MX2008014802A

MX2008014802A - Metodo para la produccion de bioetanol y para la coproduccion de energia a partir de un material de inicio de un vegetal amilaceo.

Info

Publication number: MX2008014802A
Application number: MX2008014802A
Authority: MX
Inventors: John Mahler
Original assignee: John Mahler
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2008-12-02
Also published as: WO2008003692A1; DE602007003838D1; CN101479388A; EP2035568A1; AU2007271177A1; FR2903119B1; PL2035568T3; EA014457B1; ES2337418T3; EP2035568B1; US20120181161A1; ZA200809122B; FR2903119A1; ATE452200T1; EA200870523A1; CA2653059A1; RS51236B; BRPI0713890B1

Abstract

La invención propone un método del tipo que comprende al menos las siguientes etapas sucesivas que consisten en: A) preparar una pasta (mosto) que comprende el material de inicio de vegetal amiláceo o que contiene almidón (MPV) capaz de ser fermentada; B) llevar la fermentación de dicha pasta con el objetivo de obtener una mezcla fermentada (MF); D) destilar dicha mezcla fermentada (MF), al menos en parte, a fin de obtener bioetanol y vinaza ligera (VL); E1) producir al menos un primer combustible para la coproducción de energía, en particular, energía térmica, usando al menos una parte de la vinaza ligera. El método comprende una etapa C1) de separación, mediante filtración y prensado, de la fase líquida (PL) y la fase sólida (PS) de la mezcla fermentada involucrada antes de la destilación.

Description

MÉTODO PARA. LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL Y PARA LA COPRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE UN MATERIAL DE INICIO DE UN VEGETAL AMILÁCEO CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía a partir de un material de inicio vegetal. El objetivo de la invención es, en particular, producir a una escala industrial, bioetanol a partir de vegetales amiláceos o que contienen almidón con cogeneración o coproducción de energía usando la biomasa de la planta o vegetal, justo como la producción de bioetanol a partir de caña de azúcar, la cual usa el bagazo de la planta. Este método puede usarse no únicamente por nuevas destilerías de bioetanol, sino también por destilerías existentes, adaptando las vegetales existentes. Entre los varios métodos para producir bioetanol a partir de material de inicio vegetal, se encuentran tres grupos: a) recursos sacaríferos, tal como la remolacha de azúcar, tallos dulces tal como la caña de azúcar o sorgo, frutas, b) recursos amiláceos tales como granos de maíz o trigo, y c) y recursos lignocelulósicos . ANTECEDENTES TÉCNICOS Dependiendo del material vegetal de inicio, el método para producir bioetanol en general comprende tres grupos de operaciones principales, es decir, consecutivamente A) la preparación de un mosto, entonces B) la fermentación del mosto con la visión de obtener un mosto fermentado, entonces D) la destilación del mosto fermentado con la visión de la producción de bioetanol. Es posible agregar a estos tres grupos de operaciones principales, un cuarto grupo general E) de operaciones el cual consiste de varios tratamientos de los coproductos que resultan de cada uno de estos tres grupos de operaciones principales . Todas las operaciones A) para preparar el mosto tienen el objetivo de preparar una pasta o un jugo que comprende material de inicio vegetal capaz de ser fermentado, es decir, una solución acuosa de azucares que pueden fermentarse por levaduras, mientras se apunta a obtener una concentración tan alta como sea posible a fin de reducir los volúmenes de equipo necesario para la preparación del mosto y para las otras operaciones subsiguientes, mientras que al mismo tiempo se toma en cuenta la limitación de la producción posible de inhibidores de la fermentación. En el caso de producción a partir de recursos sacaríferos, la etapa especifica de preparación del mosto consiste en la extracción de la sucrosa, por ejemplo mediante compresión, o lavado con agua caliente de acuerdo a técnicas conocidas para obtener directamente un jugo altamente fermentable . En el caso de la producción a partir de recursos amiláceos o que contienen almidón, generalmente primero es necesario convertir el grano a azúcar soluble y fermentable, por ejemplo, de acuerdo a las técnicas de conversión de almidón las cuales son, por ejemplo, conocidas en la industria de la producción de almidón, o también de acuerdo a las técnicas de "procesos ácidos". La fermentación B) se basa en la actividad de microorganismos, el metabolismo fermentativo de los cuales resulta en su oxidación incompleta a etanol y CO2. Los niveles de rendimiento de las operaciones de fermentación esencialmente dependen del microorganismo usado (o de los microorganismos usados), del medio de cultivo sobre el cual actúan los microorganismos y del método usado. El rendimiento en términos de alcohol, o etanol, depende del control de estos varios parámetros. Esencialmente son levaduras las que se usan de manera industrial para la producción de bioetanol. La composición del medio de cultivo, que usa el mosto, esencialmente tiene como objetivo proporcionar el microorganismo usado en las condiciones óptimas para su metabolismo y la producción que éste demanda. Las tecnologías de fermentación usadas son diversas y conocidas, y el progreso en el campo de la fermentación esencialmente tiene como objetivo mejorar el costo-efectividad general de las mismas, ambos en términos productividad y velocidad de conversión, haciendo uso, por ejemplo, de levaduras, enzimas específicas, etc. Para obtener una mezcla fermentada (MF) a partir de material de inicio de un vegetal (MPV) , las etapas u operaciones A) y B) pueden agruparse juntas y/o remplazarse con otros métodos para producir una mezcla fermentada (MF) . Las técnicas de destilación D) usadas son ellas mismas también enteramente conocidas, por ejemplo, aquellas usadas en la destilación de soluciones alcohólicas, y ellas difieren entre sí únicamente en virtud del esquema de destilación y la optimización de los balances de energía en correlación con las necesidad de energía de cada operación. Sin embargo, se recordará que el costo de destilación está directamente unido al contenido de etanol, a la calidad del producto destilado y los consumos de energía, y que por lo tanto, son necesarios esfuerzos constantes para tener un mosto fermentado con un alto contenido de etanol. Las varias operaciones E) para tratar los coproductos que resultan de los tres grupos de operaciones principales descritos anteriormente tienen un impacto considerable, en ambos términos, de la economía de los varios métodos de producción de bioetanol, y en términos de los aspectos "ambientales" . Cualquiera que sea el recurso de material de inicio vegetal usado, todos los métodos resultan en la producción de C02 y de biomasa, como coproductos. En el caso de un método basado en recursos sacaríferos, por ejemplo a base de caña de azúcar o de remolacha de azúcar, la glucosa contenida en la planta, la cual se obtiene moliendo o triturando o lavando con agua caliente, es directamente fermentable y las vinazas derivadas de la fermentación son ricas en materiales orgánicos (+/- 80%) y en materiales minerales (+/- 20%) los cuales tienen problemas para su eliminación . En el caso de la caña de azúcar, el bagazo, el cual constituye la biomasa que permanece en los molinos después de la extracción del jugo de azúcar, puede ser quemado para la coproducción de energía y su combustión cubre las necesidades de calor y electricidad de las unidad de producción de bioetanol, debido al valor calorífico de este tipo de biomasa.

