WO2011128481A2 - Procedimiento para el aprovechamiento industrial de los rastrojos de las plantas ricas en médula - Google Patents

Procedimiento para el aprovechamiento industrial de los rastrojos de las plantas ricas en médula Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a process for the industrial use of stubble from marrow-rich plants, such as corn, for the combined production of paper pulp, caloric or electrical energy, feed and fertilizers, and optionally alcohol,
  • the main objective of the present invention is to present a combined process, which is capable of being energy self-sufficient, that allows an optimized industrial use based on the full use of the entire plant stubble, without waste fractions.
  • the process of the invention is essentially characterized in that it comprises a previous phase of conditioning the plant stubble, which comprises the operations of a) harvesting and drying the dried straw and the dried seed holders separately; b) obtain from the seed holders two fractions according to the nature of their tissues, as they correspond to leaflet or marrow, respectively; and c) chop the dried straw to obtain a fraction of light density, assimilable to leaflet, and another fraction of high density, to subsequently obtain from this fraction of high density two subsequent fractions according to the nature of the tissues, as they correspond to bone marrow or fiber, respectively, the process also comprising a harvesting phase, in which at least a part of the leaflet fractions is burned to obtain heat energy, at least a part of the fiber fraction is used to obtain paper pulp, and at least a part of the bone marrow fraction is destined to feed production.
  • This proposal allows to reduce the chemical treatment necessary to obtain feed for ruminants, by allocating mostly the respective marrow-rich fractions that have been previously separated.
  • the separate harvest of the seed holders and the straw, subsequently joining the respective low-fiber fractions (leaflets) for energy production allows the use of carbon dioxide and residual heat of this use for the recovery of the lignin contained in the by-products obtained from pulping of the fiber-rich fraction, and other applications, namely: carbon dioxide in the separation of lignin and consequent obtaining of fertilizers, and residual heat in firing in the pulping, production of alcohols, steam, etc.
  • the black liquors that are obtained as a byproduct of the industrial process of obtaining paper pulp from the fiber fraction, with sodium or potassium hydroxide are neutralized with nitric acid until pH 6 to 7 , adding nitric acid at the rate of 1 part of nitric to about 3 water while the black liquor is stirred, preferably at more than 400 rpm, and subsequently acidified with carbonic acid from the carbon dioxide produced in the combustion of the fraction leaflet, precipitating lignin, which is itself a fertilizer, susceptible to enrichment with nitrogen, potassium and phosphorus, as well as with various microelements.
  • lignin extraction after lignin extraction remains a substrate rich in polysaccharides, hexoses and pentoses, which is concentrated in the form of syrup or molasses and used for the production of balanced compound feeds; or alternatively it is fermented to alcohol by means of cellulite, hemicellulitic and alcohol producing microorganisms or with their respective enzymes.
  • paper pulp is obtained from the fiber fraction by pulping by one of the standard alkaline processes, either with ammonium hydroxide (NH 4 OH), or with ammonia (NH 3 ), in the latter two cases the pulping being carried out at high concentration and at a pressure higher than atmospheric and at a temperature of 100 ° C or higher, for a sufficient time for the bonds of lignin to be broken with cellulose and hemicellulose, recovering ammonia by depressurization For reuse.
  • NH 4 OH ammonium hydroxide
  • NH 3 ammonia
  • the straw in operation c) of the preconditioning phase, is chopped into fragments of length less than 6 cm in length and subsequently classified by densities by means of a pneumatic or trigger separator.
  • demealing mills are used.
  • desmeductor mills are used to separate the two fractions corresponding to leaflet and marrow.
  • the part of the feed manufacturing is greater than 5% of the total stubble used; the part of the leaflet fractions destined to obtain heat energy is greater than 10% of the total stubble used; and the part of the fiber fraction that is used for pulp is more than 10% of the total stubble used.
  • At least part of the marrow, leaf and fiber fractions that are not used for the manufacture of feed, obtaining heat energy and obtaining pulp, respectively, are used to obtain alcohol and lignin undergoing said rejection part of the heating operations in ammonium hydroxide (NH 4 OH) or in ammonia (NH 3 ) at a temperature higher than 100 ° C and at a pressure higher than atmospheric pressure, long enough for the lignin junctions to break with cellulose and hemicellulose; evaporation of ammonia by depressurization, and recovery thereof; fermentation of the resulting carbohydrates by selected strains of cellulite, hemicellulitic or alcohol producing microorganisms (or their respective enzymes); and separation of the alcohols by distillation, with the residual heat of combustion of the leaflets in the production of energy.
  • ammonium hydroxide NH 4 OH
  • NH 3 ammonia
  • lignin is precipitated from the liquor resulting from the fermentation operation, by means of the combustion CO2 of the part of the leaflet fraction destined for the production of heat energy; and the residual heat of said combustion is used, as stated above, in obtaining alcohols and vapors, etc.
  • At least part of the leaflet and fiber fractions that are not destined to obtain heat energy or to obtain paper pulp, respectively, are used to obtain balanced compound feeds, said rejection parts being submitted to the operations of: heating in ammonium hydroxide (NH 4 OH) or in ammonia (NH 3 ); in either case, in a proportion equivalent to 3 to 6 kg of liquid ammonia per 100 kg of rejection at a temperature greater than or equal to 100 ° C; and, by depressurization of the resulting organic matter, recovery of ammonia.
