ES2376682A1 - Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y de subproductos del proceso de producción de bioetanol. - Google Patents
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Abstract
Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y de subproductos del proceso de producción de bioetanol.La presente invención se refiere a un método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y subproductos del proceso de producción del mismo. Asimismo, se refiere a un complejo industrial o biorrefinería para llevar a cabo dicho método.
Description
Método para la obtención de biocombustibles y
productos químicos a partir de bioetanol y de subproductos del
proceso de producción de bioetanol.
La presente invención se refiere a un método o
sistema de obtención de biocombustibles, azúcar, piensos y productos
químicos de diversa índole mediante procedimientos encadenados donde
los subproductos en el proceso de producción de bioetanol son
utilizados en procesos alternativos en la misma planta, instalación
o biorrefinería.
El biocombustible es el término con el cual se
denomina a cualquier tipo de combustible que derive de la biomasa.
Es una fuente renovable de energía, a diferencia de otros recursos
naturales como el petróleo, carbón y los combustibles nucleares.
Aunque se puede hablar de muchos tipos de biocombustible, por su
importancia, aplicación y volumen de producción, básicamente hay
dos: el bioetanol y el biodiésel.
En la literatura de patentes, es posible
encontrar distintas invenciones referidas a la producción de
biocombustibles. Así por ejemplo, en la patente ES 2319604 (B2),
concedida el 05.03.2010, se describe un método o sistema de
obtención de biocombustibles mediante procedimientos encadenados
donde los subproductos en el proceso de producción de bioetanol son
utilizados en procesos alternativos en la misma planta, instalación
o biorrefinería.
En el proceso que se describe en la presente
invención, el bioetanol no va a ser únicamente un producto final
sino que va a ser también un intermedio a partir del cual se van a
poder producir otros biocombustibles y productos químicos de
interés. Este concepto cambia el enfoque de planta de biocombustible
de etanol convirtiendo a este compuesto químico no sólo en producto
final sino en intermedio.
Los biocombustibles se han convertido en
opciones tan válidas como los combustibles fósiles para la obtención
de energía, sobre todo en el sector de los transportes.
Hasta ahora la obtención de diferentes
carburantes (mediante destilación fraccionada), plásticos, etc. en
una misma instalación o complejo industrial se realiza en refinerías
petrolíferas que trabajan con mezclas de hidrocarburos que extraen
del medio ambiente, como de petróleo, gas natural,... Ahora también
se podrán realizar producciones o complejos similares pero no a
partir de crudo, sino a partir de recursos naturales.
Se propone mediante la presente invención la
creación de un complejo industrial destinado a la producción de todo
tipo de biocombustibles (bioetanol, biodiésel, hidrógeno,
biogás,...) así como piensos, azúcar y productos químicos de índole
diversa (bioplásticos biodegradables, anestésicos, resinas,
pinturas,...).
La parte o núcleo central de este complejo
industrial va a ser una planta híbrida dedicada a la producción de
bioetanol a partir de remolacha. Constará de una zona de recepción
de la remolacha donde se realizará una tara y una cuantificación de
la riqueza en azúcar de dicha materia prima.
A continuación, la remolacha será sometida a un
proceso de limpieza (desherbado, despedrado,...) y lavado.
Una vez limpia la materia prima será sometida a
un proceso de corte en molinos de cuchillas formando lo que se
denomina coseta (trozos de remolacha cortada).
Las cosetas se introducirán en difusores donde
el azúcar (sacarosa) pasará a un medio acuoso y formará una
disolución con aproximadamente 16-17 grados
brix.
A la salida de dichos difusores tendremos un
jugo denominado jugo de difusión rico en azúcares y pulpas que una
vez prensadas y tamizadas (este último paso no es imprescindible) se
utilizarán para producir pienso (secadero) o para entrada en segunda
generación.
También se podrán utilizar las pulpas para
producir metanol mediante fermentaciones con microorganismos
genéticamente modificados.
El jugo o disolución azucarada será sometida
posteriormente a un proceso de esterilización con vapor (puede ser
directo o indirecto). En dicho proceso y sin que sea limitante se
utilizarán altas temperaturas (rango de 140ºC, 5 segundos), cortos
tiempos para dañar más a los microorganismos y menos a los hidratos
de carbono.
Posteriormente, se realizará un proceso de
inversión de la sacarosa en fructosa y glucosa mediante enzimas
(invertasa, en principio, pero sin que sea limitante). Dicho proceso
podrá ser mediante la adición de enzimas o en lechos en los cuales
dichas enzimas se encuentran inmovilizadas como puede ser, sin que
sea limitante, un lecho (fijo o fluidizado) de resinas epoxi.
Una vez obtenidos los azúcares en forma simple,
en el caso de realizar un proceso enzimático, o en su forma inicial,
si no se realiza dicho proceso, se procede a un proceso de
fermentación alcohólica. Dicho proceso de fermentación podrá ser en
continuo y/o discontinuo.
Los microorganismos utilizados en dicha
fermentación podrán ser o no mejorados genéticamente, o mezcla de
ambos.
Una vez realizada la fermentación alcohólica el
mosto fermentado pasará a un proceso de destilación en diferentes
etapas. El CO_{2} saliente de los fermentadores será sometido a un
proceso de recuperación del etanol que pudiera ir con él y se
dirigirá hacia la producción o crecimiento de algas ya sea en
lagunaje o biorreactores.
Puede existir la posibilidad de realizar
fermentaciones enzimáticas, es decir, tener sistemas en los cuales
se tengan enzimas inmovilizadas a través de las cuales se vaya
transformando la glucosa hasta el etanol u otro producto de mayor
interés.
El etanol, después de las columnas de
destilación, será sometido a un proceso de deshidratación molecular
como puede ser, sin que sea limitante, un proceso de adsorción de
zeolitas sintéticas de 3 (\ring{A}) Amstrong de diámetro.
Una vez deshidratado el etanol se puede
desnaturalizar y pasar a almacenamiento. Adicionalmente, se podrá
utilizar el mismo como intermedio de cara a poder producir más
compuestos químicos en la biorrefinería.
En el núcleo central los equipos van a estar por
duplicado a partir del proceso de corte en molinos (incluidos estos)
de tal manera que se podrá adaptar para producir también azúcar si
se considera pertinente. En este sentido, la planta de producción de
azúcar que se acoplaría al núcleo base a partir de la depuración
calcocarbónica, también tendría los equipos necesarios por duplicado
a partir del mismo proceso para poder funcionar con todo el caudal
de jugo de difusión del núcleo base o con la mitad. Además, los
hornos de cal que se instalarán en la planta se podrán utilizar para
la línea de depuración calcocarbónica o para la producción de
acetileno a partir de carburo cálcico. En caso de utilizar la
reconversión de una planta azucarera como base para realizar la
biorrefinería o macrocomplejo industrial, el sistema de producción
se adaptaría a los caudales de funcionamiento de la misma. Es decir,
el núcleo base podrá llevar de esta manera todo el jugo azucarado a
la producción de bioetanol, todo el jugo azucarado a la producción
de azúcar o la mitad del jugo a bioetanol y la mitad del jugo a
producción de azúcar.
Además, en el caso de instalarse la planta en
zonas donde no se pueda procesar la remolacha durante todo el año
por condiciones agronómicas o en aquellos en los que sí se pueda, se
contempla la posibilidad de construir una planta gemela hasta el
jugo azucarado o de difusión de tal manera que esta planta almacene
el jugo de difusión deshidratado para usarlo posteriormente en la
planta central de bioetanol.
Los jugos de difusión de esta planta gemela
tendrán la posibilidad de pasar en un momento determinado tanto al
núcleo base como a la parte destinada a la producción de azúcar.
