Способ и устройство для непрерывной переработки возобновляемого сырья

Номер патента: 11136

Опубликовано: 30.12.2008

Авторы: Мачек Франтисек, Боуска Франтисек, Краточвил Зденек

Есть еще 7 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ комплексной переработки лигноцеллюлозных и крахмальных материалов, которым путем непрерывного гидролиза под давлением, дальнейшего двухстадийного расширения, разделения гидролизата на газообразную фазу и раствор сахаров получают фурфурол, уксусную кислоту и лигнин, отличающийся тем, что измельченное лигноцеллюлозное сырье непрерывно гидролизируют, гидролизированный материал расширяют в две стадии; когда получают паровую фазу и раствор гидролизата, паровая фаза содержит фурфурол, метанол и уксусную кислоту, а раствор гидролизата содержит сахара, лигнин с остаточной целлюлозой и воду; раствор гидролизата прессованием разделяют на раствор сахара и твердую фазу, которая не прореагировала; твердую фазу поддают действию целлюлозных ферментов, в процессе которого получают растворимую целлюлозу и нерастворимый лигнин; лигнин отделяют; к раствору сахаров после гидролиза добавляют раствор глюкозы; к раствору сахаров непрерывно добавляют крахмальный материал и все поддают амилолитическому гидролизу, после которого твердые частицы отделяют и возвращают к гидролизу при повышенной температуре под давлением, раствор глюкозы перекачивают на сбраживание, при котором глюкоза сбраживается в этанол, дрожжевые клетки отделяют и отгоняют этанол.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельченное лигноцеллюлозное сырье смачивают в соотношении 0,1-0,3 мас.%, во время транспортирования этот материал непрерывно механически нагревают до температуры 80-90шC, потом гидролизируют при одновременной подаче пара, который содержит 0,2-0,85 мас.% неорганической кислоты относительно массы суспензии, при температуре 190-235шC под давлением 1,5-3,2 МПа, при соотношении воды под давлением и твердой основы 1:3,5-1:4,5 на протяжении 9-12 мин; гидролиз осуществляют при одновременном перемещении и сбалансированном смешивании и продвижении твердой и жидкой фаз.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первое расширение осуществляют при температуре 150-175шC под давлением 0,6-0,9 МПа, большую часть фурфурола отводят как паровую часть, теплоту конденсации и скрытую теплоту которой используют в теплообменнике для предварительного нагревания технологической воды до температуры 160шC, а второе расширение осуществляют при температуре 105-110шC под давлением 0,12-0,15 МПа, когда остаточный фурфурол отделяют от жидкой фазы.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что для ускорения гидролиза при повышенной температуре под давлением добавляют кислоту или кислотообразующее вещество, выбранные из группы, которая состоит из фосфорной кислоты, хлористо-водородной кислоты, серной кислоты или суперфосфата, в концентрации 0,3-0,85 мас.%; эту кислоту смешивают с паром в трубопроводе перед входом в гидролизатор.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что крахмальный материал, например отходы, диспергируют в растворе глюкозы, pH которого регулируют в переделах 4-7, а температуру в пределах 30-90шC.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что сырье нагревают технологической водой под давлением, при этом твердую фазу, которая не прореагировала, возвращают к процессу гидролиза.

7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что тепловую энергию гидролизата используют для нагревания и разрежения крахмала в суспензии крахмальных материалов в растворе глюкозы и для нагревания технологической воды или пара.

8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что тепловую энергию, которую получают из раствора глюкозы и концентрированием кубового остатка, используют для нагревания затора.

9. Способ по пп.1-8, отличающийся тем, что тепловую энергию отработанной воды используют путем смешивания отработанной воды с технологической водой.

10. Устройство для осуществления способа по пп.1-9, которое состоит из дробилки, загрузочного устройства и нескольких гидролизаторов, последний из которых подключен через расширитель среднего давления и расширитель низкого давления к баку гидролитического продукта с мешалкой, и верхние части расширителей среднего давления и низкого давления подключены к верхней части ректификационной колонны фурфурола и к баку для фурфурола, отличающееся тем, что червячное напорное загрузочное устройство непрерывного действия 13 состоит из сегментов, образованных корпусом 94 с однозаходным червяком 86 конвейера, установленном на вале 85, эти несколько сегментов заканчиваются головкой 98, внутренняя геометрическая форма которой адаптирована к положению оправки 91, вкрученной в конец вала 85, между витками червяка помещено по крайней мере одно паровое кольцо 88 и фиксатор 89, на стороне входа сырья паровое кольцо 88 конически расширяется; в месте парового кольца 88 внутренняя часть корпуса 94 имеет вкладыш 94, по форме выполненный как тонкое круглое кольцо шириной 3-6 мм, к головке 98 прикреплен выходной фланец 92 и этот фланец имеет выходной вкладыш 93 с переходником, который ведет к первому гидролизатору 22, корпус 94 одного из сегментов имеет боковое первое отверстие 87, предназначенное для подачи измельченного сырья, и второе отверстие 97, предназначенное для подачи технологической воды; кроме того, перед первым витком червяка на вале прикреплена соединительная пластина 96 и находятся подшипники 95; вал 85 соединяется с приводным агрегатом; первый гидролизатор 22 имеет также источник подачи пара с кислотой низкой концентрации; первый гидролизатор 22 подключен по крайней мере к одному другому гидролизатору; последний гидролизатор 24 подключен через золотниковый клапан высокого давления 26 к расширителю среднего давления 27, нижняя часть которого подключена через золотниковый клапан среднего давления 28 к верхней части расширителя низкого давления 29; нижняя часть расширителя низкого давления 29 подключена через ротационный питатель 30 к баку 53 продукта гидролиза с мешалкой, который подключен посредством разделяющего устройства 54 к первому баку 61 для раствора сахарного гидролизата и к второму баку 55 для твердых остатков лигноцеллюлозы, которая не прореагировала; верхняя часть расширителя среднего давления 27 и расширителя низкого давления 29 подключена к первым теплообменникам 31 и 21, вторым теплообменникам 34 и 35 и через третий бак 42 к верхней части первой ректификационной колонны 43; верхняя часть первой ректификационной колонны 43 подключена через третьи теплообменники 44 и 45 и нижнюю часть аппарата 46 для декантации к четвертому баку 49 для фурфурола; верхняя часть аппарата 46 для декантации подключена через пятый бак 47 для смеси фурфурола низкой концентрации назад к третьему баку 42; второй бак 55 для твердых остатков лигноцеллюлозы, которая не прореагировала, подключен к ферментативному гидролизатору 57, который подключен к устройству 56 для приготавливания ферментов и сепаратора 58, предназначенного для отделения глюкозы от лигнина; сепаратор 58 подключен к шестому баку 59 для лигнина и седьмому баку 60 для приготавливания ферментативной среды; первый бак 61 для раствора сахарного гидролизата подключен трубопроводом к реакционным аппаратам под давлением 78 и 79 для разрежения крахмала, которые оснащены системой подачи измельченного крахмального сырья; реакционные аппараты 78 и 79 подключены к ферментативным гидролизаторам крахмала 82 и 83, которые далее подключены через четвертый теплообменник 80 и пятый теплообменник 62 к ферментерам 63 и 64; оба ферментера подключена через сепаратор 66 дрожжевых клеток к четвертому теплообменнику 80, который подключен к перегонному устройству 69, подключенному к испарителю 72 и второй ректификационной колонне 70 этанола; перегонное устройство 69, испаритель 72 и вторая ректификационная колонна 70 подключены к нагревательному устройству; вторая ректификационная колонна 70 в зоне отработанной воды подключена к шестому баку 52 для накопления воды для нагревания технологической воды в первых теплообменниках 31 и 32 для котла 14 нагревательного устройства.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что расширители 27 и 29 выполнены в форме циклонных сепараторов и расширительный золотниковый клапан среднего давления 28 входит в расширитель среднего давления 27 по касательной.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

