VITA 1600 Bulevar de Wilson, Colección 500, Arlington, Virginia 22209 EE.UU. TEL: 703/276-1800. El facsímil: 703/243-1865 Internet: pr-info@vita.org
la Understanding Etanol Combustible Producción y Uso ISBN: 0-86619-203-4 [C]1984, Voluntarios en la Ayuda Técnica,
PREFACE
Este papel es uno de una serie publicado por Voluntarios en Técnico La ayuda para proporcionar una introducción a específico innovador las tecnologías de interés a las personas en los países en desarrollo. Se piensa que los papeles son usados como las pautas para ayudar las personas escogen tecnologías que son conveniente a sus situaciones. No se piensa que ellos proporcionan construcción o aplicación se instan a las Personas de details. que avisen VITA o una organización similar para la información extensa y soporte técnica si ellos hallazgo que una tecnología particular parece satisfacer sus necesidades.
Los papeles en las series eran escrito, repasaron, e ilustraron casi completamente por VITA Volunteer los expertos técnicos en un puramente basis. voluntario Unos 500 voluntarios estaban envueltos en la producción de los primeros 100 títulos emitidos, mientras contribuyendo aproximadamente 5,000 horas de su time. el personal de VITA incluyó Leslie Gottschalk como el editor primario, Julie Berman que se ocupa dado la composición y diseńo, y Margaret Crouch como gerente del proyecto.
Cliff Bradley y Ken Runnion, los coautores de este papel, especialice en las alcohol combustible producción tecnologías. Bradley es un el microbiólogo y Runnion un ingeniero químico a Renovable Las tecnologías, Inc. Ellos han publicado varios manuales prácticos y folletos en el campo, y está investigando actualmente y los nuevos métodos desarrollando de mejorar el proceso de hidrólisis de almidón requerido para la producción de combustible de alcohol. Críticos de Kenneth Brunot, El Gen de C. Haugh, y Daniel Ingold también son especialistas en el area. Brunot, el mayor vicepresidente para la Wright Technology, era anteriormente presidente de Wright Energy la Corporación de Nevada dónde él especializado en estudios que relacionan al etanol producción usar la energía geotermal para los requisitos de energía de proceso. las cabezas de Haugh el Departamento de Ingeniería Agrícola en la Escuela politécnica de Virginia Institute. Ingold es un biophysicist entrenando y un ingeniero de la investigación a la Corporación de la tecnología apropiada.
VITA es un privado, empresa no ganancial que apoya a las personas trabajando en los problemas técnicos en los países en desarrollo. las ofertas de VITA la información y ayuda apuntaron a ayudar a los individuos y los grupos para seleccionar y las tecnologías del instrumento destinan a su situations. VITA mantiene un Servicio de la Pregunta internacional, un el centro de la documentación especializado, y una lista informatizada de los consultores técnicos voluntarios; maneja los proyectos del campo a largo plazo; y publica una variedad de manuales técnicos y papeles.
YO. LA INTRODUCCIÓN
Este papel describe la producción y uso de etanol (el alcohol etílico) como un fuel. líquido La producción de etanol es un bien-estableció la tecnología; sin embargo, el uso de etanol como un líquido el combustible es un asunto complejo.
El etanol era uno de los primeros combustibles usado en engines. automovilístico Él se usó extensivamente en Alemania durante el Segunda Guerra Mundial y también en Brasil, los Filipinas, y los Estados Unidos. Durante el postguerra el periodo, como los suministros de petróleo se puso barato y abundante, la gasolina reemplazó el etanol grandemente como un fuel. Not automotor hasta los ańos setenta, cuando el suministro de aceite fue restringido, hizo el etanol re-surge como una alternativa a o diluyente para basado en petróleo los combustibles líquidos (el etanol como un diluyente se agrega a éstos los combustibles para aumentar su volumen). Today, 12 países producen y use una cantidad importante de etanol. Por ejemplo, En Brasil uno tercero de los usos de los automóviles de ese país el puro etanol como el combustible; el permaneciendo dos terceras mezclas del uso de gasolina y etanol. Francia, los Estados Unidos, Indonesia, los Filipinas, Guatemala, Costa Pica, Argentina, la República de Africa Sur, Kenya, Thailandia, y Sudán es otros países con el gobierno o privado el combustible del etanol programs. Los programas se diseńan para reducir un la dependencia de país en el combustible importado costoso y para ayudar en creando una nueva industria de combustible doméstica.
El puro etanol puede reemplazar la gasolina en el chispa-ignición modificado los artefactos, o puede mezclarse con la gasolina a a a 20 por ciento la concentración para alimentar los motores de gasolina del unmodified. El Mezclando los saques dos propósitos: (1) extiende los suministros de gasolina, y (2) como un enhancer de octano, reemplaza los compuestos de primacía en la gasolina. El etanol también puede usarse en el diesel modificado (la ignición de condensación) los artefactos; sin embargo, esto no es común.
La producción y uso de etanol de combustible pueden servir una variedad indirectamente de needs. En un nivel nacional, el etanol puede mejorar el equilibrio de pagos cambiando de sitio el petróleo importado domésticamente con fuel. producido Esto puede proporcionar el empleo rural también aumentado y mercados alternativos para los artículos agrícolas. En una comunidad + el nivel individual, la producción de combustible de etanol es a menudo visto como un medios para ponerse independiente de combustibles comprados, a guarde el dinero dentro de la economía local, y para proporcionar un seguro la provisión de carburante en caso de las escaseces de combustibles de petróleo.
II. LOS PRINCIPIOS QUE OPERA
LA PRODUCCIÓN DEL ETANOL
La producción de combustible de etanol es una combinación de biológico y físico el Etanol de processes. se produce por la fermentación de azúcares con yeast. que se concentra al grado antidetonante por distillation. Figure 1
es una representación esquemática de los pasos principales en el combustible la producción del etanol.
