WO2009125037A1 - Método para la producción de productos petroquímicos, agroalimentarios u otros a partir del bioetanol obtenido en biorrefinería multifuncional - Google Patents

Método para la producción de productos petroquímicos, agroalimentarios u otros a partir del bioetanol obtenido en biorrefinería multifuncional Download PDF

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plant
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beet
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Vicente Merino Ferrero
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    • C12P7/649—Biodiesel, i.e. fatty acid alkyl esters
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    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the present invention relates to a method or system for obtaining biofuels, sugar, feed and chemical products of various kinds by means of chained processes where by-products in the bioethanol production process are used in alternative processes in the same plant, facility or biorefinery .
  • Biofuel is the term by which any type of fuel derived from biomass is called. It is a renewable source of energy, unlike other natural resources such as oil, coal and nuclear fuels. Although we can talk about many types of biofuel, because of its importance, application and volume of production, there are basically two: bioethanol and biodiesel.
  • bioethanol will not only be an end product but it will also be an intermediate from which other biofuels and chemical products of interest will be produced, this concept changes the plant approach to Ethanol biofuel making this chemical compound not only in final product but in intermediate.
  • Biofuels have become as valid options as fossil fuels to obtain energy, especially in the transport sector.
  • biofuels bioethanol, biodiesel, hydrogen, biogas, .
  • animal feed sugar and chemicals of various kinds (biodegradable bioplastics, anesthetics , resins, paints, ).
  • the central part or core of this industrial complex is going to be a hybrid plant dedicated to the production of bioethanol from beets. It will consist of a beet reception area where a tare and a quantification of the sugar richness of said raw material will be carried out. Next, the beet will undergo a cleaning process (weeding, firing, ...) and washing.
  • the raw material Once the raw material is cleaned, it will be subjected to a cutting process in knife mills forming what is called harvest (sliced beet pieces).
  • the crops will be introduced into diffusers where the sugar (sucrose) will pass into an aqueous medium and form a solution with approximately 16-17 degrees brix.
  • Pulps can also be used to produce methanol by fermentation with genetically modified microorganisms.
  • the sugary juice or solution will be subsequently subjected to a steam sterilization process
  • sucrose inversion in fructose and glucose will be carried out by enzymes (invertase in principle without being limiting).
  • Said process may be by the addition of enzymes or in beds in which said enzymes are immobilized as it may be without limiting a bed (fixed or fluidized) of epoxy resins.
  • an alcoholic fermentation process is carried out.
  • Said fermentation process may be continuous and / or discontinuous.
  • microorganisms, used in said fermentation may or may not be genetically improved or a mixture of both.
  • the fermented must undergo a distillation process at different stages.
  • the outgoing CO 2 of the Kirtadores will be subjected to an ethanol recovery process that could go with it and will be directed towards the production or growth of algae either in lagoons or bioreactors.
  • the ethanol, after the distillation columns, will be subjected to a molecular dehydration process such as, without limitation, a synthetic zeolite absorption process of 3 Amstrong in diameter.
  • the ethanol Once the ethanol has been dehydrated, it can be denatured and put into storage, additionally it can be used as an intermediate in order to produce more chemical compounds in the biorefinery.
  • the equipment In the central core the equipment will be in duplicate from the process of cutting in mills (including these) so that it can be adapted to also produce sugar if it is considered relevant.
  • the sugar production plant that would be coupled to the base core from the chalcocarbon purification, would also have the necessary equipment in duplicate from the same process to be able to operate with all the flow of diffusion juice from the base core or with half, in addition the lime kilns that will be installed in the plant can be used for the chalcocarbon purification line or for the production of acetylene from calcium carbide, in case of using the conversion of a sugar plant as a base to carry out the biorefinery or macrocomplex or industrial the production system would adapt to the operating flows of the same).
  • the base core can thus take all the sugary juice to the production of bioethanol, all the sugary juice to the production of sugar or half of the juice to bioethanol and half of the juice to sugar production.
  • the base core can thus take all the sugary juice to the production of bioethanol, all the sugary juice to the production of sugar or half of the juice to bioethanol and half of the juice to sugar production.
  • the possibility of constructing a twin plant to sugary juice is contemplated. or diffusion in such a way that this plant stores the dehydrated diffusion juice for later use in the central bioethanol plant.
  • the diffusion juices of this twin plant will have the possibility of passing at a given moment both the base core and the part destined to the production of sugar.
  • the central plant may not only use diffusion or sugary juices outside or during the campaign, but also sugary juices may be used in the same raw materials described below: 1. - Sugary cereal juices, in this way it could be installed annexed to the central plant a cereal milling building either dry or wet milling from which sugary juices are obtained that after enzymatic depolymerization and saccharification processes would go to the fermenters of the central plant.
  • a milling building would be constructed to obtain a sugary juice from them and after going through an enzymatic process either of addiction or with enzymes immobilized this juice would pass to the base plant fermenters.
  • ethanol may be denatured and stored (for later use as a direct mixture or for ETBE) or stored directly with or without denaturing to use it as an intermediate in the biorefinery itself to produce other chemicals such as and without being limiting butadiene by direct dehydrodimerization, acetaldehyde and hydrogen by catalytic oxidation, production hydrogen by steam reforming ...
  • the N 2 will be used in the plant for different lines among which the production of ammonia together with hydrogen stands out.