La planta central podrá no sólo utilizar jugos
de difusión o azucarados fuera o durante la campaña, además podrán
utilizarse jugos azucarados en la misma de diferentes materias
primas que a continuación se describen:
1. Jugos azucarados de cereales: De esta manera,
se podría instalar anexo a la planta central un edificio de
molturación de cereal, ya sea molturación en seco o húmeda, a partir
de la cual se obtengan unos jugos azucarados que tras procesos de
depolimerización y sacarificación enzimáticos irían a los
fermentadores de la planta central.
2. Jugos azucarados obtenidos a partir de
materiales celulósicos o lignocelulósicos como pueden ser, por
ejemplo, residuos de industrias madereras. Dichos materiales, tras
diferentes procesos de molturación y/o corte, serían sometidos a un
proceso de prehidrólisis ácida con separación de la lignina y una
hidrólisis enzimática a partir de la cual irían a los fermentadores
del núcleo central.
3. Introducción de melazas en los
fermentadores.
4. Introducción de residuos de queserías, ya
sean sueros directos o perneados. Además, estos residuos entrarán en
los fermentadores directamente, o tras un proceso de hidrólisis de
la lactosa en glucosa y galactosa por un tratamiento enzimático con
lactasa, ya sea este tratamiento por adición o con la enzima
inmovilizada en algún sustrato.
5. Alcoholes vínicos que tendrían entrada
directa en destilación.
6. Jugos azucarados de algarrobas: Se
construiría un edificio de molturación de las mismas para obtener un
jugo azucarado de la harina de las mismas y, tras pasar por un
proceso enzimático, ya sea de adición o con enzimas inmovilizadas,
este jugo pasaría a los fermentadores de la planta base.
En todos los procesos enzimáticos que se citan
en la presente patente, los mismos se podrán realizar por adición de
esas enzimas o por inmovilización de las mismas en diferentes
sustratos.
7. Otros jugos azucarados obtenidos por mezclas
de distintas materias primas que entrarían en los fermentadores de
la planta central.
8. Jugos azucarados de difusión o de trapiches
obtenidos a partir de caña de azúcar, con lo cual se podría también
hacer un planteamiento mixto en el cual se utilizara durante un
tiempo jugo de remolacha y, durante otro tiempo, jugo de caña.
Como ya se ha descrito anteriormente la planta
central va a poder funcionar con todo el caudal o con la mitad en
función de que se quiera derivar parte del mismo a la producción de
azúcar.
Si se decide llevar la mitad del caudal de la
planta central a la producción de azúcar, iría a los fermentadores
la mitad del caudal normal procedente de la planta central.
En este caso, tenemos distintas opciones para
operar en el núcleo base a partir de la fermentación:
1. Operar con la mitad del caudal total del
núcleo base para azúcar y la otra mitad para bioetanol, por lo cual
la biorrefinería tendrá calculados los fermentadores en base a su
caudal total pero estará preparada para poder funcionar en estas
condiciones de régimen.
En estas condiciones no habría problema ya que,
como se ha dicho antes, a partir de molinos de corte (incluidos) los
equipos van a estar por duplicado, de forma que el jugo de difusión
correspondiente a un difusor (el que se elija como inicio hacia
fermentación) iría hacia fermentación y, el otro, para azúcar.
Previo a esta fermentación el jugo de difusión
puede sufrir un proceso enzimático de ruptura de la sacarosa en
glucosa y fructosa, ya sea por adición de esa enzima, como puede ser
sin ser limitante la invertasa, o con la enzima inmovilizada en
algún sustrato.
En este caso, utilizaremos el número de
fermentadores que corresponda a las relaciones
caudal-tiempo de fermentación que se estipulen.
Después de la fermentación vamos a realizar un
proceso de agotamiento, en el que se obtendrán unas vinazas a las
cuales se les separará la materia orgánica por procesos de
centrifugación, decantación, filtración o combinaciones de los
mismos utilizándose esta materia orgánica para la producción de
pienso; purificación, en el que se separarán ligeros; y
rectificación, o separación de aceites de fusel. Adicionalmente, se
podrán instalar antes de las columnas de destilación equipos para
eliminar CO_{2}.
Estos tres procesos (agotamiento, purificación y
rectificación) se van a realizar en equipos de destilación que
estarán por duplicado.
De esta manera, si la fábrica en algún momento
quisiera trabajar con la mitad del caudal, después de la
fermentación se podrá trabajar con el mismo caudal de salida de los
fermentadores que el de entrada.
Una vez tenemos el etanol a la salida de la
columna de rectificación, lo pasaremos por equipos de deshidratación
del mismo, que también estarán por duplicado.
Una vez deshidratado, el etanol podrá ser
desnaturalizado y almacenado (para uso posterior como mezcla directa
o para ETBE) o ser almacenado directamente con o sin desnaturalizar
para usarlo como intermedio en la propia biorrefinería. Es decir, se
podrá partir del etanol como materia prima en la propia
biorrefinería para producir otros productos químicos como por
ejemplo, y sin que sean limitantes, butadieno por
deshidrodimerización directa, acetaldehído e hidrógeno por oxidación
catalítica, producción de hidrógeno por reformado con vapor...
Es decir, en la propia planta habrá distintas
líneas de actuación a nivel químico cuya base va a ser el etanol
obtenido en la planta central, por lo cual el etanol no será solo
producto final sino también un intermedio.
2. Operar con todo el caudal del núcleo base
hacia bioetanol.
Con esta forma de operar todo el jugo azucarado
producido en la planta central iría hacia la producción de bioetanol
que de la misma manera podrá ser utilizado como intermedio en la
propia planta.
3. Operar con caudales mixtos.
Si llevamos la mitad del caudal para producir
azúcar y la otra mitad para bioetanol podemos utilizar jugos
azucarados de otras líneas ya citadas en la propia patente para
funcionar a pleno régimen o pleno caudal hacia bioetanol y a mitad
de caudal hacia azúcar.
Dentro de esta posibilidad también puede darse
el caso de que se trabaje con todo el caudal del núcleo central
hacia azúcar y se utilicen las otras líneas para bioetanol (a medio
caudal o caudal total) o que se utilicen los jugos almacenados para
producir azúcar previa hidratación y el jugo del núcleo central para
bioetanol.
De esta manera y con todas las combinaciones
expuestas anteriormente y sin que sean limitantes se ve que la
capacidad de maniobrabilidad de la planta híbrida es muy amplia
permitiendo además grandes posibilidades de producción de azúcar y
bioetanol en función de las condiciones de mercado.
Además, un punto muy importante es que en la
planta se va a trabajar con el etanol no sólo como producto final
sino como producto intermedio para a partir del mismo producir otros
compuestos químicos diferentes por diferentes procesos
petroquímicos.
Se ha descrito la planta híbrida base o núcleo
central del complejo industrial, pero junto a este núcleo base o
central se van a situar una serie de plantas anexas de tal forma que
en su conjunción o unión permitan la posibilidad de crear diferentes
compuestos químicos que serán usados para biocombustibles o con
otros usos que de otra forma es decir, sin esta conjunción o unión,
no podrían ser producidos con la misma eficacia industrial.
Se exponen a continuación las diferentes plantas
anexas con sus características.
Es decir, se instalarán equipos industriales
para obtener N_{2}, CO_{2}, CO y O_{2}, principalmente.
El N_{2} se utilizará en la planta para
diferentes líneas entre las cuales destaca la producción de amoníaco
junto con hidrógeno.