Feedstocks, los materias primas bajos, son o azucare o almidón-conteniendo crops. Éstos " las Cosechas " de Combustible de Biomasa (los tubérculos y granos) normalmente incluya remolachas, las patatas, el maíz, el trigo, la cebada, Las alcachofas de Jerusalén, y el sorgo dulce. Sugar las cosechas como se extraen cańa de azúcar, remolachas, o el sorgo dulce para producir una solución azúcar-conteniendo que puede fermentarse directamente por yeast. Starch los feedstocks, sin embargo, deben llevarse a cabo un el paso de la conversión adicional.
El almidón es un polímero de la cadena " largo " de glucosa (es decir, muchos glucosa las unidades del polímero unieron en una cadena). Los Almidones de no pueden ser directamente fermentado a ethanol. Ellos deben romperse primero abajo en el las unidades de glucosa más simples a través de un proceso de hidrólisis. En el el paso del hidrólisis, los feedstocks de almidón son molidos y mixtos con riegue para producir una masa que contiene 15 a 20 por ciento típicamente starch. La masa se cocina entonces al punto de ebullición o anteriormente y tratado en la sucesión con dos preparaciones de la enzima. El primero la enzima hidroliza las moléculas de almidón para poner en cortocircuito las cadenas; el segundo la enzima hidroliza las cadenas cortas a la glucosa. que La masa es entonces refrescado a 30[degrees] el LENGUAJE C, y la levadura se agrega.
Las levaduras son microorganismos que producen el etanol. Estos microorganismos es capaz de convertir el azúcar en el alcohol por un biológico el proceso llamado la fermentación. lo siguiente la ecuación muestra el
la reacción biológica básica en la conversión por la fermentación de un kilogramo de glucosa al etanol, anhídrido carbónico, y calor:
Teóricamente, la eficacia de la conversión máxima de glucosa a el etanol es 51 por ciento en una base de peso. However, un poco de glucosa es usado por la levadura para la producción de masa de la célula y para metabólico los productos de otra manera que el etanol. En la práctica, entre 40 y 48, el por ciento de glucosa se convierte al etanol. Con un 45-por ciento la eficacia de fermentación, 1,000 kilogramos de azúcar fermentable, produzca aproximadamente 570 litros de puro etanol. Conversely, aproximadamente 1,800, se exigen kilogramos de azúcar fermentable producir 1,000 los litros de Masa de ethanol. contienen típicamente entre 50 y 100 los gramos de etanol por el litro (5 a 10 peso por ciento por el volumen) cuando la fermentación está completa.
El etanol está separado de la masa por la destilación--un proceso físico en que los componentes de una solución (en este caso, agua y etanol) está separado por las diferencias en el punto de ebullición o la tensión de vapor.
El etanol y forma de agua un azeotrope, o la solución hirviente constante, de aproximadamente 95 alcohol por ciento y cinco agua por ciento. El cinco agua por ciento no puede ser separada por la destilación convencional. La producción de puro, agua-libre (anhidro) el etanol requiere la destilación siguiente a un paso de la deshidratación. La Deshidratación de , un paso relativamente complejo en la producción de combustible de etanol, es cumplido en uno de dos ways. El primer método usa un tercio el líquido, la mayoría normalmente benceno que se agrega al etanol / riegue mixture. Esto cambia las características hirvientes del la solución, permitiendo separación de etanol anhidro. El segundo el método emplea tamices moleculares en que selectivamente absorben el agua la base de la diferencia en el tamańo molecular entre el agua y el etanol.
Los sólidos del non-fermentable en la masa destilada (el stillage) contenga las cantidades inconstantes de fibra y proteína, dependiendo del feedstock. El líquido también puede contener proteína soluble y otros nutrientes. La recuperación de la proteína y otros nutrientes en el stillage para el uso como el ganado alimentado puede ser esencial para barato combustible del etanol que el production. Proteína volumen variará con el feedstock. Algunos granos (por ejemplo, sale, cebada) rinda un derivado sólido --los destiladores secaron los granos (DDG)--ese va de 25 a 30 por ciento la proteína y hechuras un alimento excelente para el ganado. Si el procesando el equipo se construye de acero inoxidable y procesando se lleva a cabo bajo las condiciones del well-controlled, la proteína, los derivados también pueden ser consumidos por los humanos.
La producción de etanol también produce el líquido effluente que es un problema de contaminación potencial. aproximadamente 9 litros de effluente es producido para cada litro de etanol. En las plantas bien-diseńadas, algunos del effluente puede reciclarse. Effluent puede tener un alto Biológico La Demanda de oxígeno (BOD) que es una medida de agua orgánica el potencial de polución, y es agrio. que requiere al tratamiento antes de los discharge. Tratamiento requisitos dependa del feedstock y las regulaciones de mando de polución locales. debido al volumen ácido, el cuidado debe tenerse si el effluente extiéndase encima de los campos.
EL USO FINAL DEL ETANOL
El etanol es un líquido de calidad superior, estable. Alguno del químico y se resumen propiedades físicas de etanol en Mesa 1.
La Mesa de 1. Resumen de Propiedades del Etanol
La propiedad el Etanol de
La Fórmula química.............................. [C.SUB.2][H.SUB.5]OH
El peso molecular.............................. 46.07
La densidad (20[degrees] el LENGUAJE C)....................... 0.791 G/CC
El Punto hirviente [un]............................. 78.5[DEGREES] EL LENGUAJE C
El calor de combustión [el b]........................ 5625 KCAL/1
El calor de Vaporización [el c]...................... 9.225 KCAL/MOLE
El indice de octano................................. 106-108
La Stoichiometric Air/Fuel Proporción [el d]............. 9/1
[el punto de ebullición del a] es la temperatura a que un cambios líquidos escalonan y se vuelven un gas; el punto a que la tensión de vapor de los iguales líquidos la tensión de vapor del system.
[el calor de combustión del b] es la cantidad de calor emitida cuando un La unidad cantidad de cualquier hidrocarburo (por ejemplo, etanol) se quema al anhídrido carbónico y agua.
[los c] Calientan de vaporización es la entrada de calor exigió cambiar El líquido de a su punto de ebullición a un vapor a la misma temperatura (por ejemplo, riegue a las 100[degrees] el LENGUAJE C para cocer al vapor a las 100[degrees] el LENGUAJE C).