  • This ammonia in turn will be used to produce other chemical compounds together with other compounds obtained in the plant or external to it, as examples can be obtained obtaining ethanolamine, or HCN (hydrocyanic acid) among others.
  • Carbon monoxide can be used among other processes together with hydrogen for hydroformylation reactions or oxo reactions, biomethane production, ...
  • CO 2 can be used to obtain urea together with ammonia, ...
  • This urea in turn can be used together with other chemicals obtained in the plant to produce resins, ...
  • Oxygen can be used for oxidation reactions carried out in the biorefinery, ozonol ⁇ sis, ... 2. -PLANTA DE BIOGAS.
  • biogas obtaining plant by co-digestion in which waste from the central plant itself or annexes and other external input materials can be included.
  • the methane obtained can be used in the biorefinery for different uses such as and without being limited to improve energy yields of other processes, obtain, synthesis gases by reforming processes and / or production of other chemical products in combination with other chemical compounds obtained in the industrial macrocomplex or by chemical or petrochemical processes such as the production of ethylene, acetylene, ...
  • One of the processes that can be used in this plant will be to obtain hydrogen by steam reforming.
  • electrolysis processes can also be installed in this plant to obtain hydrogen from water for use in biorefinery hydrogenation processes.
  • the CO 2 of the Kirtadores once it has been washed
  • / or other processes will go through a series of bioreactors and / or areas of lagoon in which said CO 2 It will be fixed by microorganisms to produce oil and / or hydrocarbons that will be obtained later by different separation processes in the same industrial complex.
  • the methanol used may be obtained in the factory itself from synthesis gases obtained in processes thereof, by hydrogenation of formaldehyde obtained therein, by rectification of light from the main plant base core or by importing to the complex from external factories. (or combinations of the above).
  • the catalytic process in which the transesterification is carried out may be carried out by the addition of catalysts such as acids or hydroxides or may be carried out with enzymes either by addition or immobilized.
  • fatty acids can be produced by hydroxycarbonylations of polymers obtained from chemical compounds obtained in the plant itself, such as ethylene polymers. These fatty acids may also be used to produce biodiesel together with an alcohol such as but not limited to methanol and a catalyst such as and without limitation sulfuric acid.
  • the glycerin obtained as waste from these processes it can be used to produce different chemical compounds such as acrolein, propene, plastics, etc. in lines of the own industrial complex.
  • the chemical compounds obtained from glycerin can be used in turn to make them react with other chemical compounds of the biorefinery and thus obtain products of great interest at a specific time or more useful for other lines such as use of acrolein obtained from glycerin and butadiene obtained from ethanol to produce cytoadditions.
  • the industrial complex described in this document will have an area dedicated to the production of second generation biofuels by pyrolysis and gasification processes.
  • pyrolysis it is a chemical decomposition of organic matter caused by heating in the absence of oxygen or other reagents.
  • the plant will have a storage or reception center for material to be pyrolyzed, among this raw material, wood industry residues, biomass residues (cleaning of forests, ditches, clearings), urban organic waste, sewage sludge, chips, pellets, will be used.
  • central process pulps or core core, cereal straw, pruning remains, cellulosic cultures, lignocellulosic cultures or other organic, plastic waste, or mixtures of the above.
  • catalytic processes When the production of biofuels is sought, catalytic processes will be used at high temperatures and high pressures and playing over time to obtain hydrocarbons of greater or lesser length. chain..
  • Water cracking compounds may also be made.
  • Gasification is a thermochemical process in which a carbonaceous material such as biomass is converted into a gas with a certain energy content.
  • the gasification area will be dedicated as its own name indicates to produce synthesis gases from which we will work in biorefinery in different lines that are presented below and without being limiting: 1.-Ammonia production.
  • coking ovens fed with wood or wood waste may also be installed.
  • biorefinery may be produced from ethanol or its derivatives and other chemical compounds obtained in biorefinery such as ethanolamines, antifreeze, pyridines, ... with which you can see the increase of . technical possibilities offered by working in this way in multifunctional biorefinery. 8. - BIOTECHNOLOGY PLAN. In the biorefinery a biotechnology plant will be implemented in order to make improvements in the different processes existing in the complex.
  • Organic waste may be taken to the second generation plant, to biomass boilers, may be used for fermentation or in the biogas plant.
  • Used tires may also be used for chemical processes to use the chemical compounds of the same in processes to obtain biofuels or plant chemicals.
  • a solar park will be installed to power the complex processes and thus improve the energy efficiency of other plants in the complex.
  • a series of biomass boilers will be installed in the biorefinery to produce electricity and steam and thus reduce energy costs in the central or key process of the multifunctional complex.
  • the beet passes to a knife mill where it is cut into thin strips commonly referred to as "crops."
  • the purpose of this process is to increase the contact surface to improve the following osmosis process.
  • the crops are introduced in diffusers, osmosis process.
  • water is also introduced together with other chemical compounds such as acids to improve the exit of sucrose through the ectoplasmic membrane of the cells.
  • sucrose passes into the water, forming a sugary juice.
  • the pulps are obtained on the one hand (sold out or without sucrose) and on the other hand the diffusion juice or sugary solution.