Este amoníaco, a su vez, se utilizará para
producir otros compuestos químicos junto con otros compuestos
obtenidos en la planta o externos a la misma. Como ejemplos pueden
citarse la obtención de etanolamina, o de HCN (ácido cianhídrico),
entre otros.
Estos a su vez pueden ser utilizados para
producir más compuestos de utilidad en la planta.
El monóxido de carbono puede utilizarse, entre
otros procesos, junto con el hidrógeno, para reacciones de
hidroformilación o reacciones oxo, producción de biometanol,...
El CO_{2}, entre otros, se podrá utilizar para
obtener urea junto con el amoníaco,...
Esta urea, a su vez, se puede utilizar junto con
otros productos químicos obtenidos en la planta para producir
resinas,...
Puede verse la versatilidad que da el producir
todos estos compuestos desde el punto del macrocomplejo industrial
que el presente documento describe.
El oxígeno se podrá utilizar para reacciones de
oxidación realizadas en la biorrefinería, ozonolisis,...
\vskip1.000000\baselineskip
En la biorrefinería se va a contar con una
planta de obtención de biogás por codigestión, en la cual se pueden
incluir residuos de la propia planta central o anexas y otras
materias de entrada exteriores.
El metano obtenido se podrá utilizar en la
biorrefinería para diferentes usos como, y sin ser limitantes,
mejorar rendimientos energéticos de otros procesos, obtener gases de
síntesis por procesos de reforming y/o producción de otros productos
químicos en combinación con otros compuestos químicos obtenidos en
el macrocomplejo industrial o por procesos químicos o petroquímicos
como puede ser la producción de etileno, acetileno,...
La ventaja es que, como se viene presentando
hasta ahora en el presente documento, vamos a ir produciendo una
serie de compuestos en el mismo macrocomplejo que nos va a ir
permitiendo la producción de un mayor rango de compuestos químicos
por la combinación de los mismos, su uso para reducir costes
energéticos en otros procesos,...
\vskip1.000000\baselineskip
Se tendrá en el macrocomplejo industrial que se
presenta en este documento una planta anexa de producción de
hidrógeno a partir de compuestos químicos obtenidos en la propia
planta como puede ser a partir de metano, etanol o metanol.
Uno de los procesos que se puede utilizar en
esta planta será la obtención de hidrógeno por reformado con vapor
de agua.
Además, también se podrán instalar en esta
planta anexa procesos de electrolisis para obtener hidrógeno a
partir de agua, de cara a su uso en procesos de hidrogenación en
biorrefinería.
\vskip1.000000\baselineskip
En la biorrefinería se va a construir una planta
en la cual el CO_{2} de los fermentadores (una vez ha sido lavado)
y/u otros procesos va a pasar por una serie de biorreactores y/o
áreas de lagunaje en las cuales dicho CO_{2} va a ser fijado por
microorganismos para producir aceite y/o hidrocarburos que serán
obtenidos posteriormente por diferentes procesos de separación en el
mismo complejo industrial.
En el caso de producir aceite, éste se utilizará
para la producción de biodiésel por transesterificación o como
materia prima de entrada en otros procesos para producir otros
compuestos químicos junto con otros procesos obtenidos en el
complejo o exteriores o para producir dichos compuestos químicos
como única materia prima de entrada.
\vskip1.000000\baselineskip
El macrocomplejo industrial va a contar con una
planta de producción de biodiésel por procesos de
transesterificación en la cual el aceite puede ser obtenido a partir
de microorganismos, aceite usado, aceite de cultivos oleaginosos
(jatropha, girasol, colza,...) o combinaciones de las mismas.
El metanol que se utilice podrá ser obtenido en
la propia fábrica a partir de gases de síntesis obtenidos en
procesos de la misma, por hidrogenación de formaldehído obtenido en
la misma, por rectificación de ligeros del núcleo base o planta
principal o importando al complejo desde fábricas exteriores (o
combinaciones de los anteriores).
Además, el proceso catalítico en el cual se
realice la transestirificación podrá realizarse por adición de
catalizadores como por ejemplo ácidos o hidróxidos o se podrá
realizar con enzimas ya sea por adición o inmovilizadas.
Además, en el macrocomplejo industrial se podrán
producir ácidos grasos por hidroxicarbonilaciones de polímeros
obtenidos a partir de compuestos químicos obtenidos en la propia
planta como pueden ser polímeros de etileno.
Estos ácidos grasos se podrán utilizar también
para producir biodiésel junto con un alcohol como, pero sin ser
limitante, el metanol y un catalizador como, y sin ser limitante, el
ácido sulfúrico.
Una vez realizada la reacción de
transesterificación el resto de procesos se orientará a la
separación de los compuestos químicos que acompañen al biodiésel o
éster (ya sea etílico, metílico) con la finalidad de obtener este
biodiésel con la mayor pureza posible.
En cuanto a la glicerina obtenida como residuos
de estos procesos se podrá utilizar para producir diferentes
compuestos químicos como acroleína, propeno, plásticos, etc en
líneas del propio complejo industrial.
Además, los compuestos químicos obtenidos a
partir de la glicerina se podrán utilizar a su vez para hacerlos
reaccionar con otros compuestos químicos propios de la biorrefinería
y obtener así productos de gran interés en un momento determinado o
de mayor utilidad para otras líneas como puede ser la utilización de
acroleína obtenida a partir de la glicerina y el butadieno obtenido
a partir del etanol para producir cicloadiciones.
Esta posibilidad nos la da el potencial de
trabajar con el bioetanol como intermedio en biorrefinería y el
potencial de trabajar con la glicerina como intermedio en
biorrefinería, pudiendo obtener por ejemplo con estos dos compuestos
productos químicos aromáticos de interés para industrias
farmacéuticas.
\vskip1.000000\baselineskip
El complejo industrial que se describe en el
presente documento va a contar con una zona dedicada a la producción
de biocombustibles de segunda generación por procesos de pirólisis y
de gasificación.
Habrá un área o zona dedicada a los procesos de
pirólisis y otra área dedicada a los procesos de gasificación, y se
situará anexo a la zona de elementos separadores de aire antes ya
descrita.
En cuanto a la pirólisis, es una descomposición
química de materia orgánica causada por el calentamiento en ausencia
de oxígeno u otros reactivos.
La planta tendrá un centro de almacenamiento o
recepción de materia para pirolizar, entre esta materia prima se
utilizarán residuos de industrias madereras, residuos de biomasa
(limpiezas de montes, cunetas, desbroces), residuos orgánicos
urbanos, lodos de depuradoras, astillas, pellets, pulpas del proceso
central o núcleo base, paja de cereal, restos de podas, cultivos
celulósicos, cultivos lignocelulósicos u otros residuos orgánicos,
plásticos, o mezclas de los anteriores.
Se van a realizar diferentes tratamientos de
pirólisis en la biorrefinería obteniendo por ello en cada proceso
compuestos químicos diferentes.
Para obtener compuestos químicos de cara a su
uso en otros procesos de la propia biorrefinería se utilizarán más
tratamientos térmicos a elevadas temperaturas (presión atmosférica)
obteniendo mezcla de hidrocarburos tipo olefinas, etileno, gases,...
Posteriormente a este proceso de pirólisis se procederá a la
separación de los diferentes compuestos.
Cuando se busque la producción de
biocombustibles se utilizarán procesos catalíticos a altas
temperaturas y altas presiones, jugando con el tiempo para obtener
hidrocarburos de mayor o menor longitud de cadena.
También se podrán realizar compuestos de craqueo
con vapor de agua.
La gasificación es un proceso termoquímico en el
cual un material carbonoso como la biomasa es convertido en un gas
con cierto contenido energético.
De la planta de gasificación obtendremos por lo
tanto gases de síntesis que a su vez alimentarán otras plantas.
