WO2012069665A1 - Procedimiento para obtener un producto sólido fertilizante y biocombustible a partir de vinazas de caña de azúcar y producto sólido fertilizante y biocombustible obtenido mediante dicho procedimiento - Google Patents

Procedimiento para obtener un producto sólido fertilizante y biocombustible a partir de vinazas de caña de azúcar y producto sólido fertilizante y biocombustible obtenido mediante dicho procedimiento Download PDF

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Definitions

  • the present invention has application in the process industry, and more specifically in the field of the agrochemical industry, allowing to obtain a solid fertilizer product from sugarcane vines that can also be used as biofuel, which results in an optimum Use of resources and high energy efficiency of the entire procedure, in addition to a solution to the problem of waste management that involves the generation of vinasse in the processes of fermentation and distillation of sugarcane juice.
  • Sugarcane vinegar is a liquid product that is obtained in the process of obtaining alcohol from molasses or sugarcane juices.
  • Molasses or juice is a liquid of a certain viscosity, dark brown color and very sweet flavor, which is obtained during the sugar production process from sugarcane.
  • said sugarcane production process first the raw material is crushed to extract its juice or molasses, leaving the bagasse as residue.
  • said juice has a high sugar content and can be used in two alternative ways.
  • the juice can be concentrated to obtain crystallized sugar.
  • said juice can be used for the production of alcohol, for which the juice is fermented giving rise to wines that are introduced into distillation columns from where alcohol is obtained and a liquid residue that is the vinegar remains.
  • a first aspect of the present invention relates to a process for obtaining a solid fertilizer and biofuel product from sugarcane vinasses, which constitutes a novel solution to the previously posed problem of managing vinasses produced as waste. while obtaining alcohol from sugarcane.
  • the vinegar is transformed into a product of high agricultural value, as a fertilizer, and which is also a biofuel from which energy can be recovered to compensate for the operating cost of the entire procedure, whose overall result is the transformation of an environmental problem in a sustainable and ecological process to obtain a product with added value, taking advantage of its chemical composition and its energy potential.
  • the process proposed by the invention comprises a stage A which consists of concentrating liquid vinegar generated as a liquid residue in a process of obtaining alcohol from sugar cane until obtaining concentrated vinegar with a solid percentage of at least 50 %.
  • the process comprises a stage B consisting of mixing the concentrated vinasse obtained in stage A with plant compounds, and then a stage C consisting of granulating the mixture obtained in stage B until obtaining a granulated solid product that can be used as fertilizer and as biofuel.
  • the procedure from vinasse and other natural waste, such as bagasse or ashes, allows obtaining a biofuel product that can be incinerated, with the consequent energy recovery that entails.
  • a fertilizer of high agricultural value is obtained from said by-products of the production of sugarcane alcohol, with what is achieved is the integral treatment process of the vinasse, with a minimization of operating costs as a result of the integration of the processes.
  • step A being carried out in an evaporator until obtaining concentrated vinegar with a percentage of solid substantially equal to 60% is contemplated.
  • stage B the concentrated vinegar is mixed with bagasse obtained in a phase of crushing sugarcane in the process of obtaining alcohol from sugarcane.
  • stage C the procedure comprises a stage D consisting of incinerating solid product, used as a biofuel, obtaining ashes, which are used to mix in stage B, and energy, which is used to carry out evaporation. of stage A and the mixture of stage B.
  • the process combines different technologies, such as concentration, preferably by evaporation, mixing with plant compounds, granulating the mixture and incinerating the solid product obtained, that is, granulating, under the Principles of minimization of economic and environmental impact by not generating by-products and controlling emissions within the levels established by current legal regulations.
  • the vinegar is concentrated to 60% solids in an evaporator, then mixed with vegetable components, mainly dried and ground sugar cane bagasse, granulated and finally part of that granulate is incinerated. In this last step, sufficient energy is generated to feed the evaporation and drying processes and an usable ash is generated in the granulate.
  • the granulate that is not incinerated is a fertilizer that can be used as fertilizer.
  • the fertilizer is obtained without binders, unlike those obtained by the methods known at present.
  • He Development of a granulated product without the need for binders using only bagasse is new and represents a great advance that gives technical viability to its burning and energy recovery.