[el d] La proporción de air/fuel de stoichiometric es la cantidad de aire necesario completamente para oxidar (la quemadura) el combustible.
El Uso del etanol en los Artefactos
El etanol normalmente es la mayoría usado en el transporte y agricultura alimentar la combustión interna, cuatro-ciclo, los artefactos del chispa-ignición. Se usa como un reemplazo directo para la gasolina, o está mezclado con la gasolina como un diluyente y propulsor de octano.
El uso de etanol para reemplazar la gasolina requiere las modificaciones a el carburador, los componentes del sistema de combustible, y a menudo la condensación ratio. que La conversión eficaz de motores de gasolina existentes requiere los técnicos experimentados, conocedor.
Los artefactos diseńaron específicamente y fabricaron para operar adelante el combustible del etanol generalmente será más eficaz que modificó la gasolina las engines. Etanol concentraciones de entre 80 y 95 por ciento puede usarse como combustible que elimina la necesidad para sofisticado el systems de la deshidratación y simplifica la destilación. En muchos casos, la conversión de artefactos para operar en el etanol puede ser más simple y más cost eficaz que la deshidratación del etanol. La desventaja de conversión del artefacto es esa distancia de viaje de vehículo está limitada por el suministro disponible y distribución de etanol.
Algún " systems de combustible " dual--es decir, artefactos con un carburador que + pueda operar en el etanol o en la gasolina--se ha desarrollado en un basis. limitado En Brasil, una porción significante del el transporte el combustible de etanol de usos rápido en los automóviles con especialmente los artefactos diseńados, fabricados por el automóvil internacional mayor, las compańías.
En los artefactos del unmodified, el etanol puede reemplazar arriba a 20 por ciento de el gasoline. Blending el etanol con la gasolina extiende la gasolina proporcione, y mejora la calidad de gasolina aumentando su el octano value. Como un enhancer de octano, el etanol puede reemplazar la primacía los compuestos en gasoline. There son las ventajas a usar la gasolina / el etanol mezcla en lugar del puro etanol. Las Mezclas de no requieren el artefacto modification. En por aquí, el etanol puede integrarse rápidamente con el suministro de gasolina existente y systems de la distribución. Reemplazando la primacía compone con el etanol quita uno del principal los problemas de contaminación del aire asociaron con la gasolina.
La desventaja de usar las mezclas del ethanol/gasoline es que el el etanol debe ser anhidro, mientras requiriendo un paso de la deshidratación en la producción. Si el etanol del non-anhydrous es mixto con la gasolina, el las mezclas separarán en una fase de gasolina y un water/ethanol escalone, mientras causando el comportamiento del motor errático.
En la suma a su uso en los automóviles gasolina-alimentados y en camión o artefactos del tractor, el etanol puede usarse en otros tipos de engines. por ejemplo, pequeńo, los motores de gasolina del cuatro-ciclo encontraron en el equipo agrícola en pequeńa escala (por ejemplo, labradores, los tractores pequeńos) pueda quemar a menudo 80 a 95 etanol por ciento como un reemplazo directo para gasoline. Tales artefactos alimentados por el etanol requieren las modificaciones mínimas.
El uso de etanol en los motores de dos tiempos especialmente diseńados tiene se demostrado en una base limitada. El problema de usar el etanol en estos artefactos es que el etanol no mezcla bien con oil. lubrificando para ir alrededor de este problema, la investigación es bajo la manera dado encontrar aceites de engrase que no son afectado por el etanol.
Aunque el uso del etanol en los artefactos diesel-alimentados es factible, tiene su Etanol de limitations. no enciende bajo la condensación y no mezcle bien con el combustible del diesel. Therefore, el etanol no puede ser usado como un reemplazo directo para el combustible del diesel o mezclado con el combustible del diesel para el uso en los motores de encendido por compresión. El Etanol de puede sólo se use como un reemplazo para el combustible del diesel si el artefacto es encaje con las bujías incandescentes.
El etanol puede usarse arriba en los motores dieseles sobrecargados para a aproximadamente 25 por ciento del combustible total. Esto se hace llevando el el etanol en un depósito de combustible separado e inyectándolo en el diesel el artefacto a través de una corriente de aire del sobrealimentador.
El etanol también puede reemplazar el combustible de la aviación en los artefactos del avión.
El Uso del etanol en los Aparatos
El etanol puede usarse en una variedad de cocinar, calentando, y encender appliances. En algunos casos, el etanol puede usarse en modificó los aparatos diseńaron para los combustibles convencionales. En otros casos, se requieren aparatos diseńados específicamente para el combustible del etanol.
III. LAS VARIACIONES DE PLAN DE PLANTA
Esta sección describe los procesos y requisito de equipo brevemente para cada paso principal en la producción de combustible de etanol. Él también proporciona una discusión general de la economía de combustible del etanol production. que no se significa proporcionar la información específica adelante el plan de la planta.
Los procesos y equipos varían grandemente, mientras dependiendo del feedstock, el necesite para el hidrólisis de almidón, el uso final del etanol, el apoyo disponible, las utilidades, fuente de energía de proceso, uso del derivado, y planta la balanza.
EL PROCESO DE FEEDSTOCK
Los estudios de plan de planta indican que una economía de escala existe para un 30,000,000 gal/year plantan produciendo hidrató (190 prueba) el etanol y co-generador, es decir, utilizando el generador de la turbina de gas en el sitio los juegos alimentaron con el etanol hidratado para proporcionar asociado las necesidades de poder para el plant. El gas del tubo de escape de la turbina podría usarse para obtener vapor de alta presión y el tubo de escape de la turbina caliente gastado podría usarse el gas en proceso de fabricación el derivado la Provisión de operations. secante para producir los derivados del proceso (los destiladores secaron los granos (DDG), anhídrido carbónico, y deben ser incluidos los componentes de aceite de fusel en el plan global para aumentar al máximo la efectividad del cost.
