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Mechanische Brüdenverdichtung

Mechanische Brüdenverdichtung spart Energie bei der Bioethanolherstellung

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Wolfgang Hansen / Gerd Kielburger

Ein neues, aus der Whiskyherstellung stammendes Energiesparkonzept kann den Energieeinsatz bei der Ethanoldestillation um die Hälfte reduzieren. Lesen Sie, was der Einsatz mechanischer Brüdenverdichter tatsächlich bringt.

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Koronagro baut in der Ukraine die erste Bioethanolanlage. Sie wird 380 000 Liter Bioethanol am Tag erzeugen und ist damit die größte Anlage, für die GEA Wiegand die Prozesstechnik liefert. Hier verlässt gerade der erste Schwertrans- port mit der Maischekolonne das Werk in Beckum. (Bilder: GEA Wiegand)
Koronagro baut in der Ukraine die erste Bioethanolanlage. Sie wird 380 000 Liter Bioethanol am Tag erzeugen und ist damit die größte Anlage, für die GEA Wiegand die Prozesstechnik liefert. Hier verlässt gerade der erste Schwertrans- port mit der Maischekolonne das Werk in Beckum. (Bilder: GEA Wiegand)
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Whiskydestillation ist eine alte Kunst und wird seit 1830 in kupfernen Brennblasen, den Pot stills durchgeführt. Durch einen Verfahrenstrick, mit dem die Ingenieure von GEA Wiegand mit dem konzernweiten Innovation-Award prämiert wurden, kann nun der Energieaufwand bei der Whiskydestillation um gut die Hälfte gesenkt werden. Leitet man nämlich die Whiskybrüden durch einen Fallstromverdampfer und nutzt den Wärmeinhalt zur Erzeugung von Niederdruckdampf, so kann man diesen problemlos mit mechanischen Brüdenverdichtern auf ein höheres Temperaturniveau bringen und dem Destillationsprozess wieder zuführen. Der Whiskybrüden erfährt dabei keine Temperaturänderung und „merkt“ quasi gar nicht, dass ihm sein Energieinhalt entzogen wird.

Herz des Verfahren ist eine kontinuierliche Destillation, in der Kolonnen mit den unterschiedlichsten Einbauten zum Einsatz kommen, damit die Trennflächen zwischen Dampf- und Flüssigkeitsphase möglichst groß werden. Die Maische fließt durch Fallleitungen und über Lochbleche kontinuierlich abwärts in den Sumpf, der kondensierte Dampf mit den Geschmacksträgern und dem Alkohol strömt durch die Öffnungen in den Blechen aufwärts in den Kolonnenkopf. In dieser Brennblase findet zwischen Dampf und Maische ein intensiver Massen- und Energietransfer statt, wodurch sich am Kopf der Kolonne konzentrierter Alkohol sammelt und im Kolonnensumpf nahezu ethanolfreies Wasser.

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Das Prinzip klingt simpel, ist aber trickreich, da das goldfarbene Getränk auf Temperaturschwankungen während der Destillation mit Geschmacksveränderungen reagiert. Herausforderung für die GEA-Entwickler war daher, sicherzustellen, dass der Einbau der mechanischen Brüdenverdichter die Destillationstemperatur nicht veränderte.

Nachdem GEA Wiegand die Technologie der mechanischen Brüdenverdichtung in der Whisky-Industrie eingeführt hat, entstand die Idee, diese Innovation in modifizierter Form auch für die Bioethanol-Herstellung anzuwenden. Die konventionelle Herstellung von Bioethanol ähnelt der Whisky-Destillation, da sie ebenfalls aus zwei energetisch gekoppelten Kolonnen besteht.

Es gibt jedoch einen ganz wesentlichen Unterschied: Da Ethanol mit Wasser ein binäres Azeotrop bildet, kann wasserfreies Ethanol nicht durch einfache Destillation gewonnen werden. Der ethanolreiche Dampf (95 Prozent) muss deshalb noch in einem Molekularsieb entwässert werden, um zu dem sogenannten Absolutus von 99,9 Prozent zu gelangen. Neuerdings wird hierzu auch die Pervaporation mit Membrantechnik eingesetzt. Das angepasste Verfahren nutzt nun die doppelte Anzahl der Rektifikationskolonnen und kombiniert diese mit mehreren mechanischen Brüdenverdichtern. Damit wird der Durchsatz durch die Anlage verdoppelt, ohne dass sich der Dampfbedarf erhöht. Bei der Herstellung von Bioethanol ist die Destillation der Schritt mit dem höchsten Energieverbrauch. Die konventionelle Destillation verbraucht mehr als zwei Kilogramm Dampf pro Liter reinem Alkohol.

Verbrauch halbiert

Mit der neuen Technologie halbiert sich dieser spezifische Energieverbrauch. Außerdem wird auch die Kohlendioxyd-Emission beträchtlich reduziert, wodurch der Betreiber weniger Emissionszertifikate erwerben muss.

Bei einer Bioethanolanlage mit einer Leistung von 100 000 Tonnen pro Jahr lassen sich durch den Einsatz der Technologie der Brüdenverdichtung somit mehrere Millionen Euro einsparen.

Heute gibt es weltweit rund 750 Anlagen zur Herstellung von Bioethanol der ersten Generation – Einsparpotenzial ist also ausreichend vorhanden. Anlagen der sogenannten zweiten Generation befinden sich noch in der Pilotphase und sind im industriellen Maßstab kurzfristig nicht zu erwarten. Wesentlichen Einfluss auf die Entwicklung werden die Politik und gesetzliche Vorgaben haben, die auch schon in der Vergangenheit die Haupt-Markttreiber waren.

Unter Federführung der GEA Wiegand sind über zehn Gesellschaften der GEA Group mit ihren Komponenten am Bau einer Bioethanolanlage mit modernster Technologie beteiligt.

Der Autor ist Marketing- und Vertriebsleiter bei der GEA Wiegand GmbH, Ettlingen.

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