  • NH 4 OH ammonium hydroxide
  • NH 3 ammonia
  • At least part of the leaflet and fiber fractions that are not destined to obtain heat energy or to obtain paper pulp, respectively, are used to obtain balanced compound feeds, said rejection parts being subjected to operation of uniform treatment of every 100 kg of rejection with 20 to 25 liters of a solution of sodium hydroxide of 20% in water, which represents of the order of 4 to 5% of sodium hydroxide for every 100 kg of rejection, applying said solution gradually under very fine pressure and spraying, said mixture being made under pressure, and then, in other variants of interest, one of the following processes can be applied: the mixture is immediately granulated, or the mixture is heated to 80 ° C for 15 minutes and then granulate, or, said mixture, very pressed, compacted, is accumulated at temperature of the order of 25 ° C for 24 hours, of maturation, in a container that while keeping the heat that is produced in the chemical reaction of the mixture, allows the resulting water vapor to escape, and is granulated at continuation.
  • Fig. 1 is a scheme showing the origin of the different leaflet, marrow and fiber fractions, as well as their subsequent use according to the invention
  • Fig. 2 is a diagram showing the use that is intended for each fraction according to a preferred embodiment variant of the invention.
  • the stubble from the corn plant is used.
  • the entire aerial part of the plant is called stubble except the grain; and the aerial part of the plant is called straw, excluding the organs that carry the seeds (or seed carriers, which are called maize in corn).
  • stubble tissues are grouped under the denominations of fiber, bone marrow and straw, with fiber being the useful part in obtaining paper pulp as it contains a high proportion of long-cell vascular tissue, high in cellulose and lignin, which is mainly contained in the stems and nerves of the leaves, bracts and pods.
  • the marrow contains a high proportion of parenchymal tissue, polyhedral cells, a low proportion of lignin and a high proportion of hemicelluloses, being suitable for feed without the need for chemical treatment. It is found mainly in the stems, porta porta seeds (zuros, in the corn) and in the peduncles of the spike, in the corn.
  • the straw As for the straw, it comes mainly from the leaf blade and hard parts of the walls, is high in lignin and is a good fuel. If part of the straw or fiber is dedicated to feed, it is necessary to break the Chemical bonds of lignin with cellulose and hemicellulose as will be described later, otherwise they are poorly digested by domestic animals.
  • the procedure starts from harvesting the grain separately, the grain carrying organs (walls, in corn) and straw, following standard techniques currently in use.
  • the straw obtained is harvested in bullets of the highest possible density and preferably of more than 300 Kg each, while the seed carriers (maize walls) are harvested in breathable mesh bags. Both are stored in pieces protected from rain, wind and possible flooding, under transparent plastic cloth that allows the sun to pass and properly stacked, so that the drying occurs by spontaneous and continuous ventilation.
  • the cuttings can be established in the fields themselves.
  • Straw bales and wall bags are transported to the facility at a pre-programmed pace and dates and processed as indicated in the scheme in Fig. 1.
  • a fraction of light density is separated by means of a pneumatic or firing separator that will then be milled to obtain the fraction b2, assimilable to leaflet, of another fraction of high density, of which will subsequently be separated by means of demealing mills, two subsequent fractions (a2 and C) according to the nature of the tissues, as they correspond to marrow (a2) or fiber (C), respectively.
  • the air flow in the pneumatic separator or the impulse in the trip separator is regulated so that the densest part is between 65 and 80% of the total crushed straw, being the other part is considered to have a light density, less dense, which will be between 35 and 20% of the crushed straw.
  • mills desmeduladores As for the operation of demedulado of the fraction of high density, it is carried out with mills desmeduladores as it has advanced previously.
  • This is a type of hammer mill whose grinding part is surrounded by a jacket or sieve with holes between 3 and 7 mm in diameter.
  • the centrifugal force and the wind that causes the rotation of the hammers separate the fractions so that outside the jacket the fraction a2 (medulla) is collected with little fiber (in percentage less than 8%), and inside the jacket the fraction C (fiber), with some bone marrow (in percentage less than 8%).
  • Fractions a1 obtained from the seed holders, or walls, in corn
  • fraction a2 obtained from the dense part of the straw
  • Fractions b1 obtained from the seed holders, or walls, in corn
  • fraction b2 obtained from the milling of the light-density straw
  • fraction C is intended to obtain paper pulp following any of the standard procedures, such as that consisting of soda or alkaline pulping, preferably with sodium hydroxide, NaOH, or potassium hydroxide, KOH; either with ammonium hydroxide (NH 4 OH) or with ammonia (NH 3 ). In these last two cases, at high concentration and at high pressure, and at 100 ° C.
  • the part of the fraction A of marrow that is destined for the manufacture of feed is greater than 5% of the stubble used; the part of the fraction B of leaflet that is intended to obtain heat energy is greater than 10%; and the part of the fiber fraction C that is used to obtain paper pulp is greater than 10% of the stubble used, all with the purpose that the synergies between the procedures followed to achieve the indicated purposes can be optimized, such and as explained below.
  • the amount of black liquor ranges between 2 and 3 Tm of bleach per Tm of pulped fraction C.
  • the precipitated lignin is filtered, and then concentrated between 30 and 40%, or dried, as appropriate to its use, with the residual heat that is obtained from the combustion of the leaf B fraction.
  • the resulting liquor (which mostly contains the aforementioned carbohydrates) is concentrated to the syrup state, or molasses, which is dedicated to the formation of balanced concentrated feeds, or else the carbohydrates are fermented with specific yeast strains and / or their respective enzymes, to obtain alcohols, which are separated by fractional distillation.