En el caso de un método basado en recursos amiláceos, el almidón contenido en el grano debe primero convertirse a azúcar (s) fermentable, por ejemplo, implementando el método enzimático, el método ácido o el método de malta. De esta manera, la vinaza "cruda" obtenida después de la destilación comprende esencialmente agua y biomasa con levaduras producidas durante la fermentación. La digestibilidad hace posible hacer en particular un suplemento nutricional a partir de los mismos. Asi, después de la separación de la fracción sólida de la vinaza, por ejemplo mediante centrifugación y después mediante deshumidificación y concentración de la fracción liquida de la vinaza, se obtiene el producto "DDGS" (Grano Secado en Destilador con Soluble) , el cual se usa en particular para alimentación animal. La vinaza puede también utilizarse para la producción de agentes de fertilización, o pueden también convertirse en energía. Se han hecho intentos de quemar la vinaza después de la concentración, o enviándola a reactores para producir gas metano . Sin embargo, los problemas técnicos encontrados - tales como, por ejemplo, la obstrucción o bloqueo de los tubos del hervidor - no han hecho posible que tales tipos de tratamientos de la vinaza se implementen de manera efectiva en costo a escala industrial. Todos los métodos conocidos para producir bioetanol a partir de vegetales almidonadas y azucaradas exhiben de esta manera, un balance económico y en particular un balance de energía, que aún son insuficientes, y también un balance ambiental muy negativo. Se ha propuesto un método para producir alcohol combustible a partir de vegetales fermentadas "sin vinaza" en el documento US-A-4.337.123 de 1982. Este método propone, después de la fermentación y antes de la destilación, implementar un tratamiento durante el cual varias sustancias contenidas en el mosto fermentado se eliminan en una manera tal que los medios de destilación son alimentados con un jugo "purificado" de manera que la etapa de destilación produce únicamente alcohol y no produce vinaza. El método descrito en este documento hace uso, de esta manera, de un tratamiento mediante precipitación química, en particular, mediante la adición de un agente de floculación, y entonces de una operación de decantación. Un método tal es particularmente complejo de implementar y es costoso, y en particular, no proporciona un balance de energía favorable mientras que al mismo tiempo requiere el uso de nuevos productos adicionales para obtener la precipitación química . El balance de energía desfavorable es, en particular, debido al hecho de que todos los productos sólidos separados por decantación comprenden una proporción de sólidos que es altamente insuficiente para que su combustión subsiguiente sea de rendimiento suficiente, es decir, las operaciones de secado antes de esta combustión requieren la entrada de una cantidad demasiado grande de energía fósil externa. En otras palabras, el contenido de agua de todos los productos "sólidos" separados por decantación (o en fase sólida) es demasiado alto para que el método tenga un balance de energía satisfactorio.

