Сырье - eep.org.ua

Германский центр исследования биомассы
German Biomass Research Centre
Круглый стол на тему «Инновационные методы
переработки сельскохозяйственной продукции»
Инновационные методы переработки
сельскохозяйственной продукции для производства
биотоплива
Aрне Грёнгрёфт
Севастополь, 30 сентября 2010 года
Deutsches BiomasseForschungsZentrum gemeinnützige GmbH, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, www.dbfz.de
Содержание
 DBFZ – Германский центр исследования биомассы
 Обзор цепочек биотоплива
 Сельскохозяйственное сырье на Украине
• Зерновые культуры
• Сахарная свекла
• Масличные культуры
 Инновационные способы производства
• Биоэтанол
• Биодизель
 Экономические аспекты
 Перспектива: Биотопливо из побочных продуктов
 Обобщение
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
2
DBFZ
Цели и задачи
 Практико-ориентированные НИОКР по вопросам энергетического
использования биомассы
 Консультирование частных и государственных учреждений по всем
вопросам на тему «Получение энергии из биомассы»
 Наблюдение за рынком и предоставление информации
 Поддержка федеральных министерств при решении стратегических
вопросов на тему «Использование биомассы / Биоэнергия»
 Контроль и сертификация твердых и жидких видов биотоплива и
оборудования для производства тепла, электроэнергии и горючего
 Сотрудничество в рамках национальных и международных
объединений и комитетов, в том числе при нормировании и выработке
предписаний
 Объединение в кооперационную сеть значимых участников рынка
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
3
DBFZ
Организация и интеграция
Научно-исследовательский консультативный совет
Биоэнергетические системы
(Б)
Наблюдательный
совет
(Фед. мин-во продовольствия,
сельского хозяйства и защиты
прав потребителей; Фед. мин-во
окружающей среды, охраны
природы и безопасности
ядерных реакторов; Фед. мин-во
транспорта, строительства и
городского развития; Фед. мин-во
образования и научных
исследований; Мин-во
окружающей среды и сельского
хозяйства земли Саксония)
Федеральное министерство
продовольствия, сельского хозяйства
и защиты прав потребителей
Сотрудничество
(в том числе с научно-исследовательскими учреждениями, а также
частными и промышленными
предприятиями
DBFZ – Германский
центр исследования
биомассы
Биогазовые
технологии
(Т)
Сжигание
биомассы
(С)
Термохимическая управляющая техника
(У)
Биогорючее
(Г)
Биогазовая
лаборатория
Топливная
лаборатория
испытат.стенды,
малые топочные
устройства
Teхнический
центр, пилотные
и демонстрационные установки
Лаборатория
горючего,
испытат.стенды,
моторы
Международное
(М)
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
4
Германский центр исследования биомассы DBFZ
Биогорючее
Biokraftstoffe
Биогорючее
Biomasselogistik
Логистика
биомассы
Производство
Biokraftstoffбиогорючего
produktion &&
технологии для
Technologien
für
биоперерабатывающих
Bioraffinerien
заводов
Характеризация
Kraftstoffбиогорючего
charakterisierung
Общие системы
Gesamtsysteme
биогорючее
Biokraftstoffe
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
5
Обзор цепочек биотоплива
Получение
биомассы
(логистика)
(напр. кукуруза,
зерно)
(напр. тростник,
свекла)
Заготовка /
получение
Прессование / Этерификация /
переэтериэкстрагирофикация
вание
Дистрибьюция биогорючего
Биодизель
(FAME)
Хранение на
складе
Стебельчатая
биомасса
(напр. древесные
отходы, ива, тополь)
(напр. мискантус,
солома, трава)
Транспортировка
Обработка
Производство
биогорючего Физико-химическое преобразование
Растительное масло
(VO)
Древесная
биомасса
КрахмалосодерСахаросодержащая биомасса жащая биомасса
Гидр. раст.