En la biorrefinería vamos a tener un centro de
recepción de materia para gasificar. Entre esta materia se pueden
destacar residuos de madereras, restos de biomasa, cultivos
celulósicos, cultivos lignocelulósicos, cáscaras de arroz, podas,
bambú, residuos orgánicos urbanos o industriales o mezclas de los
anteriores.
El área de gasificación se dedicará como su
propio nombre indica a producir gases de síntesis a partir de los
cuales trabajaremos en biorrefinería en distintas líneas que se
presentan a continuación y sin ser limitantes:
1. Producción de amoníaco.
Con el nitrógeno obtenido a partir de los
elementos separadores de aire ya citados y con el hidrógeno obtenido
en gasificación o electrolisis a partir de un proceso catalítico a
altas temperaturas (450ºC) y altas presiones (200 atm).
Con el amoníaco y el CO_{2} obtenido en
elementos separadores de aire podemos obtener urea y, por
condensación de la misma, melamina.
2. Producción de biometanol.
Con el CO obtenido en gasificación o en
elementos separadores de aire y el hidrógeno obtenido en
gasificación o electrolisis.
También se puede obtener por oxidación de metano
utilizando el metano de la planta de biogás y el oxígeno de la
planta de separación de elementos del aire.
3. Producción de Formaldehído.
Por procesos de oxidación del biometanol.
4. Producción de biocombustibles por procesos de
polimerizaciones catalíticas a partir de los gases de síntesis
obtenidos en el área de gasificación.
5. Producción de ácido fórmico a partir de
monóxido de carbono y de hidrógeno.
En esta zona se podrán también instalar hornos
coquizadores alimentados con residuos de madera o madera.
Teniendo el área de elementos separadores del
aire y la zona de gasificación en el mismo complejo industrial
podemos producir de una manera muy eficiente una innumerable
cantidad de compuestos químicos en la biorrefinería de cara a su uso
como biocombustibles o como intermedios de otros procesos de
obtención de los mismos o producir productos químicos con otros usos
como farmacéuticos, pinturas, disolventes,...
\vskip1.000000\baselineskip
En la biorrefinería o macrocomplejo industrial
el bioetanol va a tener diferentes líneas de utilidad no sólo como
producto para la producción de ETBE o mezcla directa con gasolina
sino como intermedio para obtener en la misma planta otros productos
químicos, entre estos destaca, sin ser limitantes, la producción
de:
- 1.
- Butadieno: por deshidrodimerización directa, hidrogenación y deshidratación de aldoles.
- 2.
- Acetaldehído e hidrógeno: por oxidación catalítica.
- 3.
- Gases: por tratamiento con zeolitas.
- 4.
- Gasoil: por tratamiento con zeolitas o por polimerización de etileno.
- 5.
- Dietil-éter: por tratamiento con zeolitas.
- 6.
- Etileno: por deshidratación con zeolitas.
- 7.
- Hidrógeno: por reformado o por procesos catalíticos.
- 8.
- Butanol: por hidrogenación de aldoles.
- 9.
- Acetales: junto con aldehídos.
- 10.
- Aldoles: por condensación aldólica de aldehído obtenido por oxidación de etanol.
- 11.
- Biogasolinas: por dimerizaciones y/o alquilaciones.
Las opciones o posibilidades que nos va a dar el
uso de bioetanol como intermedio en el complejo van a ser
innumerables, ya no solo de cara a la producción de biocarburantes,
sino también de compuestos químicos de gran interés como
anestésicos, plásticos,...
Además, se podrán producir compuestos químicos
partiendo del etanol o sus derivados y otros compuestos químicos
obtenidos en la biorrefinería como etanolaminas, anticongelantes,
piridinas,... con lo cual puede verse el aumento de posibilidades
técnicas que ofrece el trabajar de esta manera en biorrefinería
multifuncional.
\vskip1.000000\baselineskip
En la biorrefinería se va a implantar una planta
de biotecnología de cara a realizar mejoras en los diferentes
procesos existentes en el complejo. Así se trabajará en producción
de plásticos biodegradables por polimerizaciones de compuestos
orgánicos como ácido láctico, polihidroxialcanoatos, sin ser estos
limitantes.
Además, en esta planta se va a trabajar en
mejoras genéticas de microorganismos y enzimas, así como en procesos
de producción de las mismas y de inmovilización en sustratos de
éstas.
\vskip1.000000\baselineskip
En la biorrefinería se va a trabajar con
residuos sólidos urbanos desde su recepción hasta realizar la
separación de los residuos orgánicos del resto.
Los residuos orgánicos podrán llevarse a la
planta de segunda generación, a calderas de biomasa, o se podrán
utilizar para fermentaciones o en la planta de biogás.
También se podrán utilizar neumáticos usados
para, tras procesos químicos, utilizar los compuestos químicos de
constitución de los mismos en procesos de obtención de
biocombustibles o productos químicos de la planta.
\vskip1.000000\baselineskip
Se instalará un parque solar para poder
alimentar procesos del complejo y mejorar así el rendimiento
energético de otras plantas del complejo.
También se venderá a red.
\vskip1.000000\baselineskip
En caso de ser posible su ubicación cercana a la
planta para mejorar así el rendimiento energético de la planta.
También se venderá a red.
\vskip1.000000\baselineskip
Se van a instalar en la biorrefinería una serie
de calderas de biomasa para producir electricidad y vapor y de esta
forma reducir costes energéticos en el proceso central o clave del
complejo multifuncional.
\vskip1.000000\baselineskip
En la planta vamos a contar con un centro de
almacenamiento de oxígeno y uno de cloro para poder realizar
reacciones de cloración y de oxidación a partir de los diferentes
compuestos que vamos a poder obtener en la misma.
Esto nos va a poder permitir aumentar el rango
de productos químicos que vamos a poder obtener en la misma.
También vamos a poder realizar aminaciones con
el amoníaco obtenido en la planta de separación de aire (en un
momento determinado en esta planta el N_{2} puede no sólo ser
separado del aire sino también incorporado desde depósitos comprados
a otras empresas).
Además, también tendremos depósitos de sulfúrico
para poder realizar en el complejo sulfonaciones de diferentes
compuestos que podemos haber obtenido en biorrefinería.
En ningún momento se pretende que el no
funcionamiento o instalación de algunas de las plantas anexas o
incorporación de procesos similares a los descritos en las mismas
sea limitante en el proceso principal del macrocomplejo
industrial.
Durante la campaña de remolacha se recepciona
para molturar en la planta núcleo de bioetanol 9500 tm/día de
remolacha. Esta remolacha tras la tara y medida de su riqueza en
azúcar (se toma una muestra y en laboratorio con refractómetro se
miden grados Brix) se pasa a diferentes procesos de limpieza entre
los que se destacan el despedrado y desherbado.
Adicionalmente, en caso de instalarse una planta
gemela, se estarán recepcionando otras 9.500 tm/día de cara al
almacenamiento del jugo o para otros usos en fábrica (línea de
azúcar,...). Todos los procesos que se describen hasta obtener el
jugo de difusión son idénticos tanto para el núcleo base como para
la planta gemela.
El despedrado se realiza por diferencia de pesos
en medio acuoso o canal hidráulico y en dicho canal por medios
mecánicos se lleva a cabo también un desherbado (estos procesos
pueden realizarse por otros métodos, por lo que los expuestos no han
de ser limitantes).
Una vez realizado el despedrado y el desherbado
la remolacha pasa a un lavadero donde se continúa la limpieza de la
misma.