  • pulps undergo a pressing and sieving process to recover juice that still goes with them. At this point the pulps are taken to the dryer with which biorefinery counts to produce feed or they are taken, after being dried, to the second generation processes of pyrolysis or gasification to produce biofuels or synthesis gases. These pulps can also be used for biomass boilers or for fermentation in order to obtain biomethane by fermentation with genetically modified microorganisms.
  • the diffusion juice after passing through deslodadores and / or cyclones and / or sand filters if necessary is sterilized by a process with steam at high temperatures and short times, after sterilization it is cooled to the optimum operating temperature of the enzyme, invertase added below (beds with immobilized enzyme can also be used or at a certain time decide not to go through this process and go directly to fermentation).
  • Said inoculum is made with genetically improved yeasts so that they have a greater capacity for tolerance of ethanol and so that they are capable of degrading different types of sugars.
  • the invertase enzymes that are added to the process can be produced in the biorefinerla itself (or have them in preparations or immobilized) in a process in which the remains of broken microorganisms and, in addition, enzymes, proteins and a sugary juice are obtained.
  • the CO 2 is subjected to an ethanol recovery process in wash columns by means of water binding by hydrogen bridges (without limiting it).
  • CO 2 Once the CO 2 is clean, it is diverted to lagoons or bioreactors for the cultivation of algae or other microorganisms.
  • Said algae are used to obtain oil by centrifugation, drying and pressing or as biomass by centrifugation and drying for the aforementioned second generation processes of pyrolysis and gasification.
  • a protein cake is also obtained, which is used to produce feed or as biomass for second generation processes.
  • Algae that excrete long chain hydrocarbons> c30 can also be used in the culture medium and subsequently separated from these hydrocarbons by processes of
  • the fermented juice from the fermenters goes through a lung tank and from this it goes through a distillation process composed of different columns.
  • the first two columns are depletion and the function is to separate vinasses with organic matter from the rest of components.
  • the vinasses pass through centrifugal decanters or filters and the organic matter is separated from the rest of the vinasses.
  • This organic matter is used to produce feed in the dryer (DDG ⁇ s) or as input for the second generation processes of the biorefinery.
  • Said methane can be burned, used to produce hydrogen by steam reforming, producing methanol by chemical reactions or taking it to other processes in the plant in which it can act as a reagent.
  • the third column is purification and in this one the components of less volatility than ethanol are eliminated
  • acetaldehyde, methanol, ! these compounds are in turn passed through a rectification column of methanol in which methanol is separated from the rest of the components.
  • Methanol is used for the transesterification reaction of the biorefinery biodiesel plant, to produce formaldehyde or other uses.
  • the rest of the components are burned, used as solvents or sold for other purposes to the chemical industry.
  • the fourth column is rectification. In this column, the ethanol is separated from the water at the aceotropic point, in addition to the fuseel oils and tails with water. Fusel oils are burned or sold to chemical industries.
  • the ethanol at the aceotropic point passes through a molecular dehydrator of synthetic zeolites 3 amstrong in diameter to dehydrate it to a purity> 99.8%.
  • This ethanol is not only an end product but is used in the plant as an entry product in other chemical and / or petrochemical processes so that in the plant we can transform ethanol into other compounds such as butadiene, ethylene, acetaldehyde, aldoles, acetals, ...
  • ethanol can be subjected to a direct dehydrodimerization process by means of a process with metal catalysts at T at 400 0 C pressures of 150-200 bar and with a selectivity of approximately 45%.
  • biorefinery will not be limited to being a bioethanol obtaining plant but rather a plant in which bioethanol will be transformed into different chemical compounds, that is, ethanol will also be an intermediate.
  • CO 2 is used for the cultivation of algae in lagoons and / or bioreactors, for every 1.7 Kg of CO 2 approximately 1 Kg of dried algae is obtained.
  • These algae are used for second generation processes or for obtaining oil (transesterification).
  • the enzymes that are used for the pre-fermentation process can be obtained.
  • the biorefinery has a biotechnology plant in which processes for obtaining enzymes, microbial biomass and bioplastics (microbiology) can be developed, an example is cited without being limiting the line of action in said part of the biorefinery:
  • the process begins in fermentation tanks to which the microorganisms arrive (whether genetically modified or not) from propagation tanks.
  • microorganisms have the genes that code for the enzyme that we want to obtain as well as good characteristics, growth and biochemical components for the process.
  • the microorganisms are passed to fermenters placed in series to carry out a continuous fermentation although the process could also be carried out in batch.
  • Said fermenters will also include the molecular components or nutrients that once detected by the microorganisms make the genome of them encode the enzymes we are looking for. Other compounds required for the fermentation to take place under optimal conditions can also be included.
  • the next step is a process of rupture of the microorganisms to be able to obtain the enzymes that are inside, in addition a purge can also be performed so that part of the microorganisms can be used for a new propagation before said process of rupture.
  • This process of rupture of the microorganisms is going to be carried out, without being limiting, by difference of pressures in a homogenizer so that the juice with the microorganisms at the exit of the fermentation is passed through this homogenizer.
  • the homogenizer is a process to break the microorganisms by pressure difference in such a way that at the exit of this one the same juice is obtained but with the cells of the broken microorganisms as a result of that pressure difference.
  • a recirculation can be installed to return the juice back to the beginning of the homogenization if the rupture has not been carried out under acceptable conditions for the process.
  • the next step is to separate the remains of microorganisms from the juice.
