Широкоэкранная презентация

ООО «Биопрепарат»
Казанский государственный технологический университет
ООО «Биотехконсалтинг»
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И
ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ ИЗ
ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
В РЕСПУБЛИКЕ ЧУВАШИЯ
Ю.И. Иванов, В.М.Емельянов, С.Г.Мухачев,
Б.В.Кузнецов, М.Ф.Шавалиев
Детерминирование сферы материального производства
качественными и количественными показателями
используемых энергоносителей и энергосодержание
продукции является важнейшим фактором, который должен
быть положен в основу разработки стратегий регионального
устойчивого развития.
В этом аспекте использование возобновимого
растительного сырья, комплексирование производств,
снижение энергоемкости продукции является важнейшей
задачей.
Массовые доли и соотношения стоимостей продуктов, получаемых
при комплексной переработке 1 тонны зерна пшеницы по данным
Татнефтеинвестхолдинга
Отруби
Сухая
барда
Углекислый
газ
Электроэнергия
65,5
47
248
63
-
35,2
6,5
4,7
24,6
6,3
-
1563
3742
1454
173
918
331
322
14,9
35,8
13,9
0,02
8,7
3,2
3,1
Клейковина
Сироп
Биоэтанол
Крахмал
Масса, кг
68
161
354
Массовая
доля, %
6,7
16,0
Стоимость,
руб.
2139
Доля в
стоимости, %
20,3
Компонент
Массовые доли и соотношения стоимостей продуктов, получаемых
при комплексной переработке 1 тонны сахарной свеклы
Биоэтанол
Пектин
Кормовые
дрожи
Биогумус
Лимонная
кислота
60
10
74
110
4,93
Массовая доля
продукта, %
23,2
3,9
28,6
42,4
1,9
Общая стоимость
продукта, руб.
1080
2800
296,0
291,5
172,6
Доля в стоимости
продукции, %
23,3
60,3
6,4
6,3
3,7
Продукт
Масса продукта, кг
Организация производства биопродукции
1. Производство продукции технического назначения из
непищевого сырья и отходов.
2. Максимально широкий спектр выпускаемой продукции.
3. Развитие производственного комплекса поэтапно с
возможностью ввода новых производств на базе
комплексной переработки сырья и вторичных материалов.
Выход этанола при использовании различных
видов сырья
Выход этанола
в л/т
Выход спирта из биомасс
10% влаж ности
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
Виды сырья
8
9
1 – солома ржаная
2 – сухая зеленая масса топинамбура
3 – клубни топинамбура (пересчет на 10%
влажности)
4 – овес (зерно)
5 – сахарная свекла (пересчет на 10%
влажности)
6 – ячмень (зерно)
7 – пшеница (зерно)
8 – рожь (зерно)
9 – кукуруза (зерно)
Чистый энергетический баланс биоэтанола при использовании:
ЗЕРНА 1,34
ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ 2,62
Себестоимость биоэтанола:
ПАДЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ ГАЛЛОНА
ЭТАНОЛА ПРИ ВНЕДРЕНИИ ЦЕЛЛОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ ФИРМЫ
СЕБЕСТОИМОСТЬ ЭТАНОЛА, $ USA/л
Genencor International
0,2 $ USA
2006 г.
5 $ USA
2001 г.
1 – Бразилия (тростник)
2 – США (кукуруза)
3 – Россия (пшеница)
4 – Европа (пшеница)
5 – Европа (сахарная свекла)
Перспективное сырье - топинамбур
Переработка надземной массы топинамбура дает в
пересчете на 1 га 3-4 т спирта.
Выход спирта из зеленой массы топинамбура в 1,5-2
раза выше выхода спирта при переработке зерна кукурузы,
пшеницы, ячменя в расчете на гектар угодий.
Себестоимость спирта, получаемого из зеленой массы
топинамбура по оценкам канадских экономистов составит
0,14 – 0,15 $USA за 1 литр
Перспективное сырье - топинамбур
Сравнение топинамбура с лесными культурами по
экологическим параметрам оказывается также в пользу
топинамбура. Один гектар топинамбура способен поглощать из
воздуха за год 6 т углекислого газа, а 1 га леса – 3-4 т.
Коэффициент использования фотосинтетически активной
радиации (ФАР) составляет у топинамбура (сорт Интерес) – 2,44,2 % и топинсолнечника (Новость ВИРа) – 3,9-5,3 %, в то время
как у кукурузы 1,1 % и большинства полевых культур 0,5-1,5 %.
Возможные варианты конверсии сырья
Лигноцеллюлозное, крахмал- и инулин содержащее сырье
Кислотный гидролиз
Термическая и механическая
обработка
Ферментативный гидролиз
Микробиологическая утилизация
лигнина
Микробиологическая конверсия
АЭРОБНЫЙ ПРОЦЕСС
АНАЭРОБНЫЙ ПРОЦЕСС
Белковые препараты
Аминокислоты
Органические кислоты
Ферменты
Бактериальные удобрения
Биологические средства защиты растений
Ветеринарные препараты
Органические кислоты
Спирты
Кетоны
Биогаз
Водород
Витамины
Удобрения
Гидролиз зеленой массы топинамбура
В Сибирском государственном технологическом
университе, г. Красноярск (repyakh@sibstu.kts.ru)
проведена обработка массы стеблей топинамбура:
экстракция горячей водой – до 32% от СВ, остальные
СВ - гидролиз разбавленной серной кислотой.
