BRPI0924092B1

BRPI0924092B1 - processo para recuperação e produção de etanol e óleo

Info

Publication number: BRPI0924092B1
Application number: BRPI0924092-6A
Authority: BR
Inventors: Takafumi Kiuchi; Yasuhiko Kato; Yasufumi Hajima; Norio Yoshitate; Shigeru Mitarai
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corporation Co., Ltd; Nippon Steel Engineering Co., Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2021-02-23
Also published as: US8722372B2; CN102292170A; BRPI0924092A2; EP2390014A1; CN102292170B; US20120034667A1; WO2010084589A1; EP2390014B1; KR101612875B1; EP2390014A4; KR20110105838A

Abstract

PROCESSO PARA RECUPERAÇÃO E PRODUÇÃO DE ETANOL E ÓLEO.A presente invenção refere-se a um processo para produção de etanol, que facilita o processo de um componente sólido, como um resíduo gerado no processamento, enquanto aperfeiçoando a taxa de recuperação de energia térmica contida em sobras de comida. O processo para recuperação e produção de etanol e óleo é um processo para produção de etanol por sacarificação, fermentação e destilação de sobras de comida. Nesse processo, uma centrífuga trifásica, para conduzir separação em três fases de um componente oleoso, um componente em solução aquosa e um componente sóIido, é usada em uma etapa de separação de sólidos e líquidos de qualquer um de um líquido sacarificado, um líquido fermentado e um líquido residual de destilação.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a processos para recuperação e produção de etanol e óleo, que envolvem sacarificação, fermentação e destilação de sobras de comida, para desse modo, produzir etanol.

[002] O termo "sobras de comida", como usado no presente relatório descritivo, inclui vários tipos de resíduos para alimentos gerados no estágio no qual seres humanos produzem, processam, cozinham, comem e bebem. Por exemplo, as sobras de comida incluem descarte de lixo de lares, resíduos industriais à base de alimentos de fábricas de alimentos, resíduos de comida descartados em um estágio de distribuição (restos adocicados, gêneros alimentícios fora do prazo de validade recuperados de uma loja de conveniência ou similares, e sobras de comida descartadas de restaurantes ou similares), resíduos de gêneros alimentícios em serviços de alimentos, hospitais, e similares, frutos removidos para aumentar um teor de açúcar no estágio da produção ou ajuste para suprimento e demanda.

[003] Especificamente, a invenção é dirigida a um processo para recuperação e produção de etanol e óleo de sobras de comida.

ANTECEDENTES

[004] É conhecido que os sistemas de reciclagem podem ser configurados para produção de etanol, como combustível líquido, por fermentação de etanol de carboidratos e de componentes de cinco e seis monossacarídeos existentes, por exemplo, em arroz, pão, massas, e similares, entre sobras de comida, tal como lixo.

[005] O processo envolve a recuperação e a sacarificação de resíduos orgânicos contendo uma fonte de açúcar, tal como amido, para a obtenção de monossacarídeos, adição de levedura de fermentação de etanol a ele, para o consumo de todos os monossacarídeos por várias horas a cerca de vários meses, e depois destilação de um líquido fermentado de etanol, para separar e refinar o etanol. Para obter o etanol com uma pureza igual ou superior a 99%, uma membrana de azeotropia ou desidratação é usada.

[006] Vários processos para a produção de etanol de sobras de comida já foram propostos até o momento.

[007] Por exemplo, a publicação da patente japonesa não examinada n° 2007-111590 (o documento de patente 1 mencionado a seguir) descreve um processo, que inclui uma etapa de esmagamento de lixo, para a formação de partículas esmigalhadas, uma etapa de produção de um líquido sacarificado, por ajuste de uma concentração de amido das partículas esmigalhadas e por adição de uma enzima saca- rificante, uma etapa de realização de fermentação alcoólica por inoculação de bactérias de Zymomonas mobilis, crescidas previamente no líquido sacarificado, para produzir desse modo, um caldo de fermentação, e uma etapa de recuperação de etanol por destilação do caldo de fermentação. Desse modo, o processo é descrito, que pode produzir etanol de lixo com alta eficiência, por obtenção de uma razão de conversão em glicose excedendo 45%, e que pode recuperar o etanol com alta eficiência por uso de lixo como matéria-prima, enquanto contribuindo para a produção de etanol, para adição à gasolina no país.

[008] A publicação da patente japonesa não examinada n° 200565695 (o documento de patente 2 mencionado a seguir) descreve um processo para a produção de etanol por fermentação, por uso de uma matéria-prima usando amido. O processo inclui uma etapa de formação de péletes, para formação de péletes da matéria-prima, uma etapa de sacarificação de obtenção de um pélete sacarificado por inoculação de mofo verde ao pélete, e uma etapa de fermentação de sólidos de condução de fermentação de sólidos por ajuste do teor de água de um caldo de fermentação, consistindo em pélete sacarificado, levedura e água de 30 a 60% em peso, no início da fermentação. Desse modo, o processo e o sistema para a produção de etanol descritos não lançam um resíduo líquido no processo de produção de etanol, por desenvolvimento de novos processo e sistema para a produção de etanol, usando o processo de fermentação de sólidos.

