metode de pretratare a bioresurselor de origine vegetala
Post on 14-Apr-2016
226 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
10/30/2013
1
METODE DE PRETRATARE ALE BIORESURSELOR DE ORIGINE VEGETALĂ
2013-2014
Bioresurse 5 1
RESURSE DE BIOMASADISPONIBILE DIN:•Recolte si reziduuri agricole si forestiere•Intretinerea parcurilor si gradinilor•Fractiunea de biomasa din reziduurilemunicipale•Reziduuri animale si umane•Surse acvatice, inclusiv alge•Rezerve inepuizabile
2013-2014
Bioresurse 5 2
DIN RESURSELE DE BIOMASA SE PRODUCE:
•Tot ceea ce nu provine din minerale sau sticlapoate fi realizat pornind de la biomasa:
• Biocombustibili, incluzand etanol, metanol, alcooli superiori, biodiesel, biogaz, hidrogenregenerabil
• Electricitate, Energie termica• Substante chimice
2013-2014
Bioresurse 5 3
BIOMASA CELULOZICA –ABUNDENTA, IEFTINAResurse existente
• Reziduuri agricole• Reziduuri trestie de zahar• Reziduuri de la recoltare
porumb• Reziduuri forestiere
• rumegus• Reziduuri municipale
• Reziduuri de hartie• Reziduuri din gradini
• Reziduuri industriale• Namoluri ind. celulozei si
hartiei
Resurse viitoare• Culturi dedicate
• Ierboase• Lemnoase
2013-2014
Bioresurse 5 4
10/30/2013
2
CULTURI DEDICATE
2013-2014
Bioresurse 5 5
Ierburi inalte(Panicumvirgatum) recoltate annual sau bianual
Salcie recoltatala varsta de 3-4 ani
Plopi hibrizirecoltati la varstade 5-10 ani
COMPOZITIA BIOMASEI CELULOZICE
2013-2014
Bioresurse 5 6
Celuloza 45%Hemiceluloza 30%Lignina 15%Altele10%
Culturi ierbacee dedicatepentru producere energie
Celuloza 43%Hemiceluloza 27%Lignina 17%Altele 13%
Reziduuri agricole
Reziduuri municipale solide
Cenusa 15%Lignina 10%Hemiceluloza 9%Alti carbohidrati 9%Proteine 3%Altele9%
Celuloza 45%
Celuloza 45%Hemiceluloza 25%Lignina 22%Extractive 5%Cenusa 3%
Culturi lemnoase
COMPOZITIE REZIDUURI DUPA RECOLTAREA STIULETILOR DE PORUMB
COMPOZITIE LEMN PLOP HIBRID
Porumb duparecoltare stiuleti
Lemn plop hibrid
Component Compozitie ( %)
Glucan 36.1 43.8Xilan 21.4 14.9
Arabinan 3.5 0.6Manan 1.8 3.9
Galactan 2.5 1.0Lignina 17.2 29.1Proteine 4.0 ndAcetilati 3.2 3.6Cenusa 7.1 1.1
Acid uronic 3.6 ndZaharuri
nestructurale1.2
nd
2013-2014
Bioresurse 5 7Descompunerehemiceluloza la zaharuri
Producereenzime, decompunereceluloza la glucoza, zaharuriprin fermentatie
CONVERSIA ENZIMATICA A CELULOZEI IN ETANOL
2013-2014Bioresurse 5
8
Etape biologice:Producere celulazaHidrolizaFermentatie
PregatireMaterie prima
Pretratare
Recuperare etanol
Procesare reziduuri
UtilitatiEtanolcombustibil
Efluenti ai procesului
Electricitateexportata
Granite proces
Lignina, etc
Caldura de proces,electricitate
10/30/2013
3
NECESITATEA PRETRATARII BIOMASEICELULOZICE
Pretratarea conduce la:
• Accesibilitate marita a celulozei la enzime
• Cresterea randamentelor de zaharuri obtinute din hemiceluloza
• Scaderea costurilor– se lucreaza la presiune cazuta, cu materiale de constructie ieftine
• Scaderea costurilor cu energia
• Degradare redusa
• Reducere rezistentei la actiunea enzimelor
• Folosire substante chimice ieftine sau recuperabile2013-2014
Bioresurse 5 9
STRUCTURA PERETE CELULAR IN PLANTE
2013-2014
Bioresurse 5 10
SCOPUL PRETRATARII:Distrugerea peretelui celular al biomasei vegetale, spre a facilita accesul enzimelor la celuloza si hemiceluloza
2013-2014Bioresurse 511
DISTRUGEREA PERETELUI CELULAR AL BIOMASEI CELULOZICE
2013-2014
Bioresurse 5 12
10/30/2013
4
STRUCTURA CELULOZEI
2013-2014
Bioresurse 5 13
ROLUL CENTRAL SI IMPACTUL PRETRATARII IN PROCESELE BIOLOGICE
2013-2014
Bioresurse 5 14
CATEGORII DE PRETRATARE