011136 Область изобретения Изобретение относится к способу переработки лигноцеллюлозных материалов с использованием непрерывного гидролиза под давлением, в результате которого получают фурфурол и фураны, уксусную кислоту, лигнин, гидролитические сахара - глюкозу. Способ включает также переработку остатков после гидролиза с использованием способов ферментативного гидролиза, гидролиза крахмала из добавленных к глюкозе крахмальных материалов, в особенности зерна зерновых культур, сбраживание, перегонку и ректификацию в биоэтанол, использование кубового остатка путем анаэробного сбраживания в биогаз и накопление диоксида углерода. Изобретение относится также к комплексному устройству для осуществления этого способа. Предпосылки изобретения Нехватка ископаемого сырья становится потенциальной преградой, которая сдерживает социальноэкономическое развитие многих регионов. Нынешние системы для производства органических химических веществ основаны большей частью на использовании ископаемого сырья. Месторождения ископаемого сырья, в особенности сырой нефти и природного газа, постепенно исчерпываются. Чешская Республика в значительной степени зависит от импорта вышеупомянутого сырья, что является причиной значительной пропорции дефицита в торговом балансе. В дополнение к ископаемым ресурсам в настоящее время и в будущем имеется большая часть возобновляемого органического материала - биомассы. Биомасса (лигноцеллюлозные материалы) является в настоящее время наиболее широко используемым возобновляемым ресурсом и образовывает существенную часть мирового производства. В обозримом будущем необходимо искать и разрабатывать более дешевые и эффективные способы преобразования в качественные газообразные и в особенности жидкие топлива, которые обеспечат более широкое и эффективное использование биомассы и возобновляемых ресурсов в целом, что означает, среди прочего, работу близ ресурсов сырья, а также большую гибкость в способах применения и без сезонных колебаний. Главными производителями биомассы являются источники из основной сельскохозяйственной индустрии (разные виды соломы) и отходы переработки древесины и лесного хозяйства. Значительное внимание уделяют способам, в которых используют гидролиз. Одним из преимуществ этих способов является очень низкая стоимость исходного лигноцеллюлозного сырья. Гидролитические технологии, которые обеспечивают раствор гидролитических сахаров (целлюлозных и полуцеллюлозных) надлежащей концентрации и преимущественно используют непрерывный способ, еще и до сих пор полностью не освоены. Все эти факты упоминаются в доклада Филипа У. Медсона (Philip W. Madson) "Опыт относительно биоэтанола в США" на Европейской конференции по биоэтанолу (проведенной в г. Лисса, Нидерланды,в мае 1990 г.). Он пришел к выводу, что вопреки техническим достижениям производство биоэтанола находится в точке безубыточности, если даже еще ниже - является не прибыльным. Технологии, которые в настоящее время используются и разрабатываются для производства этанола как топлива, большей частью основаны на использовании крахмальных материалов, в особенности кукурузы и зерновых. Второй стратегией, которой в настоящее время активно придерживаются, является использование сырья низшей стоимости, например целлюлозы, чтобы уменьшить затраты на сырье. Известный способ описан в патенте США 4564595, который относится к кислотному гидролизу предварительно делигнифицированной целлюлозы и дальнейшего сбраживания полученных элементарных сахаров (главным образом, глюкозы). В патенте Японии 59048090 "Приготовление топливного спирта" осуществлена попытка избавиться от высокой энергоемкости известных способов. Его краеугольный камень основан на идее, что элементарные сахара при использовании сбраживания получают из возобновляемого сырья и потом сбраживают в этанол. Крахмальные материалы поддают крекингу с помощью волокнистых грибов родаAspergilus, лигноцеллюлозные материалы, такие как древесина, модифицируют с помощью дрожжей, и солому и материалы, сходные с соломой, модифицируют с помощью Bacillus natto. Для того чтобы получить фурфурол, компания Quaker Oats использует непрерывный гидролиз лигноцеллюлозы серной кислотой (5% водный раствор) при температурах 145-170 С. Шведская компания Defibrator разработала способ непрерывного гидролиза, но они используют одностадийное расширение и перед гидролизом пропитывают сырье серной кислотой. В патенте Финляндии, зарегистрированном в Чешской Республике под 191945, объектом защиты является способ двухстадийного гидролиза в присутствии серной кислоты. На первой стадии гидролиз осуществляют при температуре 150-200C при концентрации серной кислоты, которая превышает 10 мас.%. На второй стадии при такой же температуре концентрация кислоты составляет до 5 мас.%. В документе Швейцарии, регистрационный номер CH 678183 А 5, описываются кислотные гидролизы материалов, которые содержат пентозаны в среде 2 мас.% серной кислоты при температуре 170230 С.-1 011136 Хотя использование ископаемого сырья еще и до сих пор экономически прибыльнее, большие нефтехимические компании создали ряд научно-исследовательских работ и исследовательноконструкторских разработок, где главное внимание уделяется новым технологиям, в которых используются возобновляемые ресурсы. На Европейской конференции по биоэтанолу рассматривались причины экономической не прибыльности как с технической, так и с законодательной точек зрения. В случае производства биоэтанола, который вырабатывают или должен вырабатываться из кукурузного крахмала или крахмала зерновых, продажная цена почти равняется цене купленного сырья. Эти вещества являются ценными и имеют преимущество легкого и технологичного гидролиза. В европейском патенте 0101190 "Способ производства этанола", изобретатели Ассарссон(Assarsson) и Нагасуи (Nagasuy), описывается производство глюкозы, которую дальше конденсируют в этанол, используя частичный кислотный гидролиз крахмала. Исходным сырьем считается углеводный материал, модифицированный разными путями (химически модифицированный, производный, не модифицированный или смесь этих материалов). В соответствии с теорией целлюлоза также принадлежит к некоторым из этих групп, хотя в перечни сырья авторы четко ее не указывают. Однако предлагаемые условия гидролиза, в особенности температура, не исключают ее из перечня применимых материалов. При предлагаемой температуре нагревательного пара 167C может состояться гидролиз лишь части пентозанов, но при этом лигноцеллюлозный комплекс останется нетронутым. Из-за этого в требованиях упоминается лишь крахмальный материал. Непрерывный способ гидролиза лигноцеллюлозных материалов в промышленных масштабах не используется. В рабочих условиях, если технологический процесс может быть экономически эффективным, тяжело придерживаться коротких времен реакций, чтобы обеспечить быстрое нагревание смеси, а также регенерацию тепла и высокий процент использования всех продуктов. Отсутствие комплексного подхода при использовании продуктов, обеспечиваемых возобновляемым ресурсом материалов, представляет собою еще один недостаток этих способов. К способу переработки лигноцеллюлозных материалов с использованием гидролитических и ферментативных процедур частично относится ряд патентов Чешской Республики (CZ 281504 иCZ PV 2000-4328). В результате гидролиза лигноцеллюлозных материалов получают фурфурол, уксусную кислоту,лигнин, гидролитические сахара, в особенности глюкозу. Соответственно патентам Чешской Республики, остатки целлюлозы, которые не гидролизировались, возвращают к процессу гидролиза или поддают экстракции, чтобы получить лигнин. Сырье, которое не расщепилось, смачивают в массовом соотношении 0,5-1,1, избыточную воду из полученной смеси экстрагируют, и потом проводят кислотный гидролиз под давлением. Учитывая предпочтительный вид продукта гидролиза, процесс гидролиза осуществляется при