[009] A publicação da patente japonesa não examinada n° 2006325577 (o documento de patente 3 mencionado a seguir) descreve um sistema, incluindo uma unidade de produção de álcool, e uma unidade de processamento e utilização de resíduo líquido. O sistema tem a unidade de produção de álcool, uma unidade de sacarificação, um concentrador, um primeiro fermentador, um destilador, e uma unidade de desidratação, e é projetado para a produção de álcool (álcool para combustível) de uma matéria-prima de biomassa (lixo). Na unidade de sacarificação, ácido láctico é formado por micróbios residentes no lixo, o que diminui o pH do líquido sacarificado. No concentrador, o líquido sacarificado é concentrado de modo a ajustar a concentração de todo o açúcar do líquido sacarificado concentrado em uma faixa de 100 g/L a 300 g/L, enquanto ajustando o pH do líquido sacarificado concentrado a cerca de 4,0, devido à condensação do ácido láctico. Desse modo, o sistema descrito usa eficientemente o lixo, e pode produzir efetivamente o álcool, sem necessidade de desinfecção, ajuste de pH, e adição de uma fonte de nutrientes à levedura, mesmo quando em uso da levedura pertencente às Saccharomyces cerevisiae para a produção de licores.

[010] Os processos da técnica indicados para a produção de eta-nol, descritos nos documentos de patentes 1 a 3, no entanto, promovem o entupimentos de tubos com os componentes oleosos contidos no líquido sacarificado, o que leva ao problema da redução na taxa de recuperação de calor do amido contido no lixo.

[011] Ainda mais, a reciclagem de etanol da técnica indicada utiliza o açúcar contido em resíduos orgânicos, como uma matéria-prima para etanol, e tem, desse modo, o problema de que todos os materiais diferentes do açúcar são lançados como resíduos.

[012] Documento de patente 1:

[013] Publicação da patente japonesa não examinada n° 2007111590

[014] Documento de patente 2:

[015] Publicação da patente japonesa não examinada n° 2006325577

[016] Documento de patente 3:

[017] Publicação da patente japonesa não examinada n° 2006325577

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO PROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO

[018] Portanto é um objetivo da presente invenção solucionar os problemas mencionados acima na técnica relacionada, e prover um processo para a produção de etanol que facilita o processamento de um componente sólido, como um resíduo gerado pelo processamento, enquanto aperfeiçoando a taxa de recuperação de energia térmica contida em sobras de comida.

MEIOS PARA SOLUÇÃO DOS PROBLEMAS

[019] Em consequência de um estudo elaborado para a solução dos problemas mencionados acima, a invenção provê um processo para a produção de etanol, em que uma centrífuga trifásica, para conduzir a separação em três fases de um componente oleoso, um componente em solução aquosa e um componente sólido é usada em uma etapa de separação de sólidos e líquidos de qualquer um de um líquido sacarificado, um líquido fermentado, e um líquido de resíduo de destilação. Esse processo facilita o processamento do componente sólido como um resíduo gerado pelo processamento, enquanto aperfeiçoando a taxa de recuperação de energia térmica contida em sobras de comida. O sumário da invenção é apresentado a seguir, como descrito nas reivindicações em anexo. (1) O processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com a invenção, é um processo para recuperação e produção de etanol e óleo por sacarificação, fermentação e destilação de sobras de comida. Nesse processo, uma centrífuga trifásica, para condução de separação em três fases de um componente oleoso, um componente em solução aquosa e um componente sólido, é usada em uma etapa de separação de sólidos e líquidos de qualquer um de um líquido sacarificado, um líquido fermentado, e um líquido de resíduo de destilação. (2) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com o item (1), o componente oleoso e o componente sólido são separados e recuperados do componente em solução aquosa por separação trifásica, e um componente líquido é enviado para um fermentador. (3) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com o item (1) ou (2), as sobras de comida, às quais um resíduo oleoso solidificado em forma de gelatina ou absorvido em jornal é adicionado, são usadas como matéria-prima, e são depois mantidas e agitadas por 12 horas ou mais, a uma temperatura igual ou superior a 60°C, em um sacarificador, com o que o resíduo de óleo é recuperado no líquido sacarificado. (4) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (3), lipase é adicionada ao sacarificador, como uma enzima, para decompor o componente oleoso remanescente na matéria sólida, de modo que a proporção de óleo recuperada pela separação trifásica seja aumentada. (5) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (4), a matéria sólida contida na solução aquosa, não separada na etapa de separação de sólidos e líquidos, é removida por uso de uma peneira tendo um tamanho de malha de 0,1 mm a 10 mm. (6) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (5), substâncias estranhas, tais como plásticos, papel, sacos, palitos descartáveis usados como talheres, metais ou crustáceos, são separadas por uso de um filtro tipo prensa, uma peneira vibratória, um metal de puncionamento e uma malha, antes da etapa de separação de sólidos e líquidos. (7) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (6), uma concentração do líquido sacarificado contendo uma pluralidade de tipos de açúcar, sal e um componente SS (componente de matéria sólida suspensa) é medida por um medidor (refratômetro) Brix, de modo que a concentração seja controlada em uma faixa predeterminada. (8) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (7), um resíduo separado como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos, ou similares, é processado em um aparelho de descarte de resíduo, para queima ou fusão de resíduos diferentes de sobras de comida, e o vapor obtido por recuperação de calor perdido gerado no processo, é usado em uma etapa de concentração e uma etapa de destilação das sobras de comida. (9) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (8), a água do resíduo separado como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos, ou similares, é seca e processada em um secador, por uso de uma secagem por circulação de ar quente e calor de fermentação aeróbico, e depois o resíduo é queimado ou fundido no aparelho de descarte de resíduo. (10) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (9), o resíduo separado como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos, ou similares é submetido à fermentação anaeróbica, e gás inflamável recuperado é usado como uma fonte de calor, para queimar ou fundir o resíduo disposto no aparelho de descarte de resíduo, ou como uma fonte de vapor de aquecimento em uma planta de etanol. (11) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (10), uma solução aquosa, separada de etanol na etapa de destilação, é reutilizada como água para adição, que será usada na etapa de sacarificação, e a solução aquosa remanescente é aspergida na etapa de queima ou fusão do aparelho de descarte de resíduo. (12) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (11), o componente oleoso obtido por separação na centrífuga trifásica é reutilizado como um combustível de óleo reciclado, após ser processado por uma etapa de separação de óleo e água, uma etapa de filtração, ou ambas as etapas. (13) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (12), o combustível de óleo reciclado é usado com um combustível para um aparelho de descarte de resíduo adjacente, para queima ou fusão de resíduo, para, desse modo, economizar combustível fóssil, para uso no aparelho de descarte de resíduo. (14) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (12), o componente oleoso, obtido por separação na centrífuga trifásica, é usado como uma matéria-prima para um combustível de biodiesel por uma reação de troca de éster, um tratamento subcrítico, um tratamento térmico, ou similares. (15) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer um dos itens (1) a (14), um ácido graxo, misturado no componente oleoso, reage com álcool por adição de ácido sulfúrico concentrado, como um catalisador para ser esterilizado, ou reage com álcool por uso de uma resina de troca iônica, como um catalisador, para ser esterificado, de modo que uma concentração do ácido graxo livre seja diminuída. (16) No processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com o item (14) ou (15), o etanol refinado no processo, é usado como um álcool, que vai ser usado na etapa de troca de éster e/ou esterificação.