  • This separation process is It is carried out by means of a centrifuge or centrifugal decanter that separates the juice with enzymes and other biochemical components from the remains of the microorganisms.
  • the remains of the microorganisms obtained from the spinning bowl of the centrifuge are subjected to a process of decanting, pressing and drying and subsequently, they are used to produce second generation biofuels in our biorefinery by means of thermochemical processes such as pyrolysis or gasification either alone or together with other products suitable for this purpose.
  • the juice that leaves the centrifuge, and without the remains of the microorganisms it is subjected to an ultrafiltration process to separate the proteins among which are the enzymes - from the rest of the components such as monosaccharides, polysaccharides, etc.
  • the proteins remain in the retained and the rest of the components remain in the permeate.
  • centrifugation is performed (in centrifuge or centrifugal decanter) so that on the one hand the desired enzymes are obtained and on the other a protein juice.
  • the juice with proteins can be subjected to a further precipitation and centrifugation process to obtain said proteins that can be used to produce feed among others.
  • the enzymes that precipitated have ammonium sulfate, which must be eliminated, so that these enzymes will be subjected to an ultrafiltration process or similar to eliminate that ammonium sulfate.
  • said enzymes can be further purified by adding to that solution methyl chloride in amounts such that said compound precipitates any remaining non-active proteins.
  • Said proteins are separated again by centrifugation in a centrifugal decanter or centrifuge.
  • methyl chloride is removed by evaporation and the enzymes are passed to its commercialization preparation process.
  • fermentations are microorganisms which produce compounds with 'chemical that is subsequently subjected to polymerization and separation processes for biodegradable plastics.
  • biofuels are also produced by second generation processes.
  • -Pyrolysis Lignocellulosic, cellulosic, microbial, feeds, bioplastics, agricultural or agricultural waste products alone or mixed are introduced into a reactor that works in the absence of oxygen and / or water vapor at high temperatures around 400 0 C (in principle since cold or cold catalysis can also occur heat-cold variations).
  • the reactors can work under vacuum, at atmospheric pressure or at high pressures.
  • a thermal catalysis mainly looking for olefins, ethylene
  • catalytic to look for biofuels
  • a gasifying agent air, oxygen + steam
  • bioethanol from the gasification process, synthesis gases are obtained that after a process in reactors at high temperatures (400 ° C) and pressures (200 atmospheres) with metal catalysts based on alumina or zeolites produces among other ethylene compounds that once Separated from the rest of the components (separation processes can be LV, LL, LS, SV, among others), it is subjected to a process of hydration of alkenes obtaining bioethanol.
  • Ethylene can also be obtained directly in the gasification process using metal catalysts among others in the process and hydrated after the relevant gas separation processes to subsequently obtain bioethanol.
  • biodiesel is also produced from seaweed oil and other raw materials such as jatropha oil, soybean, rapeseed, etc. (or mixtures of them).
  • the biorefinery has a first generation biodiesel plant.
  • the oil enters this plant and is mixed with sodium or potassium methoxide in concentrations in w / w of approximately 15.8% (of which approximately 3.89% (w / w) will be NaOH or KOH).
  • second-generation biomethane is used, from our rectifier column, purchased outside the factory, new or mixtures thereof.
  • the glycerin is separated from the biodiesel by centrifugation or sedimentation.
  • Glycerin is subsequently used to burn alone or together with other fuels or waste from other lines in the biorefinery power generation plant.
  • methanol is removed by a vacuum distillation process and a washing and centrifugation is performed to remove soaps. Additionally, a Winterization process can be carried out before centrifugation:
  • Said flour is mixed with hot water and subjected to a steam process to sterilize and solubilize sugars.
  • the juice is cooled and subjected to a process of enzymatic breakdown in several stages.
  • 2.-Sawdust is made with biomass 3000 tm / day (cereal straw, bamboo, thistle, ...) the sawdust is mixed with hot water and a catalyst such as an acid.
  • the juice undergoes a process of enzymatic breakdown of sugars in several stages and goes on to ferment. From the. Fermentation process is common.
  • this bagasse (vegetable remains of the cane) is introduced in second generation, is used for feed or for the cogeneration plant based on biomass from the biorefinery.
  • part of the juice of the base core is oriented at a given time towards the production of sugar, in this case you can use the juice of the stored twin plant or - the one that is processing live to go to the central plant and can go all or part of it that can be complemented with the juice of these other plants.
  • EXAMPLE 3 During the beet campaign, 9,500 tons / day of beets are being ground at the central plant for bioethanol production and 9,500 tons / day at the twin plant for sugar production.
  • the molasses obtained from the diffusion juices of the twin plant is stored and used for fermentation and obtaining more bioethanol, for fermentation in the biotechnology plant (obtaining bioplastics, ...) or other uses. Pulps are used for direct sale as I think, they enter fermentations to produce bioethanol, biomethane or others, are taken to the second generation plant or used in biomass boilers.
  • Bioethanol is sold for direct mixing with gasoline, is used to produce ETBE with isobutylene or is used as an intermediate to produce other chemical compounds such as butadiene, ethylene, acetaldehyde, aldoles, acetals, ethyl acetate, diethyl ether, ...
  • the beet is milled 9500 tm / day in the base plant or core and another 9500 tm / day in the twin plant.
