ЛЕКЦІЯ 6,7,8 Стан та перспективи виробництва та споживання біоетанолу в України та у світі.

Загальні поняття та аспекти використання біоетанолу. Біоетанол продукт біоконверсії вуглеводовмісної сировини (біомаса та/або органічні фракції відходів) з регламентованою кількістю супутніх та денатуруючих домішок. У різних країнах світу біоетанол називають по-різному: у США біоетанол називають «газохолом» - суміш етанолу з бензином; в Європі біоетанол називають біопаливо Є-80; на Філліпінах біоетанол називають «алкогас» (15% етанолу і 85% бензину); в України розробники біоетанолу називають «БІО 100».

Досвід останніх десятиріч показує, що основна частина етилового спирту використовується на технічні потреби. Так, у США на технічні потреби, в тому числі на виробництво паливного етанолу (біоетанолу), витрачається біля 95% всієї кількості спирту, що виробляється. У Бразилії в 1990 р. хімічна промисловість використала понад 100 млн. дал технічного спирту. У Франції 78% етилового спирту йде на технічні потреби. Україна як індустріальна держава потребує великої кількості технічного спирту, який використовується в хімічній, біохімічній, целюлозно-паперовій, автотранспортній, оборонній і місцевій промисловості.

Комітетом ООН з індустріального розвитку зазначено, що якщо виробництву етанолу приділити стільки ж уваги, скільки її було приділено нафтохімії, то його ціна може бути знижена більш ніж удвічі, що забезпечить зниження цін на хімічні продукти, які виробляються на базі етанолу. Найбільшими споживачами спирту етилового технічного в країнах СНД є підприємства з виробництва етилового, діетилового, оцтово етилового ефірів, оцтової кислоти, ацетальдегіду, хлороформу, тетраетил свиню, синтетичного каучуку, штучних волокон спиртових лаків, парфумів тощо. Використання спирту етилового технічного як органічної сировини.

Етиловий спирт є основною сировиною для парфумерних фабрин. Він входить до всіх видів рідких або аерозольних парфумерних виробів - одеколонів, парфумів, туалетних вод, дезодорантів у кількості до 98% маси продукції. Застосування спирту в парфумерній промисловості пояснюється його здатністю давати прозорі концентровані розчини пахучих речовин, а також його освіжаючою і дезинфікуючою властивістю.

Застосування спирту етилового як моторного палива. Одним із альтернативних джерел енергії є етанол. У 1979 році інтернаціонально робоча комісія ООН наполегливо запропонувала більш широке застосування етанолу для зниження імпорту нафти. Придатність етанолу як енерго- носія, в тому числі і як палива для карбюраторних двигунів внутрішнього згоряння була встановлена відразу ж після появи перших автомобілів.

Франція в 1990 році скоротила виробництво пального з нафти вдвічі порівняно з 80-ми роками за рахунок використання етанолу. При додаванні 10% етанолу до бензину було заощаджено 1,5 млн.тонн нафти. Куба після другої світової війни як пальне для автомобілів використовувала суміш 20% етанолу з бензином. Сировина для виробництва етанолу - цукрова тростина і меляса.

Під час приготування суміші етанол-бензин, що використовується як моторне паливо, етанолу додають від 8 до 55%. Як було зазначено вище, використовується й один етанол без бензину. Етанол може бути як безводним, так і «водним», з обємною часткою води до 4%. Обємна частка етанолу, що додається до бензину, залежить від багатьох чинників. При додаванні до 20% етанолу не потрібно переробляти двигуни, які розраховані на використання бензину. Додавання етанолу до бензину збільшує октанове число останнього. Встановлено, що кожні 3% етанолу, який додається, збільшують октанове число бензину на 1-1,5 одиниці.

При обємній частці спирту від 100 до 80% за даним ступенем стискання і даним навантаженням витрата спирту зростає прямо пропорційно вмісту води. Тому краще працювати на спирті вищої концентрації. Безводний спирт (обємна частка не нижче 99%) змішується з бензином в будь-яких співвідношеннях. Суміш бензину з безводним спиртом не розшаровується навіть при досить низьких температурах. При більшій обємній частці води в спирті здатність його до розширення збільшується.