Efeitos

[020] De acordo com um aspecto da invenção, descrito no item (1), as sobras de comida contêm, geralmente, um certo percentual de óleo que provocará entupimento de tubos, inibição de fermentação ou similares. No entanto, isso pode ser evitado. O componente oleoso recuperado é um combustível com alto valor calorífico, que contém óleo vegetal como um componente principal, e, desse modo, pode ser usado efetivamente como combustível ou similares.

[021] De acordo com outro aspecto da invenção, descrito no item (2), por exemplo, o componente oleoso e o componente sólido são separados e recuperados do componente em solução aquosa por uma separação trifásica, entre a etapa de sacarificação e a etapa de fermentação, e o componente líquido é enviado para o fermentador. Uma vez que o tanque de fermentação é geralmente mantido a uma alta temperatura igual ou superior a 60°C, a viscosidade do óleo fica tão baixa que o óleo é recuperado facilmente. Desse modo, o componente oleoso inibirá a fermentação de etanol na etapa de fermentação, como o processo posterior, os fatores para a inibição podendo ser eliminados de antemão, e o entupimento de tubos pode ser impedido nas etapas seguintes. Desse modo, a invenção possui mais méritos.

[022] Usualmente em casa, após o óleo vegetal ser usado em bolinhos fritos ou alimento frito em frigideira, é absorvido em um papel ou em papel de cozinha, ou é solidificado na forma de gelatina por adição de um material solidificante, contendo um ácido graxo como componente principal, a maior parte do óleo vegetal como resíduo inflamável. A recuperação do óleo no lar é feita apenas em estações específicas, e a taxa de recuperação do resíduo de óleo é baixa.

[023] De acordo com outro aspecto da invenção, descrito no item (3), o resíduo de óleo não recuperado ainda na técnica relacionada, pode ser enviado para a mesma rota de recuperação que aquela para as sobras de comida, o que pode economizar bastante o trabalho de recuperação e pode aperfeiçoar drasticamente a taxa de recuperação. As sobras de comida, com o resíduo de óleo, são então mantidas e agitadas por 12 horas ou mais, a uma temperatura igual ou superior a 60°C, no sacarificador. A maior parte do óleo vegetal lixiviado no jornal é dissolvida no líquido de sacarificação, ou o óleo, solidificado na forma de gelatina, pode ser convertido em um líquido, a uma temperatura de cerca de 60°C, de modo que o óleo possa ser facilmente recuperado nas etapas seguintes.

[024] De acordo com outro aspecto da invenção, descrito no item (4), o componente oleoso preso na matéria sólida e o componente oleoso na forma de um sólido podem ser decompostos por adição de lipase como uma enzima, que pode melhorar ainda mais a taxa de recuperação do óleo.

[025] De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (5), a matéria sólida, não separada na etapa de separação de líquido, é removida pela peneira, que tem um tamanho de malha de 0,1 mm a 10 mm, e, desse modo, não provoca a inibição das operações nos processos posteriores, tais como a etapa de concentração, a etapa de fermentação ou a etapa de destilação.

[026] De acordo com outro aspecto da invenção, descrito no item (6), substâncias estranhas, tais como plásticos, papel, sacos, palitos descartáveis usados como talheres, metais ou crustáceos, são separadas por uso de um filtro tipo prensa, uma peneira vibratória, um metal de puncionamento e uma malha, antes da etapa de separação de sólidos e líquidos. Desse modo, as substâncias estranhas, que não podem ser removidas completamente por um separador de esmagamento, podem ser separadas.

[027] De acordo com outro aspecto da invenção, descrito no item (7), a concentração do líquido sacarificado, contendo uma pluralidade de tipos de açúcar, sal e um componente SS (componente de matéria sólida suspensa) é medida por um medidor (refratômetro) Brix. Desse modo, o controle da concentração pode ser conduzido com precisão por ajuste de uma razão de mistura entre essas matérias-primas, ou por variação do grau de concentração, no caso quando se proporciona a etapa de concentração do líquido sacarificado. Consequentemente, o estado de fermentação pode ser mantido de forma estável.