Оптимальная продолжительность гидролиза –
105 минут при температуре 160 °С.
Выход РВ – 54% от СВ
Состав экстракта и гидролизата стеблей
топинамбура, % масс. от РВ
Компонент
Фруктоза
Глюкоза
Галактоза
Арабиноза
Ксилоза
Состав экстракта
49,9
34,1
16,0
0
0
Состав гидролизата
37,7
48,6
0,9
8,6
4,2
130
130
128
128
Температура, град.
Температура, град.
Сравнение процессов гидролиза растительной зеленой массы
минеральными кислотами
126
124
122
120
118
126
124
122
120
118
0
50
100
150
200
0
50
100
150
200
250
300
200
250
300
Время, мин
3,3
3,7
3,1
2,9
3,5
Давление, Р
давление, Р
Время, мин
2,7
2,5
2,3
2,1
1,9
1,7
3,3
3,1
2,9
2,7
1,5
2,5
0
50
100
Время, мин
Серная кислота, 2 %
150
200
0
50
100
150
Время, мин
Сернистая кислота, 2 %
Производство и потребность в биопродуктах в
РФ, тыс.т в год
1. Биоэтанол
2. Лимонная кислота
3. Молочная кислота
Производство
Потребность
0
2
2
3600
30
5
Примечание: потребность в молочной кислоте указана без учета
планируемого производства упаковочных материалов
Распределение сырьевого ресурса
1. Ферментолизат клубней топинамбура:
- биосинтез молочной кислоты;
- биосинтез лимонной кислоты.
2. Гидролизат (ферментолизат) зеленой массы:
- брожение с получением биоэтанола;
- аэробное выращивание чистых и посевных
культур микроорганизмов.
Продуктивности установок по производству этанола при
использовании отечественных рас дрожжей, кг/м3·час
20
18
16
14
1 – традиционная схема
12
10
2 – рецикл по биомассе
8
6
3 – брожение под вакуумом
4
2
0
1
2
3
концентрация
клеток, млн/мл
Рост спиртовых дрожжей в аэробных и
анаэробных условиях
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
5
10
время роста, час
аэробный процесс
анаэробный процесс
15
Линия чистой культуры
Включает:
1. Инокулятор с наномембранным устройством
подвода газового питания.
2. Генератор биомассы двухсекционный с
многоярусным дисковым диспергатором
газа интенсивного действия.
Стенд инокулятора колонного типа с мембранным узлом
стерилизации кислорода
СИСТЕМА ОТБОРА ГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗЫ
РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС
ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЦИКЛОНЕ
ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЕ НАСОСЫ ПОДАЧИ СРЕД
КОРПУС БИОРЕАКТОРА
Результаты выращивания посевного материала в
биореакторе интенсивного действия объемом 10 м3
с дисковым многоярусным диспергатором газа
№
п/п
1
2
3
4
5
6
Показатель
Длительность выращивания, ч
Прирост концентрации биомассы
продуцента, кгАСБ/м3
Съем биомассы, кгАСБ
Величина конечного объема
культуральной жидкости, м3
Продуктивность, кгАСБ/м3·час
Средний удельный расход энергии,
кВт·ч/кгАСБ
Регламентный процесс
Экспериментальные
процессы
18,0
№1
22,5
№2
23,0
№3
22,5
11,55
45,50
38,50
36,75
57,75
181,09 169,40 154,35
5,00
3,98
4,40
4,20
3,21
8,05
7,37
6,86
4,83
2,10
2,04
2,39
Как выбрать объем посевного биореактора?
Длительность стадии
наращивания биомассы,
час
Временные характеристики наращивания
биомассы продуцента в продуктовом
реакторе
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
Доля объема посевного аппарата, %
50
Предложения по комплексу производств
1.
Переработка зеленой массы топинамбура –
с
использованием сернистой кислоты или (и) ферментов (с
сопряжением экзо- и эндэргонических процессов и рекуперацией
сернистого газа).
2.
Создание унифицированной линии чистой культуры на базе
инокулятора с наномембранным устройством газового питания и
комбинированным генератором биомассы с дисковым
многоярусным диспергатором газа, объемом 20% от объема
продуктового биореактора.
3. Утилизация низкопотенциального тепла и низко концентрированных
потоков углекислого газа в системе очистки вод с помощью водной
растительности, с возвратом зеленой массы на стадию гидролиза или
на производство биогаза с использованием технологии кафедры
ботаники и биотехнологии Казанского ГПУ.
4. Производство лимонной кислоты осуществить по технологии ИБФМ с
использованием дрожжевых культур. (Провести исследования по
интенсификации процесса).
5. Организовать в перспективе глубокую переработку лигнина с
получением сиреневого альдегида и других ценных продуктов. При
создании производственных корпусов заложить свободные
терминалы для размещения малых наукоемких производств на
основе аренды.
6. Развивать производство постадийно, начиная с производства биогаза
(производство в процессе развития должно оставаться безотходным
и с замкнутой системой водопользования).
БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ
Координаты для связи:
8-(843)-231-40-49, ksoes@mi.ru