  • the lignin is precipitated following the following operations: the lye is first neutralized to pH 6 to 7 with nitric acid, dissolved at 1 part of nitric to 3 of water. For this, the black liquor is stirred at more than 400 rpm, and the acid is added slowly. Then, it is acidified with carbonic acid (which results from dissolving in the lye the CO2 from the combustion of the leaflet in the production of heat energy), which precipitates the lignin.
  • the lignin finally obtained has various industrial applications. For agriculture, it is, on its own, a beautiful substance to fertilize agricultural soils and is susceptible to enrichment with other compositions that contain macro and micronutrients.
  • the parts of fractions A, B and C that are not devoted to feed, energy and pulp are used to obtain alcohols, said rejection part (D) being subjected to the following operations: ground (pass meshes of 4mm pitch); heating in concentrated ammonium hydroxide (NH 4 OH), or in ammonia (NH 3 ) and at a temperature of 100 ° C, and at a pressure higher than atmospheric pressure, long enough for the bonds of lignin to break down with cellulose and hemicellulose; evaporation and recovery of ammonia by depressurization; and subsequent fermentation of the resulting carbohydrates, by adequate wetting to the cellulite microorganism strains specific to obtaining alcohol (and their respective enzymes).
  • the resulting alcohols are separated by fractional distillation with residual heat from the production of caloric energy.
  • the remaining substrate will consist mostly of lignin and its derivatives. This substrate is dried and dedicated to fertilizers or industrial raw material.
  • stubble parts For the optimum transformation of the stubble parts into heat energy, they must be adapted to the feeding system: home and / or burner or fluidized bed, by drying, and crushing to particles of adequate size. Said stubble fractions may also be added with other biomass and / or fossil fuels, such as pulverized coal, fuel, etc.
  • Fraction A (marrow) to devote to feed, by itself, does not need to be chemically treated, so, without further ado, it is intended to be mixed with the other food needed to make feed (to which it only provides energy) for ruminants
  • a mixture of this rejection part D, of fractions B and C is treated uniformly every 100 kg with 40 to 50 liters of a 10% solution of sodium hydroxide in water (which represents between 4 and 5% of sodium hydroxide in 100 kg of rejection solid).
  • the aforementioned solutions are gradually applied with a very fine spray sprinkler and then treated with a rotary and pressure mixer to be subsequently granulated.
  • the mixing of the rejection part D of fractions B and C, after wetting, as stated above, is accumulates very pressed (compacted) for a minimum period of 24 hours of maturation in a container that, while keeping the heat product of the chemical reaction that causes the mixture, allows the resulting water vapor to escape. After said maturation period, it can optionally be mixed uniformly with fraction A (medulla).
  • the rejection part D of fractions B and C which are not dedicated to heat energy or paper pulp, is subjected to heating for more than 15 minutes and at 100 ° C and pressure higher than atmospheric, in concentrated ammonium hydroxide (for example: 25% ammonia, in a proportion greater than 16 liters of ammonium hydroxide per 100 kg of rejection D); and evaporation and recovery of ammonia by depressurization and desiccation of the resulting organic matter.
  • concentrated ammonium hydroxide for example: 25% ammonia, in a proportion greater than 16 liters of ammonium hydroxide per 100 kg of rejection D
  • the part of the rejection D of fractions B and C that are not dedicated to heat energy or paper pulp is subjected to the ammonia (NH 3 ) heating operation at a pressure higher than atmospheric, in a proportion greater than 4 kg of ammonia per 100 kg of rejection D used, at a temperature of 100 ° C, for more than 15 minutes; and recovery of ammonia by depressurization
  • the resulting product is called Chemically Treated Stubble Feed (PRTQ), and its nutritional value in balanced rations is only energy.
  • PRTQ Chemically Treated Stubble Feed

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Abstract

Procedimiento para el aprovechamiento de rastrojos, que comprende una fase previa de acondicionamiento del rastrojo que comprende las operaciones de cosechar y desecar por separado la paja y los porta semillas; obtener dos fracciones según se correspondan a hojilla o a médula, respectivamente; y trocear la paja para obtener una fracción de densidad liviana y otra fracción de densidad alta de la que posteriormente se obtienen dos subsiguientes fracciones según se correspondan a médula o a fibra, y una fase de aprovechamiento, en la que al menos una parte de las fracciones de hojilla se quema para obtener energía calorífica, una parte de la fracción de fibra se destina a la obtención de pasta papelera y como subproductos alcohol y lignina, y una parte de las fracciones de médula obtenidas se destina a la fabricación de piensos y las partes de las fracciones no empleadas en la obtención de los productos indicados, se emplea en la obtención de alcohol y/o piensos.

Description

D E S C R I P C I O N
"Procedimiento para el aprovechamiento industrial de los rastrojos de las plantas ricas en médula"
Sector técnico de la invención
La invención se refiere a un procedimiento para el aprovechamiento industrial de los rastrojos de las plantas ricas en médula, tal como el maíz, para la obtención combinada de pasta papelera, energía calórica o eléctrica, piensos y abonos, y opcionalmente alcohol,
Antecedentes de la invención
Es conocida la utilización del rastrojo de plantas ricas en médula, como por ejemplo el de maíz, para la producción de pasta papelera. Sin embrago, en los procesos productivos conocidos en general solamente se aprovecha la parte rica en fibra, desechándose el resto. En otros casos se viene utilizando la totalidad de la paja, sin someterse a operaciones de desmedulado previas, disminuyéndose notablemente el rendimiento del proceso.
De igual forma, son conocidos procedimientos para la obtención de piensos a partir de este tipo de plantas, en los que se utiliza toda la paja, lo que obliga al tratamiento de la totalidad de la paja empleada con álcalis, con el propósito de eliminar el contenido de lignina, que dificulta la digestión de la paja por los animales domésticos.