[028] De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (8), o resíduo separado como matéria sólida na etapa de separação de sólidos e líquidos, ou pela peneira, a unidade de desidratação, ou similares providos em cada unidade são processados em um aparelho de descarte de resíduo, para queima ou fusão de resíduos diferentes das sobras de comida conjuntamente com os resíduos. O vapor obtido por recuperação do calor residual, gerado no processo, pode ser usado para a etapa de concentração e a etapa de destilação de sobras de comida. A geração de energia elétrica dos resíduos usa a energia térmica do vapor e a converte em eletricidade. A eficiência de geração de energia elétrica é no máximo cerca de 35%, que é baixa. A maior parte da energia térmica é perdida como água condensada, quando o vapor se condensa em água. No entanto, o nível de calor necessário na etapa de concentração ou etapa de destilação da invenção é cerca de 100°C. O combustível líquido, que é de fácil manuseio e conservação, pode ser extraído por uso do calor residual perdido na técnica relacionada, que é bastante excelente em termos de eficiência energética.

[029] Mesmo quando o resíduo é espremido mecanicamente, por exemplo, por uso da unidade de desidratação, o resíduo tem um teor de água igual ou superior a 70%. Desse modo, quando o resíduo é queimado e fundido na sua forma original, outro combustível externo é necessário e a taxa de vapor, obtida por recuperação do calor residual, se mantém baixa.

[030] De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (9), a incorporação de secagem por circulação de fluxo por uso do calor residual de baixo nível a uma temperatura igual ou superior a 60°C, e da secagem aeróbica usando o calor de fermentação dos micróbios contidos nas sobras de comida (aos quais novas bactérias podem ser adicionadas) pode reduzir, drasticamente, o teor de água sem uma nova adição de combustível externa a mesma. Desse modo, um novo combustível externo não precisa ser usado no aparelho de queima ou fusão adjacente, que pode melhorar a taxa de vapor, obtida por recuperação do calor residual.

[031] De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (10), enquanto o resíduo se mantém no estado anaeróbico, o gás inflamável contendo metano como um componente principal pode ser recuperado por ação dos micróbios contidos nas sobras de comida (às quais novas bactérias podem ser aparentemente adicionadas). Essa técnica ativa a ação dos micróbios por retenção e agitação da matéria- prima solubilizada a uma temperatura igual ou superior a 35°C, em uma concentração de matéria sólida de cerca de 10% em um tanque. O resíduo na invenção já está solubilizado, e por adição de água residual destilada ou similares, a fermentação pode ser realizada facilmente, sem nova adição de água e combustível. O gás inflamável recuperado, tal como metano, pode ser usado como uma alternativa para o combustível externo em um aparelho de queima ou fusão adjacente. Ainda mais, o uso de um gerador de motor a gás ou um gerador de turbina de gás independente, usando o gás inflamável, ou um vapor superaquecido, obtido do calor residual de um gerador de vapor, pode cobrir uma parte da energia ou vapor na estação.

[032] De acordo com um outro aspecto da invenção descrito no item (11), uma parte do líquido residual de destilação é reutilizada como água, para adição à etapa de sacarificação, para, desse modo, diminuir a proporção de líquido residual, que pode ainda obter calor (a 60°C), necessário para a etapa de sacarificação. O líquido residual contendo um componente orgânico não pode ser escoado como a água residual, sem ser processado como é, mas é aspergido no sentido de uma parte de alta temperatura do forno de queima ou forno de fusão adjacente, com o que o componente orgânico pode ser queimado e tornado inócuo.

[033] De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (12), o componente oleoso, obtido por separação na centrífuga trifásica, pode ser usado como o óleo reciclado ao ser processado na etapa de separação de sólidos e líquidos, na etapa de filtração, ou em ambas as etapas.

[034] De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (13), o combustível de óleo reciclado é usado como combustível em um aparelho de descarte de resíduo adjacente, para queimar ou fundir os resíduos, para, desse modo, economizar combustível fóssil para uso no aparelho de descarte de resíduo. O calor residual gerado devido à combustão, pelo processo de queima, é recuperado como vapor. Por exemplo, a corrente de sangria obtida no momento de geração de energia elétrica, usando a turbina de vapor, pode ser usada na etapa de concentração e na etapa de destilação de sobras de comida.

[035] De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (14), verificou-se que o componente oleoso, obtido por separação na centrífuga trifásica, é um óleo contendo óleo vegetal como um componente principal, e pode ser usado como um correspondente a um óleo diesel pelo processo apresentado a seguir. (a) Um processo é um processo alcalino, que envolve a adição de álcool ao óleo, como uma matéria-prima obtida na invenção, usando KOH ou NaOH como um catalisador, em que o óleo pode ser decomposto em um ácido gra- xo e uma glicerina (reação de troca de éster). O ácido graxo assim obtido pode ser usado como o óleo diesel, após remoção da glicerina e do catalisador alcalino. (b) Outro processo é um processo subcrítico. O processo subcrítico envolve colocar o óleo como uma matéria-primaa um estado subcrítico, para fazer com que o óleo seja decomposto em glicerina e ácido graxo. Esse processo propicia a decomposição, sem um pré-processo especial, mesmo quando a matéria-prima é relativamente suja.