температуре 160-230 С. Один из недостатков этого способа состоит в большой затрате теплой технологической воды, которую используют для смачивания лигноцеллюлозного материала, который не расщепился, и при ее дальнейшей экстракции перед гидролизом. Еще одним недостатком этих разработанных способов является тот факт, что проблема экономии энергии для всей технологической операции еще и до сих пор полностью не решена. Не решена также и проблема комплексного использования лигноцеллюлозных и крахмальных материалов. Важным условием переработки лигноцеллюлозных материалов во время гидролитических процессов является обеспечение технологической непрерывности производства, в особенности подачи расщепленного лигноцеллюлозного материала в гидролизатор. В указанных патентах описывается загрузочное поршневое устройство, которое состоит из бака для материала, двух золотниковых клапанов и загрузочного гидравлического цилиндра. Этот блок не обеспечивает плавного непрерывного дозирования лигноцеллюлозного материала, и, кроме того, этот способ загрузки не испытан на непрерывность гидролитического процесса. Загрузочный пресс, описанный в CZ 281504, состоит из цилиндрической и конической частей. Через обе части проходит червяк с постоянным шагом и уменьшающимся шагом в конической части. Коническая часть состоит из сегментов, предназначенных для проведения жидкости в бак. Передняя сторона цилиндрической части перфорированная. На конце конической части предусмотрен загрузчик под давлением, который плотно подключен к загрузочному прессу и проходит в первый гидролизатор. Эта загрузочная система также не оказалась эффективной, в особенности из-за того, что заправка была неравномерной и не обеспечивала уплотнение и непрерывную прозрачность пробки через загрузчик под давлением. От этой системы отказались, в частности, из-за опасения, что она будет непригодной для промышленного использования в непрерывном режиме. Краткое описание изобретения Вышеупомянутые недостатки существующих способов гидролиза для получения сахаров (глюкозы), этанола, фурфурола, чистого лигнина, биогаза и диоксида углерода из лигноцеллюлозных материалов решены и устранены благодаря способу комплексной переработки возобновляемого сырья, в особенности лигноцеллюлозных и крахмальных материалов. Предлагаемый способ основан на следующем-2 011136 принципе: измельченный лигноцеллюлозный материал, смоченный технологической водой в соотношении 0,1-0,3 мас.% относительно к массе исходного материала, непрерывно транспортируют и механическим путем нагревают перемещающийся материал до температуры 80-90 С в загрузочном устройстве. Измельченный и нагретый материал потом поддают непрерывному гидролизу в присутствии технологической воды и пара при температуре 190-235 С под давлением 1,5-3,2 МПа и в присутствии разбавленной кислоты в количестве 0,3-0,85 мас.% относительно к суспензии на протяжении 9-12 мин; соотношение воды и твердого вещества составляет 1:3,5-1:4,5. Процесс гидролиза осуществляют при одновременном перемещении твердой и жидкой фаз. Кислоту дозируют во входной трубопровод впереди гидролизатора. Весь пар в гидролизирующей системе будет конденсироваться и будет нагревать подвижный материал. Теплота конденсации, которая будет высвобождаться, будет компенсировать также потерю тепла через кожух гидролизатора. Каталитическое действие кислоты и тепла будет производить гидролитическое расщепление полуцеллюлоз в часть фурфурола и частично в полуцеллюлозные сахара. Лигноцеллюлозные связи распадутся, и целлюлоза разложится в глюкозу на 27-85%. После завершения гидролиза суспензию материала расширяют в две стадии. Паровая фаза содержит фурфурол, метанол, уксусную кислоту и воду. Гидролизированная суспензия содержит раствор сахаров, остаточную твердую, разбитую на волокна лигноцеллюлозную фазу и воду. Для надлежащей работы и регулирования термодинамического баланса между жидкостью и паром в гидролизаторах важно непрерывное удаление инертной паровой фазы, которая содержит преимущественно фурфурол, из паровой части гидролизаторов. Удаление осуществляют из верхней части гидролизаторов, и оно является важным для достижения необходимой температуры. При увеличении содержимого этой паровой фазы давление в гидролизаторах повышается. Паровые фазы из гидролизаторов и паровые фазы из расширителей охлаждают и поддают ректификации. Их разделяют на раствор фурфурола, метанола и воды, а также на смесь кислот и воды. Смесь фурфурола путем декантации разделяют на два пласта. Нижний пласт содержит приблизительно 92 мас.% фурфурола в растворе с водой и метанолом. Верхний пласт из аппарата для декангации содержит приблизительно 8 мас.% фурфурола, остальное - метанол и вода. Этот пласт возвращают в ректификационную колонну. Азеотропную смесь кислот и воды поддают экстракции и получают безводную смесь уксусной и муравьиной кислот. Гидролизат, который содержит сахара гидролизирования, твердую, разбитую на волокна лигноцеллюлозную фазу и воду, сжимают. Этим сжиманием получают раствор сахаров и воды и остатки твердой,разбитой на волокна лигноцеллюлозной фазы, на которые действуют целлюлозные ферменты. Лигноцеллюлозные остатки можно также возвратить к процессу гидролиза при повышенной температуре под давлением для завершения гидролиза или экстрагируют растворителем, выбранным из группы, которая состоит из этанола или ацетона, на протяжении 10-15 мин. Лигнин переходит в растворитель, и если растворитель испаряется, получают чистый реакционный лигнин, а целлюлоза остается в твердой части. После гидролиза целлюлозы получают чистую глюкозу. Сахара, адсорбированные в волокнистый материал, выжимают в раствор сахаров и не возвращают с волокнистым материалом к определенному выбранному процессу переработки твердых остатков. Эти легко объединяемые технологические операции обеспечивают высокий выход способных к брожению сахаров. Раствор глюкозы, полученный ферментативным гидролизом, добавляют к раствору сахаров, который выходит из процесса гидролиза при повышенной температуре под давлением, и непрерывно смешивают с крахмальным материалом. Потом все поддают амилолитическому гидролизу. Остаточные твердые частицы, которые содержат не крахмальную часть зерна, отделяют от результирующей реакционной смеси и возвращают к процессу гидролиза при повышенной температуре под давлением. Полученный раствор глюкозы - после корректирования рН, добавления солей и корректирования концентрации глюкозы неконцентрированным кубовым остатком из заторной колонны - загружают через теплообменник в ферментер (бродильный аппарат). Спиртовое брожение поддерживают подачей отделенных возвращающихся дрожжевых клеток или 20-30% содержимого ферментера держат в ферментере как дрожжевую закваску для следующего брожения. Благодаря этому новое брожение начинается быстро. После того как глюкоза при брожении превращается в этанол и клетки дрожжей отделены, раствор из ферментера перекачивают для перегонки. Приблизительно 90 из 40% этанола оставляют перегонную колонну в виде пара для ректификации. Часть кубового остатка возвращают к процессу брожения для разбавления раствора сахаров до необходимой концентрации. Неиспользованную часть кубового остатка подают в испаритель. В испарителе кубовый остаток можно концентрировать до необходимой концентрации твердых веществ. Весь процесс имеет очень высокий коэффициент использования в условиях промышленного производства, а эффективность перегонки составляет приблизительно 99,5%. Тепловую энергию гидролизированного раствора, который выходит из процесса гидролиза при повышенной температуре под давлением, используют для разрежения крахмала, добавленного в раствор глюкозы, или для нагревания технологической воды или пара. После разрежения крахмала и корректирования температуры до оптимальной для действия термически стойких амилаз, осахаривание крахмала происходит очень быстро. Преимуществом этого способа является использование тепла, образованного-3 011136 из гидролитического раствора. Тепловую энергию из раствора глюкозы и теплоту из кубового остатка используют для предварительного нагревания загрузки для заторной колонны. Тепловую энергию отработанной воды используют для