El tipo de feedstock escogido para la producción de combustible de etanol tiene un el impacto significante en el plan de la planta. El Etanol de se produce de un la variedad de azúcar - o almidón-conteniendo las cosechas, con las modificaciones, en el plan de los procesos de preparación de feedstock. El se exigen las modificaciones acomodar las propiedades físicas del feedstock, así como la naturaleza del hidrato de carbono (es decir, azucare contra el almidón).
El equipo de la preparación es necesario a la molienda, pulverizador o extracto el feedstock antes de que pueda procesarse. Milling el equipo para la preparación del feedstock varía, mientras dependiendo de las tales características del feedstock como el estado higrométrico, la estructura física, y volumen de fibra.
Almidone el Hidrólisis
Los feedstocks almidón-conteniendo requieren el equipo de hidrólisis de almidón los tanques incluyendo, la calefacción y el systems refrescante, el systems de agitación, las bombas de trasiego, y supervisando los instrumentos. el feedstocks Almidonado tenga que ser molido antes del hidrólisis a un tamańo de partículas que puede atraviese una pantalla del 20-malla.
Vapor circulado a través de los cambiadores de calor es los medios más comúnes de calefacción la masa; por consiguiente, hidrólisis de almidón los requisitos caloríficos debe ser incluido en la capacidad de olla de planta.
Refrescando la masa de hervir a la temperatura de fermentación (aproximadamente 30[degrees] el LENGUAJE C) generalmente el factor determinando en el cambiador de calor design. Esto es especialmente verdad en los climas tropicales donde la temperatura ambiente del agua de refrigeración es relativamente alto.
Los systems de agitación para los tanques de hidrólisis de almidón deben ser adecuados para mezclar viscoso (espeso) las soluciones de almidón eficazmente. Cuando el almidón está acalorado en el agua, forma una gel muy espesa. Starch el gelatinization es esencial para el hidrólisis enzimático eficaz. La mezcla completa de gelificarse la masa de almidón es necesaria asegurar el intercambio de calor eficaz y actividad de la enzima.
El equipo supervisando para el hidrólisis de almidón incluye los termómetros para medir temperatura de masa y temperatura de vapor, y presión las medidas para medir la presión de masa si presurizó el hidrólisis de almidón los systems son used. Tests para medir la eficacia de hidrólisis de almidón también es necessary. Generally que hablan, el feedstock es el elemento más importante determinando la economía de etanol la producción, y el hidrólisis de almidón ineficaz puede tener un el impacto económico mayor en la producción del etanol.
Almidone que los systems del hidrólisis son de dos tipos generales: el systems del lote y los systems. Lote systems continuos consisten en tanques que son clasificado según tamańo capacidad del tanque de fermentación y el tiempo sosteniendo respecto a. El tanque está provisto con los cambiadores de calor, normalmente interior, rollos que circulan vapor y agua de refrigeración. que La masa es agitado por un motor equipado con la desmultiplicación de engranajes y mezclando las bombas de trasiego de impellers. capaz de ocuparse dado un nivel alto de se usan los sólidos para transferir la masa de fermentación tanks. Con el feedstocks muy viscoso, intercambio de calor y agitación de masa son logrado bombeando la masa a través de un cambiador de calor externo y atrás en el tank. Lote systems se opera por llenando el tanque, llevando a cabo el proceso del multistep de enzima, el hidrólisis, y bombeando el volumen de masa entero entonces en el fermenters.
Los systems de hidrólisis de almidón continuos requieren más sofisticado el equipo, pero ellos son normalmente más eficaces. el systems Continuo generalmente use " fogones del motor de reacción " en que la masa y tallo son mezclado bajo la presión a las temperaturas de 105 a 150[degrees] C. Water, el feedstock, y la enzima se alimenta en un tanque del premix a un controló el rate, acalorado, y bombeó bajo la presión a través del jet. La masa se persiste en la presión alta y las temperaturas altas durante unos minutos, entonces soltado del fogón a sostener tanques dónde es refrescado y la enzima adicional se agrega. que La masa se transfiere entonces a fermenters. La presión alta y temperatura de éstos los systems producen gelatinization de almidón más eficaz e hidrólisis. Estos systems requieren las calderas de alta presión y relativamente el systems sofisticado por mantener la masa bajo la presión. Se clasifica según tamańo el equipo en base a la capacidad de fermenter de planta y tiempo de contacto de masa en los fogones.
La fermentación
La fermentación tiene lugar en tanques equipados con la agitación y los cambiadores de calor para quitar el calor generado por la fermentación. El tamańo del tanque es basado en la concentración de azúcar en la masa, tiempo de fermentación, último concentración del etanol, y producción de la planta el rate.
La concentración de etanol de masa final es una función directa de masa azucare concentration. Dentro de los límites de feedstocks y levadura la tolerancia del etanol, las concentraciones del etanol superiores son deseables. La concentración de etanol de masa máxima es aproximadamente 10 peso por ciento por volume. A las concentraciones superior que 10 por ciento, la levadura es killed. Generally, feedstocks con el alto porcentaje de humedad y pueden fermentarse azúcar o concentraciones de almidón menos de 20 por ciento sin dilution. Feedstocks con almidón alto o azúcar las concentraciones requieren la dilución. que El azúcar se gastará si el la concentración es más de la cantidad necesario producir el la cantidad máxima de etanol tolerada por la levadura.
La fermentación requiere típicamente de 12 a 72 horas que dependen adelante la cantidad de levadura empezaba fermentación y azúcar de masa las Plantas de concentration. están normalmente provistas con la fermentación múltiple tanques corridos en los horarios al tresbolillo para proporcionar un continuo el suministro de masa fermentada para la destilación.
Uno de los problemas más significantes en la producción del etanol, sobre todo en las plantas en pequeńa escala, es contaminación de masa por las Bacterias de bacteria. utilizan azúcares que se convertirían por otra parte a ethanol. el plan de la planta Bueno y la fermentación eficaz pueda controlar wihout de contaminación que acude a la esterilización costosa el systems.