El documento EP-A2-0-048.061 de 1981, propone un método y un aparato para tratar la vinaza en el contexto de un método general para producir alcohol a partir de caña de azúcar, con la visión de optimizar el balance de energía total del método de producción de alcohol. Este método propone concentrar los sólidos y materiales solubles contenidos en la vinaza, y entonces mezclarlos a fin de obtener vapor que se vuelve a utilizar en varias formas, en particular, en el método para producir alcohol. La combustión de la vinaza concentrada es muy difícil y debe llevarse a cabo en hervidores que son muy complejos y costosos, similares a los hervidores que se usan en la industria de la celulosa para quemar el licor negro concentrado. El documento O-A1-2004/113549 ha propuesto métodos para producir etanol y metano a partir de biomasa, los niveles de rendimiento los cuales son mejorados controlando y modificando los parámetros de la biomasa usada. Uno de los métodos consiste, como una variación, antes de la fermentación o de la destilación, en separar de la biomasa las proteínas las cuales están presentes en ella, y también el afrecho el cual puede estar presente en ésta. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene como objetivo proponer un nuevo método para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía, a partir de material de inicio de un vegetal amiláceo o que contiene almidón, y que se caracteriza esencialmente en que comprende una etapa, que ocurre antes de la destilación, de la filtración, del lavado y de la compresión, la cual hace posible separar la fase líquida de la fase sólida del mosto fermentado. La invención propone de este modo, un método para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía a partir de material de inicio de un vegetal amiláceo MPV, método el cual es del tipo que comprende al menos las siguientes etapas sucesivas que consisten en: - A)-B) obtener, a partir de todo o parte del material de inicio de la planta MPV, una mezcla fermentada MF; D) destilar, al menos en parte, dicha mezcla fermentada (MF) a fin de obtener etano y vinaza ligera VL; El) producir al menos un primer combustible Fl para la coproducción de energía, en particular energía térmica y/o eléctrica, usando al menos parte de la vinaza ligera VL; caracterizado en que el método comprende, antes, de la etapa de destilación D) y después de obtener A)-B) la mezcla fermentada, al menos una etapa intermedia que consiste en separar Cl) , mediante filtración y prensado, la fase líquida PL y la fase sólida PS de la mezcla fermentada MF, en una manera tal que la proporción en peso de los sólidos de dicha fase sólida PS está entre aproximadamente 40% y aproximadamente 45%, y en que dicha fase líquida PL de la mezcla fermentada MF constituye al menos dicha parte de la mezcla fermentada que se destila durante la etapa de destilación D. Dicha etapa El) de producción de al menos un primer combustible consiste en producir gas metano a partir de la vinaza ligera VL, y opcionalmente de flemas que se originan de la rectificación y de la deshidratación del etanol. En virtud de la invención, es posible obtener una biomasa que se quema para producir energía, y obtener un valor calorífico que es similar a aquel del bagazo y, como en el caso de alcohol producido a partir de caña de azúcar, virtualmente sin la necesidad de hacer uso de una energía fósil externa. Además, las cualidades de la vinaza ligera obtenida después de la destilación son tales que ellas hacen posible producir metano bajo condiciones de rendimiento óptimas. Después de la metanización, la fase liquida asi obtenida puede sufrir un tratamiento suplementario que resulta en la producción de agua que puede volverse a usar en la implementación del método de acuerdo a la invención, o desecharse al ambiente natural. La calidad de esta agua corresponde a los requerimientos y estándares ambientales más estrictos. La metanización también produce una pequeña cantidad de sedimento que, después del secado, puede, por ejemplo, constituir productos de enriquecimiento de tierra. Tratamientos suplementarios hacen posible volver a usar el agua en el contexto de la implementación del método de acuerdo a la invención, en virtud de la cantidad muy pequeña de cargas contaminantes a la salida de la metanización. De acuerdo a otra característica del método de acuerdo a la invención, éste comprende una etapa E2) de producción de al menos un segundo combustible, la cual consiste en deshumidificar dicha fase sólida PS de la mezcla fermentada MF a fin de producir un bloque de material, del cual la proporción en peso de sólidos es mayor al 50%, siendo dicho bloque capaz de quemarse, totalmente o en parte, en un hervidor, y/o siendo capaz dicho bloque de usarse, totalmente o en parte, para la producción de un producto (DDGS) usado en particular para alimentación animal. Dicha fase sólida PS de la mezcla fermentada MF es, por ejemplo, deshumidificada mediante secado. Sin embargo, esta operación de secado reqúiere únicamente muy poca energía que puede por ejemplo generarse de la energía térmica contenida en los gases de combustión FUM del hervidor. Por lo tanto, el secado no requiere energía fósil externa, ni vapor producido en el contexto del método de acuerdo a la invención, y el valor calorífico del bloque "secado" es adicionalmente económicamente muy acrecentado desde el punto de vista del balance de energía total del método. Los gases (G) emitidos por la fase sólida durante el secado son tratados a fin de extraer, totalmente o en parte, el etanol que estos gases contienen, por medio de métodos que incluyen, pero no se limitan, al lavado de gases con agua, el paso de los gases sobre carbón activado, etc. El rendimiento del método en términos de la producción de etanol es de esta manera incrementado. De acuerdo a otra característica del método de acuerdo a la invención, dicho primer combustible (metano) , totalmente o en parte, y dicho segundo combustible (el bloque de material obtenido de la fase sólida) , totalmente o en parte, son quemados en el mismo hervidor. Esto permite una mejor combustión del bloque, o "torta", mientras que se usa una cámara de combustión de dimensiones más pequeñas. De acuerdo a otro aspecto de la invención, la muy alta eficiencia de la etapa Cl) de separación de la fase liquida PL y la fase sólida PS de la mezcla fermentada MF, que permite la proporción de peso de sólidos en dicha fase sólida (PS) este entre aproximadamente 40% y aproximadamente 45%, se obtiene ventajosamente en que dicha etapa Cl) de preparación se lleva a cabo por medio de un filtro prensa adaptado para este propósito . Aún para mejorar los niveles de rendimiento del proceso de separación de las fases liquida y sólida, es decir, para incrementar la capacidad de filtrado de la mezcla fermentada: antes de dicha etapa Cl) de separación, el método comprende una etapa durante la cual la temperatura de la mezcla fermentada se lleva a una temperatura T de separación de entre aproximadamente 55°C y aproximadamente 65°C; antes de dicha etapa Cl) de separación, el método comprende una etapa durante la cual el pH de la mezcla fermentada (MF) se incrementa a fin de llevarla a un valor de entre aproximadamente 5.5 y aproximadamente 6.5, siendo el pH de la mezcla fermentada, por ejemplo, incrementada agregando al menos un componente alcalino; antes de dicha etapa Cl) de separación, el método comprende una etapa durante la cual se agregan uno o más adyuvantes (ADJ) a la mezcla fermentada para la filtración y/o para la precipitación de los elementos que inhiben la metanización y que son dañinos para el procesamiento económico de los efluentes líquidos de la metanización . El método comprende una etapa C2) intermedia de lavado de dicha fase sólida separada de la mezcla fermentada, a fin de recuperar tanto etanol residual contenido en la fase sólida como sea posible. Esta etapa C2) de lavado de la fase sólida PS separada de la mezcla fermentada se lleva a cabo ventajosamente inyectando agua de lavado al filtro prensa en una manera tal que al menos una parte del líquido de lavado LL muy rico en etanol se agrega automáticamente a la fase líquida de la mezcla fermentada a destilarse. El método de acuerdo a la invención hace posible, industrialmente, producir de manera simultánea bioetanol y energía, en particular debido al control de la proporción de sólidos en la fase sólida y debido a la calidad (ausencia virtual de sólidos en suspensión) de la fase líquida antes de la destilación.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA FIGURA Otras características y ventajas de la invención emergerán durante la lectura de la descripción que sigue, dada a manera de ejemplo no limitante, para el entendimiento se se hará referencia al dibujo adjunto en el que la figura individual es un esquema que ilustra un ejemplo de un método de acuerdo a la invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA FIGURA Una modalidad ejemplar del principio de separación/filtración, de acuerdo a la invención, de las fases líquidas y sólidas que se aplica aquí al mosto fermentado antes de la destilación, se describirá ahora con referencia a la figura. El material de inicio vegetal amiláceo o que contiene almidón MPV experimenta, por ejemplo, una primera etapa A de preparación de un mosto. Ésta involucra, por ejemplo, cuando el material de inicio de la planta MPV es un cereal, subetapas de molienda de los cereales, y entonces la sacarificación y licuefacción de la mezcla molida. El material de inicio vegetal MPV puede consistir directamente de granos tales como maíz o trigo, la molienda entonces resulta en la preparación de una harina que se prepara con la idea de obtener el mosto.