El objetivo principal de la presente invención es dar a conocer un procedimiento combinado, susceptible de ser autosuficiente energéticamente, que permita un aprovechamiento industrial optimizado a partir de la utilización íntegra de todo el rastrojo de la planta, sin fracciones de desecho.
Explicación de la invención
El procedimiento de la invención en esencia se caracteriza porque comprende una fase previa de acondicionamiento del rastrojo de la planta, que comprende las operaciones de a) cosechar y desecar por separado la paja y los porta semillas desecados; b) obtener de los porta semillas dos fracciones según la naturaleza de sus tejidos, según se correspondan a hojilla o a médula, respectivamente; y c) trocear la paja desecada para obtener una fracción de densidad liviana, asimilable a hojilla, y otra fracción de densidad alta, para posteriormente obtener de esta fracción de densidad alta dos subsiguientes fracciones según la naturaleza de los tejidos, según se correspondan a médula o a fibra, respectivamente, comprendiendo además el procedimiento una fase de aprovechamiento, en la que al menos una parte de las fracciones de hojilla se quema para obtener energía calorífica, al menos una parte de la fracción de fibra se destina a la obtención de pasta papelera, y al menos una parte de la fracción de médula se destina a la fabricación de piensos.
La presente propuesta permite reducir el tratamiento químico necesario para la obtención de piensos para rumiantes, al destinarse para ello mayormente las respectivas fracciones ricas en médula que han sido previamente separadas. Asimismo, la cosecha por separado de los porta semillas y la paja, juntándose posteriormente las respectivas fracciones de bajo contenido en fibra (hojillas) para la producción de energía, permite el aprovechamiento del anhídrido carbónico y calor residual de este uso para la recuperación de la lignina contenida en los subproductos obtenidos del pulpeado de la fracción rica en fibra, y otras aplicaciones, a saber: el anhídrido carbónico en la separación de la lignina y consiguiente obtención de abonos, y el calor residual en la cocción en el pulpeado, producción de alcoholes, vapor, etc.
En definitiva, las separaciones y reuniones de las diferentes partes de la planta son cuantitativamente importantes a los efectos de las respectivas aplicaciones a que se destinan.
Así pues, según otra característica de la invención las lejías negras que se obtienen como subproducto del proceso industrial de obtención de pasta de papel a partir de la fracción de fibra, con hidróxido sódico o potásico, se neutraliza con ácido nítrico hasta pH 6 a 7, añadiéndose el ácido nítrico a razón de 1 parte de nítrico a 3 de agua aproximadamente mientras la lejía negra se agita, preferentemente a más de 400 rpm, y con posterioridad se acidifica con ácido carbónico procedente del anhídrido carbónico producido en la combustión de la fracción hojilla, precipitándose lignina, que es por si misma un abono, susceptible de enriquecerse con nitrógeno, potasio y fósforo, como también con diversos microelementos. En una variante de la invención, después de la extracción de la lignina queda un substrato rico en polisacáridos, hexosas y pentosas, que se concentra en forma de jarabe o melaza y que se utiliza para la producción de piensos compuestos equilibrados; o alternativamente se fermenta a alcohol mediante los microorganismos celulíticos, hemicelulíticos y productores de alcohol o con sus respectivos encimas.
Según otra característica de la invención, de la fracción de fibra se obtiene pasta papelera mediante pulpeado por uno de los procedimientos alcalinos estándar, o bien, con hidróxido amónico (NH4OH), o con amoníaco (NH3), en estos dos últimos casos llevándose a cabo el pulpeado a alta concentración y a presión superior a la atmosférica y a temperatura de 100 °C o superior, durante un tiempo suficiente para que se rompan los enlaces de la lignina con la celulosa y la hemicelulosa, recuperándose el amoníaco por despresurización, para su reutilización.
De acuerdo con otra característica de la invención, en la operación c) de la fase previa de acondicionamiento, la paja se trocea en fragmentos de longitud inferior a 6 cm de largo y posteriormente se clasifica por densidades mediante un separador neumático o de disparo.
En una realización de interés, para obtener de la fracción de densidad alta las subsiguientes fracciones de médula y fibra en la operación c), se utilizan molinos desmeduladores.
Según otra característica de la invención, en la operación b) se utilizan molinos desmeduladores para separar las dos fracciones que corresponden a hojilla y médula.
De acuerdo con una forma de realización preferida, la parte de la fabricación de piensos es superior al 5% del rastrojo total empleado; la parte de las fracciones de hojilla que se destina a obtener energía calorífica es superior al 10% del rastrojo total empleado; y la parte de la fracción de fibra que se destina a pasta papelera es superior al 10% del rastrojo total empleado.
En otra variante de interés, al menos parte de las fracciones de médula, hojilla y fibra que no se destinan a la fabricación de piensos, obtención de energía calorífica y obtención de pasta papelera, respectivamente, se emplean para la obtención de alcohol y lignina sometiéndose dicha parte de rechazo a la operaciones de calentamiento en hidróxido amónico (NH4OH) o en amoníaco (NH3) a una temperatura superior a 100 °C y a una presión superior a la presión atmosférica, un tiempo suficiente para que se rompan las uniones de la lignina con la celulosa y la hemicelulosa; evaporación del amoníaco mediante despresurización, y recuperación del mismo; fermentación de los hidratos de carbono resultantes mediante estirpes selectas de microorganismos celulíticos, hemicelulíticos o productores de alcohol (o sus respectivos encimas); y separación de los alcoholes mediante destilación, con el calor residual de la combustión de las hojillas en la producción de energía.