La destilación
Los systems de la destilación o pueden ser el lote o continuo. La Elección de
un system o el otro es basado en la balanza de la planta. Ambos tipos requiera el systems calorífico, normalmente el vapor (qué puede ser de de baja presión las ollas), una columna de la destilación, y un condensador. Figure 2 muestra schematics de estos dos tipos de systems.
El tamańo de columna de destilación y rate de producción de etanol son basados adelante la concentración de etanol en la masa fermentada, fermentación la capacidad, y programas de producción. las plantas En pequeńa escala--a a aproximadamente 100,000 litros producción del etanol anual--pueda eficazmente use el systems de la destilación por cochadas. En el systems del lote, la masa entera el volumen se pasa, o cobró, a un vaso grande llamado un todavía, qué es entonces heated. Los vapores se permiten pasar en el la destilación column. Aunque los systems del lote son menos eficaz que el systems de destilación de alimento continuo, ellos son muy más fáciles a construya y opere.
En el systems del alimento continuo, la masa fermentada se bombea a un controló el rate en la columna de la destilación, con calor introducido, al fondo de la columna. La Provisión de está hecho en la cima de la columna a la masa grena alimentaba atrás a través del system. Deben usarse las columnas del alimento continuas en las plantas de gran potencia donde la eficacia mejorada justifica la complejidad agregada.
La deshidratación
El uso intencional del etanol determina la necesidad por la deshidratación el systems para quitar el cinco agua por ciento que no puede ser separó por distillation. Si el etanol será mezclado con la gasolina, la deshidratación se requiere. La presencia de agua en los resultados de gasolina-mezclas de etanol en la separación de la fase en el almacenamiento + combustible que la Deshidratación de tanks. no se requiere si el etanol es ser reemplace el Etanol de gasoline. puede usarse directamente en modificó los artefactos a las concentraciones de entre 80 y 95 por ciento.
La Recuperación del derivado
Los derivados sólidos son recuperados del stillage con el solid/liquid la separación equipment. que Este equipos pueden ir de simple las pantallas al tal equipo complejo como centrífugo o filtros al vacío. La proteína soluble en el stillage delgado puede recuperarse por evaporation. Si los derivados serán guardados o se transportarán las distancias significantes, secar es necesario. Stillage con alto el estado higrométrico puede darse a menudo directamente al ganado a o cerca del sitio de producción del etanol con la separación mínima o procesando.
El Tratamiento effluente
La producción de cada volumen de etanol de combustible generará sobre nueve volúmenes de effluent. UNA porción del effluente puede reciclarse y diluía el feedstocks de la concentración alto. However, aun cuando el effluente se recicla, todavía puede causar un significante la polución problem. para evitar polución de agua freática o el agua subterránea, el effluente debe sufrir la degradación del microbiological; es decir, la materia orgánica dańosa contuvo en el effluente debe romperse abajo antes el effluente está dispuesto de. Esto se hace anaerobically, el aerobically, o por un secuencial la combinación de los dos métodos. que la degradación Effluente normalmente es hecho en un estanque del tratamiento simple, seguido por una estabilización, el estanque, si necessary. Alternatively, el effluente puede alimentarse a el digesters del biogas, combinando la producción de energía con el tratamiento desechado.
Las utilidades
La producción del etanol requiere agua, combustible de la olla, y transporte para el feedstock, etanol, y derivados. Electricidad de puede ser ejecute las bombas, mientras revolviendo motores, controles de proceso, e instrumentación, pero hay muchas unidades a lo largo del mundo que produzca arriba a 10,000 galones por ańo a menos que el Agua de electricity.
se requiere para la dilución de masa y refrescando en los cambiadores de calor usaron con el systems de hidrólisis de almidón, fermenters, y condensadores.
Las ollas generaban el vapor del proceso requiera un económico, de buena calidad alimente como el embrague electromagnético, el biogas, la biomasa, el carbón, residual, engrase, o bagazo (el bagazo se aplasta cańa de azúcar o desecho de la remolacha de la fabricación de azúcar) . combustibles líquidos De calidad superior o electricidad es antieconómico e ineficaz para el uso como el combustible de la olla. Finally, el el feedstock necesita ser transportado a la planta; y los productos, etanol y derivado el alimento animal, necesite ser transportado al punto de uso.
Los requisitoses de energía de proceso para la producción de combustible de etanol varían dependiendo ampliamente del equipo, plan del proceso, y feedstock. El la producción de un litro de etanol con un valor calorífico de 5,625 Kcal/liter requerirían 800 a 1,200 Kcal típicamente por cocinar, 1,300 a 1,500 Kcal para la destilación, 800 a 1,000 Kcal para la deshidratación, y aproximadamente 300 Kcal para operar revolviendo los motores y pumps. El secado de derivados de la producción de uno el litro de etanol podría requerir un 600 a 700 Kcal. adicionales El la producción de etanol anhidro y los derivados secos de el grano--representando la gama alta para la energía del proceso--habría requiera 2,800 a 3,800 Kcal/liter. La producción de 90 por ciento el etanol del feedstock de azúcar sin derivado que seca--representando el rango bajo para la energía del proceso--requeriría 1,600 a 1,800 Kcal/liter.
La disponibilidad y los cost de utilidades son los factores críticos ambos en la balanza y la economía de alcohol production. Dos los factores han contribuido al fracaso de proyectos de combustible de etanol en el countries: en vías de desarrollo (1) las plantas para la producción de etanol el combustible sea tan grande que las utilidades de apoyo eran incapaces a la reunión su energía necesita; y (2) las plantas eran hasta ahora los sited del el feedstock que el transporte no era barato.
La Balanza de la planta
El etanol combustible plantas rango en el tamańo de unos mil litros a más de 100 millones dado litros de producción anual. El plan y el funcionamiento de plantas en pequeńa escala puede simplificarse grandemente por el hidrólisis de almidón combinando, fermentación, y destilación por cochadas en los tanques del proceso universales. Las plantas podrían incluir uno o varios tanques que proporcionan la masa fermentada para una sola destilación column. Plants arriba a aproximadamente 100,000 litros de producción anual puede diseńarse este way. que pueden considerarse las plantas del lote Aun más grandes si el combustible de la olla económico está disponible. Con bueno técnico la ayuda, pueden construirse las plantas del lote en pequeńa escala y pueden operarse con los recursos locales, comunidad-nivelados y habilidades.