улучшения энергетического баланса процесса гидролиза при повышенной температуре под давлением. Компактность и связи связанных процессов (гидролиз, брожение, перегонка и ректификация) и процессов, в которых используют побочные продукты (лигнин, фурфурол, кубовый остаток, дрожжевые клетки и диоксид углерода), облегчают автоматизацию технологического процесса и достижения безотходной системы переработки возобновляемых ресурсов. Комплексное решение проблемы использования лигноцеллюлозного и крахмального сырья обеспечивает максимальное использование всего исходного сырья и тепловой энергии. Устройство, которое используется для осуществления этого способа, состоит из дробилки и бака переработки, загрузочного устройства и нескольких гидролизаторов, последний из которых подключен(через золотниковый клапан высокого давления) к расширителю среднего давления, нижняя часть которого подключена (через золотниковый клапан среднего давления) трубой к верхней части расширителя низкого давления. Нижняя часть расширителя низкого давления подключена (через ротационный питатель) трубой к баку гидролитического продукта с мешалкой. Этот бак также подключен к разделяющему устройству, первая коллекторная часть которого подключена к первому баку для раствора сахарного гидролизата. Его вторая коллекторная часть для твердой фазы, которая не прореагировала, подключена ко второму баку для остаточной лигноцеллюлозной фазы. Верхняя часть расширителя среднего давления и расширителя низкого давления подключена к верхней части ректификационной колонны фурфурола и к баку для фурфурола. Согласно изобретению червячное напорное загрузочное устройство непрерывного действия состоит из сегментов, выполненных из корпуса с однозаходным червяком конвейера на вале. Эти несколько сегментов, дополненные головкой, внутренняя геометрическая форма которой адаптирована к положению оправки, вкрученной в конец вала. Между витками червяка помещены по крайней мере одно паровое кольцо и фиксатор. На стороне входа сырья паровое кольцо конически расширяется. В месте парового кольца внутренняя часть корпуса имеет вкладыш, по форме выполненный как тонкое круглое кольце шириной 3-6 мм. К головке прикреплен выходной фланец с выходным вкладышем с переходником, который ведет к первому гидролизатору. Корпус одного из сегментов имеет боковое первое отверстие, предназначенное для подачи измельченного сырья, и второе отверстие, предназначенное для подачи технологической воды. Кроме того, перед первым витком червяка на вале прикреплена соединительная пластина и находятся подшипники. Вал соединяется с приводным агрегатом. Первый гидролизатор имеет также источник подачи пара с кислотой низкой концентрации и подключен по крайней мере к одному другому гидролизатору. Последний гидролизатор подключен через золотниковый клапан высокого давления к расширителю среднего давления, нижняя часть которого подключена через золотниковый клапан среднего давления к верхней части расширителя низкого давления. Его нижняя часть подключена через ротационный питатель к смесительного баку продукта гидролиза. Верхняя часть расширителя среднего давления подключена по трубопроводу к первым теплообменникам, вторым теплообменникам и через третий бак - к верхней части первой ректификационной колонны. Верхняя часть первой ректификационной колонны подключена через третий теплообменник и нижнюю часть аппарата для декантации к четвертому баку для фурфурола, а верхняя часть аппарата для декантации подключена через пятый бак для смеси фурфурола низкой концентрации назад к третьему баку. Второй бак для твердых остатков лигноцеллюлозы, которая не прореагировала, подключен по трубопроводу к ферментативному гидролизатору, который подключен к устройству для приготавливания ферментов и сепаратора для отделения глюкозы от лигнина. Сепаратор подключен к шестому баку для лигнина и седьмому баку для приготавливания ферментативной среды. Первый бак для раствора сахарного гидролизата подключен к реакционным аппаратам под давлением для разрежения крахмала, которые оснащены системой подачи раздробленного крахмального сырья. Реакционные аппараты подключены к ферментативным гидролизаторам крахмала, которые далее подключены через четвертый и пятый теплообменники к ферментерам. Оба ферментера подключены через сепаратор дрожжевых клеток к четвертому теплообменнику, который подключен к перегонному устройству. Перегонное устройство подключено к испарителю и второй ректификационной колонне. Перегонное устройство, испаритель и вторая ректификационная колонна подключены к нагревательному устройству. Эта ректификационная колонна в зоне отработанной воды подключена к шестому баку для накопления воды, в котором технологическая вода нагревается в первых теплообменниках для котла нагревательного устройства. Расширители выполнены в форме циклонных сепараторов, и расширительный золотниковый клапан среднего давления входит в расширитель среднего давления по касательной. Краткое описание графического материала На фиг. 1 представлена схема технологического процесса ферментативного гидролиза для переработки лигноцеллюлозных и крахмальных материалов. На фиг. 2 представлено напорное червячное загрузочное устройство непрерывного действия.-4 011136 Перечень соответствующих позиций Фиг. 1: 1 - ленточный конвейер; 12 - бак переработки; 13 - загрузочное устройство; 14 - электрический котел (газовый котел или котел на твердом топливе); 22 - первый гидролизатор; 23 - соединительный напорный трубопровод; 24 - второй гидролизатор; 25 - переливной трубопровод; 26 - расширительный золотниковый клапан высокого давления; 27 - расширитель среднего давления; 28 - расширительный золотниковый клапан среднего давления; 29 - расширитель низкого давления; 30 - ротационный питатель; 31 и 32 - первые теплообменники (для паровой фазы из стадии расширения); 33 - бак для технологической воды; 34 и 35 - вторые теплообменники; 42 - третий бак (для входной смеси фурфурола); 43 - первая ректификационная колонна; 44 и 45 - третьи теплообменники (для охлаждения фазы фурфурола после ректификации); 46 - аппарат для декантации; 47 - пятый бак (для 8% смеси фурфурола); 49 - четвертый бак (для 92% смеси фурфурола); 50 - обменник (для охлаждения смеси из ректификационной колонны); 51 - бак для раствора смеси уксусной кислоты, муравьиной кислоты и воды; 52 - шестой бак для накопления воды (часть теплового цикла); 53 - бак для продукта гидролиза с мешалкой; 54 - разделяющее устройство; 55 - второй бак (для твердых лигноцеллюлозных остатков, которые не прореагировали); 56 - устройство для приготавливания фермента целлюлозы; 57 - ферментативный гидролизатор целлюлозы в глюкозу; 58 - сепаратор глюкозы и лигнина; 59 - шестой бак для лигнина; 60 - седьмой бак для приготавливания ферментативной среды; 61 - первый бак (для раствора сахарного гидролизата); 62 - пятый теплообменник; 63 и 64 - ферментеры; 66 - сепаратор дрожжевых клеток; 67 - восьмой бак для дрожжевых клеток; 69 - перегонное устройство; 70 - вторая ректификационная колонна; 72 - испаритель; 73 - девятый бак (для кубового остатка, дрожжевых клеток, биогаза); 78 и 79 - реакционный аппарат для разрежения крахмала; 80 - четвертый теплообменник; 82 и 83 - ферментативный гидролизатор крахмала (для осахаривания). Фиг. 2: 85 - вал; 86 - однозаходный червяк конвейера; 87 - первое отверстие (для сырья); 88 - паровое кольцо; 89 - фиксатор; 91 - оправка; 92 - выходной фланец; 93 - выходной вкладыш с переходником; 94 - корпус; 95 - подшипник; 96 - соединительная пластина; 97 - второе отверстие; 98 - головка.