El mosto es entonces una pasta producida a partir de material de inicio de la planta MPV que es capaz de ser fermentada . El método comprende subsiguientemente una etapa B de fermentación del mosto con el objetivo de obtener una mezcla fermentada FM capas de ser destilada, también llamada mezcla fermentada MF. En una manera conocida, se coproduce dióxido de carbono C02 a partir de una etapa B de fermentación tal. El método subsiguientemente comprende la etapa D de destilación para obtener el bioetanol, es decir, el producto principal del método que comprende las etapas sucesivas A, B, y D, y también un coproducto llamado vinaza que es una mezcla, en particular, rica en agua. Al final de la etapa B de fermentación, el mosto MF fermentado es sometido inmediatamente, es decir, antes de la destilación D, y durante una operación Cl intermedia, a una operación de separación física de la fase líquida PL y de la fase sólida PS del mosto MF fermentado. La fase líquida PL del mosto MF fermentado se envía a la destilación, es decir, ésta se somete a la etapa de destilación D que resulta en la producción de bioetanol y en la producción de un coproducto líquido, aquí referido como la vinaza ligera VL.

El hecho de que, de acuerdo con las enseñanzas de la invención, la operación de destilación se aplica a únicamente la fase liquida PL del mosto fermentado MF se refiere en particular a que se usa equipo de dimensiones y volúmenes más pequeños en comparación con operaciones de dos fases, liquido y sólidos, convencionales mezcladas, para la destilación de un producto . La separación de la fase liquida PL del mosto fermentado MF se obtiene mecánicamente mediante filtración y prensado, preferiblemente por medio de un filtro prensa, y/o como una variante, por medio de un filtro y de una prensa que operan de manera continua o en una manera de lotes. Estas operaciones físicas que resultan en la separación de la fase líquida PL y de la fase sólida PS del mosto fermentado son designadas por la etapa Cl en la figura. La calidad de la separación se llevada a cabo de acuerdo a la invención depende de la capacidad o de la habilidad de la mezcla fermentada MF para filtrarse. Esta habilidad puede, por ejemplo, expresarse en la forma del parámetro "CST" que se mide de acuerdo a métodos normalizados bien conocidos por aquellos expertos en el arte.

