Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Биомассаны аралас спирттік отынға айналдыруды MixAlco процесін қолдану арқылы жүзеге асыруға болады. Биомассаны аралас спирттік отынға биоөңдеу арқылы биомассаны ашытқы ферментациясы арқылы этанолға айналдырудан гөрі, биомассадан көбірек энергия сұйық отын ретінде түседі. Бұл процесс кез келген биологиялық ыдыс-аяқ материалдарды (мысалы, қалалық қатты қалдықтар, биологиялық ыдыс-аяқ қалдықтары, және ағынды су шламы, ауыл шаруашылығы қалдықтары, мысалы, жүгері шұңқыры, қант құмырасы, мақта шүберектері, тыңайтқыш) пайдалы химиялық заттарға, мысалы, карбоксил қышқылдарына (мысалы, сірке қышқылы, пропиондық, сары май қышқылы), кетондарға (мысалы, ацетон, метил этил кетоны, диэтил кетоны) және биоотынға, мысалы, бастапқы спирттер қоспасына (мысалы, этанол, пропанол, нбутанол) және/немесе екінші спирттер қоспасына (мысалы, изопанол, 2бутанол, 3 пентанол) түрлендіруге арналған биологиялық/химиялық әдісті қамтиды. Көптеген өнімдер экономикалық тұрғыдан өндірілетіндіктен, бұл процесс нағыз биохимиялық өңдеу зауыты болып табылады. Бұл процесте биомассаны анаэробтық қорыту кезінде пайда болатын карбоксил қышқылдарының қоспасына, бірақ метаногендік соңғы сатының тежелуіне байланысты, биомассаны анаэробтық қорыту үшін ірі қара малдың қамыры, термит ішектері, теңіз және құрлық батпақтары сияқты табиғи мекен-жайларда кездесетін табиғи микроорганизмдердің аралас өсірілімі қолданылады. Этанол мен целлюлозалы этанолды өндірудің ең танымал әдістері биомассаға қосылу үшін алдымен оқшаулануы керек ферменттерді пайдаланады және осылайша крахмал немесе целлюлозаны қарапайым қантқа айналдырады, содан кейін ашытқы ферментациясы арқылы этанолға айналады. Бұл процеске ферменттер қосылмайды, өйткені микроорганизмдер өздері шығарады. Микроорганизмдер биомассаны анаэробтық жолмен сіңіріп, карбоксил қышқылдарының қоспасына айналдыратындықтан, рН-ді бақылау керек. Бұл буферлік агентті (мысалы, аммоний бикарбонаты, кальций карбонаты) қосу арқылы жүзеге асырылады, осылайша карбоксилат тұздарының қоспасы алынады. Метаногенез анаэробты қорытудың табиғи соңғы сатысы болғандықтан, аммоний иондарының болуымен немесе ингибитордың (мысалы, йодоформ) қосылуымен тежеледі. Алынған ашытқыда карбоксилат тұздары болады, оларды сусыздандыру керек. Бұл үрдіс буды қысыммен буландыру арқылы тиімді жүзеге асырылады. Кейін сусыздалған ашытқыны химиялық жолмен тазарту қажет химиялық немесе биоотын өнімінің түріне байланысты жүргізіледі. Буды қысылған буландыру жүйесінен конденсацияланған дистилденген су қайтадан ферментацияға қайтадан пайдаланылады. Егер ферментация үшін су ретінде BOD жоғары шикізат немесе басқа да тазартуды қажет ететін қалдық су пайдаланылса, буландырудан пайда болған конденсацияланған суды қалаға немесе BOD жоғары қалдық судың бастапқы көзіне қайта өңдеуге болады. Осылайша, бұл процесс сонымен бірге суды тазарту қондырғысы ретінде қызмет ете алады, сонымен бірге құнды химиялық заттар немесе биоотын өндіреді. Жүйе микроорганизмдердің аралас өсірімін пайдаланатындықтан, ферментацияға ешқандай фермент қоспаудан басқа, ферментация стерильділік немесе асептикалық жағдайларды қажет етпейді, бұл процестің алғашқы қадамын целлюлозалы этанолды өндірудің танымал әдістерінен гөрі экономикалық тұрғыдан тиімді етеді. Бұл процестердің алдыңғы бөлігінде, көлемі үлкен жерде, сусыздандырудан кейін, көлемі аз жерде, химиялық түрлендірулерге мүмкіндік береді.