[036] De acordo com outro aspecto da invenção, descrito no item (15), o componente oleoso obtido pela invenção tem um ácido graxo livre misturado nele, e formará um sabão por meio de um catalisador alcalino, tal como é. Desse modo, é necessário remover previamente o ácido graxo livre, antes da reação de troca de éster. O ácido graxo livre pode ser esterificado ao ser reagido com um álcool, usando ácido sulfúrico concentrado como um catalisador. Depois, como descrito no item (14), o componente oleoso assim obtido é reagido com o álcool por meio do catalisador alcalino, de modo que o óleo diesel pode ser produzido sem produzir um componente sabão. De modo similar, o ácido graxo livre pode ser esterificado por uso de uma resina de troca iônica. A combinação da resina de troca iônica pode também promover a troca de éster em termos de técnica.

[037] O metanol é conhecido geralmente como o álcool usado na reação de esterificação e/ou reação de troca de éster. O metanol é sintetizado usualmente de petróleo. Desse modo, o metanol pode ser produzido tecnicamente de uma biomassa (notar que a biomassa é gaseificada, e então o metanol é sintetizado do gás sintetizado por meio de um catalisador), que é bastante difícil sob uma alta pressão em termos de técnica. De acordo com um outro aspecto da invenção, descrito no item (16), o etanol produzido de sobras de comida pode ser usado como uma sub-matéria-prima, para refinar um combustível de biodiesel, de modo que todo o óleo diesel pode ser produzido por uso de matérias-primas derivadas da biomassa.

[038] Geralmente, a reação mencionada acima tem a sua eficiência reduzida, devido à introdução de água, mas pode usar um etanol desidratado, que é desidratado (por separação por membrana, PSA, ou destilação azeotrópica) após a destilação.

[039] A invenção pode proporcionar o processo para recuperação e produção de etanol e óleo, no qual a centrífuga trifásica, para execução de separação em três fases de um componente oleoso, um componente em solução aquosa e um componente sólido, é usada na etapa de separação de sólidos e líquidos de qualquer do líquido sacarifi- cado, líquido fermentado e líquido residual de destilação. Desse modo, o processo facilita o processamento do componente sólido como o resíduo gerado no processo, enquanto aperfeiçoa a taxa de recuperação da energia térmica contida em sobras de comida.

[040] O vapor recuperado do forno de queima (fusão) pode ser efetivamente usado para reduzir o custo de fabricação de etanol.

[041] Ainda mais, o calor de queima do resíduo pode ser usado para fabricação de etanol, e pode ser também usado como um combustível de óleo reciclado. A invenção produz significativamente efeitos industrialmente úteis.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[042] A figura 1 é um diagrama exemplificando um processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

[043] A figura 2 é um diagrama exemplificando um processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

[044] A figura 3 é um diagrama exemplificando um processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com uma terceira modalidade da invenção.

[045] A figura 4 é um diagrama mostrando um exemplo do pro cesso para recuperação e produção de etanol e óleo na invenção.

[046] A figura 5 é um diagrama mostrando um outro exemplo do processo para recuperação e produção de etanol e óleo na invenção.

[047] A figura 6 é um diagrama mostrando mais um outro exem plo do processo para recuperação e produção de etanol e óleo na invenção. LISTAGEM DE REFERÊNCIA 1 - lixo 2 - separador de esmagamento 3 - sacarificador 4 - peneira 5 - centrífuga trifásica 6 - peneira 7 - concentrador 8 - fermentador 9 - destilador 10 - separador de membrana 11 - etanol 12 - resíduo (componente sólido) 13 - componente oleoso 14 - vapor 15 - forno de fusão de gaseificação 16 - líquido residual 17 - processo de reciclagem de óleo 18 - processo de produção de combustível

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[048] Os melhores modos para a realização da invenção serão descritos em detalhes abaixo por uso das figuras 1 a 6.

[049] As figuras 1 a 4 ilustram um lixo 1, um separador de esmagamento 2, um sacarificador 3, uma peneira 4, uma centrífuga trifásica 5, uma peneira 6, um concentrador 7, um fermentador 8, um destilador 9, um separador de membrana 10, etanol 11, um resíduo (componente sólido) 12, um componente oleoso 13, vapor 14, um forno de fusão de gaseificação 15, um líquido residual 16, um processo de reciclagem de óleo 17, e um processo de produção de combustível 18. Os elementos iguais são indicados pelos mesmos caracteres de referência, de modo que uma descrição repetida deles será omitida.

Primeira Modalidade

[050] A figura 1 é um diagrama exemplificando um processo para produção de etanol e óleo, de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

[051] Primeiro, uma amostra do lixo 1 é esmagada por uso do separador de esmagamento 2. Após remoção de um componente sólido como um resíduo 12 dele, o lixo esmagado é mantido no sacarifi- cador 3, a uma temperatura de cerca de 60°C, com enzima, tal como amilase de glicol, adicionada a ele, de modo que amido é convertido em glicose, que é solúvel em água.

[052] Depois, substâncias estranhas, tais como plásticos, papel, sacos, palitos descartáveis usados como talheres, metais ou crustáceos, são separadas por uso de um filtro-prensa, uma peneira vibratória, um metal de puncionamento e uma malha na peneira 4, e são removidas como o resíduo 12. Depois, a amostra do lixo é separada em três fases, isto é, um componente oleoso, um componente em solução aquosa e um componente sólido, pela centrífuga trifásica 5, com o componente sólido removido dele como o resíduo 12. O componente oleoso 13 separado pode ser usado como combustível para o forno de fusão de gaseificação 15. O componente em solução aquosa separado não contém qualquer componente oleoso, o que pode evitar a redução em eficiência térmica de um aparelho de produção de etanol, sem ser considerado como entupindo um tubo para a solução, devido à fixação do componente oleoso no tubo. Uma temperatura de líquido sacarifi- cado, diretamente após o sacarificador 3, é igual ou superior a 28°C, o que pode melhorar a flexibilidade do componente oleoso, para, desse modo, facilitar a separação e a recuperação do componente oleoso.