En el contexto de la presente invención, se ha descubierto que el control y/o la modificación de ciertos parámetros de la mezcla fermentada obtenida a partir del material de inicio amiláceo incrementan considerablemente su capacidad de ser filtrada, y por lo tanto, la proporción en peso de los sólidos obtenidos. El primero de estos parámetros es la temperatura T, aquí referida como temperatura de filtración, de la mezcla cuando se introduce en los medios de separación usados, y por ejemplo a un filtro prensa. De esta manera, antes de la etapa de separación, el método comprende una etapa durante la cual la temperatura de la mezcla fermentada MF se lleva a o se mantiene a una tempera de separación T que esta entre aproximadamente 55°C y aproximadamente 65°C. Este control de la temperatura de separación T puede resultar directamente de las etapas anteriores de tratamiento del material de inicio para los propósitos de obtener la mezcla fermentada, y puede, por ejemplo, obtenerse sin el consumo de energía adicional, dado que la mezcla fermentada debe en cualquier caso llevarse a 65°C antes de la destilación. El segundo de estos parámetros es el pH de la mezcla cuando ésta se introduce en los medios de separación usados. De este modo, antes de la etapa de separación, el método comprende una etapa durante la cual se incremente el pH de la mezcla fermentada MF a fin de llevarlo a un valor de entre aproximadamente 5.5 y aproximadamente 6.5. Por ejemplo, el pH de la mezcla fermentada MF se incrementa agregando al menos un componente alcalino que incluye, pero que no se limita a, carbonato de calcio CaC03 o hidróxido de calcio Ca(OH)2. Además, se nota que estos dos parámetros (temperatura T y pH) están conectados con respecto a la capacidad de la mezcla fermentada a separarse, es decir, es posible establecer una serie de curvas que indican el valor del CTS como una función de la temperatura T, y para un valor de pH dado (o viceversa) .

También, los valores de estos parámetros dependen del material de inicio amiláceo usado. También es posible mejorar la capacidad de la mezcla para ser filtrada haciendo uso de un adyuvante de filtración ADJ, por ejemplo, un adyuvante a base de polímero. Los subproductos sólidos que resultan de la separación física en Cl pueden someterse, como se ilustra aquí, a una sub-etapa C2 de lavado de los productos sólidos separados. El lavado se lleva a cabo, por ejemplo, mediante la inyección de agua de lavado al filtro prensa, con al menos la misma temperatura que aquella de la mezcla fermentada MF. Después del lavado, el agua de lavado es referida como líquido de lavado LL y este líquido de lavado se vuelve a usar en la siguiente manera. El líquido de lavado LL que tiene un alto contenido de etanol se vuelve a usar totalmente o en parte mezclándose con la fase liquida PL de la mezcla fermentada MF antes de la destilación D. En el caso del uso del filtro prensa, este "mezclado" es automático a la "salida" del filtro prensa. Una parte del etanol contenido en la fase sólida PS es de este modo recuperada. La recuperación de este etanol en una etapa subsiguiente seria más compleja y costosa. De acuerdo con el método según la invención para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía, la vinaza ligera VL subsiguientemente se somete a una etapa El de producción de un primer combustible Fl, que aquí es metano. Esta etapa El, referida como etapa de metanización, es de esta manera aplicada a la vinaza ligera VL, la cualidades de la cual son óptimas a este respecto, en particular en que la vinaza virtualmente no contiene componentes sólidos en suspensión . La producción de gas metano mediante metanización, a partir de la vinaza líquida - referida como vinaza ligera VL -derivada de la destilación y también de las "flemas" FG que resultan de las etapas conocidas de rectificación y deshidratación del etanol después de etapa de destilación. La vinaza ligera VL tiene un bajo contenido en nitrógeno debido a que el nitrógeno presente en el material de inicio de la planta almidonada y en las levaduras usadas para la fermentación, han sido eliminadas a un grado considerable en virtud de la operación de separación de las fases liquida y sólida antes de la destilación. Esta metanización es particularmente ventajosa y eficiente por lo que la fase liquida tiene un bajo contenido de nitrógeno, siendo el nitrógeno un inhibidor de la metanización. Durante la etapa PG, el equipo incluye, pero que no se limita a: un generador; un hervidor; una turbina de gas; un motor; alimentación con metano, puede producir energía que incluye, pero que no se limita a: electricidad; vapor; agua caliente, etc. En el ejemplo ilustrado en la figura, el metano Fl se quema en un hervidor que es por ejemplo, un hervidor para la producción de vapor. El hervidor también produce gases de combustión residuales FUM. De esta manera, se proporciona un ciclo muy eficiente de coproducción de energía a partir de combustible derivado de la vinaza ligera VL. Los efluentes líquidos producidos durante la etapa El de gasificación (metanización) pueden tratarse, durante uno o más etapas de tratamiento, vía una trayectoria aeróbica suplementaria, entre otras cosas para obtener un efluente líquido purificado y/o agua que puede volver a usarse en el método de acuerdo a la invención.