  • the diffusion juice of the central plant or core core is derived towards the production of bioethanol or sugar, while the diffusion juice of the twin plant has two possibilities. It can go as we have seen in the previous example towards the production of bioethanol or sugar, but if the industry is located in a geographical area where the supply of raw material cannot be constant throughout the year for different reasons, the diffusion juice of the twin plant after going through a process Dehydration will be stored dehydrated for use in either sugar or bioethanol production when the beet campaign is over.
  • This example describes the mixed operation of the central plant with beet juices and cane sugar juices.
  • the central plant can have a twin sugar mill milling plant attached to the base core from alcoholic beet in the same way as a twin alcoholic beet plant has already been described.
  • This twin plant with operation from sugarcane will have a cane reception area, cleaning, cutting, shredding and trapiches (or diffusers) from which we will obtain bagasse and sugary juice.
  • the sugary juice of this twin plant with sugar cane can be stored dehydrated in the same way that has been explained for the twin plant with beet, it can be used in the central plant directly from the trapiches or diffusers or it can be used for the production of sugar or other fermentation processes in biorefinery.
  • these sugary cane juices can pass directly to the central plant or base core and the beet juices go to sugar production, in this way the cane or twin plant juices they would become the sugary juices of the central plant and the beet juices would go on to sugar production.
  • the bagasse obtained in the cane plant will be used to feed biomass boilers that will improve the energy efficiency of the processes or in other processes already described in the biorefinery.
  • example can be with the central plant from sugarcane and the twin with beet.
  • beets is repeatedly mentioned as the first matter • for obtaining juice and successively that of bioethanol, sugars and other products.
  • Diffusion is cited as the process in which beet crops or fragments are introduced and sugary juice is extracted from them.
  • the possibility of carrying out an enzymatic addition prior to fermentation through an enzyme such as invertase or the like is also mentioned.
  • a hydrolysis treatment of beet crops or fragments can be carried out in a mixing vessel, which treatment may be based on inorganic chemicals, various enzymes or a mixture of both types of reagents .
  • Sugar protectors could be added, such as, for non-limiting example, methanol, during chemical or enzymatic processes.

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Abstract

Método para la producción de productos petroquímicos, agroaliment arios u otros a partir del bioetanol obtenido en biorrefinería multifuncional. El método comprende: a. producción de bioetanol o de bioetanol y azúcares apartir de remolacha u otras materias primas; b. producción de otro tipo de biocombustible y/o productos químicos a partir del bioetanol obtenido en el paso (a) o de los subproductos obtenidos en el paso (a). c. producción de biodiésel a partir de aceite de materias primas seleccionadas de entre el grupo que comprende algas cultivadas con el CO2 procedentes del paso (a), como fuente de carbono, o semillas de oleoginosas, aceite de freiduría tratado o no, o mezcla de ambas.

Description

DESCRIPCIÓN
MÉTODO PARA LA PRODUCCIÓN DE PRODUCTOS PETROQUÍMICOS , AQROALIMENTARIOS U OTROS A PARTIR DEL BIOETANOL OBTENIDO EN BIORREFINERÍA MULTIFUNCIONAL
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un método o sistema de obtención de biocombustibies, 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.
ESTADO. DE LA TÉCNICA ANTERIOR
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 el proceso que se describe, 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 solo 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.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Se propone mediante la presente invención la creación de un complejo industrial destinado a la producción de todo tipo de biocombustibies (bioetanol, biodiésel, hidrógeno, biogas,...) 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 1400C, 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 sin que sea limitante) . Dicho proceso podrá ser mediante la adicción 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 CO2 saliente de los termentadores 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 fermetaciones 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 absorción de zeolitas sintéticas de 3 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 éstos) 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 partirdel 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 calcico, en caso de utilizar la reconversión de una planta azucarera como base para realizar la biorrefinería o macrocomplej o 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 los mismos en los que si 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 solo 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 acida 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 permeados, 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 del harina de las mismas y tras pasar por un proceso enzimático ya sea de adicción 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 adicción 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 utilizará 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 esta forma el jugo de difusión correspondiente a un difusor (al que se elija como inicio hacia la fermentación) iría hacia la fermentación (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, esta materia orgánica se utilizará para la producción de pienso) .
Purificación (en el que se separarán ligeros) y rectificación (separación de aceites de fúsel) . Adicionalmente se podrán instalar antes de las columnas de destilación equipos para eliminar CO2.
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 quiere trabajar con la mitad del caudal como estamos viendo en este punto, después de la fermentación se podrá trabaj ar 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 los 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 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 y un punto muy importante es que en el planta se va a trabajar con el etanol no solo 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. 1. -PLANTA DE SEPARACIÓN DE LAS MOLÉCULAS DEL AIRE EN SUS COMPONENTES BÁSICOS:
Es decir, se instalarán equipos industriales para obtener N2, CO2, CO y O2, principalmente.
El N2 se utilizará en la planta para diferentes líneas entre las cuales destaca la producción de amoniaco junto con hidrógeno .
Este amoniaco 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 CO2 entre otros se podrá utilizar para obtener urea junto con el amoniaco, ... 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, ozonolísis, ... 2. -PLANTA DE BIOGAS .
En la biorrefinería se va a contar con una planta de obtención de biogas 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,... 3. -PLANTA DE OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO.