Puede obtenerse la eficacia que opera mayor en las plantas más grandes por el hidrólisis de almidón de separación y fermentación en especialmente diseńó el systems y usando las columnas de destilación de alimento continuas. Generalmente, el cost importante mayor y complejidad que opera de este tipo de planta se volverá en la eficacia que opera. Las plantas del alcohol de gran potencia requieren a algunas empleadas por lo menos con la dirección relativamente sofisticada y la Planta de skills. técnica el plan, equipo, y construcción requieren a menudo los recursos fuera la comunidad local.
COST/ECONOMICS
Es difícil dado proporcionar la información general sobre el combustible del etanol la economía porque el coste de la producción y valor del producto dependen adelante plante situación, feedstock, balanza de la producción, y uso final.
La producción del etanol incluye capital y costs. Dos que opera los factores importantes en el coste importante para las plantas del lote pequeńas son almidone systems del hidrólisis y capacidad de la olla. En las plantas grandes, diseńando, el systems de la destilación, y el control de proceso es relativamente más significant. Generally, el coste importante para el alcohol, las plantas van de $.50 a $1 (EE.UU.) por el litro de producción anual capacity. Based en las figuras de las plantas de EE.UU., capital el coste por el litro de potencia productora anual para muy pequeńo y las plantas muy grandes son generalmente mayores que aquéllos para el intermedio-balanza las plantas--1 a 10 millones dado litros producción anual.
El mayor cost que opera en la producción del etanol, sin tener en cuenta descascare, es feedstock. Para la producción de combustible de etanol ser aprovechable, un suministro barato de feedstock es esencial. En pequeńo las plantas, el labor-coste también puede ser relativamente importante.
El coste indirecto para la conversión del artefacto, distribución y mercadeo, plante las utilidades, y el transporte de feedstock y productos es también importante evaluando el coste de producción de etanol.
El valor de mercado del etanol depende del uso final. El valor de mercado de el etanol como un combustible del reemplazo generalmente se mediría relativo a prices. de gasolina El valor de mercado de etanol cuando mezclado con la gasolina puede ser superior que la gasolina debido al el valor de octano aumentado de mezclas del ethanol/gasoline.
El valor de mercado del derivado es moderado contra el precio local de feed. animal El valor es típicamente determinado comparando el la proteína satisfecho de alimentos.
Otros factores, aparte del coste de producción de etanol y el mercado, el valor de etanol, también puede ser significante al análisis económico. El desplazamiento de petróleo importado con domésticamente produjo el combustible renovable puede mejorar los déficites del balance-of-payment y pueda ser económicamente ventajoso a pesar del etanol relativamente superior las Oportunidades de costs. para el empleo rural, los mercados alternativos para los artículos agrícolas, y la independencia de energía puede proporcione las ventajas económicas significantes además de un directo la contabilidad de rentabilidad de la planta.
IV. COMPARING LAS ALTERNATIVAS
COMBUSTIBLES QUE COMPITEN CON EL ETANOL
El metanol, butanol, y algunos tipos de aceite vegetal son tres alternativas a ethanol. metanol y butanol pueden usarse a reemplace o extienda gasolina o combustible del diesel. Los aceites vegetales de , sin embargo, se limita a reemplazar sólo combustible del diesel hasta la investigación extensa demuestra por otra parte.
El metanol es la alternativa más importante. es un alcohol líquido el un átomo del carbono conteniendo ([CH.sub.3]OH). Like el etanol, se usa para reemplazar o se mezcle con la gasolina. El Metanol de se produce por un proceso químico que usa el metano como el feedstock primario. El metanol también puede producirse de carbón o biomasa. En un la balanza mundial, la industria de producción de metanol es relativamente grande, y usa el embrague electromagnético para el feedstock. La Metanol producción requiere temperatura alta, presión alta, y los catalizadores especiales.
Este proceso es mucho más complejo que la producción del etanol y es generalmente barato en sólo plantas industriales muy grandes.
El butanol es un alcohol del cuatro-carbono. tiene dos posible químico las estructuras, dependiendo de la posición del hidróxilo,: El N butanol ([CH.sub.3] [CH.sub.2] [CH.sub.2][CH.sub.2]OH) y 2 butanol ([CH.sub.3] [OH.sub.1] [CH.sub.2] [CH.sub.3]) la Fermentación de .
produce butanol. NO etanol Diferente o metanol, el butanol puede sustituya para o se mezcle con el combustible del diesel en la condensación la ignición engines. de que se produce por la fermentación bacteriana el almidón - o azúcar-conteniendo el feedstocks y purificó por la destilación. Las bacterias producen etanol y acetona además del el producto principal, el butanol.
La producción de butanol tiene dos desventajas: (1) la fermentación de butanol es difícil comparado con eso de etanol; y (2) la fermentación del butanol produce el combustible menos-útil por la unidad de el feedstock que la fermentación del etanol con la levadura. El Butanol de ha sido producido comercialmente bajo las condiciones de tiempo de guerra. Today, sin embargo, el butanol ya no se produce comercialmente para el uso como el combustible.
EL DESARROLLO DE AND DE INVESTIGACIÓN ACTUAL
La producción de combustible de etanol es una tecnología comercial bien-establecida. Pero también es una tecnología que tiene el cuarto para mejorar. Por eso los esfuerzos de la investigación y desarrollo en el combustible del etanol la producción es ongoing. Las áreas de la investigación que relacionan a esto tecnología que continúa siendo dirigidose incluye (1) el feedstock; (2) el hidrólisis de almidón y plan de proceso de fermentación; (3) el etanol y usos finales del derivado; y (4) la integración sitio-específica de producción del etanol con la economía agrícola local.