-5 011136 Примеры осуществления На фиг. 1 представленная схема для переработки лигноцеллюлозных и крахмальных материалов является непрерывной. Устройство состоит из ленточного конвейера 1, соединенного с червячным напорным загрузочным устройством 13. Загрузочное устройство 13 подключено к первому гидролизатору 22, который подключен к последнему, второму гидролизатору 24. Первый гидролизатор 22 оснащен питательным трубопроводом, через который в первый гидролизатор 22 подается кислота для корректирования кислотности в первом гидролизаторе 22. В зависимости от производительности может быть несколько гидролизаторов. При этом каждый из них оснащен червяком приводного конвейера и соединительными напорными трубопроводами между гидролизаторами для пропуска сырья. Последний второй гидролизатор 24 подключен через переливной трубопровод 25 с расширительным золотниковым клапаном высокого давления 26 к расширителю среднего давления 27. Нижняя часть расширителя среднего давления 27 подключена через расширительный золотниковый клапан среднего давления 28 через трубопровод к верхней части расширителя низкого (атмосферного) давления 29. Нижняя часть расширителя низкого (атмосферного) давления 29 подключена через ротационный питатель 30 через трубопровод к баку 53 для продукта гидролиза с мешалкой, который дальше подключен через трубопровод к разделяющему устройству 54, например фильтровальному прессу. Его первая коллекторная часть подключена к первому баку 61 для раствора сахарного гидролизата, а вторая коллекторная часть для твердой фазы, которая не прореагировала, подключена ко второму баку 55 для фазы твердых лигноцеллюлозных остатков, которые не прореагировали. Верхняя часть расширителя среднего давления 27 и расширителя низкого давления 29 подключена через трубопровод к первым теплообменникам 31 и 32, ко вторым теплообменникам 34 и 35 и через третий бак 42 к верхней части первой ректификационной колонны 43. Верхняя часть ректификационной колонны 43 подключена через третьи теплообменники 44 и 45 через нижнюю часть аппарата для декантации 46 к четвертому баку для фурфурола 49. Верхняя часть аппарата для декантации 46 подключена через пятый бак 47 для смеси фурфурола низкой концентрации(8%) назад к третьему баку 42. Расширитель среднего давления 27 и расширитель низкого давления 29 выполнены в форме циклонных сепараторов, и расширительный золотниковый клапан среднего давления 28 входит в расширитель среднего давления 27 по касательной. Второй бак 55 для твердых лигноцеллюлозных остатков, которые не прореагировали, подключен через трубопровод к ферментативному гидролизатору 57, который подключен к устройству 56 для приготавливания ферментов и сепаратору 58, предназначенному для разделения глюкозы и лигнина. Сепаратор 56 подключен к шестому баку 59 для лигнина и к седьмому баку 60 для приготавливания ферментативной среды. Первый бак 61 для раствора сахарного гидролизата после гидролиза подключен к реакционным аппаратам 78 и 79 для разрежения крахмала, которые оснащены системой подачи раздробленного крахмального сырья. Реакционные аппараты 78 и 79 для разрежения крахмала подключены к ферментативным гидролизаторам крахмала 82 и 83, которые дальше подключены через четвертый 80 и пятый 62 теплообменники к ферментерам 63 и 64. Оба ферментера подключены через сепаратор дрожжевых клеток 66 к четвертому теплообменнику 80, который подключен к испарителю 72 кубового остатка и второй ректификационной колонне 70. Перегонное устройство 69, испаритель 72 и вторая ректификационная колонна 70 подключены к нагревательному устройству. Вторая ректификационная колонна 70 в зоне отработанной воды подключена к шестому баку 52 для накопления воды для технологической воды, нагретой в первых теплообменниках 32 и 33 для котла 14 нагревательного устройства. На фиг. 2 представлено червячное загрузочное устройство непрерывного действия 13. Загрузочное устройство непрерывного действия 13 состоит из сегментов, выполненных из корпуса 94 с однозаходным червяком 86 конвейера, установленном на вале 85. Эти несколько сегментов дополнены головкой 98, внутренняя геометрическая форма которой адаптированная к положению оправки 91, вкрученной в конец вала 85. Между витками червяка помещены по крайней мере одно паровое кольцо 88 и фиксатор 89, что крепит паровое кольцо 88 к отрезку всего червяка 86. На стороне входа сырья паровое кольцо 88 конически расширяется. В месте парового кольца 88 внутренняя часть корпуса 94 имеет вкладыш 94, по форме выполненный как тонкое круглое кольцо шириной 3-6 мм. К головке прикреплен выходной фланец 92 с выходным вкладышем 93 с переходником, который ведет к первому гидролизатору 22. Корпус 94 одного из сегментов имеет боковое первое отверстие 87, предназначенное для подачи измельченного сырья, и второе отверстие 97, предназначенное для подачи технологической воды. Кроме того, перед первым витком червяка на вале прикреплена соединительная пластина 96 и находится подшипник 95. Вал соединяется с приводным агрегатом. Измельченное сырье непрерывно подается во входной бак для червячного напорного загрузочного устройства 13, которое состоит из нескольких конструктивных частей. Червяк транспортирует модифицированное сырье ко второй части, в которую подается технологическая вода. Сырье проходит через фиксатор 89 и паровое кольцо 88, где сырье сжимается и нагревается при переходе из одной части в другую. Нагретое таким образом сырье дальше транспортируется червяком 86 такого же диаметра через-6 011136 фиксатор 89 к еще одной части с присоединенным однозаходным червяком 86, что заканчивается последним паровым кольцом 88 и оправкой 91. Давление в последней части, которая ведет к гидролизатору, равняется приблизительно 1,5-3,2 МПа, а температура 80-90 С. Нагретое и частично превращенное в волокно сырье проходит по периметру парового кольца 88 и через выходной вкладыш 93 с переходником к входной части первого гидролизатора 22. Суспензия, которая прореагировала, подается из последнего гидролизатора 24 по напорному трубопроводу через расширительный золотниковый клапан высокого давления 26 к первому расширителю среднего давления, внутри которого давление равняется 0,8 МПа, а температура 170 С. В верхних частях расширителей предусмотренные второй и третий трубопроводы предназначены для выпуска паровой фазы. Большая часть фурфурола выходит в паровой части, теплота конденсации и скрытая теплота которой используются для предварительного нагревания технологической воды в паровых вторых теплообменниках 34 и 35. Гидролизат переносится из нижней части расширителя среднего давления 27 через расширительный золотниковый клапан среднего давления 28, который подключен к расширителю низкого (атмосферного) давления 29, который через ротационный питатель 30 подключен к баку 53 для продукта гидролиза с мешалкой. Паровая фаза из расширителя низкого (атмосферного) давления переносится через первые теплообменники 31 и 32 по напорному трубопроводу к третьему баку 42, предназначенному для входной смеси фурфурола. Инертная паровая фаза, которая содержит фурфурол, переносится из верхней части гидролизаторов по напорному трубопроводу и через расширительный золотниковый клапан высокого давления 26 к теплообменнику, откуда конденсированная инертная фаза переносится к третьему баку 42 для смеси фурфурола, а также кислот. Смесь фурфурола в третьем баке 42 находится при температуре 30 С и оттуда помпой подается в первую ректификационную колонну 43, из верхних тарелок которой смесь фурфурола переносится по напорному трубопроводу через теплообменник к аппарату для декантации 46, из нижней части которого фурфурол концентрацией 92 мас.% перекачивается для отгрузки как готовой продукции, а верхняя часть которого содержит смесь фурфурола и воды с концентрацией фурфурола 8 мас.