RU2731987C2

RU2731987C2 - Способ получения биоэтанола из водорослей

Info

Publication number: RU2731987C2
Application number: RU2018132582A
Authority: RU
Inventors: Марина Владимировна Волкова; Арина Сергеевна Сарапулова; Александр Олегович Мацегор
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2020-09-09
Also published as: RU2018132582A3; EA201991846A1; RU2018132582A

Abstract

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ получения биоэтанола из водорослей. Способ включает предварительное формирование биомассы, инициирование ее распада путем ферментативного гидролиза, введение в распадающуюся биомассу дрожжей для образования бродящего раствора и отделение получившегося биоэтанола. При этом в качестве водорослей используют пресноводные растения, предварительное формирование биомассы осуществляют на промышленной воде ТЭЦ и ТЭС, ферментативный гидролиз проводят с помощью комплексов ферментов целлюлаз, гемицеллюлаз, пектиназ и десульфатаз при температуре 45-85°С за счет сбросного тепла ТЭЦ и ТЭС, а отделение биоэтанола начинают, когда уровень биоэтанола в бродящем растворе составляет выше 4-9% объема. Изобретение обеспечивает энергосберегающее получение биоэтанола ферментативным гидролизом с возможностью очищения технической воды ТЭЦ и ТЭС. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области экологии в энергетике, снижению антропогенных выбросов ТЭЦ и ТЭС, а также к области биотехнологии, и может быть применено для получения биоэтанола из водорослей. Известен способ получения этанола из морских водорослей (патент http://www.findpatent.ru/patent/242/2421521.html), предлагающий использование биомассы из предварительно собранных и высушенных водорослей. Для дальнейшего использования в процессе получения биоэтанола биомассу подвергают химическому и ферментативному гидролизу, после чего сбраживают.

Известен способ и устройство для превращения целлюлозного материала в этанол (патент http://www1.fips.ru/wps/portal/IPS_Ru#1515420118206), в котором биоэтанол получают из биомассы, представляющей из себя кукурузные стебли, рубленые цельные растения и жом. Для извлечения сахаров из биомассы, ее предварительно вымачивают, обрабатывают уксусной кислотой, затем отжимают и разделяют на фракции, сбраживают. В данном производстве, требуется большое количество теплоты, поэтому разработчики считают, что его экономичнее создавать при ТЭЦ, сжигающей каменный уголь, и микрочастицы лигнина, полученные в результате ферментации, использовать в качестве твердого топлива с угольной пылью.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения этанола из морских водорослей. Содержащиеся в составе морских водорослей полисахариды трудно извлекаемы, поэтому для их расщепления требуется использовать химический гидролиз и ферментацию. Сущность предлагаемого способа - использование пресноводных водорослей, которые выращиваются на загрязненной воде ТЭЦ и ТЭС. Полученная в результате биомасса водорослей разлагается ферментативным гидролизом, что делает процесс экономичнее и безопасней. В качестве тепловой энергии, необходимой в производственном процессе предлагается использовать сбросное тепло ТЭЦ и ТЭС. Предлагаемый способ позволит очищать техническую воду ТЭЦ и ТЭС и используя сбросное тепло получать биоэтанол. Благодаря использованию пресноводных и/или одноклеточных водорослей биоэтанол можно получить только ферментативным гидролизом, исключив химические процессы. Это позволяет расширить диапазон применения технологии по патенту http://www.findpatent.ru/patent/242/2421521.html и является более энергосберегающим.

Предлагаемый способ заключается в том, что осуществляют предварительное формирование биомассы, инициирование ее распада путем ферментативного гидролиза, введение в распадающуюся биомассу дрожжей, для образования бродящего раствора и отделение получившегося этанола от бродящего раствора, отличающейся тем, что

в качестве водорослей используют одноклеточные и/или пресноводные растения, растущие в воде, предварительное формирование биомассы водорослей осуществляют на промышленной воде ТЭЦ и ТЭС, ферментативный гидролиз проводят с помощью комплексов ферментов целлюлаз, гемицеллюлаз, пектиназ и десульфатаз при температуре 45-85°С за счет сбросного тепла ТЭЦ и ТЭС, при этом контроль температурного режима осуществляют изменением объема сбросного тепла ТЭЦ и ТЭС, контролируют уровень этанола и отделение его начинают, когда уровень этанола в бродящем растворе составляет выше 4-9% объема,

при этом после отделения этанола для повышения процентного содержания спирта выше 50%, его вторично перегоняют при температуре 60-90°С, используя сбросное тепло ТЭЦ и ТЭС;

после отделения этанола бродящую жидкость подвергают последующей переработке для получения дополнительного продукта, а полученную после выращиванию водорослей промышленную воду используют как техническую в производственном цикле.