FizicaBiologicaChimicaFizico-chimica
2013-2014
Bioresurse 5 15
PROCEDEE FIZICE DE PRETRATARE
Maruntire• Mori
• cu ciocane• cu cutite• cu bile• cu valturi• coloidale• uscate
• Extrudere
• Iradiere• Microunde• Fascicule de
electroni• Raze Laser• Radiatii gamma
• Plasma
2013-2014
Bioresurse 5 16
10/30/2013
5
PROCEDEE BIOLOGICE DE PRETRATARE
Microbiene• Fungi• Actinomicete
Enzimatice• Peroxidaze• Laccaze• Manganaze• Enzime reducatoare ale
chinonelor
2013-2014
Bioresurse 5 17
PROCEDEE CHIMICE DE PRETRATARE
Oxidare
• Acid Peracetic• Ozon• Peroxid de Hidrogen• Clor• Hipoclorit de Sodium• Bioxid de clor
Acid concentrat
• Sulfuric (55-75%)• Fosforic (79-86%)• Azotic (60-88%)• Clorhidric (37-42%)• Percloric (59-61%)
• Solventi ai celulozei• Saruri anorganice• Clorura de litiu• Clorura de staniu• Bromura de calciu
• Saruri ale aminelor• Cadoxen
Cd(H2N-CH2-CH2-NH2)3(OH)2
(clorura de cadmiu+ etilendiamina)• Cooxen
(hidroxid de cobalt + etilendiamina)• Lichide Ionice [C4min]Cl
2013-2014
Bioresurse 5 18
• Delignificare(Depolimerizare lignina)
• Solventi organici• Etanol• Butanol• Metanol• Acetona• Acid acetic• Trietilenglicol
Modificarea celulozei
• Carboximetil celuloza• Viscoza• Mercerizare
Alcaline
• Hidroxi de de Sodiu• Hidroxid de Calciu• Amine• Oxid de calciu• Amoniac
• Gazos• Lichid• Supercritic• Apos• Percolare
(curgere/filtrare fluideprin straturi granulare)
2013-2014
Bioresurse 5 19
Acizi
• Sulfit• Acid sulfuric sau azotic diluat• Autohidroliza cu acizi naturali• Apa subcritica
(fierbinte/lichida) 80:1 g apa/g biomasa
• Gaze• HCl• SO2
• NO2
• CO2
pH neutru
2013-2014
Bioresurse 5 20
10/30/2013
6
PERCOLARE CU RECIRCULAREA AMONIAC(ARP – AMMONIA RECYCLE PERCOLATION)
•Grad inalt de delignificare cu solutie de amoniac•Indepartarea ligninei imbunatateste eficienta enzimatica simicrobiana•Amoniacul se recircula cu usurinta•Lignina purificata este produs secundar•Procedeul poate fi combinat cu alte procese de pretratarepentru fractionarea aproape totala abiomasei in hemiceluloza, celuloza si lignina•Se foloseste un reactor continuu in echicurent , cu recircularea amoniacului
2013-2014
Bioresurse 5 21
PROCES ARP (AMMONIA RECYCLE PERCOLATION –PERCOLARE AMONIAC CU RECIRCULARE)SCHEMA TEHNOLOGICA
2013-2014
Bioresurse 5 22
REACTOR ARP DE LABORATOR
2013-2014
Bioresurse 5 23
PRETRATARE CU APA LICHIDA FIERBINTE
•pH controlat
•Temperatura ridicata
•Apa lichida (inalta presiune)• Apa actioneaza ca un acid
• kw= 10-14 - 6 • 10-12 intre 20 - 2300C.
2013-2014
Bioresurse 5 24
10/30/2013
7
REACTOR CU CURGERE TIP PISTON PENTRUPRETRATARE CU APA FIERBINTE
2013-2014
Bioresurse 5 25
PROCEDEE DE PRETRATARE FIZICO-CHIMICEExplozie cu abur
• Abur simplu• SO2
• H2SO4
• CO2
• CaO• altele
Expansiune Fibre cu Amoniac(AFEX)
2013-2014
Bioresurse 5 26
CE ESTE AFEX/FIBEX?Expansiunea fibrelor cu amoniac (AFEX) este o metoda de pre-tratarepromitatoare a biomasei folosita in producrea de bioenergie.In timpul acestui procedeu, amoniacul este adaugat in biomasa sub presiune moderata (7 – 27 atm) si la 70 - 200°C, inainte de o depresurizarerapida. Parametrii importanti ai procesului sunt: temperatura de reactie, durata de stationare, fluxul de amoniac, fluxul de apa. Procesul
• decristalizeaza celuloza, • hidrolizeaza hemiceluloza, • indeparteaza si depolimerizeaza lignina si• creste numarul si dimensiunea microporilor in peretele celular, ceea ce
determina cresterea vitezei hidrolizei enzimatice.Tratarea a diverse culturi energetice decurge cu un randament aproapecantitativ
2013-2014
Bioresurse 5 27
CE ESTE AFEX/FIBEX?