En el contexto de la coproducción, o cogeneración, de energía de acuerdo al método de acuerdo a la invención, la fase sólida PS del mosto fermentado F, es decir, los materiales residuales que se originan de la fermentación B, son también fácilmente convertido a energía. Debido a la técnica de separación mediante filtración y prensado, en particular en un filtro prensa, la proporción en peso de sólidos de la fase sólida PS obtenida es mayor al 40% en peso, y esta por ejemplo entre aproximadamente 40% y aproximadamente 45%. La etapa E2, de producción del segundo combustible, es una etapa de deshumidificación, por ejemplo mediante secado y/o mediante cualquier otro proceso físico conveniente, que consiste en deshumidificar la fase sólida PS del mosto fermentado MF a fin de producir un bloque seco F2, también llamado "torta", la cual es entonces un elemento combustible que puede ser fácilmente quemado. Esto es debido a que la etapa de deshumidificación hace posible tener un bloque de combustible, el contenido de sólidos el cual es entonces mayor al 50%, es decir, un nivel que permite buena combustión. De esta manera, el bloque constituye, para el propósito de la invención, el segundo producto combustible F2 para la coproducción de una segunda energía durante una segunda etapa para la coproducción de energía. Este combustible F2 puede así, por ejemplo, quemarse en un hervidor que produce energía, incluyendo, pero sin limitarse a: electricidad, vapor, agua caliente, etc. Este combustible F2 es preferiblemente quemado aquí en un hervidor que es aquí el mismo hervidor CH que aquel en el que se quema el metano Fl . Los medios usados para las coproducciones PG de energía también generan gases de combustión FUM y/o gases que pueden recuperarse durante una etapa R y que pueden, en particular, usarse como una fuente de energía durante la etapa E2 de deshumidificación de la fase sólida. El calor contenido en estos gases de combustión se recupera por medio de un intercambiador. Esta energía de secado es de este modo económica debido a que se recupera sin que sea necesario requerir vapor producido por los hervidores en el contexto del método, o energía fósil externa. También se notará que esta etapa resulta en la producción de cenizas. En virtud de las dos etapas El y E2 de producción de los dos combustibles Fl y F2 que son subsiguientemente convertidos a energía, el método de acuerdo a la invención es un método para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía PG, dado que no únicamente la producción de bioetanol es "auto-suficiente" en términos de energía, sino que el método resulta en la coproducción de un exceso de energía que puede comercializarse en las formas que incluyen, pero que no se limitan a, vapor, agua caliente, electricidad, etc. La combustión de la fase sólida PS de contenido alto en sólidos puede llevarse a cabo con facilidad en un hervidor de biomasa, si se compara esta combustión con todos los intentos previos en la combustión de vinazas concentradas, sin separación previa de las fases liquida y sólida. Los residuos de la combustión de los dos combustibles, o de las combustiones si se llevan a cabo de manera separada, pueden comercializarse después del secado, por ejemplo, en la forma de productos de enriquecimiento de tierra. Dependiendo de varios parámetros, y en particular del material de inicio de la planta MPV usada, la fase líquida PL puede usarse completamente o' en parte para el propósito de producción del metano Fl . De manera similar, la fase sólida PS puede usarse completamente o en parte para el propósito de producción del combustible sólido o bloque F2, y/o éste puede usarse completamente o en parte para la producción de DDG (Grano Secado en Destilador) que se usa en particular para alimentación animal. Este DDG es de una calidad mucho más alta que el que se encuentra actualmente disponible, en particular debido a que el contenido de etanol residual es muy bajo. Este contenido residual muy bajo resulta primero de la técnica de separación usada. El contenido de etanol del bloque F2 se reduce además en virtud de una etapa C2) de lavado de la fase sólida PS separada de la mezcla fermentada MF. Si el lavado se lleva a cabo fuera de los medios de filtración y prensado, el liquido de lavado puede volverse a usar completamente o en parte, mezclándose con el mosto corriente arriba de la etapa B de fermentación. De esta manera, es posible mezclar el liquido con el mosto antes de la etapa de fermentación y/o usarlo para la etapa de preparación. Asi, se hace además un ahorro en términos de una parte del agua usada para la preparación y/o para la fermentación. Una separación del liquido de lavado, después del lavado, en dos distintas trayectorias puede llevarse a cabo de acuerdo al contenido de etanol del liquido de lavado. Ventajosamente, cuando la separación de PL y PS se lleva a cabo por medio de un filtro prensa, la sub-etapa C2) de lavado de la fase sólida PS separada de la mezcla fermentada MF se lleva a cabo mediante inyección de agua de lavado en el filtro prensa en una manera tal que al menos parte del liquido de lavado con un contenido de alcohol se agrega entonces "de manera automática" a la fase liquida PL de la mezcla fermentada a destilarse. El contenido de etanol del bloque de combustible F2 se reduce además durante la etapa de deshumidificación mediante secado, la cual provoca evaporación, en la forma de gas G, del material liquido que éste contiene, y en particular el etanol, el cual está entonces en la forma de vapores de alcohol. Este etanol "vaporizado" puede recuperarse también, por ejemplo con una etapa de lavado de gases G, por ejemplo por medio de agua. EJEMPLO DE UNA HOJA DE BALANCE PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL Y PARA LA COPRODUCCIÓN DE ENERGÍA DE ACUERDO A LA INVENCIÓN Ahora se dará un ejemplo de la hoja de balance para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía (energías) obtenidas después de una prueba piloto en una manera no limitante. El material de inicio de la planta previsto es trigo el cual contiene teóricamente 12 . 8 % en peso de agua y 87 . 2 % en peso de sólidos, entre los que el 59% en peso del MPV es almidón. Con un trigo tal, para obtener 100 litros, es decir, un hectolitro, de bioetanol, son necesarios 272 . 9 kg de trigo, que contiene 34 . 9 kg de agua, 161 . 0 kg de almidón y 77 . 0 kg de otros sólidos.

