Способ получения биоэтанола из водорослей

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.

 

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 https://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 https://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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для ректификации спирта. Изобретение касается устройства ректификационной установки, содержащего последовательно соединённые друг с другом сообщающиеся перегонный куб, снабжённый нагревателем, накопитель флегмы с паролифтовым подъёмом флегмы для питания ректификационной колонны, ректификационную колонну и дефлегматор.

Группа изобретений относится к реакционной смеси для получения этанола и/или ацетата из источника углерода в аэробных условиях и ее применению. Предложена реакционная смесь для получения этанола и/или ацетата из источника углерода в аэробных условиях, содержащая первый ацетогенный микроорганизм в экспоненциальной фазе роста, свободный кислород в концентрации от 0,000005% до 1% по объему и второй ацетогенный микроорганизм в стационарной фазе.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ получения спирта характеризуется тем, что спиртосодержащую жидкость нагревают в кубе ректификационной колонны, перегоняют с разделением фракций, для чего осуществляют измерение температуры пара в колонне, и ожидают начало стабилизации температуры.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ подачи тепловых потоков при получении ректификованного спирта осуществляют в брагоректификационной установке, включающей источник острого пара, бражную (1), ректификационную (3), эпюрационную (5), сивушную (8), метанольную (10) и эфирную колонны (12).
Изобретение относится к микробиологической, спиртовой и дрожжевой промышленности. Предложен штамм Pichia kluyveri ВКПМ Y-4343, являющийся продуцентом этанола и микробного белка.

Изобретения относятся к биотехнологии. Предложены реакционная смесь для получения по меньшей мере одного высшего спирта в водной среде, способ получения по меньшей мере одного высшего спирта в водной среде, применение указанной реакционной среды для получения по меньшей мере одного высшего спирта.

Изобретения относятся к биотехнологии. Предложены реакционная смесь для получения по меньшей мере одного высшего спирта в водной среде, способ получения по меньшей мере одного высшего спирта в водной среде, применение указанной реакционной среды для получения по меньшей мере одного высшего спирта.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен штамм Metschnikowia pulcherrima Ден -1 7-2018, обладающий способностью продуцировать этиловый спирт и микробный белок, депонированный под регистрационным номером ВКПМ Y- 4340.
Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к штамму дрожжей Metschnikowia pulcherrima ВКПМ Y-4339 - продуценту микробного белка и этанола. Предложенный штамм Metschnikowia pulcherrima ВКПМ Y-4339 неприхотливый к культивированию и хранению, обладает невысокой температурой размножения, обеспечивает высокий прирост биомассы при получении микробного белка, а также высокий выход этанола..
Изобретение относится к биотехнологии. Штамм дрожжей Pichia kudriavzevii Ден-5 10-2018, обладающий способностью продуцировать этанол и микробный белок, депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером ВКПМ Y-4341.

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способу культивирования вида рода Haematococcus, а именно Haematococcus pluvialis, для производства астаксантина. Способ культивирования Haematococcus pluvialis для выработки астаксантина включает стадии обеспечения субстрата, расположения Haematococcus pluvialis на поверхности субстрата, экспонирования Haematococcus pluvialis, расположенного на субстрате, высокой интенсивности света по меньшей мере около 150 мкмоль фотонов м-2с-1 с начала процесса культивирования, сбора культивируемых Haematococcus pluvialis и выделения астаксантина.
Наверх