Feedstock es el elemento del cost más significante en la producción del etanol. Las preguntas de posible competición para primero agrícola aterrice, e impactos de producción del etanol en el suministro de comida y distribución es crucial al éxito social y económico de esto technology. Una área importante de investigación es la identificación de almidón - y/o azúcar-conteniendo cosechas en que pueden crecerse los pobres aterrizan y ese requiera una cantidad mínima de cultivo y las entradas químicas (por ejemplo, fertilizantes). que los Tales feedstocks deben ser compatible con las condiciones climáticas locales, los recursos hídricos, y la tierra type. Ellos no deben romper el local agrícola economy. el feedstocks Alternativo bajo la evaluación en las varias partes del mundo incluyen palma del sagu, bambú, dulcemente, las patatas, y árboles de langosta de miel. Once que se identifican las cosechas potenciales, la investigación se dirigirá hacia los rendimientos crecientes, las cosechas adaptando a las situaciones específicas, y el cultivo en vías de desarrollo, siegue la mies, y técnicas del almacenamiento.
Los feedstocks alternativos exigirán a la investigación adaptar el almidón el hidrólisis y equipo de fermentación y procedimientos al particular las características del feedstock y concentración de fermentable la sugars. Fermentación investigación también podría incluir la selección de tensiones de levadura para la eficacia de fermentación mejorada. Las Mejoras de
pueda incluir la tolerancia aumentada al azúcar alto y las concentraciones del etanol, la tolerancia a la temperatura de fermentación alta, + adaptación a las características del feedstock particulares.
Las necesidades de la investigación en el etanol y usos finales del derivado podrían incluir la evaluación de tecnología y economía para los usos de etanol otro que como un combustible para motores; la evaluación de técnicas de la conversión para los tipos específicos de artefactos; y evaluación de feedstocks específico para la recuperación y uso de derivados.
Investigue en la integración de producción de combustible de etanol con agrícola las economías podrían cubrir un rango ancho de temas, mientras incluyendo la economía del feedstock y cultivo, planta y plan de equipo encajar los constreńimientos locales específicos, las fuentes de combustible de proceso, los impactos, en el empleo y distribución del ingreso, y efectos en el nacional la balanza de pagos.
V. LA INTEGRACIÓN DE
La introducción exitosa de producción de combustible de etanol y usa en los países en desarrollo requieren la planificación cuidadosa. La tecnología debe integrarse con las condiciones económicas locales, disponible, los recursos, y uso final potencial del etanol y sus derivados. La eficacia que opera de plantas del etanol de gran potencia pueda ser mayor que el de plantas en pequeńa escala. However, esto, la eficacia puede ser de valor pequeńo si la planta es demasiado grande para los feedstock disponibles y utilidades de apoyo o si el local la economía de producción de comida y distribución se rompe.
Deben descascararse las plantas del etanol para que la demanda para el feedstock haga no rompa systems de la distribución y mercados para agrícola commodities. Support las utilidades y transporte deben ser capaces para apoyar la balanza de producción del etanol. Uno importante, oculto el cost de plantas del etanol de gran potencia es el cost de construir o los caminos actualizando, el systems del abasteciemiento de agua, el systems de mando de polución, y la capacidad generadora de electricidad. que El método financiaba estos systems de apoyo es una pregunta económica importante.
Los destiladores secaron los granos (DDG) es el artículo del derivado mayor siendo el resultado de la producción del etanol. que Este producto de la proteína alto es un ganado excelente alimentaba, y alimentaba muchos podría localizarse casi el etanol plant. Otro el uso potencial sumamente importante de este material proteína-rico podría ser como un suplemento de comida humano.
El uso final del etanol y derivados debe estar en una balanza que los fósforos production. que los recursos Técnicos necesitan estar disponibles para las conversiones del artefacto si necesario. Si el etanol será mezclado con la gasolina, mercadeo y systems de la distribución para el etanol y para deben desarrollarse las mezclas del ethanol/gasoline en el paralelo con el la construcción y funcionamiento de plantas de combustible de etanol.
La integración apropiada puede reforzar la economía de producción de etanol y puede lograrse con bien-diseńado pequeńo - y medio-balanza plants. las plantas En pequeńa escala pueden aprovecharse a menudo la de valor bajo + feedstocks desechado como comida que procesa la pérdida o dańó o crops. estropeado que UNA variedad de olla económica alimenta como el biogas, el calor perdido de otra industria o grupos motopropulsor, o la biomasa puede ser usó si las plantas se descascaran para emparejar los recursos disponible dentro de las distancias de transporte baratas. La Deshidratación de puede eliminarse si el etanol se usa en los artefactos reconstruidos. Alternatively, un el número de plantas del etanol pequeńas puede proporcionar 80 a 95 etanol por ciento a una planta centralizada para la deshidratación y Derivado de distribution.
procesando pueden reducirse si la planta se descascara a el ganado del suministro alimentaba la demanda en el área inmediata de la planta.
Las plantas en pequeńa escala son muy más simples a la figura y operan que plants. grande Con el soporte técnica, las plantas del etanol en pequeńa escala puede construirse y puede operarse usando las habilidades localmente disponibles y resources. Con la excepción de tal equipo como los motores, ollas, y mandos, pueden construirse las plantas en pequeńa escala razonablemente en cualquiera la sala de máquinas bien-provista, con tal de que técnicamente el sonido los planes son available. en que también pueden montarse las plantas En pequeńa escala los remolques del llano-cama para que ellos pueden moverse del sitio al sitio.
Almidone que el hidrólisis y deshidratación del etanol son los dos pasos la compra a largo plazo requiriendo de materiales fuera del local o incluso level. nacional La producción de enzimas de hidrólisis de almidón y los tamices moleculares requieren la tecnología relativamente sofisticada. Las enzimas y tamices moleculares son proporcionados por varios companies. Como una alternativa a comprar estos materiales, ellos puede fabricarse en las plantas centralizadas para la distribución a las plantas del etanol en pequeńa escala.
VI. CHOOSING LA TECNOLOGÍA APROPIADA
La decisión para producir y usar el combustible del etanol requiere dirigiéndose los dos dirigen y questions. técnico y económico indirecto Éstos las preguntas son importantes en cualquier balanza de desarrollo comprendido entre una decisión local individual para producir en una balanza pequeńa para nacional-nivelar los programas.