Después de la sacarificación/licuefacción, fermentación y destilación, se obtuvieron 100 litros' de bioetanol y 92.0 kg de sólidos. De de los 92 kg de sólidos, después de la separación de las fases liquida y sólida, se proporcionan 60.37 kg de material como combustible para quemarse en un hervidor; y la fase liquida se destila y se proporcionan 31.63 kg de material para la metanización para la producción de gas metano que puede también utilizarse en un hervidor. E2) Para los 60.37 kg de fase sólida separada o "torta" "Valor calorífico inferior" (LCV) par a 50% de sólidos de la torta: 2150 kcal/kg Energía recuperada: 120.74 kg x 2150 kcal/kg + 1000 = 259.59 termias 259.59 termias x 1.163 = 301.90 k h 301.90 kWh x 3.6 = 1086.84 MJ El) Para los 31.63 kg de materiales orgánicos y minerales solubilizados en la vinaza ligera: Cantidad de mosto fermentado a 12.54% en volumen: 100 litros ÷ 12.54 x 100 = 797.48 litros, se tomarán como 797.50 litros Considerando una recirculación de la vinaza de 12.8%: 797.50 litros - (797.5 litros x 12.8 ÷ 100) = 695.42 litros, se tomará como 695.50 litros.

Producción de alcohol (bioetanol) a 92.5% en volumen necesario para producir 100 litros de alcohol puro: 100 litros ÷ 92.5 x 100 = 108.1 litros, se tomará como 108 litros. Cantidad de vinaza ligera producida por 100 litros de alcohol puro. 695.5 litros -108 litros = 587.50 litros de vinaza ligera por 100 litros de alcohol puro. Energía recuperada con el metano por 100 litros de alcohol puro: 92 g/1 x 587.5 litros ÷ 1000 = 54.05 kg. 54.05 kg x 0.446 x 6450 kcal/kg = 155 486 kcal (en el donde 0.446 es el coeficiente de rendimiento de metanización) 155 486 kcal ÷ 1000 x 1.163 = 180.83 k h 180.83 kWh x 3.6 = 651 MJ Energía total El + E2 : 301.90 kWh + 180.83 kWh = 482.73 kWh Energía necesaria para la producción de 100 litros de alcohol puro: Energía eléctrica: 25 kWh Energía térmica: 166.32 kWh Considerando que la eficiencia del hervidor de vapor es de 92%: 482.73 kWh x 92 ÷100 = 444.11 kWh Considerando que la turbina en contrapresión tiene una eficiencia de 83%, es decir, 20% en energía eléctrica y 63% en energía térmica: La capacidad de la turbina será: 166.32 kWh x 63 ÷ 100 = 264 k h La producción de energía eléctrica por turbina es: 264 kWh x 20 ÷ 100 = 52.80 kWh Balance disponible de energía eléctrica que puede comercializarse : 52.80 kWh - 25 kWh - 27.80 kWh Energía aún disponible: 444.11 kWh - 264 kWh = 180.11 kWh Considerando que una turbina de condensación en contrapresión tiene una eficiencia de 32% en energía eléctrica : 180.11 kWh x 32 ÷ 100 = 57.64 kWh Energía total eléctrica disponible para comercializar: 27.80 kWh + 57.64 kWh = 85.44 kWh por 100 litros de alcohol puro producido. Observación: el rendimiento de energía a partir de gas puede incrementarse considerablemente con el uso de una turbina de gas de ciclo combinado. A manera de comparación: Una tonelada de caña de azúcar permite la producción de 90 litros de alcohol puro. Una tonelada de caña de azúcar hace posible producir un exceso de energía eléctrica comerciable de 75 kWh por tonelada de caña (fuente Celso Procknor, Revista STAB/Brasil edición Enero 2007) . Exceso de energía eléctrica comerciable por 100 litros = 83.33 kWh En conclusión, la presente invención hace posible producir, con la biomasa de plantas almidonadas, tanta energía como la que se proporciona por el bagazo del azúcar de caña. Balance de energía por 1 tonelada de cereales en el caso de la prueba piloto: 1 tonelada de cereales hace posible producir 400 litros de alcohol puro. Cultivo de cereales - 1367 J Almacenamiento de cereales - 150 MJ Producción de alcohol - 2500 MJ Producción de biogas - 450 MJ Energía de etanol + 8480 MJ Energía de la torta + 4348 MJ Energía de metanización : + 2604 MJ Ganancia de energía: + 10965 MJ Relación energía producida/energía usada : 15 432 MJ ÷ 4467 MJ = 3.45 Balance de energía por 1 tonelada de cereales en el caso de la producción de DDGS Cultivo de cereales: - 1.367 MJ Almacenamiento de cereales: - 150 MJ Producción de alcohol: - 2500 MJ Secado de DDGS: - 2400 MJ Energía de etanol: - 8480 MJ DDGS: + 5096 MJ Ganancia de energía: + 2063 MJ Relación energía producida/energía usada: 8480 MJ ÷ 6417 MJ = 1.32 En conclusión, la ganancia de energía obtenida por medio del método para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía de acuerdo a la invención contradice las críticas hechas acerca del alcohol obtenido a base de cereales por ciertos autores en el arte previo. La energía producida es claramente mayor que la energía usada, aunque se considera nula por estos mismos autores. Hoja de balance de agua Agua de enfriamiento: Agua necesaria por 100 litros de alcohol puro producido: 0.8 m3 Pérdidas: 6%, es decir, 0.048 m3, se tomará como 0.05 m3/hl Agua fresca para el proceso de fabricación: 0.4 - 0.5 m3/hl Agua del hervidor, considerando la recuperación de los condensados y calentamiento llevado a cabo por medio de in intercambiador: 0.05 m3/hl Agua total necesaria: 0.5 - 0.6 m3/hl de alcohol puro producido . Esta cantidad de agua puede reducirse a aproximadamente 0.15 m3/hl con tratamiento de los efluentes líquidos que se originan de la metanización .