масло
(HVO)
Дистрибьюция
Алкогольная
ферментация
Анаэробное
сбраживание
Биоэтанол
Биометан /
биогаз
Tрансферная
станция
АЗС
биомасса из отходов
(напр. экскременты,
биоотходы)
Хранение
на складе
Перегрузка
Биохимическое преобразование
Побочные прод./
Термохимическое преобразование
Пиролиз
Биометан /
био-СПГ
Использование биогорючего
Газификация
BTL
(FT, DME)
Двигатель
внутреннего
сгорания
Водород
Гибридные
двигатели
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
© DBFZ, 2009
ЗемлепользоМаслосодервание
(производст- жащая биомасса
во биомас- (напр. рапс, соя,
пальма, ятрофа)
сы)
6
Сырье
Распределение украинского сырья
Объем произведенной продукции в 2008 году (в млн. т)
30
25
20
15
Ethanol
Этанол
10
Biodiesel
Биодизель
5
0
Darstellung DBFZ, Datenquelle: FAO (http://faostat.fao.org/site/342/default.aspx)
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
7
Сырье
Зерновые культуры на Украине
 В последние годы производство
пшеницы и кукурузы было
значительно расширено
 Большой объем экспорта, прежде
всего, в ЕС
 Соотношение экспорт / производство
• Пшеница: 42 – 50 %
• Ячмень: ca. 50 %
• Кукуруза: 42 – 52 %
 По причине погодных условий
производство зерновых культур
подвержено сильным колебаниям
  Цены очень переменчивы
Динамика производства зерновых культур
в млн. т
30
25
20
15
10
5
0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
год
Пшеница
Рожь
Ячмень
Овес
Кукуруза
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
8
Сырье
Сахарная свекла на Украине
 Сезон 2009/2010 гг. оказался плохим
годом для производства сахарной свеклы
на Украине по причине
• плохих погодных условий и
• недостатка денежных средств у
фермеров
 Выращиванию сахарной свеклы должна
оказываться государственная поддержка
(60-86 евро/гa)
 В сезоне 2010/2011 гг. площадь
возделывания предположительно
составит 440 000 га (пред. год: 330 000 га)
 Средняя урожайность составляет на
Украине менее 30 т/га
• в Польше 55-60 т/гa
• В Германии / Франции: 65-85 т/га
  Наличие потенциала в повышении
урожайности
Динамика производства сахарной свеклы
в млн. тонн
25
22,4
20
18,0*
17,0
16,6
15,5
15
13,4
13,4
10,5
10
5
0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
год
Darstellung DBFZ, nach: FAO (http://faostat.fao.org/site/342/default.aspx), Zuckerindustrie. *Schätzung
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
9
Сырье
Масличные культуры на Украине
 Украина является одним из
крупнейших в мире производителей
подсолнечника
 Значительное расширение
производства рапса начиная с 2006
года
 Почти весь рапс экспортируется в ЕС
 Увеличение площадей возделывания
подсолнечника и рапса
 Доля в общей площади возделывания
масличных культур в 2008 году:
• подсолнечник: 16 %
• рапс: 5 %
• соя: 2 %
• Возрастающие тенденции
Динамика производства масличных культур
в млн. тонн
8
7
6
5
4
3
2
1
0
год
Подсолнечник
Рапс
Соя
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
10
Биоэтанол
Обзор процессов производства
Исходное сырье Производство сахаросодержащего субстрата
Сахаросодержащая
биомасса
Крахмалосодержащая
биомасса
Целлюлозосодержащая
биомасса
Мойка,
измельчение
Размол
Измельчение, размол
Производство этанола
Экстракция
сахарного
сиропа
Гидролиз
(клейстеризация
Перевод лигноцеллюлозы
в раст. форму
Декстринизация (осахаривание)
Брожение
CO2
Сепарация
(дрожжи)
Дестилляция
Барда
Этанол
Гидролиз
Побочные продукты
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
11
Биоэтанол
Получение сахара и этанола из
сахарной свеклы
Сахарная
свекла
Мойка
Сечка
Сырой сок
Сатурационный сок
(12-14%)
Очищение
Сироп
(65-70%)
Выпаривание
Ферментация
Экстрагирование
Хранение
сиропа
Отжим
Кристаллизация
Свекловичная
стружка (корм)
Сахар
Дестилляция
Отделение от
сезонного
производства!