Предлагается использовать пресноводные и/или простейшие водоросли, в технологическом процессе получения биоэтанола используется сбросное тепло ТЭЦ и ТЭС.

На фигуре 1 показана установка для реализации способа получения биоэтанола из промышленной воды и сбросного тепла ТЭЦ и ТЭС, где

1. блок 1 - блок формирования биомассы

2. блок 2 - блок ферментативного гидролиза

3. блок 3 - блок брожения

4. блок 4 - блок дополнительной перегонки.

Технология осуществляется следующим образом: с ТЭЦ (ТЭС) в блок 1 поступает загрязненная вода. Проходя через системы биофильтров с водорослями, вода очищается, что выражается в снижении солености, и повышению прозрачности.

Температура, освещенность и соленость контролируются датчиками. После очистки, воду отводят для повторного использования. Если качество очистки недостаточно, процесс повторяется. В блоке 1 в процессе очистки технической воды ТЭЦ и ТЭС происходит формирование биомассы водорослей. Полученная после очистки биомасса водорослей, в свою очередь, поступает в блок 2 для ферментативного гидролиза с помощью комплексов ферментов при температуре 45-48°С, при этом контроль температурного режима осуществляют изменением объема сбросного тепла ТЭЦ и ТЭС. Блоки 2, 3 и 4 представляют собой двухконтурную емкость. Во внутренней емкости под действием ферментов при нагревании сбросным теплом ТЭЦ или ТЭС, биомасса сначала разлагается, а затем при добавлении дрожжей сбраживается в течение 1-2 суток. Так как температурные режимы процессов ферментации и брожения различны, то регулирование температуры нагрева происходит за счет увеличения или уменьшения количества подаваемого тепла во внешний контур. Полученный раствор проходит фильтрацию, его концентрация составляет до 9% и может использоваться для топливных элементов. При необходимости получения концентрированного биоэтанола, для повышения процентного содержания спирта выше 50%, его вторично перегоняют при температуре 60-90°С, используя сбросное тепло ТЭЦ и ТЭС. На фиг. 2 представлена сравнительная таблица получения биоэтанола из морской водоросли Ламинарии, пресноводной Щитовника и смеси пресноводных и одноклеточных водорослей, выращенных на промышленной воде ТЭЦ и ТЭС. Из таблицы видно, что содержание спирта в биоэтаноле, полученном из морских и пресноводных водорослей практически одинаково, при этом получение биоэтанола из морских водорослей трудоемко и продолжительно по времени. Для производства биоэтанола из смеси одноклеточных и пресноводных водорослей использовались процессы ферментации и брожения, а содержание спирта увеличилось в 2 раза.

Предлагаемая технология позволит получить биоэтанол на промышленных стоках и сбросном тепле, что приведет к снижению себестоимости биоэтанола, а использование пресноводных и/или одноклеточных водорослей позволит получить биоэтанол ферментативным гидролизом, без химических процессов, производство биоэтанола на ТЭЦ и ТЭС поможет устранить зависимость между ростом производства биоэтанола и выводом земель сельскохозяйственного назначения из оборота.

Claims

1. Способ получения биоэтанола из водорослей, включающий предварительное формирование биомассы, инициирование ее распада путем ферментативного гидролиза, введение дрожжей в распадающуюся биомассу для образования бродящего раствора и отделение получившегося биоэтанола от бродящего раствора, отличающейся тем, что в качестве водорослей используют пресноводные растения, растущие в воде, предварительное формирование биомассы водорослей осуществляют на промышленной воде ТЭЦ и ТЭС, ферментативный гидролиз проводят с помощью комплексов ферментов целлюлаз, гемицеллюлаз, пектиназ и десульфатаз при температуре 45-85°С за счет сбросного тепла ТЭЦ и ТЭС, при этом контроль температурного режима осуществляют изменением объема сбросного тепла ТЭЦ и ТЭС, контролируют уровень биоэтанола и отделение его начинают, когда уровень биоэтанола в бродящем растворе составляет выше 4-9% объема.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после отделения биоэтанола для повышения процентного содержания спирта выше 50% его вторично перегоняют при температуре 60-90°С, используя сбросное тепло ТЭЦ и ТЭС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную после выращивания водорослей промышленную воду используют как техническую в производственном цикле.