Температура розшарування спирто- бензинових сумішей

Кожний декалітр етанолу дозволяє заощадити більше 2,5 декалітрів сирої нафти, а кожний декалітр етанолу, що додається до низько октанового бензину, заощаджує 1,6 декалітрів бензину. Через те, що для газохолу (суміш етанолу з бензином) використовується низькоякісний бензин, вихід якого з сирої нафти є більшим, ніж високоякісного, застосування газохолу сприяє більш повному використанню нафти. Для того, щоб використання газохолу було економічно доцільним, необхідна певна економічна політика держави - зниження податків для виробників етанолу, який використовується у складі моторного палива, зниження акцизних зборів і таке інше. У низки країн така політика ефективно здійснюється. Для заохочення споживання газохолу уряд США запровадив пільги, які дозволили зробити газо хол дешевшим за чистий бензин.

Складові елементи ціни (для споживача) 1 літра чистого бензину та 1 літра газохолу (з 10%), в доларах США

Стандарти на спирт етиловий технічний.

Виробництво спирту етилового технічного способом гідролізу рослинної сировини.

Виробництво спирту етилового технічного з сульфітних лугів.

Показники матеріало- та енергоємності гідролізного та мелясного спиртів

Виробництво спирту етилового технічного з вуглеводовмісної сировини. Найбільш розповсюдженою сировиною для виробництва етанолу є крохмаль- і цукровмісна сировина. Крохмалевмісна зернова сировина використовується для виробництва технічного спирту, головним чином, у країнах з розвиненим сільським господарством, перш за все - Канаді, США, Бразилії та інших. Сировиною для виробництва технічного етанолу є зерно кукурудзи, пшениці, ячменю. Лідерами з виробництва етанолу з зерна в США є фірма DARZY Corp., в Канаді - Commercial Alcohols Inc. Середня потужність заводів 40 тис. дал спирту за добу.

Принципова технологічна схема виробництва технічного спирту з зернової сировини. Особливістю цієї технології є низькотемпературне розварювання, постадійне оцукрення поліцукридами до моноцукрів, використання концентрованих ферментних сиропів, безперервне бродіння з рециркуляцією від сепарованих дріжджів і повна утилізація після спиртової барди.

Принципова технологічна схема виробництва етанолу з меляси і клерсу.

Схема установки для отримання абсолютного спирту (АС) 1-дегідраційна колона; 2 –спиртова колона; 3 – декантатор; 4 – дефлегматор; 5 - конденсатор; 6 – підігрівач. Спиртова колона також має багатоколпачкових тарілок, у тому числі – в концентраційній частині. В установці постійно циркулює певна кількість водопоглинаючої речовини, щ виконує функцію переносника води з де гідратаційної колони в декантатор. Для отримання 1 дал абсолютованого спирту витрачається кг пари, біля 0,25 м3 води, 0,01-0,03 кг водопоглинаючої речовини. Втрати водопоглинаючої речовини з неконденсованими газами компенсуються її періодичним додаванням у дегідратаційну колону. Втрати спирту при його абсолюту ванні не перевищують 1 % від вихідного спирту.

Схема установки азеотропної ректифікації INTERIS 1 - дегідраційна колона; 2 – спиртова колона; 3 – декантатор; 4 - кипятильник; 5 – дефлегматор; 6 – підігрівач; 7 – холодильник. Витрати пари при використанні цієї схеми складає 10 кг/дал абсолютованого спирту. При виробництві абсолютованого спирту безпосередньо із бражки брагоректифікаційну установку зєднують з дегідратаційною установкою в єдину технологічну лінію. При живленні дегідратаційної установки технічним етиловим спиртом отримують спирт етиловий технічний категорії Г або Д за ТУ У При живленні дегідратаційної установки ректифікованим спиртом згідно ГОСТ отримують ректифікований абсолютований спирт.

Схема установки для виробництва ректифікованого спирту та ВКД. Колона: 1 – бражна; 2 – епюраційна; 3 – спиртова; 4 – регенераційна; 5 – дегідраційна; 6 – підігрівач бражки; 7,8,9,10,11,12,13,14 – конденсатори; 15,16,17,18 – дефлегматори; 19,20 – декантатори; 21,22 – теплообмінники; 23 - збірник циклогексану. Співвідношення ректифікованого спирту та ВКД регулюються в залежності від конюнктури ринку. Переоснащення спиртових заводів на виробництво де гідратованого спирту шляхом азеотропної ректифікації потребує значних капіталовкладень і доцільне тільки для великих підприємств.

