Método de obtención de biocombustibles.

Método o sistema de obtención de biocombustibles mediante procedimientos encadenado donde los subproductos en el proceso de producción de bioetanol son utilizados en procesos alternativos en la misma planta, instalación o biorrefinería

Método de obtención de biocombustible.

La presente invención se refiere a un método o sistema de obtención de biocombustibles mediante procedimientos encadenados donde los subproductos en el proceso de producción de bioetanol son utilizados en procesos alternativos en la misma planta, instalación o biorrefinería.

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.

Los biocombustibles (el bioetanol y el biodiésel) 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 un 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, con la contaminación que ello supone.

Explicación de la invención

Se propone mediante la presente invención la creación de una biorrefinería multifuncional en la cual se obtienen diferentes tipos de combustibles (líquidos y gases) así como bioplásticos, enzimas y piensos todo con la entrada de productos agrarios y con todos los subproductos aprovechados ya que subproductos de unos procesos serán aprovechados como entrada de otros procesos y el CO₂ producido será fijado por algas.

La presente invención se refiere a la creación de un complejo industrial denominado biorrefineria multifuncional.

En dicho complejo se pueden obtener distintos tipos de biocombustibles por diferentes procesos tecnológicos que se expondrán a continuación.

Además, subproductos de unos procesos entrarán a formar parte de otros procesos paralelos en la planta de biorrefinería.

La columna vertebral de dicho complejo será la creación partiendo de cero de una planta de producción de bioetanol a partir de remolacha (o caña de azúcar) u otras materias primas que se citan más adelante.

1. Planta de bioetanol

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 se utilizarán para producir pienso o para entrada en segunda generación.

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, cortos tiempos (aproximadamente unos 140ºC y 5 segundos) 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. El CO₂ saliente de los fermentadores será sometido a un proceso de recuperación del etanol que pudiera ir con él y se dirigirá hacia la producción o crecimiento de algas ya sea en lagunaje o biorreactores.

En cuanto al mosto fermentado, pasa a un proceso de destilación que en principio y sin que sea limitante será de 4 columnas de destilación. Las dos primeras columnas serán de agotamiento y se separarán vinazas con materia orgánica del resto de componentes.

De dichas vinazas se separará la materia orgánica mediante decantadores centrífugos. Esta materia orgánica se puede derivar a producción de DDG's (piensos) o a producción de biocarburantes de segunda generación (pirólisis,gasificación,...). Y el resto de vinazas podrá ser sometido a procesos de metanogénesis y/o de hidrogénesis mediante reformado con vapor de agua.

Después de las columnas de agotamiento, el resto de componentes pasará a una columna de purificación donde se separarán componentes de menor volatilidad que el etanol (como pueden ser metanol, acetaldehído,...) dicha salida de elementos menos volátiles que el etanol podrán a su vez ser sometidos a un proceso adicional de destilación en una columna de rectificación de metanol (esta es una columna de rectificación para los productos ligeros salientes por cabeza de la de purificación) para obtener dicho alcohol y utilizarlo en procesos de producción de biodiésel en primera generación. El resto de componentes podrán ser quemados o utilizados como disolventes.

La columna final de destilación será una columna de rectificación en la cual se separará el etanol del agua (punto aceotrópico) colas con agua mayoritariamente y aceites de fúsel.

El etanol, a la salida de la columna de rectificación de etanol (esta columna es la cuarta de las columnas del proceso principal, diferente de la columna de rectificación de metanol arriba descrita) será sometido a un proceso de deshidratación molecular como puede ser, sin que sea limitante, un proceso de adsorción de zeolitas sintéticas de aproximadamente unos 3 (Å) Amstrong de diámetro.

Una vez deshidratado el etanol se puede desnaturalizar y pasar a almacenamiento.

El proceso de producción de bioetanol de la presente invención a partir de remolacha, puede no utilizarse todo el año en función de la geografía donde se implante y criterios agronómicos, por lo cual en el caso de que no se utilice remolacha durante todo el año (menos tiempo de mantenimiento) en la nueva fábrica se podrán utilizar otras materias primas.

El proceso es común a partir de la fermentación y en lo que se diferencia el proceso será en la preparación de dichas materias primas.

Existen una serie de materias primas que serán convertidas en harina entre las que se encuentran, por ejemplo, cereales (por ejemplo, pero sin limitarse a maíz, trigo, cebada, sorgo, centeno, o sus mezclas) y/o algarrobas.

Una vez obtenida la harina de dichas materias primas (ya sea por procesos en seco o en húmedo) dicha harina se mezcla con agua y esterilizada con procesos de vapor (dicho proceso también servirá para solubilizar algunos azúcares y además de vapor para esterilizar se pueden utilizar otros compuestos ácidos, como por ejemplo, pero sin limitarse, ácido benzoico).

Además, los jugos azucarados provenientes de dichas materia primas también pueden sufrir procesos enzimáticos previos a la fermentación en función de sus tipos de azúcares y pasar a la fermentación (a partir de la fermentación el proceso es común).

Otra realización preferida de la instalación de la presente invención es partir de materiales celulósicos o lignocelulósicos entre los cuales y sin que sea limitante se pueden seleccionar del: cardo, paja de cereales, bambú, podas de árboles, árboles. Estas materias primas deberán sufrir un proceso de triturado con diferentes tipo de sierras o similar, obteniéndose un serrín que será mezclado con agua caliente y un catalizador como puede ser, sin que sea...

1. Método para la obtención de biocombustibles que comprende:

a. producción de bioetanol a partir de materias primas de origen vegetal; y
b. producción de biogasolina a partir de gases de síntesis obtenidos por gasificación de materias primas seleccionadas del grupo que comprende: pulpas o piensos, obtenidos como subproductos en el paso (a), o algas cultivadas con el CO₂ procedente del 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 procedente del paso (a), como fuente de carbono.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que además comprende:

d. producción de biometanol a partir de gases de síntesis obtenidos en el paso (b).

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que además comprende:

e. producción de bioetanol a partir de etileno obtenido en el paso (b).

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde las materias primas que se pueden utilizar en los pasos (a), (b), (c) son seleccionados del grupo que comprende remolacha, cereales, algarrobas, algas, biomasa microbiana, bioplásticos, materiales celulósicos o lignocelulósicos, carbón o cualquiera de sus mezclas.

6. Método según la reivindicación 5, donde los cereales pueden ser maíz, trigo, cebada, sorgo o centeno.

7. Método según la reivindicación 5, donde los materiales celulósicos o lignocelulósicos son cardo, paja de cereales, bambú, podas de árboles, árboles, restos vegetales de limpieza de acequias o caminos rurales o desbrozados de obras.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde se utiliza el etileno obtenido por gasificación (b) para la producción de bioplásticos.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el CO₂ procedente del paso (a) se utiliza para el para cultivo de algas.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde los subproductos de los pasos (a) a (d) se utilizan como fuente de energía.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el metano obtenido en el paso (a) se utiliza para la producción de hidrógeno.

12. Método según la reivindicación 8, donde los bioplásticos se obtienen por la polimerización tras procesos de separación de compuestos obtenidos en fermentaciones microbianas.