  • the evaporation of sugar cane vinasses is a very complex process given the chemical composition of the same, with components of high encrusting power. This, together with the high viscosity of the product at high concentrations results in installations with low performance, low availability and numerous operational problems.
  • the process of the invention is carried out in a plant with EHSC (Enhanced High Solids Concentrator) technology, whereby the concentration necessary to granulate the concentrate is achieved with extended periods of availability without inlays and with lower operational consumption, opening new perspectives in the field of vinegar concentration.
  • EHSC Enhanced High Solids Concentrator
  • a second aspect of the present invention relates to a solid fertilizer and biofuel product obtained by a process as described above.
  • Figure 1 Shows a block diagram of the process object of the invention.
  • the process for obtaining a solid fertilizer and biofuel product from sugar cane vinasses comprises a stage A which is carried out in a evaporator and consists of concentrating liquid vinegar (1) generated as a liquid residue in a process of obtaining alcohol from sugar cane until obtaining concentrated vinegar (2) with a solid percentage of 60%.
  • the process comprises a stage B consisting of mixing the concentrated vinasse (2) obtained in stage A with bagasse (3) obtained in a crushing phase of the sugar cane, and then a stage C consisting of granulating the mixture obtained in step B until obtaining a solid product (4) granulated that can be used as fertilizer (4 ') and as biofuel (4 ").
  • stage C the process comprises a stage D consisting of incinerating solid product (4), used as a biofuel (4 "), obtaining ashes (5), which are used to mix in stage B, and energy (6) , which is used to evaporate stage A and mix stage B.
  • the following block diagram illustrates the process, which starts from the liquid vinasse (1) generated in the production of alcohol.
  • liquid vinegar (1) is concentrated to 60% solids in the evaporator, then mixed with bagasse (3) of dried and ground sugarcane, granulated and finally part of that granulate is incinerated.
  • bagasse (3) of dried and ground sugarcane
  • granulated is incinerated.
  • sufficient energy (6) is generated to feed the evaporation and drying processes and an ash (5) usable in the granulate is generated.
  • the granulate that is not incinerated is a fertilizer (4 ') that can be used as fertilizer.
  • a second aspect of the present invention relates to a solid fertilizer and biofuel product obtained by a process such as previously described.

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Abstract

Procedimiento para obtener un producto sólido fertilizante y biocombustible a partir de vinazas de caña de azúcar y producto sólido fertilizante y biocombustible obtenido mediante dicho procedimiento, que permite un óptimo aprovechamiento de recursos y una elevada eficiencia energética de todo el procedimiento, además de una solución a la gestión de residuos que supoen la vinaza, comprendiendo una etapa A que consiste en concentrar vinaza líquida (1) hasta obtener vinaza concentrada (2) con un porcentaje de sólido de al menos el 50%, una etapa B que consiste en mezclar la vinaza concentrada (2) con compuestos vegetales (3), y una etapa C que consiste en granular la mezcla obtenida en la etapa B hasta obtener un producto sólido (4) granulado que puede ser utilizado como fertilizante (4') y como biocombustible (4'').

Description

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER UN PRODUCTO SÓLIDO FERTILIZANTE Y BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE VINAZAS DE CAÑA DE AZÚCAR Y PRODUCTO SÓLIDO FERTILIZANTE Y BIOCOMBUSTIBLE OBTENIDO MEDIANTE DICHO PROCEDIMIENTO
D E S C R I P C I Ó N CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene aplicación en la industria de procesos, y más concretamente en el ámbito de la industria agroquímica, permitiendo obtener un producto sólido fertilizante a partir de vinazas de caña de azúcar que puede ser asimismo utilizado como biocombustible, lo que repercute en un óptimo aprovechamiento de recursos y una elevada eficiencia energética de todo el procedimiento, además de una solución al problema de gestión de residuos que supone la generación de vinaza en los procesos de fermentación y destilación de jugo de caña de azúcar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La vinaza de caña de azúcar es un producto líquido que se obtiene en el proceso de obtención de alcohol a partir de melazas o jugos de caña de azúcar. La melaza o jugo es un líquido de cierta viscosidad, color pardo oscuro y sabor muy dulce, que se obtiene durante el proceso de producción de azúcar a partir de caña de azúcar.