Ventajosamente, del licor resultante de la operación de fermentación se precipita la lignina, mediante el CO2 de la combustión de la parte de la fracción de hojilla destinada a la producción de energía calorífica; y el calor residual de dicha combustión se utiliza, como se dijo anteriormente, en la obtención de alcoholes y vapores, etc.
Según otra característica del procedimiento, al menos parte de las fracciones de hojilla y fibra que no se destinen a la obtención de energía calorífica ni a obtención de pasta papelera, respectivamente, se emplean para la obtención de piensos compuestos equilibrados, sometiéndose dichas partes de rechazo a las operaciones de: calentamiento en hidróxido amónico (NH4OH) o en amoníaco (NH3); en cualquiera de ambos casos, en proporción equivalente a 3 a 6 kg de amoníaco líquido por cada 100 kg de rechazo a una temperatura superior o igual a 100 °C; y, mediante despresurización de la materia orgánica resultante, recuperación del amoníaco.
En otra variante, al menos parte de las fracciones de hojilla y fibra que no se destinen a la obtención de energía calorífica ni a obtención de pasta papelera, respectivamente, se emplean para la obtención de piensos compuestos equilibrados, sometiéndose dichas partes de rechazo a la operación de tratamiento uniforme de cada 100 kg de rechazo con 20 a 25 litros de una disolución de hidróxido sódico del 20% en agua, lo que representa del orden del 4 al 5% de hidróxido sódico por cada 100 kg de rechazo, aplicándose dicha disolución gradualmente a presión y pulverización muy fina, haciéndose dicha mezcla a presión, y, a continuación, se puede aplicar, en otras variantes de interés, uno de los procesos siguientes: se granula inmediatamente la mezcla, o bien, se calienta la mezcla a 80 °C durante 15 minutos y se granula a continuación, o bien, se acumula dicha mezcla, muy prensada, compactada, a temperatura del orden de los 25 °C durante 24 horas, de maduración, en un contenedor que a la vez que guarde el calor que se produce en la reacción química de la mezcla, permita la salida del vapor de agua resultante, y se granula a continuación.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 , es un esquema que muestra el origen de las diferentes fracciones de hojilla, médula y fibra, así como su uso posterior de acuerdo con la invención;
La Fig. 2, es un diagrama que muestra el uso que se destina a cada fracción según una variante de realización preferida de la invención.
Descripción detallada de la invención
En el ejemplo de realización que a continuación se describe se utiliza el rastrojo de la planta del maíz. En el contexto de la presente invención, se denomina rastrojo a toda la parte aérea de la planta excepto al grano; y se denomina paja a la parte aérea de la planta excluyéndose los órganos portadores de las semillas (o porta semillas, que en el maíz se denominan zuros).
A los efectos prácticos y referencias descriptivas utilizadas, los tejidos de los rastrojos se agrupan bajo las denominaciones de fibra, médula y pajilla, siendo la fibra la parte útil en la obtención de pasta papelera al contener una alta proporción de tejido vascular de células largas, de alto contenido en celulosa y lignina, que está contenida principalmente en los tallos y las nerviaciones de las hojas, brácteas y vainas.
Por lo que a la médula se refiere, contiene alta proporción de tejido parenquimatoso, de células poliédricas, de escasa proporción de lignina y alta proporción de hemicelulosas, siendo apta para piensos sin necesidad de tratamiento químico. Se encuentra principalmente en los tallos, porta semillas (zuros, en el maíz) y en los pedúnculos de las espiga, en el maíz.
En cuanto a la pajilla, procede principalmente del limbo de las hojas y partes duras de los zuros, es de contenido alto en lignina y es buen combustible. Si parte de la pajilla o de la fibra se dedican a piensos, se requiere romper los enlaces químicos de la lignina con la celulosa y la hemicelulosa como se describirá más adelante, pues de lo contrario son mal digeridos por los animales domésticos.
El procedimiento parte de cosechar por separado el grano, los órganos portadores del grano (zuros, en el maíz) y la paja, siguiendo técnicas estándar actualmente en uso. La paja obtenida se cosecha en balas de la mayor densidad posible y preferiblemente de más de 300 Kg cada una, mientras que los porta semillas (zuros en el maíz) se cosechan en sacos de malla transpirable. Unos y otros se almacenan en trojes protegidos de la lluvia, viento y de posibles inundaciones, bajo tela plástica transparente que deje pasar el sol y debidamente apilados, de forma que se produzca la desecación por ventilación espontánea y continua. Los trojes pueden establecerse en los propios campos de cultivo.
Las balas de paja y los sacos de zuros se transportan a la instalación a ritmo y fechas previamente programadas y se procesan según se indica en el esquema de la Fig. 1.
En efecto, de los porta semillas (zuros, en el maíz) se obtienen, mediante el uso de molinos desmeduladores, dos clases de moliendas que dan lugar a la fracción a1 , constituida principalmente por médula, y la fracción b1 , constituida principalmente por hojilla.
De la paja, sometida previamente a una operación de triturado, se separa, mediante un separador neumático o de disparo, una fracción de densidad liviana que después será molida para obtener la fracción b2, asimilable a hojilla, de otra fracción de densidad alta, de la que posteriormente se separaran, mediante molinos desmeduladores, dos subsiguientes fracciones (a2 y C) según la naturaleza de los tejidos, según se correspondan a médula (a2) o a fibra (C), respectivamente.