Una vez limpia la remolacha pasa a unos molinos
de cuchillas donde es cortada en tiras finas denominadas comúnmente
cosetas. La finalidad de dicho proceso es el aumentar la superficie
de contacto para mejorar el proceso de ósmosis siguiente.
Las cosetas se introducen en difusores. En
dichos difusores se introduce también agua junto con otros
compuestos químicos como por ejemplo ácidos para mejorar la salida
de la sacarosa a través de la membrana ectoplasmática de las
células.
En dichos difusores se produce el paso de la
sacarosa hacia el agua formando un jugo azucarado.
A la salida de este proceso de difusión se
obtienen por una parte, las pulpas (cosetas agotadas o sin sacarosa)
y por otro lado el jugo de difusión o disolución azucarada.
Las pulpas se someten a un proceso de prensado y
tamizado para recuperar jugo que todavía va con ellas. En este punto
las pulpas son llevadas al secadero con el que cuenta la
biorrefinería para producir pienso o se llevan, tras ser secadas, a
los procesos de segunda generación de pirólisis o gasificación para
producir biofueles o gases de síntesis.
También pueden utilizarse estas pulpas para
calderas de biomasa o para fermentarlas con la finalidad de obtener
biometanol mediante fermentaciones con microorganismos genéticamente
modificados.
El jugo de difusión, tras pasar por deslodadores
y/o ciclones y/o filtros de arena, en el caso de ser necesario es
esterilizado mediante un proceso con vapor a altas temperaturas y
cortos tiempos y tras la esterilización es enfriado a la temperatura
óptima de actuación de la enzima invertasa que se añade a
continuación (también pueden utilizarse lechos con la enzima
inmovilizada o en un momento determinado decidir no pasar por este
proceso e ir directamente hacia fermentación).
Además, en este punto se realiza un control del
pH del jugo para modificarlo con productos químicos en el caso de no
ser el óptimo.
\newpage
Una vez conseguidas las condiciones óptimas de
pH y T se adicionan también activadores para mejorar la eficiencia
enzimática y se adiciona invertasa con la finalidad de invertir la
sacarosa en glucosa y fructosa.
El jugo pasa a continuación a un proceso de
fermentación alcohólica en discontinuo (sin ser limitante, ya que
puede ser continuo también). En dicho proceso de fermentación se
cuenta con 8 fermentadores de 3000 m^{3} de capacidad y dos
tanques de propagación para el crecimiento de los
microorganismos.
El jugo se introduce en los fermentadores y se
adiciona un inóculo en un 1% (densidad óptica de 10
aproximadamente).
Dicho inóculo se realiza con levaduras mejoradas
genéticamente para que tengan una mayor capacidad de tolerancia de
etanol y para que sean capaces de degradar distintos tipos de
azúcares.
Las enzimas invertasas que se añaden al proceso
se pueden producir en la propia biorrefinería (o tenerlas en
preparados o inmovilizadas) en un proceso en el cual se obtienen por
un aparte restos de microorganismos rotos y por otra parte enzimas,
proteínas y un jugo azucarado.
Además, en lugar de adicionarse al jugo
continuamente también podrían presentarse inmovilizadas en resinas
epoxi o similares en lechos fijos o fluidizados.
A la salida de la fermentación obtenemos
CO_{2} y el jugo o mosto fermentado.
El CO_{2} se somete a un proceso de
recuperación de etanol en columnas de lavado mediante unión a agua
por puentes de hidrógeno (sin que sea limitante).
Una vez limpio, el CO_{2} se deriva a lagunaje
o biorreactores para el cultivo de algas u otros
microorganismos.
Dichas algas se utilizan para obtener aceite por
centrifugación, secado y prensado o como biomasa mediante
centrifugación y secado para los procesos de segunda generación ya
citados de pirólisis y gasificación. En el caso de prensar para
obtener aceite se obtiene además una torta proteínica que se utiliza
para producir pienso o como biomasa para los procesos de segunda
generación.
También pueden utilizarse algas que excretan
hidrocarburos de cadena larga > c30 al medio de cultivo y separar
estos hidrocarburos posteriormente por procesos de destilación o
filtración, entre otros, para obtener estos hidrocarburos. A partir
de los mismos podemos obtener por diferentes procesos petroquímicos
distintos productos de interés para la planta.
El jugo fermentado de salida de los
fermentadores pasa por un tanque pulmón y de éste pasa a un proceso
de destilación compuesto por diferentes columnas.
Las dos primeras columnas son de agotamiento y
la función es separar vinazas con materia orgánica del resto de
componentes.
Las vinazas pasan por unos decantadores
centrífugos o filtros y se separa la materia orgánica del resto de
vinazas. Dicha materia orgánica se utiliza para producir piensos en
el secadero (DDG's) o como entrada para los procesos de segunda
generación de la biorrefinería.
Además, el resto de vinazas solas o junto con
otros subproductos del resto de procesos, residuos agrarios o de
industrias agrarias se someten a un proceso de metanogénesis para la
producción de metano.
Dicho metano se puede quemar, utilizar para
producir hidrógeno por reformado con vapor, producir metanol por
reacciones químicas o llevarlo a otros procesos en la planta en los
cuales puede actuar como reactivo.
La tercera columna es de purificación y en ésta
se eliminan los componentes de menor volatilidad que el etanol
(acetaldehído, metanol,....). Estos compuestos a su vez se hacen
pasar por una columna de rectificación de metanol en la que se
separa el metanol del resto de componentes. El metanol se utiliza
para la reacción de transesterificación de la planta de biodiésel de
la biorrefinería, para producir formaldehído u otros usos. El resto
de componentes se queman, se utilizan como disolventes o se venden
con otros fines a la industria química.
La cuarta columna es de rectificación. En esta
columna se separa el etanol del agua en el punto azeotrópico, y
además se obtienen aceites de fusel y unas colas con agua. Los
aceites de fusel se queman o venden a industrias químicas.
El etanol en el punto azeotrópico pasa a través
de un deshidratador molecular de zeolitas sintéticas de 3 amstrong
(\ring{A}) de diámetro para deshidratarlo hasta una pureza >
99,8%.
\newpage
Este etanol no es sólo un producto final sino
que se utiliza en la planta como producto de entrada en otros
procesos químicos y/o petroquímicos de tal manera que en la planta
podemos transformar el etanol en otros compuestos como butadieno,
etileno, acetaldehído, aldoles, acetales,...
Por ejemplo, el etanol puede ser sometido a un
proceso de deshidrodimerización directa mediante un proceso con
catalizadores metálicos a T de 400ºC presiones de
150-200 bar y con una selectividad de 45% aprox.
Este punto es muy importante ya que no se
limitará la biorrefinería a ser una planta de obtención de bioetanol
sino una planta en la cual el bioetanol será transformado en
diferentes compuestos químicos, es decir, el etanol será también un
intermedio.
Este proceso con remolacha en 11 meses produce
320.000 m^{3} de bioetanol y 304.000 tm de pienso, que se utiliza
como tal o se introduce en líneas de segunda generación.
En estos once meses como ya se ha citado se
aprovecha el CO_{2} para el cultivo de algas en lagunaje y/o
birreactores. Por cada 1,7 Kg de CO_{2} se obtienen
aproximadamente 1 Kg de algas secas.
Dichas algas se utilizan para procesos de
segunda generación o para obtención de aceite
(transesterificación).
Como ya se ha descrito en la biorrefinería se
pueden obtener las enzimas que se utilizan para el proceso previo a
la fermentación.
La biorrefinería cuenta con una planta de
biotecnología en la cual se pueden desarrollar procesos de obtención
de enzimas, biomasa microbiana y bioplásticos (microbiología). A
continuación se cita un ejemplo sin ser limitante de línea de
actuación en dicha parte de la biorrefinería:
Se comienza el proceso en tanques de
fermentación a los que llegan los microorganismos (ya sean
genéticamente modificados o no) procedentes de unos tanques de
propagación.