En dicho proceso de producción de azúcar de caña, en primer lugar se tritura la materia prima para extraer su jugo o melaza, quedando como residuo el bagazo. Por su parte, dicho jugo tiene un alto contenido en azúcares y puede ser utilizado de dos formas alternativas. Por un lado, el jugo puede ser concentrado para obtener azúcar cristalizado. Por otro lado, dicho jugo puede destinarse a la producción de alcohol, para lo cual el jugo es fermentado dando lugar a vinos que se introducen en columnas de destilación de donde se obtiene el alcohol y queda un residuo líquido que es la vinaza. Estas vinazas constituyen un residuo ácido (pH = 4,2-4,6), con un elevado contenido de materia orgánica disuelta y con un nivel de materia inorgánica superior al de otras vinazas procedentes, por ejemplo, de cereales o levaduras, razón por la cual, la vinaza de caña de azúcar es un fuerte contaminante cuya gestión se está convirtiendo en un serio problema en las instalaciones de destilación de alcohol, habida cuenta de que se generan aproximadamente entre 10-15 litros de vinaza por cada litro de alcohol producido, lo cual es una cantidad de residuo muy elevada.
Con el objeto de solucionar esta problemática, actualmente se conocen diferentes procesos que tienen como objetivo común valorizar la vinaza de caña de azúcar. En este sentido, cabe mencionar procesos que comprenden una metanización seguida de osmosis inversa, los cuales tienen un elevado coste operativo, o procesos que comprenden un compostaje, en los que se requiere disponer de amplias superficies además de que presentan problemas de mantenimiento, entre los que se encuentra la presencia de microorganismos y la generación de malos olores.
Asimismo, también son conocidas técnicas para valorizar la vinaza de caña de azúcar que comprenden operaciones de mezcla con otros productos, con el objeto de producir un producto sólido fertilizante. En este sentido, en la actualidad existen diversos productos que se obtienen a partir de vinaza de caña de azúcar y que se comercializan como fertilizantes.
Sin embargo, uno de los problemas que se plantea actualmente en la obtención de dichos fertilizantes es que resulta necesario agregar compuestos inertes, como por ejemplo arcillas, para que actúen como medios aglomerantes, con el objeto de dar consistencia y homogeneidad al producto obtenido, de manera que permita posteriormente su granulación. La presencia de dichos aglomerantes supone un inconveniente desde un punto de vista de la eficiencia energética del proceso, puesto que el producto obtenido excedente no puede ser reaprovechado de ningún otro modo que no sea como fertilizante, dado que los aglomerantes carecen de poder calorífico, lo que hace inviable la obtención de energía a partir del producto sólido obtenido, puesto que además de restar poder calorífico al producto generarían numerosos problemas en su combustión.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para obtener un producto sólido fertilizante y biocombustible a partir de vinazas de caña de azúcar, que constituye una novedosa solución al problema anteriormente planteado de gestión de las vinazas producidas como residuo durante la obtención de alcohol a partir de caña de azúcar.
Mediante el procedimiento de la invención se transforma la vinaza en un producto de elevado valor agrícola, como fertilizante, y que además es un biocombustible a partir del cual puede recuperarse energía para compensar el coste operativo de todo el procedimiento, cuyo resultado global es la transformación de un problema medioambiental en un proceso sostenible y ecológico para obtener un producto con valor añadido, aprovechando su composición química y su potencial energético.
Para ello, el procedimiento que la invención propone comprende una etapa A que consiste en concentrar vinaza líquida generada como residuo líquido en un proceso de obtención de alcohol a partir de caña de azúcar hasta obtener vinaza concentrada con un porcentaje de sólido de al menos el 50%.
Seguidamente, el procedimiento comprende una etapa B que consiste en mezclar la vinaza concentrada obtenida en la etapa A con compuestos vegetales, y a continuación una etapa C que consiste en granular la mezcla obtenida en la etapa B hasta obtener un producto sólido granulado que puede ser utilizado como fertilizante y como biocombustible. El procedimiento, a partir de vinaza y otros residuos naturales, como es el bagazo o las cenizas, permite obtener un producto biocombustible que puede ser incinerado, con la consiguiente recuperación energética que ello conlleva. Asimismo, mediante el procedimiento se obtiene un fertilizante de alto valor agrícola a partir de dichos subproductos de la producción de alcohol de caña de azúcar, con lo que se consigue proceso de tratamiento integral de la vinaza, con una minimización de los costes operativos como consecuencia de la integración de los procesos.