[053] Depois, na peneira 6, a matéria sólida, não separada na etapa de separação de sólidos e líquidos, é removida por uso de uma peneira tendo um tamanho de malha (abertura) de 0,1 mm a 10 mm, como o resíduo 12. A amostra é aquecida a cerca de 160°C pelo concentrador 7, para formar uma solução aquosa de glicose tendo uma concentração de cerca de 15% em peso. Depois, no fermentador 8, a levedura pode decompor a glicose, para formar etanol tendo uma concentração de cerca de 7,5% em peso.

[054] A invenção pode aperfeiçoar a eficiência energética por uso da corrente de sangria 14, com uma baixa temperatura intermediária de cerca de 200°C, que é usada em um aparelho de energia elétrica do forno de fusão de gaseificação 15, independentemente da presença ou ausência do concentrador 7, e uma fonte térmica.

[055] Por exemplo, durante o período de tempo da etapa de sa carificação para a etapa de fermentação, o componente oleoso e o componente sólido são separados e recuperados do componente em solução aquosa por uma separação em três fases, e um componente líquido é alimentado ao fermentador. Uma vez que um tanque de sacarificação é geralmente mantido a uma alta temperatura igual ou superior a 60°C, a viscosidade do óleo fica tão baixa que o óleo é facilmente recuperado. Os fatores para a inibição de fermentação no processo posterior podem ser eliminados de antemão, e o entupimento do tubo pode ser impedido nas etapas seguintes. Desse modo, a invenção tem mais méritos.

[056] A fermentação de etanol pode ser utilizada por adição de fontes de açúcar, tal como um material sacarificado de arroz ou madeira antigo. Isso pode garantir a fonte de nitrogênio a um baixo custo, que ocupa metade do custo das matérias-primas na fermentação de etanol geral. Por exemplo, as sobras de comida, às quais o óleo residual solidificado na forma de gelatina ou absorvido em jornal é adicionado, são usadas como a matéria-prima, e depois mantidas e agitadas por 12 horas ou mais a uma temperatura igual ou superior a 60°C no sacarificador. O óleo residual, que não era possível de ser recuperado na técnica anterior, pode ser transferido para a mesma rota de recuperação que aquela para as sobras de comida, o que pode economizar bastante o trabalho de recuperação, e pode aperfeiçoar drasticamente a taxa de recuperação. Ainda mais, uma vez que as sobras de comida são depois mantidas e agitadas por 12 horas ou mais, a uma tempera- tura igual ou superior a 60°C no sacarificador, a maior parte do óleo vegetal dissolvida no jornal é lixiviada a um líquido sacarificado, ou óleo solidificado na forma de gelatina pode ser convertido em um líquido, a uma temperatura de cerca de 60°C. O óleo pode ser facilmente recuperado nas etapas seguintes.

[057] Uma vez que óleo fixado na matéria sólida pode ser decomposto por adição de lipase a ele, a taxa de recuperação de óleo pode ser ainda mais aperfeiçoada.

[058] A água do resíduo, separada como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos, ou similares, é seca e processada em um secador usando secagem por circulação de ar quente e calor de fermentação aeróbica, e depois o resíduo é queimado ou fundido no aparelho de descarte de resíduo. A incorporação da secagem de circulação pelo fluxo por uso de calor residual de baixo nível, a 60°C ou mais, da secagem aeróbica, usando o calor de fermentação dos micróbios contidos nas sobras de comida (às quais novas bacté-rias podem ser aparentemente adicionadas), pode reduzir drasticamente o teor de água, sem uma nova adição de um combustível externo a ela. Desse modo, não é necessário proporcionar um novo combustível externo, em um aparelho de queima ou fusão adjacente, que pode aumentar a taxa de vapor obtida por recuperação do calor residual.

[059] O resíduo, separado como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos, ou similares, é submetido à fermentação anaeróbica, e o gás inflamável recuperado é usado como uma fonte térmica, para queima ou fusão no aparelho de descarte de resíduo, ou como uma fonte de vapor de aquecimento em uma unidade de produção de etanol. Enquanto o resíduo se mantém no estado anaeróbico, o gás inflamável contendo metano como o principal componente, pode ser recuperado pela ação dos micróbios contidos nas sobras de comida (aos quais novas bactérias podem ser aparentemente adicionadas). Essa técnica ativa a ação dos micróbios por retenção e agitação da matéria-prima solubilizada a uma temperatura igual ou superior a 35°C, em uma concentração do componente sólido de cerca de 10% em peso em um tanque. O resíduo na invenção já está solubi- lizado, e por adição de água residual destilada, ou similares, a fermentação pode ser conduzida facilmente sem adição de água e combustível novos. O gás inflamável recuperado, tal como metano, pode ser usado como uma alternativa a combustível externo, em um aparelho de queima ou fusão adjacente. Ainda mais, o uso de um gerador de motor a gás independente usando o gás inflamável, ou um gerador de vapor, ou similares, pode cobrir uma parte da energia ou vapor na estação.