Para separar las dos fracciones de paja troceada, se regula el caudal del aire en el separador neumático o el impulso en el separador de disparo para que la parte más densa resulte de entre el 65 y el 80% del total de la paja triturada, siendo la otra parte la considerada de densidad liviana, menos densa, que será de entre el 35 y el 20% restante de la paja triturada.
En cuanto a la operación de desmedulado de la fracción de densidad alta, se realiza con molinos desmeduladores tal y como se ha avanzado anteriormente. Este es un tipo de molino de martillos cuya parte de molienda está rodeada de una camisa o criba con orificios de diámetro entre 3 y 7 mm. La fuerza centrífuga y el viento que origina el giro de los martillos separan las fracciones de forma que fuera de la camisa se recoge la fracción a2 (médula) con poca fibra (en porcentaje menor al 8%), y en el interior de la camisa la fracción C (fibra), con algo de médula (en porcentaje menor al 8%).
Las fracciones a1 (obtenida de los porta semillas, o zuros, en el maíz) y la fracción a2 (obtenida de la parte densa de la paja) se juntan constituyendo la fracción A (médula) que preferentemente se destina a piensos para rumiantes, sin más tratamiento.
Las fracciones b1 (obtenida de los porta semillas, o zuros, en el maíz) y la fracción b2 (resultante de la molienda de la paja de densidad liviana) se juntan constituyendo la fracción B (hojilla), una parte de la cual se destina a combustibles, pudiéndose utilizar la parte restante a producir piensos, en cuyo caso ha de ser tratada químicamente, tal y como se describirá en mayor detalle más adelante.
Una parte de la fracción C se destina a la obtención de pasta papelera siguiendo uno cualquiera de los procedimientos estándar, como por ejemplo el que consiste en pulpeado a la sosa o alcalino, preferentemente con hidróxido sódico, NaOH, o potásico, KOH; o bien con hidróxido amónico (NH4OH) o con amoníaco (NH3). En estos dos últimos casos, a alta concentración y a presión elevada, y a 100 °C.
Cuando se pulpea con hidróxido sódico o hidróxido potásico, a título de referencia, las proporciones son las siguientes:
Figure imgf000009_0001
A las siguientes temperaturas:
- Entre 70 y 100 °C, durante 30 a 60 minutos; ó
- a temperatura ambiente de 22 a 25 °C, durante 24 a 48 horas; ó
- a presión y a una temperatura comprendida entre 150 0 y 170 °C, durante 15 minutos. Con cualquiera de los hidróxidos citados, resulta un licor o lejía y una materia sólida que se refina, para desfibrilarla; luego se filtra y se lava por los procedimientos conocidos en la técnica para obtener la pasta papelera.
En el ejemplo que se describe, en el que se utiliza el rastrojo de la planta del maíz, de forma preferente la parte de la fracción A de médula que se destina a la fabricación de piensos es superior al 5% del rastrojo empleado; la parte de la fracción B de hojilla que se destina a obtener energía calorífica es superior a un 10%; y la parte de la fracción C de fibra que se destina a la obtención de pasta papelera es superior al 10% del rastrojo empleado, todo ello con el propósito de que puedan optimizarse las sinergias existentes entre los procedimientos seguidos para alcanzar los propósitos indicados, tal y como se explica a continuación.
Como subproducto del pulpeado con hidróxido sódico o potásico en la obtención de pasta de papel a partir de la fracción C, resulta una lejía negra cuya composición varía según el tratamiento empleado y que puede aproximarse como sigue,
Figure imgf000010_0001
La cantidad de lejía negra oscila entre 2 y 3 Tm de lejía por Tm de fracción C pulpeada.
Cuando las lejías negras se obtienen por cocción con hidróxido amónico o con amoníaco concentrados y a presión, después del pulpeado, al despresurizar y alcanzar la presión atmosférica, se evapora amoníaco, NH3, que se recupera y se reutiliza. En el licor resultante queda materia sólida (celulosa y hemicelulosa y lignina, cuyos enlaces entre ellas se han roto), y polisacáridos y hexosas y pentosas resultantes de la hidrólisis de parte de la celulosa y la hemicelulosa, respectivamente. La lignina se precipita mediante acidificación con ácido carbónico que se obtiene disolviendo en el licor el CO2 resultado de la combustión de la fracción B de hojilla, quemada en la producción de energía. Se hace notar que de cada tonelada de hojilla quemada resulta anhídrido carbónico más que suficiente para dicha separación de la lignina.
La lignina precipitada se filtra, y luego se concentra entre 30 y 40%, o se deseca, según convenga a su utilización, con el calor residual que se obtiene de la combustión de la fracción B hojilla.
Una vez separada la lignina, el licor resultante (que contiene mayormente los hidratos de carbono antes mencionados) se concentra al estado de jarabe, o melaza, que se dedica a la formación de piensos concentrados equilibrados, o bien, se fermentan los hidratos de carbono con estirpes de levaduras específicas y/o sus respectivas encimas, para obtener alcoholes, los cuales se separan por destilación fraccionada.
Alternativamente, cuando las lejías negras resultan del pulpeado con hidróxido sódico o potásico, la lignina se precipita siguiendo las siguientes operaciones: primero se neutraliza la lejía hasta pH 6 a 7 con ácido nítrico, disuelto a 1 parte de nítrico a 3 de agua. Para ello la lejía negra se agita a más de 400 rpm, y el ácido se añade lentamente. A continuación, se acidifica con ácido carbónico (que resulta de disolver en las lejías el CO2 procedente de la combustión de la hojilla en la producción de energía calorífica), lo que precipita la lignina.
A su vez, en el licor resultante quedan polisacáridos que (como en el caso de pulpeado con hidróxido amónico) se aplican a la obtención de alcoholes, o se concentran al estado de jarabes, o melazas para la formación de piensos compuestos.