The bioconversion of biomass to mixed alcohol fuels can be accomplished using the MixAlco process. Through bioconversion of biomass to a mixed alcohol fuel, more energy from the biomass will end up as liquid fuels than in converting biomass to ethanol by yeast fermentation. The process involves a biological/chemical method for converting any biodegradable material (e. g., urban wastes, such as municipal solid waste, biodegradable waste, and sewage sludge, agricultural residues such as corn stover, sugarcane bagasse, cotton gin trash, manure) into useful chemicals, such as carboxylic acids (e. g., acetic, propionic, butyric acid), ketones (e. g., acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone) and biofuels, such as a mixture of primary alcohols (e. g., ethanol, propanol, n butanol) and/or a mixture of secondary alcohols (e. g., isopropanol, 2 butanol, 3 pentanol). Because of the many products that can be economically produced, this process is a true biorefinery. The process uses a mixed culture of naturally occurring microorganisms found in natural habitats such as the rumen of cattle, termite guts, and marine and terrestrial swamps to anaerobically digest biomass into a mixture of carboxylic acids produced during the acidogenic and acetogenic stages of anaerobic digestion, however with the inhibition of the methanogenic final stage. The more popular methods for production of ethanol and cellulosic ethanol use enzymes that must be isolated first to be added to the biomass and thus convert the starch or cellulose into simple sugars, followed then by yeast fermentation into ethanol. This process does not need the addition of such enzymes as these microorganisms make their own. As the microorganisms anaerobically digest the biomass and convert it into a mixture of carboxylic acids, the pH must be controlled. This is done by the addition of a buffering agent (e. g., ammonium bicarbonate, calcium carbonate), thus yielding a mixture of carboxylate salts. Methanogenesis, being the natural final stage of anaerobic digestion, is inhibited by the presence of the ammonium ions or by the addition of an inhibitor (e. g., iodoform). The resulting fermentation broth contains the produced carboxylate salts that must be dewatered. This is achieved efficiently by vapor compression evaporation. Further chemical refining of the dewatered fermentation broth may then take place depending on the final chemical or biofuel product desired. The condensed distilled water from the vapor compression evaporation system is recycled back to the fermentation. On the other hand, if raw sewage or other waste water with high BOD in need of treatment is used as the water for the fermentation, the condensed distilled water from the evaporation can be recycled back to the city or to the original source of the high BOD waste water. Thus, this process can also serve as a water treatment facility, while producing valuable chemicals or biofuels. Because the system uses a mixed culture of microorganisms, besides not needing any enzyme addition, the fermentation requires no sterility or aseptic conditions, making this front step in the process more economical than in more popular methods for the production of cellulosic ethanol. These savings in the front end of the process, where volumes are large, allows flexibility for further chemical transformations after dewatering, where volumes are small.
Карбоксил қышқылдары
Карбоксил қышқылдарын карбоксилат тұздарынан "қышқылды көктемдеу" деп аталатын процесс арқылы қалпына келтіруге болады. Бұл процесте жоғары молекулалық салмақты үшінші амин (мысалы, триоктиламин) қолданылады, ол катионмен ауыстырылады (мысалы, аммоний немесе кальций). Нәтижесінде алынған амин карбоксилаты термикалық жолмен қайта өңделетін аминнің өзіне және сәйкес карбоксил қышқылына ыдырайды. Осылайша, теориялық тұрғыдан алғанда, бұл кезеңде ешқандай химиялық заттар тұтылмайды немесе қалдықтар пайда болмайды.
Carboxylic acids can be regenerated from the carboxylate salts using a process known as "acid springing". This process makes use of a high molecular weight tertiary amine (e. g., trioctylamine), which is switched with the cation (e. g., ammonium or calcium). The resulting amine carboxylate can then be thermally decomposed into the amine itself, which is recycled, and the corresponding carboxylic acid. In this way, theoretically, no chemicals are consumed or wastes produced during this step.