Dichos microorganismos tienen los genes que
codifican para la enzima que queremos obtener, así como buenas
características de crecimiento y componentes bioquímicos para el
proceso.
Los microorganismos se pasan a unos
fermentadores situados en serie para realizar una fermentación en
continuo aunque también podría realizarse el proceso en
discontinuo.
En dichos fermentadores también se van a incluir
los componentes moleculares o nutrientes que, una vez detectados por
los microorganismos, hagan al genoma de los mismos codificar las
enzimas que buscamos. También se pueden incluir otros compuestos
requeridos para que la fermentación se realice en óptimas
condiciones.
Dichas enzimas son excretadas al exterior en
unos casos y/o intramoleculares en otros.
Con lo cual, a la salida de la fermentación en
continuo tendremos un mosto con enzimas ya sean extracelulares,
intracelulares o ambos casos. El siguiente paso es un proceso de
ruptura de los microorganismos para poder obtener las enzimas que
están en su interior. Además, también se puede realizar una purga
para que parte de los microorganismos puedan ser utilizados para una
nueva propagación antes de dicho proceso de ruptura. Este proceso de
ruptura de los microorganismos se va a realizar, sin que sea
limitante, por diferencia de presiones en un homogeneizador de tal
manera que el jugo con los microorganismos a la salida de la
fermentación se pase por este homogeneizador.
La homogeneización es un proceso para romper los
microorganismos por diferencia de presión de tal manera que a la
salida del homogeneizador se obtiene el mismo jugo pero con las
células de los microorganismos rotas como consecuencia de esa
diferencia de presión. Se puede instalar una recirculación para
retornar el jugo de nuevo al comienzo de la homogeneización si no se
ha realizado la ruptura en condiciones aceptables para el
proceso.
Una vez se tiene el jugo después de la
homogeneización con los microorganismos rotos, enzimas y restos de
componentes en él, el siguiente paso es separar los restos de
microorganismos del jugo. Este proceso de separación se realiza por
medio de una centrifuga o decantador centrífugo que separa el jugo
con enzimas y otros componentes bioquímicos de los restos de los
microorganismos.
Los restos de los microorganismos obtenidos del
Bowl de giro de la centrífuga se someten a un proceso de decantado,
prensado y secado y posteriormente, se utilizan para producir
biocombustibles de segunda generación en nuestra biorrefinería por
medio de procesos termoquímicos como pirólisis o gasificación, ya
sean solos o junto con otros productos aptos para tal fin.
En cuanto al jugo que sale de la centrífuga, ya
sin los restos de los microorganismos, es sometido a un proceso de
ultrafiltración para separar las proteínas, entre las cuales están
las enzimas, del resto de componentes como pueden ser monosacáridos,
polisacáridos, etc.
Las proteínas quedan en el retenido y el resto
de componentes quedan en el permeado.
Las proteínas sufren un proceso para separar la
enzima buscada del resto de proteínas y el jugo del permeado puede
usarse para realimentar a los fermentadores en serie o a otros
fermentadores para producir biocombustibles como, por ejemplo,
etanol, si el jugo lleva azúcares.
Volviendo a las proteínas del retenido, éstas
sufren ahora un proceso de separación para obtener las enzimas
deseadas. Este proceso puede hacerse por pH, T... Entre otros, por
citar un ejemplo, utilizando sulfato amónico en distintas
concentraciones se consigue ir precipitando las enzimas en función
de su tamaño de manera que se pueden ir precipitando las enzimas más
grandes (a menos concentración) y más activas al principio, para una
concentración de sulfato amónico, sin que precipiten el resto de
proteínas.
Una vez que hayan precipitado las enzimas se
realiza una centrifugación (en centrífuga o decantador centrífugo)
de manera que por una parte se obtienen las enzimas que se buscan y
por otro un jugo con proteínas.
El jugo con proteínas se puede someter a un
proceso de precipitación y centrifugación adicional para obtener
dichas proteínas que podrán usarse para producir pienso, entre
otros.
Las enzimas que precipitaron tienen sulfato
amónico que hay que eliminar, con lo que estas enzimas serán
sometidas a un proceso de ultrafiltración o similar para eliminar
ese sulfato amónico.
Una vez se ha eliminado el sulfato amónico,
dichas enzimas pueden ser purificadas más añadiendo a esa solución
cloruro de metilo en cantidades tales que dicho compuesto haga
precipitar las proteínas no activas que puedan quedar.
Dichas proteínas son separadas de nuevo por
centrifugación en un decantador centrífugo o centrífuga.
Por último, el cloruro de metilo se elimina por
evaporación y se pasa con las enzimas a un proceso de preparación
para comercialización.
Entre dichos procesos se puede nombrar la
atomización, liofilización etc., siendo más interesante en este caso
concreto la inmovilización.
Además de obtener enzimas y restos de
microorganismos, en esta planta de microbiología de la biorrefinería
se producen fermentaciones para obtener bioplásticos
biodegradables.
Es decir, se producen fermentaciones con
microorganismos que producen compuestos químicos que se someten
posteriormente a procesos de separación y polimerización para
obtener plásticos biodegradables.
En dicha biorrefinería también se producen
biocombustibles por procesos de segunda generación:
1. Pirólisis: se introducen residuos
lignocelulósicos, celulósicos, materia microbiana, piensos,
bioplásticos, residuos agrícolas o de industrias agrarias solos o
mezclados en un reactor que trabaja en ausencia de oxígeno y/o vapor
de agua a altas temperaturas en torno a 400ºC (en principio, ya que
también se pueden producir catálisis frías o con variaciones
calor-frío).
En cuanto a la presión de trabajo, ésta podrá
variarse, los reactores podrán trabajar a vacío, a presión
atmosférica o a elevadas presiones. En dicho reactor se produce una
catálisis térmica (principalmente buscando definas, etileno) o
catalítica (para buscar biocombustibles). Además, esos mismos
componentes se pueden introducir también en reactores de:
2. Gasificación: se introducen materiales
celulósicos, lignocelulósicos, carbón, residuos, restos de
microorganismos, algas o mezclas de todo lo nombrado con un agente
gasificador (aire, oxígeno, oxígeno y vapor de agua, etc.) en
reactores a alta temperatura (en torno a 600ºC) para finalmente,
tras procesos de separación, obtener una mezcla de gases de síntesis
(H_{2}, CO_{2}, CO, etileno, entre otros).
Estos procesos se podrán llevar a cabo a presión
atmosférica, a vacío o a altas presiones. La diferencia es que
cuando se realicen a presión atmosférica se obtendrán menos
hidrocarburos y alquitranes y, por lo tanto, obtendremos más
gases.
Dichos gases se utilizan para diferentes
procesos:
2.1 Obtención de biodiésel y/o biogasolinas
mediante procesos de catálisis con catalizadores de cobalto y/o
hierro a altas presiones y temperaturas.
2.2 Obtención de biometanol con procesos a altas
temperaturas y altas presiones y mediante catálisis con óxidos
metálicos.
2.3 Obtención de bioetanol: Del proceso de
gasificación se obtienen gases de síntesis que, tras un proceso en
reactores a elevadas temperaturas (400ºC) y presiones (200
atmósferas) con catalizadores metálicos sobre base alúmina o
zeolitas produce, entre otros compuestos, etileno que, una vez
separado del resto de componentes (procesos de separación que pueden
ser L-V, L-L, L-S,
S-V, entre otros), se somete a un proceso de
hidratación de alquenos obteniendo bioetanol.