La lignina finalmente obtenida tiene diversas aplicaciones industriales. Para la agricultura es, por si sola, una magnífica sustancia para abonar los suelos agrícolas y es susceptible de enriquecerse con otras composiciones que contengan macro y micronutrientes.
Las partes de las fracciones A, B y C que no se dediquen a piensos, energía y obtención de pasta papelera se emplean para la obtención de alcoholes, sometiéndose dicha parte de rechazo (D) a las operaciones siguientes: molido (que pase mallas de 4mm de paso); calentamiento en hidróxido amónico (NH4OH) concentrado, o en amoniaco (NH3) y a una temperatura de 100 °C, y a una presión superior a la presión atmosférica, un tiempo suficiente para que se rompan las uniones de la lignina con la celulosa y la hemicelulosa; evaporación y recuperación del amoníaco mediante despresurización; y posterior fermentación de los hidratos de carbono resultantes, mediante humectación adecuada a las estirpes de microorganismos celulíticos específicos de la obtención de alcohol (y lo sus respectivos encimas). Los alcoholes resultantes se separan por destilación fraccionada con el calor residual de la producción de energía calórica. El sustrato remanente estará formado mayoritariamente por lignina y sus derivados. Este sustrato se deseca y se dedica a abonos o a materia prima industrial.
Naturalmente, para la óptima transformación de las partes del rastrojo en energía calorífica, se han de adecuar al sistema de alimentación: hogar y/o quemador o lecho fluidificado, mediante secado, y triturado a partículas de tamaño adecuado. Dichas fracciones del rastrojo pueden además adicionarse con otras biomasas y/o combustibles fósiles, tales como carbón pulverizado, fuel, etc.
La fracción A (médula) para dedicarla a piensos, por si sola, no necesita tratarse químicamente, por lo que, sin más, se destina a ser mezclada con los demás alimentos necesarios para hacer piensos (a los que solamente aporta alimentación energética) para rumiantes.
Finalmente, el procedimiento prevé obtener piensos para animales rumiantes también a partir de las fracciones B y C que no se destinen a energía o a la obtención de pasta papelera, respectivamente.
Para ello, según una forma de realización, una mezcla de esta parte de rechazo D, de las fracciones B y C, se tratan uniformemente cada 100 kg con 40 a 50 litros de una disolución del 10% de hidróxido sódico en agua (lo que representa entre 4 y 5% de hidróxido sódico en 100 kg de sólido de rechazo).
Para lograr una humectación uniforme de la materia sólida, las soluciones citadas se aplican gradualmente con un aspersor de pulverización muy fina y, seguidamente, se trata con un mezclador de rotación y presión para granularse seguidamente.
Según otra forma de realización, la mezcla de la parte de rechazo D de las fracciones B y C, después de humedecidas, como se dijo anteriormente, se acumula muy prensada (compactada) durante un periodo mínimo de 24h de maduración en un contenedor que, a la vez que guarde el calor producto de la reacción química que origina la mezcla, permita la salida del vapor de agua resultante. Pasado dicho período de maduración, opcionalmente puede mezclarse uniformemente con la fracción A (médula).
Según otra forma de realización, la parte de rechazo D de las fracciones B y C, que no se dediquen a energía calorífica ni a pasta papelera, se somete a calentamiento durante más de 15 minutos y a 100 °C y presión superior a la atmosférica, en hidróxido amónico concentrado (por ejemplo: del 25% de amoníaco, en proporción superior a 16 litros de hidróxido amónico por cada 100 kg de rechazo D); y evaporación y recuperación del amoníaco mediante despresurización y desecación de la materia orgánica resultante.
Según otra forma de realización, la parte del rechazo D de las fracciones B y C que no se dediquen a energía calorífica ni a pasta papelera, se somete a la operación de calentamiento en amoníaco (NH3) a presión superior a la atmosférica, en una proporción superior a 4 kg de amoníaco por cada 100 kg de rechazo D utilizado, a temperatura de 100 °C, durante más de 15 minutos; y recuperación del amoníaco mediante despresurización
Por cualquiera de las cuatro formas de realización, al producto resultante se le denomina Pienso de Rastrojo Tratado Químicamente (PRTQ), y su valor alimenticio en raciones equilibradas es solamente energético.
Naturalmente, si se dedican a pienso parte de las fracciones B y / o C, las proporciones que a ello se dediquen habrán de ser sin menoscabo de la producción de energía y/o pasta papelera y/o abonos.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1 . - Procedimiento para el aprovechamiento industrial de rastrojos de plantas ricas en médula, tal como el maíz, caracterizado porque comprende
- una fase previa de acondicionamiento del rastrojo de la planta, que comprende las operaciones de
a) cosechar y desecar por separado la paja y los porta semillas desecados;
b) obtener de los porta semillas dos fracciones según la naturaleza de sus tejidos, según se correspondan a hojilla (b1 ) o a médula (a1 ), respectivamente; y
c) trocear la paja desecada para obtener una fracción de densidad liviana, asimilable a hojilla (b2), y otra fracción de densidad alta, para posteriormente obtener de esta fracción de densidad alta dos subsiguientes fracciones según la naturaleza de los tejidos, según se correspondan a médula (a2) o a fibra (C), respectivamente, y
- una fase de aprovechamiento, en la que al menos una parte de las fracciones de hojilla (b1 y b2) se quema para obtener energía calorífica, al menos una parte de la fracción de fibra (C) se destina a la obtención de pasta papelera, y al menos una parte de la fracción de médula (a1 y a2) se destina a la fabricación de piensos.
2. - Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque las lejías negras que se obtienen como subproducto del proceso industrial de obtención de pasta de papel a partir de la fracción de fibra (C), con hidróxido sódico, o potásico, se neutraliza con ácido nítrico hasta pH 6 a 7, añadiéndose el ácido nítrico a razón de 1 parte de nítrico a 3 de agua aproximadamente mientras la lejía negra se agita, preferentemente a más de 400 rpm, y con posterioridad se acidifica con ácido carbónico procedente del anhídrido carbónico producido en la combustión de la fracción hojilla (b1 y b2), precipitándose lignina, que es por si misma un abono, susceptible de enriquecerse con nitrógeno, potasio y fósforo, como también con diversos microelementos.
3.- Procedimiento según la reivindicación anterior caracterizado porque después de la extracción de la lignina queda un substrato rico en polisacáridos, hexosas y pentosas, que se concentra en forma de jarabe o melaza y que se utiliza para la producción de piensos compuestos equilibrados; o alternativamente se fermenta a alcohol mediante los microorganismos celulíticos, hemicelulíticos y productores de alcohol o con sus respectivos encimas.
4.- Procedimiento según la reivindicación 1 , caracterizado porque de la fracción de fibra (C) se obtiene pasta papelera mediante pulpeado por uno de los procedimientos alcalinos estándar, o bien, con hidróxido amónico (NH4OH), o con amoníaco (NH3), en estos dos últimos casos llevándose a cabo el pulpeado a alta concentración y a presión superior a la atmosférica y a temperatura de 100 °C o superior, durante un tiempo suficiente para que se rompan los enlaces de la lignina con la celulosa y la hemicelulosa, recuperándose el amoníaco por despresurización, para su reutilización.
5.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la operación c) de la fase previa de acondicionamiento, la paja se trocea en fragmentos de longitud inferior a 6 cm de largo y posteriormente se clasifica por densidades mediante un separador neumático o de disparo.
6.- Procedimiento según la reivindicación 5 caracterizado porque para obtener de la fracción de densidad alta las subsiguientes fracciones de médula (a2) y fibra (C), se utilizan molinos desmeduladores.
7.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en la operación b) se utilizan molinos desmeduladores para separar las dos fracciones que corresponden a hojilla (b1 ) y médula (a1 ).
8. - Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la parte de la fabricación de piensos es superior al 5% del rastrojo total empleado; porque la parte de las fracciones de hojilla (b1 y b2) que se destina a obtener energía calorífica es superior al 10% del rastrojo total empleado; y porque la parte de la fracción de fibra (C) que se destina a pasta papelera es superior al 10% del rastrojo total empleado.
9. - Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos parte de las fracciones de médula (a1 y a2), hojilla (b1 y b2) y fibra (C) que no se destinan a la fabricación de piensos, obtención de energía calorífica y obtención de pasta papelera, respectivamente, se emplean para la obtención de alcohol y lignina sometiéndose dicha parte de rechazo (D) a la operaciones de:
- calentamiento en hidróxido amónico (NH4OH) o en amoníaco (NH3) a una temperatura superior a 100 °C y a una presión superior a la presión atmosférica, un tiempo suficiente para que se rompan las uniones de la lignina con la celulosa y la hemicelulosa;
- evaporación del amoníaco mediante despresurización, y recuperación del mismo;
- fermentación de los hidratos de carbono resultantes mediante estirpes selectas de microorganismos celulíticos, hemicelulíticos o productores de alcohol (o sus respectivos encimas); y
- separación de los alcoholes mediante destilación, con el calor residual de la combustión de las hojillas (b1 y b2) en la producción de energía.
10. - Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque del licor resultante de la operación de fermentación se precipita la lignina, mediante el CO2 de la combustión de la parte de la fracción de hojilla (b1 y b2) destinada a la producción de energía calorífica.
1 1.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos parte de las fracciones de hojilla (b1 y b2) y fibra C que no se destinen a la obtención de energía calorífica ni a obtención de pasta papelera, respectivamente, se emplean para la obtención de piensos compuestos equilibrados, sometiéndose dichas partes de rechazo (D) a las operaciones de:
- calentamiento en hidróxido amónico (NH4OH) o en amoníaco (NH3); en cualquiera de ambos casos, en proporción equivalente a 3 a 6 kg de amoníaco líquido por cada 100 kg de rechazo (D) a una temperatura superior o igual a 100 °C; y
- recuperación del amoníaco mediante despresurización de la materia orgánica resultante.
12.- Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque al menos parte de las fracciones de hojilla (b1 y b2) y fibra C que no se destinen a la obtención de energía calorífica ni a obtención de pasta papelera, respectivamente, se emplean para la obtención de piensos compuestos equilibrados, sometiéndose dichas partes de rechazo (D) a la operación de tratamiento uniforme de cada 100kg de rechazo (D) con 20 a 25 litros de una disolución de hidróxido sódico del 20% en agua, aplicándose dicha disolución gradualmente a presión y pulverización muy fina, haciéndose dicha mezcla a presión.
13. - Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende la operación posterior de granular la mezcla inmediatamente.
14. - Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende la operación posterior de calentar la mezcla a 80 °C durante 15 minutos y granular a continuación.
15. - Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende la operación posterior de acumular dicha mezcla, muy prensada, compactada, a temperatura del orden de los 25 °C durante 24 horas, de maduración, en un contenedor que a la vez que guarde el calor que se produce en la reacción química de la mezcla, permita la salida del vapor de agua resultante, y granular a continuación.
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