Las preguntas técnicas y económicas directas en la decisión para producir y usa el combustible del etanol incluya el cost y la disponibilidad de feedstock; el etanol y usos finales del derivado y comercializando; las leyes y regulaciones; la balanza de la producción; y selección de plan de la planta y opciones de equipo.
Los factores la disponibilidad del feedstock conmovedora y cost incluyen el transporte, el almacenamiento, corrupción potencial, y variaciones estacionales en el suministro y precio.
El etanol y usos del derivado son afectados por el transporte del producto y distribución, el almacenamiento, la posible corrupción de derivados, las variaciones estacionales en demanda del mercado o el uso en el sitio, y si el etanol es reemplazar o se mezcle con la gasolina. Si el etanol será mezclado con la gasolina, el coste y el systems para la distribución, mezclando, y comercializando necesidad ser tomado en account. Si el etanol es reemplazar la gasolina, el coste de artefacto, la conversión y limitaciones al uso del vehículo son dos factores importantes.
Las Leyes y regulaciones que la producción de combustible de etanol conmovedora variará del país a las Variaciones de country. también puede ocurrir entre legal y jurisdicciones políticas dentro de los países. Las Regulaciones de deben ser verificado para cada caso individual. que Las regulaciones principales son aquéllos que previenen el uso de etanol de combustible para el consumo humano. Generalmente, estas regulaciones requieren ese etanol se desnaturalice por los agentes químicos agregando al etanol para hacerlo incapaz para el humano consumption. el más prontamente el desnaturante disponible para el etanol es la gasolina mezcló a uno por ciento por el volumen. que Otras regulaciones pueden gobierne descargas de líquido y el effluents gaseoso y profesional la seguridad y Leyes de health. que dictan la conformidad a construir los códigos (por ejemplo, eléctrico, aplomando, y la seguridad de fuego codifica) pueda también aplique.
Las decisiones con respecto a la balanza de la planta, equipo, y plan del proceso dependa principalmente del feedstock, la disponibilidad de mercados para etanol y sus derivados, y la disponibilidad de planta la economía de escala de financing. en la producción de combustible de etanol es mucho menos importante que bien-planeó integración de producción de combustible de etanol con la economía agrícola, transporte local, local, las utilidades, y usos finales.
Las preguntas sociales y económicas indirectas también son muy importantes en la decisión para producir y usar el combustible del etanol. las decisiones Económicas con respecto a la producción del etanol más puede confiar en la habilidad dado encontrarse los tales objetivos como aumentar el empleo rural, logrando la energía la independencia, y manteniendo los mercados alternativos las cosechas que en la evaluación directa de coste de la producción y mercado values. Technical las decisiones con respecto a la balanza de la planta, plan del proceso, y equipo puede influenciarse por la habilidad dado encontrarse los tales objetivos como el uso de labor local y el equipo localmente manufacturado, el la creación de mercados alternativos para las cosechas agrícolas como el feedstocks, y el uso local de energía del proceso.
La emergencia de etanol como una alternativa viable a la gasolina tiene llevado a dos controversias mayores que pueden afectar el decisiones considerando la producción de combustible de etanol.
La primera controversia involucra la pregunta de rendimiento de energía neto; es decir, si la energía satisfecho del etanol es mayor que la energía consumió en la producción. Con la tecnología eficaz, la energía satisfecho de etanol la en-planta directa excede procese las entradas de energía por aproximadamente 2 a 1. However, un reciente análisis, qué tuvo en cuenta la energía cultivaba el feedstocks y para transportar feedstock y productos, calculó eso la producción del etanol consume más energía que es produced. El la contestación técnica a este análisis es que ese etanol no es un primero la fuente de energía; más bien, es una conversión de energía y el almacenamiento system. En la producción del etanol, el primero de buena calidad, difuso las fuentes de energía se actualizan a un de calidad superior, combustible líquido. La energía solar en la forma de hidrato de carbono de la planta y de buena calidad se convierten los combustibles de la olla a un combustible conveniente para el uso en el transporte. En las condiciones simples, la contestación es eso los automóviles no pueda correr en cassava. Cuando el etanol se ve como una energía el system de la conversión, la pregunta de energía neta es principalmente no pertinente. No obstante, la pregunta es útil porque seńala el necesite seleccionar esos feedstocks que requieren relativamente pequeńo el cultivo y las entradas bajas de fertilizante y químicos, y el necesite usar los combustibles de la olla de buena calidad.
La segunda controversia rodea el problema de comida contra el combustible; es decir, si el uso de cosechas agrícolas para el combustible del etanol la producción afectará la cantidad de tierra adversamente disponible para la producción de comida y suministro de comida, así como la comida conmovedora prices. Ésta es una pregunta compleja a que hay ningún absoluto answers. En la una mano, una diversión de gran potencia de cosechas de comida a la producción del etanol podría reducir la comida proporciona y aumento la comida prices. por otro lado, un cuidadosamente planeó y bien-integró la industria de combustible de etanol necesariamente no resulta en la competición directa para la tierra agrícola y comida supplies. Low-value cosechas crecidas en la tierra marginal son a menudo los feedstocks del alcohol buenos con la comida pobre el Cultivo de value. de cosechas del low-value puede contribuya a la economía a través de la conversión a un high-value product. Increased el empleo rural puede aumentar a las personas es económico el acceso a la comida de calidad superior. El Etanol de también podría producirse de artículos agrícolas que se exportarían por otra parte. Por ejemplo, la cańa de azúcar puede merecer la pena más como un feedstock para la producción de combustible doméstica para cambiar de sitio el petróleo importado que como una exportación crop. El problema de comida contra el combustible da énfasis al necesite para la planificación cuidadosa pero no signifique ese combustible del etanol la producción es una tecnología impropia.
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Las preguntas de la referencia en temas específicos que relacionan al combustible del etanol la producción puede enviarse a través de VITA al personal de Renovable Las tecnologías, Inc., quién preparó este informe, o a otro VITA voluntarios con la especialización en el combustible del etanol.