Se contempla la posibilidad de que la etapa A se realice en un evaporador hasta obtener vinaza concentrada con un porcentaje de sólido sustancialmente igual a un 60%. Asimismo, se contempla que en la etapa B se mezcle la vinaza concentrada con bagazo obtenido en una fase de trituración de caña de azúcar en el proceso de obtención de alcohol a partir de caña de azúcar.
Asimismo, se contempla que después de la etapa C el procedimiento comprenda una etapa D que consiste en incinerar producto sólido, utilizado como biocombustible, obteniéndose cenizas, que son utilizadas para mezclar en la etapa B, y energía, que es aprovechada para realizar la evaporación de la etapa A y la mezcla de la etapa B.
De acuerdo con una realización preferente de la invención, el procedimiento combina diferentes tecnologías, como son la concentración, preferentemente mediante evaporación, la mezcla con compuestos vegetales, el granulado de la mezcla y la incineración del producto sólido obtenido, es decir granulado, bajo los principios de minimización de impacto económico y ambiental al no generarse subproductos y ser controladas las emisiones dentro de los niveles establecidos por la normativa legal vigente.
La vinaza se concentra hasta el 60% en sólidos en un evaporador, después se mezcla con componentes vegetales, principalmente bagazo de caña de azúcar seco y molido, se granula y finalmente se incinera parte de ese granulado. En este último paso se genera energía suficiente para alimentar los procesos de evaporación y secado y se genera una ceniza aprovechable en el granulado. El granulado que no se incinera es un fertilizante que puede ser empleado como abono.
De este modo, el fertilizante se obtiene sin aglomerantes, a diferencia de los obtenidos mediante los procedimientos conocidos en la actualidad. El desarrollo de un producto granulado sin necesidad de aglomerantes empleando solo bagazo es nuevo y supone un gran avance que da viabilidad técnica a su quemado y recuperación energética. La evaporación de vinazas de caña de azúcar es un proceso muy complejo dada la composición química de las mismas, con componentes de elevado poder incrustante. Esto, unido a la elevada viscosidad del producto a altas concentraciones da lugar a instalaciones con bajo rendimiento, escasa disponibilidad y numerosos problemas operativos.
Por su parte, de acuerdo con una realización preferente, el procedimiento de la invención se realiza en una planta con tecnología EHSC (Enhanced High Solids Concentrator), con lo que se logra la concentración necesaria para poder granular el concentrado con períodos amplios de disponibilidad sin incrustaciones y con menores consumos operativos, abriendo nuevas perspectivas en el campo de la concentración de vinazas.
La tecnología probada hasta el momento en vinazas no permitía alcanzar la concentración final de sólidos requerida para el proceso y aún garantizar periodos razonables de limpieza, por lo que la utilización de la tecnología mencionada en el párrafo anterior es vital para completar el proceso de la invención, cuyas diferencias con la tecnología existente pueden resumirse en que los equipos utilizados para el procedimiento de la invención son evaporadores de circulación forzada con promotores de turbulencia en el interior de los tubos (Enhanced High Solids Concentrator), que mejoran la eficiencia del equipo disminuyendo su consumo eléctrico y permitiendo alcanzar mayores concentraciones pese a la elevada viscosidad que alcanza el producto. Su idoneidad para este tipo de vinaza reside asimismo en que al trabajar como un cristalizador permite funcionar con sólidos suspendidos sin que esto afecte negativamente a la superficie de transferencia.
Por el contrario, los evaporadores hasta ahora utilizados presentan graves incrustaciones por precipitación de sales, principalmente cálcicas, su disponibilidad es muy baja y no alcanzan las concentraciones necesarias, 60% en sólidos, para obtener el producto objetivo del procedimiento de la invención.
Para granular la vinaza se deben añadir compuestos que permitan aglomerar el concentrado y formar una torta que sea secada para la posterior fabricación del granulado. Por lo general, parte de esos aditivos son compuestos con bajo o nulo poder calorífico y que podrían ocasionar problemas en una hipotética incineración. De acuerdo con una realización preferente, se ha comprobado que una formulación de producto de aproximadamente el 60% de vinaza al 60-65% en sólidos y un 40% de bagazo molido con una humedad no superior al 5% permite granular la vinaza concentrada con aditivos naturales que hacen viable su posterior quema.