También se puede obtener etileno directamente en
el proceso de gasificación utilizando catalizadores metálicos, entre
otros, en el proceso, e hidratarlo tras los procesos de separación
de gases pertinentes para posteriormente obtener bioetanol.
Además, parte del etileno o todo se utiliza para
producir bioplásticos por polimerización del mismo obteniendo
polietilenos, anticongelantes, y otros productos de interés en la
biorrefinería.
Ya se ha citado además que también se produce
biodiésel a partir de aceite de algas y otras materias primas como
aceite de jatropha, soja, colza etc (o mezclas de ellos).
Es decir, la biorrefinería cuenta con una planta
de biodiésel de primera generación. En esta planta entra el aceite y
se mezcla con metóxido de sodio o potasio en unas concentraciones en
p/p de aproximadamente el 15,8% (de el cual el 3,89% (p/p)
aproximadamente será NaOH o KOH).
Para preparar dicho metóxido se utiliza
biometanol de segunda generación, de nuestra columna rectificadora,
comprado fuera de fábrica, nuevo o mezclas de ellos.
Una vez realizada la reacción de
transesterificación se separa la glicerina del biodiésel por
centrifugación o sedimentación.
La glicerina se utiliza posteriormente para
quemar solo o junto con otros carburantes o residuos de otras líneas
en la planta de generación eléctrica de la biorrefinería.
Posteriormente se elimina el metanol mediante un
proceso de destilación a vacío y se realiza un lavado y
centrifugación para eliminar jabones. Adicionalmente, se puede
realizar un proceso de Winterización previo a la centrifugación.
Una vez centrifugado de nuevo es lavado y
sometido a un proceso de decantación o nueva centrifugación.
Por último, se elimina el agua en un evaporador
a vacío y se adiciona un antioxidante.
En caso de ser necesario el biodiésel pasa por
una columna de carbón activo o de resinas.
\vskip1.000000\baselineskip
En el caso de que no sea posible utilizar
remolacha en la planta base o núcleo durante 11 meses de campaña, se
utilizarán jugos almacenados de la planta gemela u otras materias
primas con diferentes procesos que a continuación se exponen.
A partir de la fermentación el proceso en la
planta núcleo de la biorrefinería va a ser común:
1. Se molturan 3000 tm/día de cereales (maíz,
sorgo, cebada, centenos, trigo,...) o algarrobas, tras haber sido
limpiados, en seco o húmedo y se hace harina.
Dicha harina se mezcla con agua caliente y se
somete a la mezcla a un proceso con vapor de agua para esterilizar y
solubilizar azúcares.
Posteriormente, el jugo es enfriado y sometido a
un proceso de ruptura enzimática en varias etapas.
A partir de este punto viene la fermentación que
ya es común a lo citado con anterioridad.
2. Se hace serrín con biomasa 3000 tm/día (paja
de cereal, bambú, cardo,...), el cual se mezcla con agua caliente y
un catalizador como puede ser un ácido.
Posteriormente se realiza un proceso de adición
de vapor y enfriamiento.
El jugo sufre un proceso de ruptura enzimática
de azúcares en varias etapas y pasa a fermentar. A partir de la
fermentación, el proceso es común.
3. Se limpia la caña de azúcar y se corta en un
proceso de cuchillas. Después, se pasa a un proceso de molienda en
trapiches o difusores y el jugo azucarado saliente sigue el mismo
proceso que los jugos de difusión de la remolacha.
En este caso se obtiene bagazo en lugar de
pulpas. Este bagazo (restos vegetales de la caña) se introduce en
segunda generación, o se utiliza para pienso o para la planta de
cogeneración a partir de biomasa de la biorrefinería.
Estas distintas líneas pueden utilizarse solas y
combinadas entre ellas o con el proceso de remolacha del ejemplo
1.
Independientemente de la materia prima que se
utilice en la planta núcleo, el resto de procesos citados
funcionarán durante todo el tiempo que se estime necesario.
Además, puede ser que parte del jugo del núcleo
base, la mitad o todo, vayan orientados en un momento determinado
hacia la producción de azúcar. En este caso, se podrá utilizar el
jugo de la planta gemela almacenado o el que se esté procesando en
directo para ir hacia la planta central, pudiendo ir todo o parte
del mismo y pudiendo ser complementado con el jugo de estas otras
plantas.
Es decir, tenemos gran cantidad de posibilidades
de funcionamiento a nivel espacio-temporal para
poder producir tanto bioetanol como azúcar.
\vskip1.000000\baselineskip
Durante la campaña de remolacha se están
molturando 9.500 tm/día de remolacha en la planta central para
producción de bioetanol y 9500 tm/día en la planta gemela para
producción de azúcar.
En este caso, tendremos jugos de difusión de la
planta central o núcleo base y jugos de difusión de la planta
gemela.
Así, en 11 meses obtendremos de la planta
central o núcleo base 320.000 m^{3} de bioetanol y 304.000 tm de
pienso y de la planta gemela 304.000 tm de pienso 410.000 tm de
azúcar y 140.000 tm de melaza aproximadamente.
La melaza obtenida a partir de los jugos de
difusión de la planta gemela se almacena y se utiliza para
fermentaciones y obtener más bioetanol, para fermentaciones en la
planta de biotecnología (obtención de bioplásticos,...) u otros
usos.
Las pulpas se utilizan para venta directa como
pienso, entran en fermentaciones para producir bioetanol, biometanol
u otros, se llevan a la planta de segunda generación o se utilizan
en calderas de biomasa.
El bioetanol se vende para mezcla directa con
gasolina, se utiliza para producir ETBE con isobutileno o se utiliza
como intermedio para producir otros compuestos químicos como
butadieno, etileno, acetaldehído, aldoles, acetales, acetato de
etilo, dietiléter,...
En este ejemplo se describe como los jugos de la
planta central se usan para producir bioetanol y los jugos de la
planta gemela se usan para producir azúcar. El proceso también puede
ser a la inversa, es decir, que los jugos de la planta base se usen
para azúcar y los jugos de la planta gemela para bioetanol o
combinaciones de los mismos.
Además, en ambos casos se podrán complementar
caudales azucarados con las otras plantas o posibilidades ya
descritas a nivel de tiempo y espacio.
Si sólo se opera con una de las dos plantas
(central o gemela) por cualquier motivo como puede ser falta de
materia prima, se lleva el jugo de difusión de la misma en un 100% a
bioetanol y pulpas, en un 100% a azúcar, melazas y pulpas, o 50% del
jugo a la línea de azúcar y 50% del jugo a la línea de bioetanol, ya
que la planta está preparada con los equipos necesarios por
duplicado para funcionar en estas condiciones. En este caso, la
línea al 50% hacia bioetanol se podrá complementar con las otras
posibilidades ya descritas en el presente documento.
\vskip1.000000\baselineskip
Se molturan 9.500 tm/día de remolacha en la
planta o núcleo base y otras 9.500 tm/día en la planta gemela.
El jugo de difusión de la planta central o
núcleo base se deriva hacia la producción de bioetanol o azúcar
mientras que el jugo de difusión de la planta gemela tiene dos
posibilidades.
Puede ir, como hemos visto en el ejemplo
anterior, hacia la producción de bioetanol o azúcar, pero si la
industria se sitúa en una zona geográfica en la cual el suministro
de materia prima no puede ser constante durante todo el año por
diferentes motivos, el jugo de difusión de la planta gemela tras
pasar por un proceso de deshidratación será almacenado deshidratado
para utilizarlo ya sea en producción de azúcar, o en producción de
bioetanol cuando haya terminado la campaña de remolacha.