Меласса
Этанол
Винасса
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
12
Биоэтанол
Сырье: сироп сахарной свеклы
Этанол
Сироп
Предварительная
обработка
Мезга
Мезга
Пар
Мезга
Винасса
Серная
кислота
Ферментация
Дестилляция
Выпаривание
Source: Anklam Bioethanol GmbH
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
13
Биоэтанол
Переработка зерна
Опциональное отделение:
• клейковина
• отруби
• масло из зародышей (кукуруза)
Дестилляция
Размол
Осахаривание
+ вода
+ ферменты
Зерно
Ректификация
Ферментация
Обезвоживание /
дегидрация
Mезга
+ дрожжи
Жидкая барда
Барда
99,7 %
биоэтанол
Декантатор
Концентрированная барда
Сгущение
Сушка
Гранулирование
DDGS
(Distillers Dried
Grains and
Solubles)
Aльтернатива:
биогаз из барды
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
14
Биоэтанол
Стандартный способ производства и его участники
 Размер оборудования: производство этанола от 45 000 до 300 000 т/г
 Выход готового продукта: 1 000 кг пшеницы дают:
• биоэтанол: ок. 340 кг
• DDGS: ок. 128 кг
 Важные участники процесса производства биоэтанола:
• Выпуск оборудования и технологии: Linde-KCA, Bayer-Technologie
GmbH, MAN-Ferrostaal, Flottweg, Vogelbusch, GEA-Wiegand, GEAWestfalia, Südzucker
• Производители: CropEnergies, Verbio, Fuel21, Prokon Nord, Anklam
Bioethanol GmbH
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
15
Биоэтанол
Подходы к развитию
 Вещества из побочных продуктов
• Крахмал и клейковина из пшеницы
• Масло из зародышей семян кукурузы
 Энергосбережение и снижение эмиссии CO2
• Биогаз из барды
• Последовательное использование отходящего тепла
• Тепловые насосы в дестилляции
• В перспективе: мембранный метод очистки этанола
 Биоэтанол из лигноцеллюлозы (напр. соломы, травы, древесины)
• См. Перспективу
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
16
Биодизель
Производство
Растительные масла
Обработка
сырья
Жирные кислоты / животные жиры
(Частичная) - рафинация
Метанол +
Катализатор
Этерификация
Переэтерификация
Meтанол
Переэтерификация
Kaтализатор
Отделение глицериновой фазы
Фаза глицерина
Метиловые эфиры
Подготовка
биодизеля
Обработка глицерина
и метанола
Вспомогательные Очистка метивещества
ловых эфиров
Сушка метиловых эфиров
Вспомогательные вещества
Обработка
глицериновой воды
Регенерация
метанола
Метанол
Сушка в глицерине
Биодизель
Жирные
кислоты
(Сырой) глицерин
Обработка соли
(Удобрения)
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
17
Биодизель
Стандартный способ производства
Реактор 1
Реактор 2
Переэтерификация
Основные стадии
технологического процесса
компании Lurgi
Масло
Поперечный поток
глицерина
(запатентовано)
Метанол
Рекуперация
метанола
Катализатор
Замкнутый контур
промывочной воды
Глицериновая фаза
Промывочный
резервуар
Биодизель
Глицериновая
фаза
Выпаривание
Сырой глицерин
Source: Lurgi
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
18
Биодизель
Стандартный способ производства и его участники
 Размер оборудования: производство биодизеля от 40 000 до 250 000 т/г
 Требования к качеству: стандарт EN14214
 Выход готового продукта: 1 000 кг рапсового масла дают:
• биодизель: ок. 1 000 кг
• сырой глицерин: ок. 128 кг
• фармацевтический глицерин: ок. 93 кг
• технический глицерин: ок. 5 кг
 Важные участники процесса производства биодизеля:
• Выпуск оборудования: Lurgi, MAN-Ferrostaal, Bayer Technology
GmbH, Uhde, AT-Agrartechnik, Siemens
• Производители: ADM, Verbio, Cargill,
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
19
Биодизель
Подходы к развитию
 Производство биодизеля является достаточно отработанным процессом
 Возможные подходы для дальнейшего развития существуют
относительно:
• качества горючего