Amoniacul lichefiat anhidru trateaza si face sa “explodeze” celulele biomasei, dupa care este recuperat.
Proces discontinuu: AFEX,
Proces continuu: FIBEX
Conditii:
• 70-2000 C, • umiditate proba: 20-150%, • raport amoniac/biomasa: 0.5-1.3 la 1.0 (baza uscata), • 7-27 atm.• Durata tratare: cca 5 minute
2013-2014Bioresurse 5 28
10/30/2013
8
SCHEMA BLOC A PROCESULUI CONTINUU FIBEX
2013-2014
Bioresurse 5 29
AMMONIA FIBER EXPLOSION (AFEX SAU FIBEX)
Proces continuu/discontinuu cu adaos de amoniac lichid sirecuperarea acestuia.
Nici un solid nu se indeparteaza din biomasa: materialul umedisi cedeaza apa amoniacului, uscandu-se, si poate fi alimentat in etapa de hidroliza/fermentatie cu o concentratie mare de solide
Temperatura mediului este cca. 800 C, se tolereaza un interval larg de umiditate, concentratia amonic 0.3 –1.0 kg/kg biomasauscata
Se obtin randamente mari de carbohidrati totali: hemiceluloza, celuloza, glucoza
Procedeu eficient pentru multe materiale, dar trebuie reglatpentru fiecare in parte.
2013-2014Bioresurse 5 30
PRETRATARE LA PH NEUTRU
•pH pretratare = 4 -7
•Conditiile de lucru sunt selectate astfel incathidroliza este minima
•Temperaturi:180 - 2000 C
•Incarcatura 200 – 400 g planta/l apa deionizata
2013-2014
Bioresurse 5 31
PRETRATARE CU VAR NESTINSDE CE OXID DE CALCIU?
•Tratamentele alcaline sunt mai putin distrugatoare decat cele acide
•CaO - cea mai ieftina substanta bazica
• Hidroxid de Sodiu - 0.68$/kg• Amoniac - 0.25$/kg• CaO - 0.06$/kg
•Siguranta la manipulare
•Nu este necesar un vas de presiune
•Compatibil cu agenti oxidanti
•Disponibil
2013-2014
Bioresurse 5 32
10/30/2013
9
SCHEMA UNEI BATERII DE REACTOARE PENTRUPRETRATAREA BIOMASEI CU OXID DE CALCIU
2013-2014
Bioresurse 5 33
BATERIE DE REACTOARE PENTRU PRETRATAREA BIOMASEICU OXID DE CALCIU
2013-2014
Bioresurse 5 34
TRATARE AVANSATA CU CaO
2013-2014
Bioresurse 5 35
Biomasa + CaO
Pietris
Aer
DEPOZITARE + PRETRATARE + FERMENTATIE
2013-2014
Bioresurse 5 36
Biomasa + CaO + CaCO3
Pietris
Aer
Prelata de acoperire
10/30/2013
10
PRETRATARE CU ACID DILUAT
Indeparteaza hemiceluloza cu randament de 80 - 90%Produce celuloza digerabila•Asemanare cu pretratarea necatalizata, dar se adauga acid diluat•Temperaturi cca. 120 - 190oC•Durata cca.10 minute•Se foloseste 0.5 - 1.5% acid•Abordare pentru izolarea de diverse substante chimice•Se folosesc conducte incalzite in exterior, trecute prin bai de nisip pentru incalzirea sistemului
2013-2014
Bioresurse 5 37
HIDROLIZA CELULOZEI
2013-2014
Bioresurse 5 38
Metode de hidroliza si efectul temperaturii
COMPARATIE METODE DE PRETRATARE
2013-2014
Bioresurse 5 39
PRETRATARE CU LICHIDE IONICE (LI)
•Lichidele ionice sunt o clasa relativ noua de solventiecologici, fiind o alternativa la solventii organici•Au structura de saruri, compuse dintr-un cation si un anion, cu puncte de topire joase (<1000C)•Proprietatile lor termodinamice si fizico-chimice suntdeterminate de ionii ce intra in compozitia lor•Pretratarea biomasei cu lichide ionice (LI) nu estedeocamdata viabila comercial din cauza pretului de cost foarte ridicat al LI.
2013-2014
Bioresurse 5 40
10/30/2013
11
CATIONI SI ANIONI DIN CE FORMEAZA LICHIDEIONICE
2013-2014
Bioresurse 5 41
SCHEMA CONVERSIE CELULOZA IN GLUCOZAFOLOSIND LICHIDE IONICE
2013-2014
Bioresurse 5 42
PRETRATAREA IERBII PANICUM VIRGATUM SIRECUPERAREA POLIZAHARIDELOR - IMAGINIMICROSCOP CU AUTOFLUORESCENTA
2013-2014
Bioresurse 5 43
top related