Site Loader

Мы знаем, как зарабатывать на мелассной барде:

Мы раскрываем энергетический потенциал барды – его достаточно для обеспечения всего производства технологическим паром.

Наши инженеры создают установки для сгущения мелассной барды и уменьшения ее объема в 5-7 раз, до 60% сухих веществ (СВ).

1 тонна сгущенной барды заменяет 380 м3 природного газа или во время горения выделяет 3500 Мкал.

Барда с 60% СВ используется как удобрение и топливо.

Мы можем получать энергию нативной барды производя из нее биогаз: выход из 1 м3 барды – 30м3 природного газа (метана) для заводский котельной.

 

Утилизация зерновой барды:

Мы можем построить линию переработки зерновой барды в DDGS или производить DDG и биогаз.

Загрузить презентацию [PDF]

 

 

Технология переработки барды на заводах биоэтанола, спирта.

 

Переработка зерновой барды, утилизация зерновой барды.

 

При производстве биоэтанола методом сухого помола  приблизительно одна треть сухого вещества зерна переходит в барду. Сухое вещество барды полидисперсно, от крупных оседающих частиц до коллоидных и растворимых. При разделении барды в гравитационном поле (отстаивание или центрифугирование), образуется осадок и осветленная барда.

Совместным или раздельным обезвоживанием осадка и осветленной барды можно получить четыре кормовых продукта:

  1. Высушенный осадок (DDG – Distillers Dried Grains).
  2. Высушенную осветленную барду (DDS – Distillers Dried Solubles).
  3. Высушенную барду вместе с осадком (DDGS – Distillers Dried Grains with Solubles).
  4. Сгущенную осветленную барду с содержанием сухих веществ от 30 до 40 % (CDS – Condensed Distillers Solubles).

На зарубежных заводах биоэтанола получают все перечисленные виды продуктов в соответствии с местным спросом. Однако чаще всего зерновую барду перерабатывают в  DDGS, как наиболее полноценный, транспортабельный и длительно хранящийся кормовой продукт.

Первой стадией технологии переработки барды является ее декантация – разделение на осадок (wet cake) и осветленную барду (thin stillage).

 

Как правило, декантация производится в осадительных горизонтальных шнековых центрифугах  непрерывного действия. На них можно получить осадок приблизительно 70 %-ной влажности. Осадок барды иногда используют в сыром виде как корм на близлежащих животноводческих хозяйствах под названием DWG – Distillers Wet Grains.

Устанавливают обычно 2…4 центрифуги, одна из которых находится в резерве. Барда из сборника  насосом  передается на центрифуги.  Температура барды находится в пределах 50…95 оС, в зависимости от применяемой схемы использования ее теплоты для подогрева других технологических полупродуктов (например, бражки). Осветленная барда стекает в сборник 5, а осадок транспортером 4 передается на сушку.

Осветленная барда частично (около 30 %) возвращается на приготовление замеса. Остальное ее количество направляется на сгущение путем выпаривания воды на вакуум-выпарной установке.

Сгущение барды – весьма энергоемкий процесс. Поэтому для его осуществления на заводах биоэтанола применяются выпарные станции, максимально полно использующие тепловую энергию. Такой подход требует значительных затрат на теплообменную аппаратуру, но позволяет сократить текущие расходы на энергоносители и избежать загрязнения окружающей среды отходами производства. Стоимость оборудования для переработки барды превышает 35 % стоимости всего технологического оборудования завода биоэтанола.

Применяют две основные тепловые схемы для выпаривания осветленной барды. По одной из них, работа выпарной установки обеспечивается теплотой паровоздушной смеси от сушилки барды. По второй – теплотой свежего котельного пара, а вторичный пар от выпарной установки используется для обогрева колонн в отделении брагоректификации.

 

Конструкция выпарных аппаратов – с падающей пленкой выпариваемой жидкости и с принудительной циркуляцией. Первый корпус обогревается парогазовой смесью из сушилки с температурой 80…95 оС. Водяной пар конденсируется в первом корпусе, а газы выходят в теплообменник 4, охлаждаются водой и выбрасываются в атмосферу. В первом корпусе выпаривается раствор, уже частично сгущенный во втором и третьем корпусах. Осветленная барда после декантации подается во второй корпус установки, который обогревается вторичным паром первого корпуса. Третий корпус обогревается вторичным паром второго, а вторичный пар третьего корпуса поступает в конденсатор, охлаждаемый водой и находящийся под вакуумом. Конденсаты вторичного пара второго, третьего корпусов и конденсатора называются кислыми конденсатами и используются для приготовления замеса. Конденсат первого корпуса и конденсатора, который образовался из парогазовой смеси, выводят отдельно и отправляют на очистку.