[060] A solução aquosa, separada do etanol concentrado e recuperado na etapa de destilação, é reutilizada como água para adição a ser usada na etapa de sacarificação, e é aspergida na etapa de queima ou fusão remanescente do aparelho de descarte de resíduo, o que pode diminuir a quantidade de solução residual, e pode obter calor (de 60°C), necessário para a etapa de sacarificação. A solução residual contém componentes orgânicos, e não pode ser eliminada, como é, como água residual. No entanto, por aspersão da solução residual para uma parte de alta temperatura de um forno de queima ou forno de fusão adjacente, os componentes orgânicos podem ser tornados inócuos por queima.

[061] Na fermentação de etanol, para fermentar efetivamente um líquido sacarificado, formado de sobras de comida, um medidor (refra- tômetro) Brix, não mostrado, é disposto em um lado de saída do concentrador 7, para medir a concentração do líquido sacarificado, contendo vários tipos de açúcar, sal e componentes SS (componentes de matéria sólidos em suspensão). Para ajustar a concentração dentro de uma faixa predeterminada, uma razão de mistura entre as matérias- primas é alterada, ou o grau de concentração do líquido sacarificado é ajustado. Desse modo, a concentração do líquido sacarificado é controlada de modo que a fermentação efetiva pode ser mantida.

[062] Após conversão de açúcar em etanol por fermentação de etanol, o etanol é separado do líquido fermentado de etanol pelo destilador 9, e depois o etanol desidratado, com uma pureza igual ou superior a 99,5%, pode ser refinado pelo separador de membrana 10.

[063] Por uso de lixo, os resíduos orgânicos contêm não apenas uma fonte de açúcar, mas também uma fonte de nitrogênio e nutrição, tal como vitamina ou mineral. Não é necessário adicionar nova nutrição na fermentação de etanol. O etanol produzido pode ser usado como uma solução antisséptica, um combustível líquido e um combustível para veículos.

[064] Em vez do forno de fusão de gaseificação 15, um forno de queima pode ser usado. O forno de queima ou forno de fusão, que será usado, pode ser o forno existente.

Segunda Modalidade

[065] A figura 2 é um diagrama exemplificando um processo para produção de etanol e óleo, de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

[066] Na segunda modalidade preferida, a peneira 4, a centrífuga trifásica 5 e a peneira 6 da primeira modalidade são colocadas entre o fermentador 8 e o destilador 9. Uma parte do componente sólido é suprida ao fermentador 8, que pode aperfeiçoar a eficiência de fermentação. Uma vez que a temperatura do líquido sacarificado, diretamente após o sacarificador 3, é igual ou superior a 28°C, a flexibilidade do componente oleoso pode ser melhorada, desse modo facilitando a separação e a recuperação do óleo.

[067] As características da peneira 4, da peneira 6 e do medidor (refratômetro) Brix são iguais àquelas da primeira modalidade.

Terceira modalidade

[068] A figura 3 é um diagrama exemplificando um processo para produção de etanol e óleo, de acordo com uma terceira modalidade da invenção.

[069] Na terceira modalidade, a peneira 4 da primeira modalidade é disposta entre o fermentador 8 e o destilador 9, e a centrífuga trifási- ca 5 e a peneira 6 são dispostas após o separador de membrana 10, com o que uma parte do componente sólido é suprida ao fermentador 8, ao destilador 9 e ao separador de membrana 10, para propiciar o aperfeiçoamento da eficiência de formação de etanol. Uma vez que a temperatura do líquido sacarificado, diretamente após o destilador 9, ser igual ou superior a 40°C, a flexibilidade do componente oleoso po-de ser melhorada, desse modo facilitando a separação e a recuperação do óleo.

[070] As características da peneira 4, da peneira 6 e do medidor (refratômetro) Brix são iguais àquelas da primeira modalidade.

EXEMPLOS

[071] Testes foram realizados nos quais o processo para produção de etanol, de acordo com a invenção, foi aplicado a um aparelho de produção de etanol, adjacente ao forno de fusão de gaseificação mostrado nas figuras 4 a 6.

[072] Foi confirmado que a eficiência térmica era capaz de ser aperfeiçoada por uso da corrente de sangria a uma temperatura de baixa a intermediária de cerca de 200°C, gerada no forno de fusão de gaseificação 15, como fonte térmica para o concentrador 7 e o destilador 9 do aparelho de produção de etanol, enquanto processando o resíduo 12, gerado do aparelho de produção de etanol, por uso do forno de fusão de gaseificação 15.

[073] Quando da produção de 400 litros / dia de etanol usando 10 t / dia de lixo, 90% da energia térmica, contida no lixo, foi capaz de ser recuperada como etanol. Desse modo, o efeito da invenção foi capaz de ser confirmado.

[074] As Figuras 5 e 6 mostram exemplos para reciclagem de um componente oleoso, separado por uso da centrífuga trifásica.

[075] Como mostrado nas figuras 5 e 6, verificou-se que o componente oleoso, obtido por separação na centrífuga trifásica 5, pode ser usado como o combustível de óleo reciclado, ao ser processado pelo processo de reciclagem de óleo 17, incluindo uma etapa de separação de óleo - água, uma etapa de filtração, ou ambas as etapas.