• переработки и использования глицерина (напр. газификация и
синтез метанола)
• применения катализаторов нового типа
• производственной мощности оборудования
 Альтернатива для переработки растительных масел: гидрированные
растительные масла (HVO)
• Масла используются в процессе гидрирования на
нефтеперерабатывающих заводах
• В зависимости от хода процесса получается дизель или керосин
 Участник: Neste Oil
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
20
Экономические аспекты
Стоимость производства биогорючего
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
21
Экономические аспекты
Влияние стоимости сырья
300
1.000
900
250
800
150
500
400
100
300
200
50
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
евро/т
600
евро/м³
700
200
2006
2007
2008
Цена на пшеницу на бирже МАТИФ (евро/т)
2009
2010
Стоимость сырья при производстве этанола из пщеницы (евро/м³)
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
22
Перспектива
Биогорючее из побочных продуктов
 Цель: использование сырья за пределами рынка пищевых и кормовых
продуктов
 В настоящее время демонстрируются различные технологии
производства биогорючего из побочных продуктов
 Этанол из лигноцеллюлозы (соломы, стебельчатых растений,
древесины)
• Поставщики технологий: Iogen, Inbicon, Abengoa, Süd-Chemie, KL
Energy, Chemtex
• Научно-исследовательские институты:
 Газификация биомассы (с получением метана или синтезом горючего)
• Научно-исследовательские институты: DBFZ, Исследовательский
центр в Карлсруэ (FZK), PSI, ZSW
• Поставщики технологий: Chemrec (Gasification), Choren (BtL),
Biomassekraftwerk Güssing (SNG), ECN
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
23
Обобщение
 На Украине есть большой выбор сырья для производства биогорючего
 Стоимость производства в значительной мере зависит от цен на сырье и
энергию
• При сегодняшних ценах на зерно производство этанола частично
является экономически невыгодным
• Системой отсчета всегда служат цены на сырую нефть
 Возможность сбыта на рынке побочных продуктов имеет решающее
значение для экономической эффективности
• Корма
• Химическая промышленность (глицерин)
• Энергетическое использование
• Продукты питания (крахмал, сахар, клейковина)
 По причине политических целей растет потребность в биогорючем
 С экономической и экологической точек зрения интерес представляет
производство поблизости – на Украине – от места выращивания сырья
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
24
DBFZ – Германский центр исследования биомассы
Германский центр исследования биомассы
German Biomass Research Centre
Torgauer Straße 116
D-04347 Leipzig
www.dbfz.de
Teл. +49 (0)341 2434 - 112
Дипл. инж. Арне Грёнгрёфт
Teл. +49 (0)341 2434 - 446
Arne.Groengroeft@dbfz.de
Дипл. инж. Франциска Мюллер-Лангер
Teл. +49 (0)341 2434 - 423
Franziska.Mueller-Langer@dbfz.de
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
25
Backup
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
26
Биоэтанол
Зерновое сырье
Установка по производству
биоэтанола/биогаза
Пресная
вода
Очистка CO2
Смолотое зерно
Зерно
Загрузка зерна
Очистка/помол
Сусло
Бражка
Гидролиз/
Ожижение
Этанол 47%
Дефлегматор
Ректифик.
колонна
Бражная
колонна
Брожение
Лютерная вода
Обезвоживание
Цельная нефильтрованная барда
Пар
Декантация барды
Технологический
конденсат
Возврат
Дробина
Фильтрат барды
Хранение
этанола
Разгрузка
Биоэтанол
Подача на выпар-ние
Обработка
технологического
конденсата
Конденсат п. сушки
Выпаривание
DDGS cушка
Конденсат п. вып-я
Сироп
Прир.
газ
Тех.
вода
Градирня
Отработ.
вода
Source: Lurgi AG, www.lurgi.de
Runder Tisch: Innovative Verarbeitungsmethoden landwirtschaftlicher Produkte, Sevastopol
28