Характерная особенность установки – малые температурные напоры между греющим паром и жидкостью из-за небольшой полной разности температур между греющим паром в корпусе и паром в конденсаторе. С одной стороны, это требует больших поверхностей теплообмена аппаратов и принудительной циркуляции. С другой – уменьшает термическое разложение продукта и загрязнение поверхностей теплообмена.

Такие выпарные установки не связаны тепловыми потоками с брагоректификацией и обезвоживанием. Вместе с сушильным агрегатом они образуют отдельный технологический блок, который может проектироваться и строиться во вторую очередь.

 

Другая схема сгущения барды на заводах биоэтанола – интегрированная по тепловым потокам с брагоректификаций и обезвоживанием биоэтанола, другими технологическими участками

 

Обогрев первого корпуса выпарной установки осуществляется котельным паром. Часть вторичного пара первого корпуса, а иногда второго и третьего используется на других технологических участках – для  обогрева колонн, работающих под вакуумом, подогрева полупродуктов. Такие выпарные установки применяют в том случае, когда для сушки барды устанавливают паровые сушилки, теплоту выхлопа которых использовать нецелесообразно.

 

 

Для сушки смеси сгущенной барды и осадка применяют различные типы сушилок: барабанные, кольцевые, сушилки с непрямым подогревом высушиваемого материала, вакуумные сушилки.

В качестве сушильного агента применяют продукты горения природного газа в смеси с воздухом или (чаще) подогретый в калориферах воздух. Во втором случае продукт в большей степени отвечает ветеринарным требованиям.

Для получения кормового продукта высокого качества необходимо избегать его нагрева выше 65…70 оС. В противном случае из-за протекания реакции Майяра в нем нарастает количество неперевариваемого протеина. Наиболее щадящий режим сушки обеспечивают барабанные  и кольцевые сушилки, в который подается горячий воздух. Второе место по качеству высушенного продукта занимают вакуумные сушилки, с непрямым обогревом высушиваемого продукта низкопотенциальным паром. Однако, несмотря на высокую энергетическую экономичность, они металлоемки и сложны в эксплуатации.

Сушилки под атмосферным давлением с непрямым обогревом допускают более высокую температуру нагрева высушиваемого продукта и снижение его качества.

Иногда на заводах биоэтанола для получения высококачественного продукта и снижения расхода энергии применяют двухступенчатый процесс – на первой ступени продукт сушат горячим воздухом, подогреваемым продуктами горения, паровоздушная смесь первой ступени используется для выпаривания осветленной барды, а на второй сушка производится теплым воздухом после парового калорифера.

 

Продукты сгорания природного газа нагревают воздух в калорифере. Горячий воздух поступает в барабанную сушилку, куда из смесителя подается смесь сырого осадка, сиропа (сгущенной осветленной барды) и части высушенного продукта.

Высушенный продукт из сушилки норией 6 поднимается в промежуточный бункер, откуда часть его возвращается в смеситель, а остальная часть пропускается через охладитель.

Выходящая из сушилки парогазовая смесь проходит через циклон 3, где освобождается от пылевидных частиц продукта, и направляется на выпарную установку для обогрева первого корпуса.

После сушки продукт подвергается охлаждению воздухом и направляется на склад. Насыпной вес продукта составляет 0,45…0,55 т/м3 угол естественного откоса ~ 30о.

Иногда высушенный продукт гранулируют в специальных непрерывно действующих прессах-грануляторах. Гранулы обычно имеют диаметр 8 мм, длину 10…20 мм влажность 10-12 %, насыпной вес 0,60… 0,65 т/м3.

Хранят высушенную барду преимущественно в складах напольного хранения.

Получаемый в результате продукт содержит нерастворимые и растворимые компоненты барды и называется DDGS (Distilled Dried Grains and Solubles).