%, которая перекачивается по трубопроводу из нержавеющей стали к верхней части первой ректификационной колонны 43. Кубовый остаток из первой ректификационной колонны 43 перекачивается по трубопроводу из нержавеющей стали к баку 51 для раствора смеси кислот и воды. Из нижней части расширителя низкого (атмосферного) давления 29 раствор подается через ротационый питатель 30 по трубопроводу к смесительному баку 53, откуда гидролизированная смесь направляется по трубопроводу к разделяющему устройству 54 (фильтровального пресса или центрифуги), в котором из фазы превращенной в волокна лигноцеллюлозы прессованием отделяется сахарный раствор. Сахарный раствор собирается в первом баке 61 для раствора сахарного гидролизата. Фаза превращенной в волокна лигноцеллюлозы направляется по трубопроводу к ферментативному гидролизатору 57, к которому подаются все ферменты целлюлозы. Из ферментативного гидролизатора 57 гидролизированная твердая фаза направляется наружу через два ответвления с перепуском к сепаратору 58 раствора глюкозы и лигнина, откуда лигнин направляется к шестому баку 59 для лигнина, а раствор глюкозы подается в седьмой бак 60 для приготавливания ферментативной среды. Альтернативно, второе ответвление подключено к системе гидролиза при повышенной температуре под давлением для завершения гидролиза. После завершения гидролиза раствор глюкозы направляется из первого бака 61 в нагретый реакционный аппарат 78 под давлением с мешалкой, а потом в ферментативный гидролизатор крахмала 82, где происходит ферментативное осахаривание крахмала в глюкозу. Раствор глюкозы направляется по трубопроводу и через нагнетательную помпу к седьмому баку 60 для приготавливания ферментативной среды,откуда он поступает через нагнетательную помпу и теплообменник к ферментеру 63. Ферментер 63 подключен к сепаратору дрожжевых клеток 66, откуда дрожжевые клетки возвращаются к ферментеру 63, а раствор этанола нагревается в теплообменнике и дальше направляется в перегонное устройство 69, которое подключено к испарителю 72 и второй ректификационной колонне 70, или в конечном итоге в устройство для дегидратации этанола 71. Концентрированный кубовый остаток отводится из испарителя 72. Отработанная вода со стадии ректификации этанола и часть фурфурола возвращаются к циклу для нагревания в нагревательном устройстве для дальнейшего использования в процессе гидролиза и ректификации. Отработанная вода возвращается в процесс полностью, за исключением воды, которая содержится в смоченных продуктах, и промывной воды. Целесообразным является использование фосфорной кислоты,поскольку ее соли действуют как питательные вещества. Преимущество предлагаемых способа и устройства состоит особенно в том факте, что в процессе гидролитической ферментативной технологии весь исходный материал перерабатывается в товарную продукцию - фурфурол, лигнин, этанол, уксусную кислоту, муравьиную кислота, диоксид углерода и кубовый остаток с дрожжевыми клетками. Преимущество решения для производства всех вышеупомянутых продуктов состоит особенно в том факте, что процесс происходит в одной компактной производственной установке, в нем используются лигноцеллюлозные и крахмальные материалы, и он может обеспечить полную переработку сельскохозяйственной продукции без отходов. Единственным отходом является промывная вода.-7 011136 Это решение имеет то преимущество, что оно предлагает максимально возможную экономию тепловой энергии, необходимой для отдельных технологических операций. Технической и технологической сердцевиной предлагаемого устройства является решение загрузочного устройства для гидролитических, декомпрессионных и других устройств, которое обеспечивает транспортирование исходных материалов и суспензий в гидролизаторах с непрерывным перемещением поршнями, при необходимых температурах, под необходимыми давлениями и с необходимым периодом задержки лигноцеллюлозных материалов в гидролитической части с непрерывной конвергенцией к переработке крахмала. Особое преимущество предлагаемых способа и устройства состоит в том, что процесс производства биоэтанола по гидролитической ферментативной технологии технологически решенный в одной компактной производственной установке, и перерабатываются лишь возобновляемые ресурсы. Устройство этого типа может перерабатывать, естественно, всякую биомассу без значительных отходов. Это устройство является полностью осуществимым в условиях заводов средних размеров в Чешской Республике и не зависит от импорта. Внедрение этой технологии делает возможным (с высоким коэффициентом использования 75-85%) производство из лигноцеллюлозных материалов ресурсов сахаридов низкой стоимости как важнейшего исходного материала для биотехнологических производств с такими дальнейшими преимуществами: а) оживление сельскохозяйственных сообществ, создание новых рабочих мест; б) преимущества использования этанола, выработанного по предлагаемой технологии; в) прибыльность; г) мировая конкурентоспособность; г) уменьшение импортированных топливных ресурсов (сырой нефти); д) универсальность технологии; е) пренебрежительно небольшое влияние на окружающую среду;) использование возобновляемых внутренних ресурсов; ж) переменчивость ресурсов; з) возможность экспорта новых технологий и ноу-хау. Пример 1. Этот пример выбран для переработки соломы пшеницы влажностью 7-10%; для промышленной установки со средней производительностью 1100 кг соломы за час, т.е. 7200 т входного сырья за 300 рабочих дней. Устройство на фиг. 1 содержит 8 рабочих комплектов: 01 - подготовка исходного сырья,02 - нагревательный круг, 03 - часть гидролиза, 04 - отделение фурфурола и кислот, 05 - отделение раствора сахара и твердой фазы, которая не прореагировала, 06 - ферментативный гидролиз целлюлозы, которая не прореагировала. Гидролизирующая и ферментная глюкоза сливается в один сахарный продукт,который (по продажной цене 6-7 чешских крон) является хорошим товарным продуктом, или направляется дальше в бак для приготавливания ферментативной среды комплекта 07 - для производства этанола,комплект 08 предназначен для собирания диоксида углерода. Комплект 01 - подготовка исходного сырья. Основным сырьем на этой стадии является солома пшеницы, но может использоваться и любое другое лигноцеллюлозное сырье. Сохранение соломы обеспечивает вместительность хранилища для подготовки измельченной соломы. Измельченная солома транспортируется ленточным конвейером к червячному напорному загрузочному устройству 13. Нагревательный цикл - 02. Часть технологической воды нагревается непосредственно в котле 14 и также используется для образования пара. Чистая деминерализированная вода подается в котел, который может быть электрическим, газовым или на твердых топливах. Потек, отделенный из стадии расширения двух фаз, обеспечивает нагревание модифицированной воды для завершения системы и направляется вместе с отработанной водой, которая возвращается из испарителя, через первый теплообменник 32, где он нагревается до температуры 90C, проходит далее через бак 33 для технологической воды, из которого проходит через теплообменник 31, в котором нагревается до температуры 160 С, из которого направляется в котел 14. Дополнительная вода в котле 41 нагревается со 160 до 240 С. Чистая затрата тепла в комплекте гидролиза и брожения - 850 кВт. Котел непрерывно перекачивает воду с расходом 4500-6500 кг/ч. Мощность котла регулируется соответственно давлению в разделяющем сосуде.Назначение разделяющего сосуда - отделение жидкости от пара. Уровень жидкости поддерживается помпой. Комплект гидролиза 03 для производства фурфурола, органических кислот, лигнина, сахаров гидролизирования. Рыхлый лигноцеллюлозный материал подается в бак для переработки 12 загрузочного устройства 13. Сырье, которое проходит через фиксатор 89 и паровое кольцо 88, где происходит сжимание, нагревается до температуры 80-90 С. Частично превращенный в волокна материал непрерывно поступает к встречному давлению первого гидролизатора 22 через выходной вкладыш 93 с переходником и проходит по соединительному напорному трубопроводу 23 во второй гидролизатор 24. После прохождения через переходник загрузочного устройства 13 материал медленно распадается в гидролизаторе при температурах 195-235 С. 5000 кг пара при температуре 235 С дозируются в первый гидролизатор 22 с заданной-8 011136 массовой долей. Перед первым гидролизатором 22 в впускной трубопровод подают кислоту с массовой долей 0,2-0,85 мас.