El quemado del granulado en un proceso que respeta los límites de emisión medioambientales y con recuperación energética en caldera de vapor. De este modo se obtiene la energía necesaria para reducir al mínimo el coste operativo del proceso.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un producto sólido fertilizante y biocombustible obtenido mediante un procedimiento como el anteriormente descrito.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 .- Muestra un diagrama de bloques del procedimiento objeto de la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN A la vista de la figura reseñada puede observarse como en una de las posibles realizaciones de la invención el procedimiento para obtener un producto sólido fertilizante y biocombustible a partir de vinazas de caña de azúcar que la invención propone comprende una etapa A que se realiza en un evaporador y consiste en concentrar vinaza líquida (1 ) generada como residuo líquido en un proceso de obtención de alcohol a partir de caña de azúcar hasta obtener vinaza concentrada (2) con un porcentaje de sólido del 60%.
Seguidamente, el procedimiento comprende una etapa B que consiste en mezclar la vinaza concentrada (2) obtenida en la etapa A con bagazo (3) obtenido en una fase de trituración de la caña de azúcar, y a continuación una etapa C que consiste en granular la mezcla obtenida en la etapa B hasta obtener un producto sólido (4) granulado que puede ser utilizado como fertilizante (4') y como biocombustible (4").
Después de la etapa C el procedimiento comprende una etapa D que consiste en incinerar producto sólido (4), utilizado como biocombustible (4"), obteniéndose cenizas (5), que son utilizadas para mezclar en la etapa B, y energía (6), que es aprovechada para realizar la evaporación de la etapa A y la mezcla de la etapa B.
El diagrama de bloques siguiente ilustra el proceso, que parte de la vinaza líquida (1 ) generada en la producción de alcohol.
De este modo, la vinaza líquida (1 ) se concentra hasta el 60% en sólidos en el evaporador, después se mezcla con bagazo (3) de caña de azúcar seco y molido, se granula y finalmente se incinera parte de ese granulado. En este último paso se genera energía (6) suficiente para alimentar los procesos de evaporación y secado y se genera una ceniza (5) aprovechable en el granulado. El granulado que no se incinera es un fertilizante (4') que puede ser empleado como abono.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un producto sólido fertilizante y biocombustible obtenido mediante un procedimiento como el anteriormente descrito.
Seguidamente se indica una caracterización del producto sólido (4) obtenido, de acuerdo con una realización preferente:
Figure imgf000010_0001
A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1 . - Procedimiento para obtener un producto sólido fertilizante y biocombustible a partir de vinazas de caña de azúcar, caracterizado porque comprende:
- una etapa A que consiste en concentrar vinaza líquida (1 ) generada como residuo líquido en un proceso de obtención de alcohol a partir de caña de azúcar hasta obtener vinaza concentrada (2) con un porcentaje de sólido de al menos el 50%,
- una etapa B que consiste en mezclar la vinaza concentrada (2) obtenida en la etapa A con compuestos vegetales (3), y
- una etapa C que consiste en granular la mezcla obtenida en la etapa B hasta obtener un producto sólido (4) granulado que puede ser utilizado como fertilizante (4') y como biocombustible (4").
2. - Procedimiento según la reivindicación 1 , en el que la etapa A se realiza en un evaporador hasta obtener vinaza concentrada (2) con un porcentaje de sólido sustancialmente igual a un 60%, y en el que en la etapa B se mezcla la vinaza concentrada (2) con bagazo (3) obtenido en una fase de trituración de caña de azúcar en el proceso de obtención de alcohol a partir de caña de azúcar.
3. - Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, que después de la etapa C comprende una etapa D que consiste en incinerar producto sólido (4), utilizado como biocombustible (4"), obteniéndose cenizas (5), que son utilizadas para mezclar en la etapa B, y energía (6), que es aprovechada para realizar la evaporación de la etapa A y la mezcla de la etapa B.
4.- Producto sólido fertilizante y biocombustible obtenido mediante un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
PCT/ES2010/070757 2010-11-22 2010-11-22 Procedimiento para obtener un producto sólido fertilizante y biocombustible a partir de vinazas de caña de azúcar y producto sólido fertilizante y biocombustible obtenido mediante dicho procedimiento WO2012069665A1 (es)

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