DDGS представляет собой концентрат всех компонентов зерна (кроме крахмала, который преобразовался в  технологическом процессе в этанол и диоксид углерода). Этот кормовой продукт является новым для стран СНГ, хотя в США и Канаде он вырабатывается и потребляется животноводством уже больше 15 лет. За последнее время его производство превысило 20 млн. тонн в год.

 

Качество этого продукта в значительной мере зависит от применяемой на биоэтанольных заводах технологии и оборудования для производства биоэтанола. Согласно результатам наших исследований, на кормовую ценность продукта больше всего влияют температуры, при которых осуществляется сушка кукурузы перед загрузкой ее в элеватор, приготовление сусла для этанольной ферментации (брожения), перегонка зрелой бражки, выпаривание барды, сушка осадка барды и сгущенной барды. На всех стадиях технологического процесса необходимо избегать температур выше 80 оС, а при сушке  – выше 65…70 оС.

Влияние избыточного нагрева технологических продуктов наиболее точно отражает содержание остаточного азота после кислотной промывки ADIN (Acid Detergent Insoluble Nitrogen), или количество азота в промытой раствором кислоты волокнистой фракции – ADF (Acid Detergent Fiber).

ADIN в странах с развитым производством DDGS является одним из основных показателей качества этого продукта.

Дополнительным, однако неточным показателем кормового качества служит цвет продукта. Кукурузный DDGS высоких кормовых кондиций должен иметь медово-золотистый цвет. Переход к темно-кофейному цвету свидетельствует о перегреве продукта в технологическом процессе и потенциально высокий уровень  ADIN.

На мировом рынке, стоимость тонны так называемого «золотого» DDGS (содержание ADIN до 6 % ) в среднем на 20…25 долл. США выше, чем обычного. Он является полноценной альтернативой соевого шрота в кормах.

В США и Канаде DDGS занимает около 20 % сухих веществ в рационе молочных коров. Балансирование рационов необходимо производить не только по показателю содержания протеина (максимум 18 %), а и по содержанию фосфора, который является лимитирующим фактором. Его содержание не должно превышать 0,4 % сухих веществ рациона, а в DDGS содержание фосфора составляет от 0,8 до 1,0 %.  Другие факторы, которые должны приниматься во внимание при использовании этого продукта в кормовых целях – предотвращение дефицита лизина и избытка жира (не более 6 %) в рационе. Учитывая все перечисленные факторы, содержание DDGS в рационах молочных коров может достигать 30 %. Однако наибольший потребитель этого продукта – птицеводство, на долю которого приходится почти 80 % экспорта DDGS из США. Это объясняется б?льшим допустимым содержанием протеина в комбикормах для птиц и б?льшим возможным содержанием в них DDGS.

Разработка технологических схем, подбор или разработка и изготовление оборудования для этих участков осуществляется по рекомендациям Агротехнолоджи.

 

Переработка мелассной барды, утилизация мелассной барды

 

Состав мелассной барды принципиально отличается от зерновой. В мелассной барде содержатся главным образом несахара мелассы и небольшое количество частично лизированной дрожжевой биомассы. Концентрация мелассной барды биоэтанольных заводов  несколько выше (~ 10 %), чем на заводах пищевого спирта благодаря возврату до 50 % барды на рассиропку мелассы. Соответственно уменьшается количество барды, подлежащее переработке.

Возврат барды на приготовление сусла ограничивается главным образом содержанием в последнем летучих кислот – уксусной, пропионовой и других. Кислоты образуются в процессе брожения и частично остаются в барде. Считается, что содержание летучих кислот в сусле не должно превышать 2500…3000 частей на миллион (ррm)  или 2,5…3 г/кг. При большем их содержании происходит нарушение работы мембран дрожжевой клетки и снижение скорости брожения.

При переработке в биоэтанол сгущенных сахаросодержащих  соков (сиропов)  -свеклосахарного, тростникового, соргового –  содержание несахаров и общее количество сухих веществ  в барде снижается. На таких биоэтанольных заводах допускается возврат более 60 % барды на приготовление рассиропки. В случае переработки несгущенных сахаросодержащих соков, концентрация сухих веществ в барде весьма невелика – 3…5 %.

В зарубежной литературе мелассная барда и барда от перереботки сахаросодержащих соков и сиропов (и даже картофеля) определяется термином vinasse – винасса.