[076] Verificou-se também que o combustível de óleo reciclado éusado como combustível para o aparelho de descarte de reação adjacente, para queima ou fusão de resíduo, para, desse modo, economizar combustível fóssil para uso no aparelho de descarte de resíduo. Alternativamente, verificou-se que o calor residual, gerado por queima do óleo reciclado, é usado para geração de energia elétrica, e que uma corrente de sangria, quando da geração de energia, pode ser usada na etapa de concentração e na etapa de destilação de sobras de comida.

[077] Ainda mais, verificou-se que o componente oleoso, obtido por separação na centrífuga trifásica 5, pode ser usado como uma matéria-prima para um combustível de biodiesel contendo um éster metí- lico de ácido graxo, pelo processo de produção de combustível 18, incluindo uma reação de troca de éster, um tratamento subcrítico e similares.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[078] De acordo com a invenção, o resíduo gerado no aparelho de produção de etanol pode ser facilmente processado pelo forno de fusão de gaseificação, e a corrente de sangria para uso na geração de energia elétrica do forno de fusão de gaseificação, é usada como fonte térmica necessária para o aparelho de produção de etanol, o que pode melhorar a eficiência térmica. A invenção é muito efetiva, quando o forno de fusão de gaseificação é disposto nas vizinhanças do aparelho de produção de etanol. Espera-se que a invenção tenha altas expectativas para o futuro de projetos vindouros do aparelho de produção de etanol.

Claims

1. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo caracterizado pelo fato de que o método é um processo para recuperação e produção de etanol e óleo por sacarificação, fermentação e destilação de sobras de comida, em que um aparelho centrífuga de separação trifásica, o qual separa em três fases de um componente oleoso, um componente em solução aquosa e um componente sólido, é usada em uma etapa de separação de sólidos e líquidos de qualquer um de um líquido sacarificado, um líquido fermentado, e um líquido de resíduo de destilação em que o componente oleoso e o componente sólido são separados e recuperadas do componente em solução aquosa por separação trifásica, e um componente líquido é enviado para uma unidade de fermentação.

2. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as sobras de comida, às quais um resíduo oleoso solidificado em forma de gelatina ou absorvido em jornal é adicionado, são usadas como matéria-prima, e são depois mantidas e agitadas por 12 horas ou mais a uma temperatura igual ou superior a 60°C, em uma unidade de sacarificação, com o que o resíduo de óleo é recuperado no líquido sacari- ficado.

3. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que lipase é adicionada à unidade de sacarificação, como a enzima, para decompor o componente oleoso remanescente na matéria sólida, de modo que a proporção de óleo recuperada pela separação trifásica seja aumentada.

4. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a matéria sólida contida na solução aquosa, não se- parada na etapa de separação de sólidos e líquidos, é removida por uso de uma peneira tendo um tamanho de malha de 0,1 mm a 10 mm.

5. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que substâncias estranhas, tais como plásticos, papel, sacos, palitos descartáveis usados como talheres, metais ou crustáceos, são separadas por uso de um filtro tipo prensa, uma peneira vibratória, um metal de puncionamento e uma malha, antes da etapa de separação de sólidos e líquidos.

6. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que uma concentração do líquido sacarificado, contendo uma pluralidade de tipos de açúcar, sal e um componente SS (componente de matéria sólida suspensa) é medida por um medidor (refratô- metro) Brix, de modo que a concentração seja controlada em uma faixa predeterminada.

7. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que um resíduo separado como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos ou similares, é processado em um aparelho de descarte de resíduo, para queima ou fusão de resíduos diferentes de sobras de comida, e o vapor obtido por recuperação de calor perdido gerado nesse momento, é usado em uma etapa de concentração e uma etapa de destilação das sobras de comida.

8. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a água do resíduo separado como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos, ou similares, é seca e processada em um secador, em que uma secagem por circulação de ar quente e/ou calor de fermentação aeróbico é usada, e depois o re- síduo é queimado ou fundido no aparelho de descarte de resíduo.

9. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o resíduo separado como o componente sólido na etapa de separação de sólidos e líquidos ou similares, é submetido à fermentação anaeróbica, e gás inflamável recuperado é usado como uma fonte de calor, para queimar ou fundir no aparelho de descarte de resíduo, ou como uma fonte de vapor de aquecimento em uma planta de etanol.

10. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que uma solução aquosa separada de etanol na etapa de destilação é reutilizada como água para adição, que será usada na etapa de sacarificação, e a solução aquosa remanescente é aspergida na etapa de queima ou fusão do aparelho de descarte de resíduo.

11. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o componente oleoso, obtido por separação no aparelho centrífuga de separação trifásica , é utilizado como um combustível de óleo reciclado, após ser processado por uma etapa de separação de óleo e água, uma etapa de filtração, ou ambas as etapas.

12. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que um combustível de óleo reciclado é usado como um combustível para um aparelho de descarte de resíduo adjacente, para queima ou fusão de resíduo, para, desse modo, economizar combustível fóssil, para uso no aparelho de descarte de resíduo.

13. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o componente oleoso obtido por separação no aparelho centrífuga de separação trifásica , é usado como uma matéria-prima para um combustível de biodiesel por uma reação de troca de éster, um tratamento subcrítico, um tratamento térmico, ou similares.

14. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que um ácido graxo livre, misturado no componente oleoso, reage com álcool por adição de ácido sulfúrico concentrado, como um catalisador a ser esterilizado, ou reage com álcool usando uma resina de troca iônica, como um catalisador a ser esterilizado, de modo que uma concentração do ácido graxo livre seja diminuída.

15. Processo para recuperação e produção de etanol e óleo, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o etanol refinado no processo é usado como um álcool a ser usado na etapa de troca e/ou esterificação de éster.