Una vez la planta central no puede suministrar
jugos de difusión, los jugos almacenados serán derivados hacia la
producción de bioetanol o azúcar, pudiendo funcionar así el complejo
durante todo el año en lugares donde la campaña normal de remolacha
suele durar 6 meses aproximadamente.
\vskip1.000000\baselineskip
En este ejemplo se describe el funcionamiento
mixto de la planta central con jugos de remolacha y jugos de azúcar
de caña.
La planta central puede tener adjunto al núcleo
base a partir de remolacha alcoholígena, una planta gemela de
molturación de caña de azúcar de igual modo que ya se ha descrito y
una planta gemela de remolacha alcoholígena.
Esta planta gemela con funcionamiento a partir
de caña de azúcar tendrá una zona de recepción de la caña, limpieza,
cortazo, desmenuzado y trapiches (o difusores) a partir de los
cuales obtendremos el bagazo y el jugo azucarado.
El jugo azucarado de esta planta gemela con caña
de azúcar se podrá almacenar deshidratado de igual manera que se ha
explicado para la planta gemela con remolacha, se podrá utilizar en
la planta central de manera directa a partir de los trapiches o
difusores o se podrá utilizar para la producción de azúcar u otros
procesos de fermentación en biorrefinería.
En un momento determinado pueden pasar estos
jugos azucarados de caña directamente a la planta central o núcleo
base y los jugos de remolacha pasar a producción de azúcar. De esta
manera, los jugos de caña o de la planta gemela pasarían a ser los
jugos azucarados de la planta central y los jugos de remolacha
pasarían a producción de azúcar. El bagazo obtenido en la planta de
caña se utilizará para alimentar calderas de biomasa que mejorarán
la eficiencia energética de los procesos o en otros procesos ya
descritos de la biorrefinería.
De esta manera, en la planta podemos obtener a
la vez bioetanol, piensos, melazas, azúcar blanco, azúcar de caña y
bagazo con todos los posibles usos de los mismos en biorrefinería ya
explicados a lo largo del presente documento.
De esta manera, podríamos funcionar todo el año
con remolacha y caña alimentando a sus respectivas plantas y
variando la orientación final de los jugos azucarados de las mismas
en función de las condiciones de mercado o agronómicas funcionando
de manera mixta con remolacha y caña.
Este ejemplo no descarta la posibilidad de
situar o plantear las plantas por separado de tal manera que en la
biorrefinería se sitúen la planta de producción de bioetanol a
partir de caña o remolacha anexas pero con funcionamiento
independiente.
De igual manera, el ejemplo puede ser con la
planta central a partir de caña de azúcar y la gemela con
remolacha.
Claims (16)
-
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1. Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y/o subproductos del proceso de producción de bioetanol, caracterizado porque comprende:- a.
- producir bioetanol ó bioetanol y azúcares a partir de remolacha u otras materias primas;
- b.
- producir al menos un biocombustible distinto del bioetanol y del biodiesel y al menos un producto químico a partir de al menos uno de los subproductos obtenidos en la etapa (a);
- c.
- recuperar el CO_{2} generado en la etapa (a) mediante el cultivo de algas;
- d.
- producir biodiésel a partir del aceite de al menos una materia prima seleccionada de un grupo que consiste en algas cultivadas con el CO_{2} generado en la etapa (a), semillas de oleaginosas y aceite de freiduría tratado o no, así como cualquiera de sus combinaciones.
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- 2. Método, según la reivindicación 1, donde la materia prima empleada en la etapa (a) es seleccionada de un grupo que consiste en cereales, materiales celulósicos o lignocelulósicos, melazas, residuos de queserías, alcoholes vínicos, algarrobas y caña de azúcar, así como cualquiera de sus combinaciones.
- 3. Método, según la reivindicación 1, donde, cuando la materia prima se trata de remolacha, la etapa (a) comprende la separación de la materia prima en pulpas y jugo de difusión; la fermentación de dicho jugo de difusión y la destilación del jugo fermentado obtenido tras la fermentación.
- 4. Método, según la reivindicación 3, donde de manera previa a la fermentación, el jugo de difusión sufre un proceso enzimático por adición de invertasa o mediante la utilización de lechos en los que la invertasa se encuentra inmovilizada.
- 5. Método, según la reivindicación 3, donde la destilación del jugo fermentado comprende a su vez el paso del jugo fermentado por al menos una columna de agotamiento, una columna de purificación y una columna de rectificación.
- 6. Método, según la reivindicación 3, donde las pulpas obtenidas a partir de la materia prima son empleadas en la producción de pienso, en la producción de metanol o bien en procesos de segunda generación de pirólisis o gasificación para producir biofuel o gas de síntesis.
- 7. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los biocombustibles y/o productos químicos obtenidos son seleccionados de un grupo que consiste en metanol, butadieno, acetaldehído, dietil-éter, etileno, hidrógeno, butanol, acetales, aldoles, biogasolinas, anestésicos, plásticos, etanolaminas, anticongelantes y piridinas, así como cualquiera de sus combinaciones.
- 8. Método, según la reivindicación 7, donde cuando el producto químico se trata de metanol, éste es empleado en la etapa (d) de producción de biodiésel.
- 9. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las semillas oleaginosas empleadas en la etapa (d) son seleccionadas de un grupo que consiste en semillas de jatropha, colza, soja, palma y ricino, así como cualquiera de sus combinaciones.
- 10. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa adicional de generación de biocombustibles de segunda generación mediante pirólisis y/o gasificación.
- 11. Método, según la reivindicación 10, donde la materia prima empleada en la pirólisis es seleccionada de un grupo que consiste en residuos de industrias madereras, residuos de biomasa, residuos orgánicos urbanos, lodos de depuradoras, astillas, pellets, pulpas, paja de cereal, restos de podas, cultivos celulósicos, cultivos lignocelulósicos u otros residuos orgánicos y plásticos, así como cualquiera de sus combinaciones.
- 12. Método, según la reivindicación 10, donde la materia prima empleada en la gasificación es seleccionada de un grupo que consiste en residuos de industrias madereras, residuos de biomasa, cultivos celulósicos, cultivos lignocelulósicos, cáscaras de arroz, podas, bambú y residuos orgánicos urbanos o industriales, así como cualquiera de sus combinaciones.
- 13. Método, según la reivindicación 10 o 12, donde los gases de síntesis obtenidos a partir de la gasificación son empleados para la producción de amoníaco, biometanol, formaldehído, biocombustibles y ácido fórmico, así como cualquiera de sus combinaciones.
- 14. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa adicional de obtención de plásticos biodegradables mediante polimerización de compuestos orgánicos o a partir de fermentaciones.
- 15. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el CO_{2} procedente de la etapa (a) es empleado de manera adicional para la producción de hidrocarburos mediante su fijación con microorganismos en lagunaje y/o biorreactores.
- 16. Complejo industrial para llevar a cabo un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 caracterizado porque comprende:
- a.
- un núcleo central que comprende una planta híbrida destinada a la producción de bioetanol y/o azúcar a partir de la materia prima alimentada al complejo;
- b.
- al menos una planta anexa seleccionada de un grupo que consiste en una planta de separación de aire en sus componentes básicos, una planta de obtención de biogás, una planta de producción de hidrógeno, una planta de asimilación de CO_{2}, una planta de obtención de biodiésel por transesterificación, una planta de obtención de al menos un biocombustible de segunda generación, una planta de transformación de bioetanol en productos químicos, una planta de biotecnología, una planta de gestión de residuos, un parque solar, un parque eólico y una planta de cloraciones, sulfonaciones, aminaciones y/o oxidaciones, así como cualquiera de sus combinaciones.
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