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, 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 electrólisis para obtener hidrógeno a partir de agua de cara a su uso en procesos de hidrogenación en biorrefinería . 4. -PLANTA DE ASIMILACIÓN DE CO2. En la biorrefinería se va a construir una planta en la cual el CO2 de los termentadores (una vez ha sido lavado) y/o otros procesos va a pasar por una serie de biorreactores y/o áreas de lagunaje en las cuales dicho CO2 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 esta 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. 5. -PLANTA DE BIODIÉSEL POR TRANSESTERIFICACIÓN. 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 planta principal o importando al complejo desde fábricas exteriores (o combinaciones de las anteriores) .
Además, el proceso catalítico en el cual se realice la transesterificación 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 cicToadiciones .
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 .
6. -PLANTA DE BIOCOMBUSTTBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN Y OTROS
PRODUCTOS QUÍMICOS DE INTERÉS EN EL COMPLEJO MULTIFUNCIONAL.
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 oxigeno 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 y 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, cascaras 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 amoniaco.
Con el nitrógeno obtenido a partir de los elementos separadores de aire ya citados y con el hidrógeno obtenido en gasificación o electrólisis a partir de un proceso catalítico a altas temperaturas (450°C) y altas presiones (200 atm.) . Con el amoniaco y el CO2 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 electrólisis.
También se puede obtener por oxidación de metano utilizando el metano de la planta de biogas 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 biocombustibies 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, ...
7. -PLANTA DE TRANSFORMACIÓN DEL BIOETANOL EN PRODUCTOS
QUÍMICOS DE MAYOR INTERÉS.
En la biorrefineria o macrocomplejo industrial 3l bioetanol va a tener diferentes lineas de utilidad no solo 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 éstos destaca y sin ser limitantes la producción de:
1. -Butadieno: deshidratación directa, hidrogenación y deshidratación de aldoles .
2. -Acetaldehido e hidrógeno: oxidación catalítica.
3. -Gases : tratamiento con zeolitas.
4. -Gasoil : 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. -Acétales : junto con aldehidos. 10. -Aldoles: por condensación aldólica de aldehido obtenido por oxidación de etanol.
11. -Biogasolinas: por dimerizaciones y/o alquilaciones .
Las opciones o posibilidades que nos va a dar el uso de bάoetanol 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 biorrefineria multifuncional. 8. -PLANTA DE BIOTECNOLOGÍA. 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 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.
9. -PLANTA DE GESTIÓN DE RESIDUOS.
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, 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. 10. -PARQUE SOLAR.-
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. 11. -PARQUE EÓLICO.
En caso de ser posible su ubicación cercana a la planta para mejorar así el rendimiento de la planta. También se venderá a red.
12. -ZONA DE MEJORA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DEL PROCESO CENTRAL O NÚCLEO BASE.
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 .
13. -PLANTA DE CLORACIONES, SULFONACIONES , AMINACIONES , OXIDACIONES . En la planta vamos a contar con un centro de almacenamiento de oxigeno 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 afinaciones con el amoniaco obtenido en la planta de separación de aire (en un momento determinado en esta planta el N2 puede no solo 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 en procesos similares a los descritos en las mismas sea limitante en el proceso principal del macrocomplej o industrial . EJEMPLOS EJEMPLO 1
Durante la campaña de remolacha se recepcíonan 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 y si se instala la planta gemela se estarán recepcionando otras 9500 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 fugo 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 cual 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 osmosis siguiente.
Las cosetas se introducen en difusores, proceso de osmosis. 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, 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.
Una vez conseguidas las condiciones óptimas de pH y Ta 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 termentadores de 3000 m3 de capacidad y dos tanques de propagación para el crecimiento de los microorganismos . El jugo se introduce en los fermentadores y se adiciona un inoculo en un 1% (densidad óptica de 10 aproximadamente) .
Dicho inoculo 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 biorrefinerla (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 CO2 y el jugo o mosto fermentado.
El CO2 se somete a un proceso de recuperación de etanol en columnas de lavado mediane unión a agua por puentes de hidrógeno (sin que sea limitante) .
Una vez limpio el CO2 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 ésta 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 aceotrópico, además se obtienen aceites de fúsel y unas colas con agua. Los- aceites de fúsel se queman o venden a industrias químicas.
El etanol en el punto aceotrópico pasa a través de un deshidratador molecular de zeolitas sintéticas de 3 amstrong de diámetro para deshidratarlo hasta una pureza > 99,8%.
Este etanol no es solo 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, acétales, ...
Por ejemplo el etanol puede ser sometido a un proceso de deshidrodimerización directa mediante un proceso con catalizadores metálicos a Ta de 4000C presiones de 150-200 bar y con una selectividad de 45% aproximadamente.
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 m3 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 CO2 para el cultivo de algas en lagunaje y/o biorreactores, por cada 1,7 Kg de CO2 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 el biorrefinería se pueden obtener las enzimas que se utilizan para el proceso previo a 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.
El homogeneizador es un proceso para romper los microorganismos por diferencia de presión de tal manera que a la salida de éste 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 centrífuga 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 biocombustibies 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 termentadores en serie o a otros termentadores 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, Ta 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) , 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 más 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 cual 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 su proceso de preparación para comercialización.