Схема ректифікації з одночасним виробництвом харчового ректифікованого спирту та ВКДС Колони: 1 – бражна; 2 – епюраційна; 3 – спиртова; 4 – підігрівач бражки; 5 – сепаратор СО2; 6,7,8,9,14,15 – конденсатори; 10,11 – спиртовловлювачи; 12,13– дефлегматори; 16,17,18 – холодильники; 19,20,21 – збірники; 22 – сивухопромивач; 23 - водяна секція бражного підігрівача. Для включення в цикл виробництва ВКД середніх та невеликих спиртових заводів запропоновано схему ректифікації з одночасним виробництвом харчового ректифікованого спирту та високооктанової кисневмісної добавки- сирцю (ВКДС).

Характеристика ВКДС згідно ТУ У

Денатурація спирту етилового технічного Для запобігання нецільового використання спирту етилового технічного передбачена його денатурація різними органічними домішками. Розрізняють загальну та спеціальну денатурацію. Етиловий спирт спеціальної денатурації має широке технічне призначення і в залежності від галузі його застосування та вимог споживача вибирають денатуруючи речовини (денатуранти).

Денатуруючи добавки та їх композиції повинні: - Надавати спирту неприємного відштовхуючого смаку; - Бути дешевими і не підвищувати вартість спирту; - Ефективно діяти в незначних дозах і легко відчуватися у денатурованому спирті та його розчинах; - Легко визначатися у фальсифікованих напоях; - Бути такої природи, щоб вилучення їх із спирту. Або інактивація були економічно недоцільними; - Не повинні погіршувати технологічні властивості спирту і негативно впливати на його подальше використання.

Перспективні напрямки використання спирту етилового технічного в Україні. Україна має обмежені запаси нафти, природного і супутнього нафтового газу, які є похідною сировиною для промисловості органічного синтезу. В органічній технології у великій кількості використовують етилен. З нього виготовляють поліетилен, який має високі механічні та електромеханічні властивості, стійкий до дії кислот та лугів. В Україні (м.Сєверодонецьк) розташований один з найбільший в СНД комплексів з виробництва поліетилену, однак через відсутність органічної сировини його зупинено. Налагодження виробництва технічного спирту дає змогу продовжити виробництво вітчизняного поліетилену.

Асортимент виробів з каучуку включає понад 30 тис. найменувань. З каучуку виготовляють вироби для транспорту, технічні гумові вироби, гумовий одяг, взуття, вироби для хірургічних і санітарних цілей, електроізоляцію. Так, наприклад, для облаштування гумовими деталями одного автомобіля вантажністю 2,5 т потрібно 240 кг, а для автомобіля вантажністю 0,5 т - 57 кг каучуку. У відповідності до програми «Етанол» в Україні до 2010 року передбачається виробництво етилтретбутилового ефіру, вінілхлориду, стабілізаторів сумішевих бензинів, бутадієну, півполімерів етилену та вінілацетату, ацетальдегіду. Етилацетату, етиленгліколю, синтез стиролу, продуктів тонкого оргсинтезу тощо. Організація виробництва технічного спирту допоможе вирішити проблему сировини для виготовлення каучуку в Україні. Використання технічного спирту як добавки до пального допоможе в значній мірі зменшити дефіцит пального, а також дозволить поліпшити екологічний стан міст та автошляхів країни.

Виробництво високооктанової кисневмісної добавки до бензинів по підприємствах концерну "Укрспирт" за роки, тонн

Ефективність використання зернових та цукровмісних культур для виробництва біоетанолу в Україні визначається середнім значенням урожайності та виходом біоетанолу з одного гектара земельної площі: Найбільшу площу для виробництва біоетанолу потребує цукрове сорго (зелена маса), але на сьогодні в Україні не існує відповідної агротехніки вирощування сорго, технології його збирання, обладнання для отримання соку та його зберігання. Більш привабливою культурою є цукровий буряк, енергетична ефективність виробництва спирту з якого складає 173% (відношення виробленої енергії до витраченої).Виробництво біоетанолу може здійснюватися також із напівпродуктів при переробці буряка в цукор.

Теоретичні виходи етанолу (За розрахунками фірми GENENCOR)