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía a partir de un material de inicio de vegetal amiláceo o que contiene almidón (MPV) , método el cual es del tipo que comprende al menos las siguientes etapas sucesivas que consisten en: A)-B) obtener, a partir de toda o parte del material de inicio de vegetal amiláceo (MPV) , una mezcla fermentada (MF) ; D) destilar, al menos en parte, dicha mezcla fermentada (MF) a fin de obtener etanol y vinaza ligera (VL) ; El) producir al menos un primer combustible (Fl) para la coproducción de energía, en particular energía térmica, usando al menos una parte de la vinaza (V) ; caracterizado en que el método comprende, antes de la etapa de destilación D) y después de obtener A)-B) la mezcla fermentada, al menos una etapa intermedia que consiste en separar Cl) , mediante filtración y prensado, la fase líquida PL y la fase sólida (PS) de la mezcla fermentada (MF) , en una manera tal que la proporción de peso de los sólidos de dicha fase sólida (PS) está entre aproximadamente 40% y aproximadamente 45%, y en que dicha fase líquida (PL) de la mezcla fermentada (MF) constituye al menos dicha parte de la mezcla fermentada que se destila durante la etapa de destilación D) . 2. El método como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado en que dicha etapa de separación Cl) se lleva a cabo por medio de un filtro prensa. 3. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que, antes de dicha etapa Cl) de separación, el método comprende una etapa durante la cual la temperatura de la mezcla fermentada (MF) se lleva a una temperatura (T) de separación de entre aproximadamente 55°C y aproximadamente 65°C. . El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que, antes de dicha etapa Cl) de separación, el método comprende una etapa durante la cual el pH de la mezcla fermentada (MF) se incrementa a fin de llevarlo a un valor de entre aproximadamente 5.5 y aproximadamente 6.5. 5. El método como se reivindica en las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que, el pH de la mezcla fermentada (MF) se incrementa agregando al menos un componente alcalino (CAL) . 6. El método como se reivindica en una de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que, antes de dicha etapa Cl) de separación, el método comprende una etapa durante la cual se agrega un adyuvante (ADJ) de filtración a la mezcla fermentada. 7. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado en que éste comprende una sub-etapa C2) de lavado de dicha fase sólida (PS) separada de la mezcla fermentada (MF) . 8. El método como se reivindica en la reivindicación precedente, tomado en combinación con la reivindicación 2, caracterizado en que dicha etapa C2) de lavado de la fase sólida (PS) separada de la mezcla fermentada (MF) se lleva a cabo mediante la inyección de agua de lavado en el filtro prensa en una manera tal que al menos una parte del liquido de lavado (LL) que tiene un contenido de etanol se agrega automáticamente a dicha fase liquida (PL) de la mezcla fermentada a destilarse. 9. El método como se reivindica en una de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que dicha etapa El) de producción de al menos un primer combustible consiste en producir gas metano (Fl) a partir de dicha vinaza (V) . 10. El método como se reivindica en una de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que éste comprende una etapa E2) de producción de al menos un segundo combustible, que consiste en deshumidificar dicha fase sólida (PS) de la mezcla fermentada (MF) a fin de producir un bloque (F2) de material del cual la proporción en peso de sólidos es mayor a 50%, y en que dicho bloque (F2) es capaz de quemarse, totalmente o en parte, en un hervidor (CH) , y/o en que dicho bloque (F2) es capaz de usarse, totalmente o en parte, para la producción de un producto (DDG) usado en particular para alimentación animal. 11. El método como se reivindica en la reivindicación precedente, caracterizado en que dicha fase sólida (PS) de la mezcla fermentada (MF) se deshumidifica mediante secado (H) , y en que los gases (G) emitidos durante el secado son procesados a fin de extraer, totalmente o en parte, el etanol que estos gases contienen, en particular, mediante el lavado de los gases con agua. 12. El método como se reivindica en las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado en que dicho primer combustible (Fl), totalmente o en parte, y dicho segundo combustible (F2), totalmente o en parte, son quemados en el mismo hervidor. 13. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que dicha mezcla fermentada se obtiene por medio de las etapas sucesivas que consisten en: -A) preparar una pasta que comprende el material de inicio de vegetal capaz de ser fermentada, -B) causar la fermentación de dicha pasta con el objetivo de obtener una mezcla fermentada (MF) .