Entre dichos procesos se puede nombrar la atomización, liofilización, etc., pero interesante en este caso concreto es la inmovilización. Además de obtención de enzimas y restos de microorganismos en esta planta de microbiología de la biorrefinería se producen fermentaciones para obtención de bioplásticos biodegradables .
Es decir, se producen fermentaciones con microorganismos -que producen compuestos 'químicos que se somete posteriormente a procesos de separación y polimerización para obtener plásticos biodegradables .
En dicha biorrefinería también se producen biocombustibies 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 ausenci de oxígeno y/o vapor de agua a altas temperaturas en torno a 4000C (en principio ya que también se pueden producir catálisis frías o con variaciones calor-frío) .
En cuanto la presión de trabajo 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 olefinas, 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+vapor de agua, etc.) en reactores a alta temperatura (en torno a 600 °C) para finalmente tras procesos de separación obtener una mezcla de gases de síntesis (H2, CO2, 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 (400 °C) 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 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, anticonge'lantes, y otros productos de interés en la biorrefinerla. 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% (del 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. EJEMPLO 2
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 serrín 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, se utiliza para pienso o para la planta de cogeneraciδn 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 esté procesando en directo para ir hacia la planta central y pueda ir todo o parte del mismo que puede 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. EJEMPLO 3 Durante la campaña de remolacha se están molturando 9500 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 m3 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, acetaldehido, aldoles, acétales, 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, los jugos de la planta base 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 solo 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. EJEMPLO 4
La remolacha se molturan 9500 tm/día en la planta o núcleo base y otras 9500 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 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. EJEMPLO 5
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 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 directamentea 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.
En la descripción precedente se menciona repetidamente el empleo de la remolacha como materia primera • para la obtención de jugo y sucesivamente la de bioetanol, azúcares y otros productos. Se cita la difusión como el proceso en el- que se introducen las cosetas o fragmentos de remolacha y se extrae de ellos el jugo azucarado. También se menciona la posibilidad de efectuar una adición enzimática previa a la fermentación medíante una enzima como la invertasa o similar.
Existe además una nueva posibilidad de efectuar una adición enzimática previa a la fermentación mediante una enzima como la invertasa o similar. Se contempla la posibilidad de sustituir o complementar la difusión anteriormente considerada.
A)En lugar de la difusión se puede realizar un tratamiento de hidrólisis de las cosetas o fragmentos de remolacha en un recipiente de mezcla, pudiendo ser dicho tratamiento a base de productos químicos inorgánicos, de enzimas diversas o de una mezcla de ambos tipos de reactivos.
Previamente al tratamiento de hidrólisis, •' las cosetas o fragmentos de remolacha pueden someterse a un proceso de trituración, de picado u otra operación física.
De esta manera, en el punto de difusión puede plantearse un procedimiento paralelo de extracción de azúcares, con el cual podrían obtenerse monosacáridos. a partir de la celulosa y de la hemicelulosa contenida en el jugo resultante del proceso de hidrólisis.
Con esta variante operativa se obtendría una mayor cantidad de azúcares fermentables totales, puesto que, además de la sacarosa y de azúcares reductores habituales en el jugo resultante en la práctica de la difusión, se obtendrían igualmente monosacáridos, principalmente a partir de las celulosas y hemicelulosas .
Como resultados se tendría un mejor rendimiento en cuanto a la obtención de cantidades de etanol por tonelada de remolacha . B) Como complemento de la difusión, es decir, como proceso mixto o combinado con la difusión, se contempla un proceso con adición de ácidos u otros productos químicos y/o. enzimas a las cosetas o fragmentos de remolacha. Pueden utilizarse enzimas b-glucanasas, endoglucanasas , exoglucanasas , xilanasas y similares, agragadas a las cosetas o fragmentos de remolacha antes o durante la introducción de las mismas en el recipiente de difusión.
Se tendría así un proceso mixto difusión-hidrólisis previo a la fermentación de la masa de remolacha. Se podrían añadir protectores de los azúcares, como, por ejemplo no limitativo, metanol, durante los procesos químicos o enzimáticos.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Método para la obtención de biocombustibles que comprende : a. producción de bioetanol o de bioetanol y azúcares a partir de remolacha u otras materias primas; b.producción de otro tipo de biocombustible y/o productos químicos a partir del bioetanol obtenido en el paso (a) o de los subproductos obtenidos en el paso (a) .
2.- Método según la reivindicación 1, que además comprende : c. producción de biodiésel a partir de aceite de materias primas seleccionadas de entre el grupo que comprende algas cultivadas con el CO2 procedentes del paso (a) , como fuente de carbono, o semillas de oleoginosas, aceite de freiduría tratado o no, o mezcla de ambas.
3.- Método según la reivindicación 2, donde las semillas oleoginosas se seleccionan de entre el grupo que comprende jatropha, colza, soja, palma o ricino.
4.- Método según la reivindicación 1, donde se utiliza el metanol obtenido por procesos de síntesis a partir de los gases de gasificación u otros procesos procedentes del paso (a) seleccionados de entre la fermentación de las pulpas de remolacha, de la columna de ligeros o purificación del núcleo base o combinación de los mismos para la reacción de transesterificación .
5.- Método según la reivindicación 1, donde la producción de bioetanol o de bioetanol y azúcares del paso
(a) es a partir de jugos procedentes de una planta gemela de almacenamiento de jugos de remolacha u otras materias primas o cualquiera de sus mezclas .
