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Ethanol aus stärkehaltigen Ausgangsstoffen mit einer Einrichtung zum enzymatischen Verzuckern (2) , einem nachgeschalteten Mischer zum Beladen von Gärhefe mit dem verzuckerten Substrat und einer Gärvorrichtung (7) , aus welcher Ethanol destillativ unter vermindertem Druck abziehbar ist, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Kältekreislauf (13) vorgesehen ist, welcher einen Kompressor (15) und wenigstens zwei Wärmetauscher (14, 23) enthält, von welchen einer (23) als Verdampfer ausge¬ bildet ist, daß dieser Kühlkreislauf (13) Temperaturen zwischen kleiner als +5°, vorzugsweise -10°, und höchstens +60°C aufweist und mit einem von Wasser oder Luft verschie- denen Kältekreislaufmedium betrieben ist, und daß ein in Kältekreislaufrichtung im Anschluß an den Kompressor (15) nachfolgender Wärmetauscher (14) als Aufkocher für das Sumpfprodukt der Destillation (12) geschaltet ist und der Verdampfer (23) zur Kühlung des Destillates geschaltet ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verdampfer (23) ein weiterer Wärmetauscher (24) vorgesehen ist, in welchem Kühlwasser das Kältekreislauf¬ medium auf Temperaturen von unter +40°C, vorzugsweise 20 bis 40°C, abkühlt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das aus der Destilliervorrichtung (12) rück¬ gewonnene Wasser, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers (36) , zwischen Verzuckerung (2) und Beladung (5) mit Hefe, einem mit Dampf beaufschlagten Wärmetauscher (19) zuführbar ist und der Verzuckerung (2) rückführbar ist.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf für den mit Dampf beaufschlagten Wärmetauscher (19) zumindest teilweise aus einem Abgaswärmetauscher (18) des Antriebsaggregates (16) , insbesondere einer Verbrennungs¬ kraftmaschine, für den Kompressor (15) entnommen ist.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Abzugsleitung der Destillier¬ vorrichtung (12) nach dem als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher (23) des Kältekreislaufes (13) ein CO--Gas- verdichter (27) angeschlossen ist, an welchen eine, vorzugs¬ weise gleichfalls einem als Verdampfer ausgebildeten Wärme- tauscher (25) des Kältekreislaufes (13) nachgeschaltete, Saugleitung (8) aus einer Gärvorrichtung (7) mündet.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kältekreislaufmedium eine ,Teilmenge des aus der Destillation (12) abgezogenen Alkohols eingesetzt wird, welcher zumindest teilweise zur Kühlung der aus der Destillation abgezogenen Gasphase in die Abzugsleitung aus der Destilliervorrichtung (12) , vorzugsweise m eine Mischkammer (55) , entspannt wird.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (23) in der Abzugs¬ leitung (42) der Destilliervorrichtung (12) einem Wasser¬ kühler (43) für das Destillat nachgeschaltet ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPS62502587A|1987-10-08|
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    ATA107085A|1986-06-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1986-10-23| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1986-10-23| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1986-11-13| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1986902272 Country of ref document: EP |
    1987-04-08| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1986902272 Country of ref document: EP |
    1990-05-30| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1986902272 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    AT0107085A|AT394392B|1985-04-09|1985-04-09|Anordnung zur kontinuierlichen gewinnung von ethanol aus staerkehaltigen ausgangsstoffen|
    ATA1070/85||1985-04-09||DE8686902272A| DE3671604D1|1985-04-09|1986-04-09|Vorrichtung zur kontinuierlichen gewinnung von ethanol aus verzuckerten ausgangsstoffen.|
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