Вполне понятно, что количество винассы при одинаковой производительности по биоэтанолу будет сильно различаться в зависимости от того, перерабатывается мелассa, сиропы или соки.

Наиболее распространенный способ переработки и утилизации мелассной барды, винассы – сгущение ее выпариванием до содержания сухих веществ 60…72 %. Такой сгущенный продукт хорошо знаком работникам спиртовой промышленности СНГ, поскольку целый ряд мелассно-спиртовых заводов был оборудован выпарными установкам для сгущения барды.

Энергопотребление таких предприятий не превышает 2,5…3 кг пара на литр биоэтанола. Сгущенная винасса используется для удобрения угодий, где выращивается сахаросодержащее сырье – сахарная свекла, сахарный тростник, сахарное сорго – в количестве от 2-х до 5-ти тонн на гектар, в зависимости от вида культуры и почвы.  Таким образом, поддерживается баланс химических элементов в грунте и снижается потребность в минеральных удобрениях.

Образующиеся после выпаривания винассы конденсаты содержат до 1000 мг/кг летучих кислот. Та их часть, которая не может быть использована для приготовления сусла, нуждается в очистке перед сбросом  в открытые водоемы или для подпитки системы оборотного водоснабжения. Для очистки таких конденсатов применяют мембранные установки.

 

 

Иногда предлагаются и осуществляются технологические решения по метановой ферментации некоторых отходов – зерновой барды, осветленной зерновой барды, винассы с получением биогаза (~65 % метана и ~35 % диоксида углерода с теплотворной способностью ~21 МДж/нм3). Но при выборе решения  о «метанизации» какого либо отхода, следует помнить, что при метановой ферментации в биогаз и воду конвертируется не более 50…60 % органических вещества субстрата, и каждый килограмм превращенного вещества дает ~ 0,51 нм3 биогаза. Оставшаяся часть органических веществ вместе с минеральной частью  выходит из биогазового реактора в виде грязной воды, которую нужно очищать физико-химическими и/или биологическими методами до требований сброса.

 

Для биоэтанольного завода мощностью 100 тыс. тонн биоэтанола в год с утилизацией зерновой барды путем метановой ферментации потребуется:

  • Объем ферментаторов (метантенков) –  ~ 70 тыс. м3;
  • Емкости для промежуточного хранения барды и осадка (120 сут) – ~ 250 тыс. м3;
  • Логистика для внесения удобрений (осадка метантенков) на площадь ~ 45 тыс. га ежегодно;
  • Сооружения для очистки сточной воды после метановой ферментации с содержанием загрязнений 20 г/л –  ~ 700 тыс. м3в год.

 

Биогаз будет доступен для обеспечения котельной только в течение  270 дней в году (теплый период), а производство биоэтанола должно работать 350 дней  в году, поэтому и потребуется промежуточное хранение барды.

Если тратить энергию для поддержания метанового брожения зимой, то тепловой баланс предприятия, капитальные и эксплуатационные затраты будут далеко не в пользу метановой ферментации.

Можно рассматривать вариант использования для выработки биогаза только осветленной барды (CDS), сгущенной только до 12…14 %  сухих веществ. В таком случае образовавшегося биогаза хватит, во-первых, на сгущение  осветленной барды, во-вторых – на сушку осадка барды с получением  кормового продукта – DDG. В этом случае потребуется:

  • Объем ферментаторов (метантенков) –  ~ 10 тыс. м3;
  • Емкости для промежуточного хранения барды и осадка (120 сут) – ~ 150 тыс. м3;
  • Логистика для внесения удобрений (осадка метантенков) на площадь ~ 25 тыс. га ежегодно;
  • Сооружения для очистки сточной воды после метановой ферментации с содержанием загрязнений 20 г/л –  ~ 330 тыс. м3в год.

 

Проблема состоит в том, чтобы выбрать наиболее экономически оправданный путь утилизации каждого продукта на биоэтанольном заводе. Например, сжигать DDGS нецелесообразно при высоких ценах на корма. Мелассную барду, как правило, выгоднее сгущать, а затем использовать в качестве удобрения или сжигать для получения теплоты, если цены на энергоносители достаточно высоки. Винассу от переработки соков и сиропов чаще всего сгущают и применяют в качестве удобрения, поскольку для энергообеспечения гораздо практичнее использовать багассу.

 

 

ДРУГИЕ УСЛУГИ