% относительно к суспензии. Гидролизированная смесь проходит к стадии расширения двух фаз. Пар при температуре 170 С под давлением 0,8 МПа проходит из расширителя среднего давления 27 в первый теплообменник 31, где он предварительно нагревает технологическую воду с 90 до 160 С. Основная цель двойного расширения - улучшить рекуперацию тепла. Для рекуперации используется лишь паровая фаза из теплообменников - не сахарный раствор с твердой фазой. Раствор сливается расширительним золотниковым клапаном среднего давления 28 к циклонному расширителю низкого давления 29. Паровая фаза смешивается с паровой фазой расширителя среднего давления 27 и расширителя низкого давления 29, а их теплота конденсации и скрытая теплота используются в первом теплообменнике 32 для предварительного нагревания технологической воды до температуры 90 С. Нагретая технологическая вода проходит из первого теплообменника 32 в бак 33 для технологической воды. Раствор сахарного гидролизата с остатками твердой фазы, которая не прореагировала, выпускается через ротационный питатель 30 в бак 53 с мешалкой. Раствор гидролизирования помпой подается в другой рабочий комплект 05. Отделение фурфурола (комплект 04) из паровой фазы расширителей решается благодаря непрерывной связи с комплектом 03 гидролиза. Фурфурол (летучие компоненты) высвобождается из гидролизаторов первым. Конденсат пара и инертной фазы направляется из вторых теплообменников 34 и 35 в третий бак 43 для смеси фурфурола, где смесь охлаждается до температуры 20-30 С и потом подается помпой в первую ректификационную колонну 43, откуда выходят два потока. Из верхних тарелок это преимущественно раствор фурфурола, метанола и воды, из нижней части - это раствор кислот и воды. Поток фурфурола вводится через третьи теплообменники 44 и 45 в аппарат для декантации 46, где охлажденная неоднородная смесь гравитационно разделяется на два пласта. Нижний пласт содержит приблизительно раствор фурфурола в воде концентрацией 92% и частично метанол. Этот пласт перекачивается в четвертый бак 49 для 92% фурфурола для дальнейшего использования как продукта. Верхний пласт аппарата для декантации 46 содержит приблизительно 8% фурфурола, остальное метанол и вода. Этот пласт подается назад в первую ректификационную колонну 43. Нижний поток из первой ректификационной колонны 43, который содержит кислоты и воду, отводится в бак 51 для раствора смеси кислот как продукта или для дальнейшей переработки. Эту азеотропную смесь невозможно непосредственно разделить путем ректификации. Сначала необходимо осуществить экстракцию. Если не используется третий бак 42 для смеси фурфурола, с точки зрения отделения фурфурола предпочтительнее смешивать выход из расширителей среднего и атмосферного давления и направлять каждый из них на разную тарелку первой ректификационной колонны 43. Комплект 05 - отделение раствора сахара и твердой фазы, которая не прореагировала. Суспензия смеси, полученная в баке 53 с мешалкой, подается помпой в фильтровальный пресс разделяющее устройство 54, где остатки целлюлозы и лигнина, которые не прореагировали, разделяются и направляются к второму баку 55 для твердой фазы, которая не прореагировала. Раствор сахара направляется к первому баку 61, откуда помпой перекачивается к седьмому баку 60 для приготавливания ферментативной среды. Комплект 06 решает ферментативный гидролиз фазы, которая не прореагировала. Комплект 07 решает переработку зерна и крахмала. Раствор гидролитической глюкозы при температуре приблизительно 80 С попеременно перекачивается к реакционным аппаратам 78 и 79 под давлением. Одновременно к реакционным аппаратам 78 и 79 подается измельченное зерно. Загрузка нагревается до температуры, необходимой для разрежения крахмала (приблизительно 100110 С), и после соответствующей задержки перекачивается через четвертый расширитель 80 в один из ферментативных гидролизаторов крахмала 82 или 83, где после придания амилаз и корректирования температуры и pH происходит ферментативный гидролиз крахмала в глюкозу. Гидролизированный раствор перекачивается помпой через седьмой бак 60 и через пятый теплообменник 62 к ферментерам 63 и 64. Комплект 08 решает брожение и отделение этанола, которые происходят после комплекта гидролиза и ферментативного гидролиза крахмала. Раствор глюкозы модифицируется до концентрации 8-9 мас.% и после добавки фосфатов и следовых элементов Mg, Zn и после стерилизации поддается дальнейшему брожению. Комплект 09 обеспечивает собирание CO2 (этот комплект на фигурах не показан) с выходом приблизительно 100-150 кг/ч в блочном устройстве среднего давления, которое обеспечивает отделение пены, очистку и сушку CO2 после предварительного сжатия в компрессорах, которые работают без смазочного масла, и дальнейшую принудительную подачу газообразной фазы CO2 для бака 65 для жидкого CO2,в котором происходит конденсация охлаждением. Жидкий CO2 можно извлекать из бака или жидкимCO2 можно заправлять баллоны. В случае необходимости большего выхода количество блоков можно увеличить - другие компоненты при этом значительно не изменятся. Комплект 10 обеспечивает удаление отделенных дрожжевых клеток в восьмом баке 67 и переносит эти побочные продукты вместе с кубовым остатком к девятому баку 73. Кубовый остаток и дрожжи-9 011136 можно использовать как корм для скота. В условиях промышленного производства весь процесс имеет высокую эффективность. Эффективность перегонки составляет приблизительно 99,5%. При использовании технологического тепла, образованного гидролизом, и при постоянной рекуперации тепла этот процесс не так уж и далек от параметров большинства современных способов с использованием нескольких давлений. Кроме того, устройство является простым и не требует значительных капиталовложений. Увязка и относительная простота способов брожения, перегонки и ректификации делают возможную полную автоматизацию и компьютеризацию процесса. Сравнение результатов экономической эффективности отдельных продуктов при переработке лишь лигноцеллюлозного материала (I) и вместе с крахмальным сырьем (II): Исходное сырье I солома 1000 кг/ч Исходное сырье II солома 1000 кг/ч + 500 кг/ч крахмального зерна Состав потоков на выходе: Затраты на производство биоэтанола стандартным способом в 2,5-3,0 раза выше, чем при производстве обычных моторных топлив. На экономическую эффективность производства биоэтанола оказывают влияние стоимость сырья, размер и конструктивное выполнение устройства, стоимость удаления и утилизаци отходов и, главным образом, стоимость энергоносителей. Побочные продукты, получаемые способом переработки лигноцеллюлозного и крахмального материала, изготовленного разработанным устройством, повышают экономическую эффективность устройства и уменьшают затраты на производство биоэтанола. Промышленные применения Этанол концентрацией выше 98 мас.% представляет собой основной продукт этого непрерывного процесса. Есть несколько возможных применений для использования продукта: его можно использовать как добавку к моторных топливам и для процессов зажигания вообще для повышения КПД топлива. Часть производства можно использовать в лакокрасочной промышленности как растворитель, а также в химической и пищевой промышленности.- 10011136 Кроме того, важнейшими продуктами являются фурфурол, лигнин, уксусная кислота, муравьиная кислота, метанол в ограниченном количестве, а также диоксид углерода, кубовый остаток и дрожжевые клетки. Лигнин - это товарный материал большого спроса, в особенности распространенный как наполнитель в резинотехнической промышленности, поскольку он оказывает очень положительное влияние на качество изготовленного материала (в особенности в производстве шин). Фурфурол, уксусная и муравьиная кислоты представляют собой товар, который имеет достаточно высокий спрос на рынке химической продукции. Подобно лигнину они представляют собой товарную продукцию большого спроса, которая вырабатывается в необходимом количестве и которая значительно уменьшает общие затраты производства. Метанол реализуется на рынке химической продукции и может также использоваться в промышленности производства моторных топлив. Диоксид углерода высвобождается в относительно значительных количествах и имеет очень высокое качество (практически чистый выход биологических процессов отвечает требованиям пищевой промышленности). Кубовый остаток и дрожжи можно использовать в агроиндустрии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ комплексной переработки лигноцеллюлозных и крахмальных материалов, которым путем непрерывного гидролиза под давлением, дальнейшего двухстадийного расширения, разделения гидролизата на газообразную фазу и раствор сахаров получают фурфурол, уксусную кислоту и лигнин, отличающийся тем, что измельченное лигноцеллюлозное сырье непрерывно гидролизируют, гидролизированный материал расширяют в две стадии; когда получают паровую фазу и раствор гидролизата, паровая фаза содержит фурфурол, метанол и уксусную кислоту, а раствор гидролизата содержит сахара, лигнин с остаточной целлюлозой и воду; раствор гидролизата прессованием разделяют на раствор сахара и твердую фазу, которая не прореагировала; твердую фазу поддают действию целлюлозных ферментов, в процессе которого получают растворимую целлюлозу и нерастворимый лигнин; лигнин отделяют; к раствору сахаров после гидролиза добавляют раствор глюкозы; к раствору сахаров непрерывно добавляют крахмальный материал и все поддают амилолитическому гидролизу, после которого твердые частицы отделяют и возвращают к гидролизу при повышенной температуре под давлением, раствор глюкозы перекачивают на сбраживание, при котором глюкоза сбраживается в этанол, дрожжевые клетки отделяют и отгоняют этанол. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельченное лигноцеллюлозное сырье смачивают в соотношении 0,1-0,3 мас.%, во время транспортирования этот материал непрерывно механически нагревают до температуры 80-90C, потом гидролизируют при одновременной подаче пара, который содержит 0,2-0,85 мас.% неорганической кислоты относительно массы суспензии, при температуре 190-235C под давлением 1,5-3,2 МПа, при соотношении воды под давлением и твердой основы 1:3,5-1:4,5 на протяжении 9-12 мин; гидролиз осуществляют при одновременном перемещении и сбалансированном смешивании и продвижении твердой и жидкой фаз. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первое расширение осуществляют при температуре 150175C под давлением 0,6-0,9 МПа, большую часть фурфурола отводят как паровую часть, теплоту конденсации и скрытую теплоту которой используют в теплообменнике для предварительного нагревания технологической воды до температуры 160C, а второе расширение осуществляют при температуре 105110C под давлением 0,12-0,15 МПа, когда остаточный фурфурол отделяют от жидкой фазы. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что для ускорения гидролиза при повышенной температуре под давлением добавляют кислоту или кислотообразующее вещество, выбранные из группы, которая состоит из фосфорной кислоты, хлористо-водородной кислоты, серной кислоты или суперфосфата, в концентрации 0,3-0,85 мас.%; эту кислоту смешивают с паром в трубопроводе перед входом в гидролизатор. 5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что крахмальный материал, например отходы, диспергируют в растворе глюкозы, pH которого регулируют в переделах 4-7, а температуру в пределах 30-90C. 6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что сырье нагревают технологической водой под давлением, при этом твердую фазу, которая не прореагировала, возвращают к процессу гидролиза. 7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что тепловую энергию гидролизата используют для нагревания и разрежения крахмала в суспензии крахмальных материалов в растворе глюкозы и для нагревания технологической воды или пара. 8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что тепловую энергию, которую получают из раствора глюкозы и концентрированием кубового остатка, используют для нагревания затора. 9. Способ по пп.1-8, отличающийся тем, что тепловую энергию отработанной воды используют путем смешивания отработанной воды с технологической водой. 10. Устройство для осуществления способа по пп.1-9, которое состоит из дробилки, загрузочного- 11011136 устройства и нескольких гидролизаторов, последний из которых подключен через расширитель среднего давления и расширитель низкого давления к баку гидролитического продукта с мешалкой, и верхние части расширителей среднего давления и низкого давления подключены к верхней части ректификационной колонны фурфурола и к баку для фурфурола, отличающееся тем, что червячное напорное загрузочное устройство непрерывного действия 13 состоит из сегментов, образованных корпусом 94 с однозаходным червяком 86 конвейера, установленном на вале 85, эти несколько сегментов заканчиваются головкой 98, внутренняя геометрическая форма которой адаптирована к положению оправки 91, вкрученной в конец вала 85, между витками червяка помещено по крайней мере одно паровое кольцо 88 и фиксатор 89, на стороне входа сырья паровое кольцо 88 конически расширяется; в месте парового кольца 88 внутренняя часть корпуса 94 имеет вкладыш 94, по форме выполненный как тонкое круглое кольцо шириной 3-6 мм, к головке 98 прикреплен выходной фланец 92 и этот фланец имеет выходной вкладыш 93 с переходником, который ведет к первому гидролизатору 22, корпус 94 одного из сегментов имеет боковое первое отверстие 87, предназначенное для подачи измельченного сырья, и второе отверстие 97, предназначенное для подачи технологической воды; кроме того, перед первым витком червяка на вале прикреплена соединительная пластина 96 и находятся подшипники 95; вал 85 соединяется с приводным агрегатом; первый гидролизатор 22 имеет также источник подачи пара с кислотой низкой концентрации; первый гидролизатор 22 подключен по крайней мере к одному другому гидролизатору; последний гидролизатор 24 подключен через золотниковый клапан высокого давления 26 к расширителю среднего давления 27, нижняя часть которого подключена через золотниковый клапан среднего давления 28 к верхней части расширителя низкого давления 29; нижняя часть расширителя низкого давления 29 подключена через ротационный питатель 30 к баку 53 продукта гидролиза с мешалкой, который подключен посредством разделяющего устройства 54 к первому баку 61 для раствора сахарного гидролизата и к второму баку 55 для твердых остатков лигноцеллюлозы, которая не прореагировала; верхняя часть расширителя среднего давления 27 и расширителя низкого давления 29 подключена к первым теплообменникам 31 и 21, вторым теплообменникам 34 и 35 и через третий бак 42 к верхней части первой ректификационной колонны 43; верхняя часть первой ректификационной колонны 43 подключена через третьи теплообменники 44 и 45 и нижнюю часть аппарата 46 для декантации к четвертому баку 49 для фурфурола; верхняя часть аппарата 46 для декантации подключена через пятый бак 47 для смеси фурфурола низкой концентрации назад к третьему баку 42; второй бак 55 для твердых остатков лигноцеллюлозы, которая не прореагировала, подключен к ферментативному гидролизатору 57, который подключен к устройству 56 для приготавливания ферментов и сепаратора 58, предназначенного для отделения глюкозы от лигнина; сепаратор 58 подключен к шестому баку 59 для лигнина и седьмому баку 60 для приготавливания ферментативной среды; первый бак 61 для раствора сахарного гидролизата подключен трубопроводом к реакционным аппаратам под давлением 78 и 79 для разрежения крахмала, которые оснащены системой подачи измельченного крахмального сырья; реакционные аппараты 78 и 79 подключены к ферментативным гидролизаторам крахмала 82 и 83, которые далее подключены через четвертый теплообменник 80 и пятый теплообменник 62 к ферментерам 63 и 64; оба ферментера подключена через сепаратор 66 дрожжевых клеток к четвертому теплообменнику 80, который подключен к перегонному устройству 69, подключенному к испарителю 72 и второй ректификационной колонне 70 этанола; перегонное устройство 69, испаритель 72 и вторая ректификационная колонна 70 подключены к нагревательному устройству; вторая ректификационная колонна 70 в зоне отработанной воды подключена к шестому баку 52 для накопления воды для нагревания технологической воды в первых теплообменниках 31 и 32 для котла 14 нагревательного устройства. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что расширители 27 и 29 выполнены в форме циклонных сепараторов и расширительный золотниковый клапан среднего давления 28 входит в расширитель среднего давления 27 по касательной.

МПК / Метки

МПК: C12P 7/10, C07D 307/50, D21C 3/24, C13K 1/02

Метки: устройство, способ, переработки, сырья, непрерывной, возобновляемого

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/15-11136-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-nepreryvnojj-pererabotki-vozobnovlyaemogo-syrya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для непрерывной переработки возобновляемого сырья</a>

Похожие патенты