6.- Método según la reivindicación 1 ó 5, donde la materia prima es caña de azúcar.
7.- Método según la reivindicación 1, donde los biocombustibles y/o productos químicos obtenidos en el paso (b) se seleccionan del grupo que comprende butanol, butadieno, hidrógeno, acetaldehldo, aldoles, acétales, acetato de etilo, etileno, dietiléter, etanolamina, biogasolinas, biodiésel, piridina o biogas.
8. - Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los procesos de transformación del bioetanol del paso (b) se llevan a cabo con zeolitas naturales o sintéticas.
9. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde en la producción de bioetanol del paso (a) se instalan calderas de biomasa anexas a dicho proceso de producción.
10.- Método según la reivindicación 9, donde las calderas de biomasa son alimentadas con residuos de madereras, residuos de biomasa seleccionados de entre astillas, pellets o limpieza bosques, bagazo de caña, pulpas de remolacha secas, podas de cultivos, bambú o residuos de procesos que transformen el bambú, residuos orgánicos o cualquiera de sus mezclas .
11.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde los procesos de pirólisis y gasificación del paso (a) , son alimentados con residuos de madereras, podas, bambú, pulpas secas de la remolacha, bagazo de caña de azúcar, residuos orgánicos o cualquiera de sus mezclas.
12.-- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la fermentación de los jugos de remolacha se llevan a cabo mediante la adición de invertasa.
13.- Método según la reivindicación 12, donde la invertasa se añade al jugo o caudal, o estar inmovilizada en diferentes sustratos.
14. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde la producción de bioetanol del paso (a) es obtenido mediante hidratación de etileno obtenido por pirólisis o craqueo térmico de biomasa.
15.- Método según la reivindicación 14, donde los productos químicos obtenidos o sus derivados se someten, en la misma planta, a sulfonaciones, cloraciones, aminaciones u oxidaciones .
16.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, donde se obtienen bioplásticos biodegradables por la polimerización de compuestos orgánicos o a partir de fermentaciones .
17.- Método según la reivindicación 16, donde los compuestos orgánicos son glicerina u otros subproductos de cualquiera de los procesos de los pasos (a) , (b) o (c) .
18.- Método según la reivindicación 17, donde los procesos de fermentación son alimentados con caudales propios de la planta de producción de bioetanol, residuos de la misma u otras materias primas ajenas a la misma.
19. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, donde el ácido cianhídrico (HCN) se obtiene a partir del metano obtenido en metanogénesis, el amoniaco obtenido en la planta y el oxígeno obtenido también en la misma.
20.- Método según la reivindicación 19, donde el HCN se utiliza para alargamientos o para producir metacrilatos .
21.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde además los productos químicos obtenidos a partir del bioetanol obtenido en el paso (a) o de los subproductos obtenidos en el paso (a) se seleccionan entre el grupo que comprende disolventes, resinas, medicamentos, plásticos biodegradables o no, adhesivos, fertilizantes, abonos o compost, anticongelantes, urea, melamina, compuestos aromáticos o cualquier producto químico susceptible de ser utilizado como biocombustible.
22.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde además se utilizan residuos sólidos urbanos o neumáticos usados para producir compuestos químicos.
23. - Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, donde el CO2 procedente de los fermentadores se utilizará para la producción de aceite y/o hidrocarburos a través de fijaciones con microorganismos en lagunaje y/o biorreactores .
24.- Método según la reivindicación 23, donde la fijación para producción dé hidrocarburos se lleva a cabo con
Botriococus Brauni .
25.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
24, donde se utilizan filtros verdes para depurar vinazas y otros efluentes de la planta.
26.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
25, donde se utilizan hornos de cal para producir CaO.
27.- Método según la reivindicación 26, donde el CaO se utiliza para producir acetileno.
28.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, donde se produce furfural por tratamientos ácidos a partir de pulpas, lignina, bagazo, bambú, u otros materiales celulósicos y/o lignocelulósicos .
29.- Método según la reivindicación 28, donde el furfural se utiliza para producir otros biocombustibles o productos químicos en biorrefineria.
30.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, donde se efectúa la sustitución y, en su caso, el complemento de las operaciones de difusión contempladas en las respectivas reivindicaciones.
31.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 30, donde se realiza un tratamiento sustitutivo de hidrólisis de las'cosetas de remolacha utilizadas en un recipiente de mezcla mediante el empleo de productos químicos inorgánicos, de enzimas diversas y/o de una mezcla de ambos tipos de productos de adición, con obtención de un jugo de hidrólisis susceptible de proporcionar azúcares, especialmente monosacáridos , y como resultado una mejora en la obtención de etanol por tonelada de remolacha tratada.
32.- Método según una de las reivindicaciones 30 y 31, donde las cosetas de remolacha se someten a un proceso previo de tratamiento físico, tal como la trituración o el picado.
33.- Método según una de las reivindicaciones 30 y 31, donde, complementariamente a la difusión, se contempla la adición de ácidos y/o enzimas a las cosetas de remolacha, resultando un proceso mixto de difusión e hidrólisis previo a la fermentación de la masa de remolacha.
34.- Método según la reivindicación 33, donde las enzimas utilizadas se escogen de entre el grupo que comprende b-glucanasas, endoglucanasas , exoglucanasas , xilanasas y similares.
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