Кетондар
Кетонды өндірудің екі әдісі бар. Біріншісі - кальций карбоксилатының тұздарын тиісті кетондарға термиялық түрлендіру. Бұл Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде кальций ацетатынан ацетон жасаудың кең таралған әдісі болды. Кетонды өндірудің басқа әдісі цирконий оксидінің каталитикалық төсегінде буланған карбоксил қышқылдарын түрлендіруден тұрады.
There are two methods for making ketones. The first one consists on thermally converting calcium carboxylate salts into the corresponding ketones. This was a common method for making acetone from calcium acetate during World War I. The other method for making ketones consists on converting the vaporized carboxylic acids on a catalytic bed of zirconium oxide.
Алкогольдер
Ферментациядан қалған қорытылмаған қалдық газдандыру кезінде сутегін (H2) өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл H2 кейіннен катализатор арқылы эфирлерді (мысалы, мыс хромиті) гидрогеролиздеуге пайдаланылуы мүмкін, олар аммоний карбоксилаты тұздарын (мысалы, аммоний ацетаты, пропионат, бутират) немесе карбоксил қышқылдарын (мысалы, сірке қышқылы, пропион, сары май қышқылы) жоғары молекулалық спиртпен (мысалы, гексанол, гептанол) эфирлеу арқылы алынады. Гидрогенолизде соңғы өнімдер - жоғары молекулалық спирт, ол этерификацияға қайта өңделеді және сәйкес негізгі спирттер (мысалы, этанол, пропанол, бутанол).
The undigested residue from the fermentation may be used in gasification to make hydrogen (H2). This H2 can then be used to hydrogenolyze the esters over a catalyst (e. g., copper chromite), which are produced by esterifying either the ammonium carboxylate salts (e. g., ammonium acetate, propionate, butyrate) or the carboxylic acids (e. g., acetic, propionic, butyric acid) with a high molecular weight alcohol (e. g., hexanol, heptanol). From the hydrogenolysis, the final products are the high molecular weight alcohol, which is recycled back to the esterification, and the corresponding primary alcohols (e. g., ethanol, propanol, butanol).
Екіншілік спирттер
Екіншілік спирттер (мысалы, изопропанол, 2бутанол, 3пентанол) тиісті кетондарды (мысалы, ацетон, метил этил кетон, диэтил кетон) катализатор (мысалы, Рэни никелі) арқылы гидрогенизациялау арқылы алынады.
The secondary alcohols (e. g., isopropanol, 2 butanol, 3 pentanol) are obtained by hydrogenating over a catalyst (e. g., Raney nickel) the corresponding ketones (e. g., acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone).
Қалпына келтірілетін биоотын
Жоғарыда сипатталғандай алынған бастапқы немесе екінші реттік спирттер биоотынға айналуы мүмкін, бұл отын қазіргі кездегі биогаз бензині, жасыл дизель және био реактивті отын сияқты қазба отын инфрақұрылымымен үйлесімді. Бұл спирттерді сусызданудан кейін зиолит катализаторларын қолдана отырып олигомерлеу арқылы жаңа Зеландияда метанолдан бензин өндіретін метанекс процесіне ұқсас тәсілмен жүзеге асырылады.
The primary or secondary alcohols obtained as described above may undergo conversion to drop in biofuels, fuels which are compatible with current fossil fuel infrastructure such as biogasoline, green diesel and bio jet fuel. Such is done by subjecting the alcohols to dehydration followed by oligomerization using zeolite catalysts in a manner similar to the methanex process, which used to produce gasoline from methanol in New Zealand.
Даму кезеңі
Жүйе 1991 жылдан бері әзірленуде, 2001 жылы зертханалық масштабтан (10 г/күн) пилоттық масштабқа (200 фунт/күн) көтерілді. Шағын масштабтағы (5 тонна/күн) демонстрациялық зауыт салынып, жұмыс істеуде, ал 220 тонна/күн демонстрациялық зауыты 2012 жылы іске қосылады деп күтілуде.
The system has been in development since 1991, moving from the laboratory scale (10 g/day) to the pilot scale (200 lb/day) in 2001. A small demonstration scale plant (5 ton/day) has been constructed and is under operation and a 220 ton/day demonstration plant is expected in 2012.