Procedimiento para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía a partir de una materia prima vegetal (MPV) amilácea,

caracterizado por el hecho de que comprende al menos las siguientes etapas sucesivas consistentes en:

- A)-B) obtener, a partir de todo o parte de la materia prima vegetal amilácea (MPV), una mezcla fermentada (MF);

- C1) separar mediante filtración y prensado, la fase líquida (PL) y la fase sólida (PS) de la mezcla fermentada (MF), de tal modo que la proporción en peso de los sólidos de dicha fase sólida (PS) está comprendida entre aproximadamente 40% y aproximadamente 45%;

- D) destilar, al menos en parte, dicha fase líquida (PL) de la mezcla fermentada (MF) con la finalidad de obtener etanol y vinaza ligera (VL);

- E1) producir, utilizando toda dicha vinaza ligera (VL), gas metano (F1), que constituye un primer combustible para la coproducción de energía;

Y por el hecho de que, previamente a dicha etapa (C1) de separación, el procedimiento comprende:

- una etapa durante la cual el pH de la mezcla fermentada (MF) se incrementa con la finalidad de llevarlo a un valor de entre aproximadamente 5.5 y aproximadamente 6.5;

- y una etapa durante la cual se agrega un adyuvante (ADJ) de filtración a la mezcla fermentada (MF)

Método para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía a partir de un material de inicio de un vegetal amiláceo.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía a partir de una materia prima vegetal.

El objetivo de la invención es, en particular, producir a una escala industrial, bioetanol a partir de vegetales amiláceos o que contienen almidón con cogeneración o coproducción de energía usando la biomasa de la planta o vegetal, justo como la producción de bioetanol a partir de caña de azúcar, la cual usa el bagazo de la planta.

Este procedimiento puede usarse no únicamente en nuevas destilerías de bioetanol, sino también en destilerías existentes, adaptando las vegetales existentes.

Entre los varios procedimientos para producir bioetanol a partir de materia prima vegetal, se encuentran tres grupos: a) recursos sacaríferos, tal como la remolacha de azúcar, tallos dulces tal como la caña de azúcar o sorgo, frutas, b) recursos amiláceos tales como granos de maíz o trigo, y c) y recursos lignocelulósicos.

Antecedentes técnicos

Dependiendo de la materia prima vegetal, el procedimiento para producir bioetanol comprende en general tres grupos de operaciones principales, es decir, consecutivamente A) la preparación de un mosto, luego B) la fermentación del mosto con la finalidad de obtener un mosto fermentado, y D) la destilación del mosto fermentado con la finalidad de la producción de bioetanol.

Es posible agregar a estos tres grupos de operaciones principales, un cuarto grupo general E) de operaciones que comprende varios tratamientos de los coproductos que resultan de cada uno de estos tres grupos de operaciones principales.

El conjunto de operaciones A) para preparar el mosto tienen el objetivo de preparar una pasta o un mosto que comprende materia prima vegetal capaz de ser fermentada, es decir, una solución acuosa de azucares que pueden fermentarse por levaduras, con el propósito de obtener una concentración tan alta como sea posible para reducir las capacidades de lod equipos necesarios para la preparación del mosto y para las otras operaciones subsiguientes, mientras que al mismo tiempo se toma en cuenta la limitación de la producción posible de inhibidores de la fermentación.

En el caso de producción a partir de recursos sacaríferos, la etapa especifica de preparación del mosto consiste en la extracción de la sacarosa, por ejemplo mediante prensado, o lavado con agua caliente según técnicas conocidas para obtener directamente un mosto altamente fermentable.

En el caso de la producción a partir de recursos amiláceos o que contienen almidón, es necesario, generalmente, convertir primero el grano a azúcar soluble y fermentable, por ejemplo, según las técnicas de conversión de almidón las cuales son, por ejemplo, conocidas en la industria de la producción de almidón, o también según las técnicas de "procesos ácidos".

La fermentación B) se basa en la actividad de microorganismos, el metabolismo fermentativo de los cuales resulta en su oxidación incompleta a etanol y CO2.

Los niveles de rendimiento de las operaciones de fermentación dependen esencialmente del microorganismo usado (o de los microorganismos usados), del medio de cultivo sobre el cual actúan los microorganismos y del procedimiento usado. El rendimiento en términos de alcohol, o etanol, depende del control de estos varios parámetros.

Esencialmente son levaduras las que se usan de manera industrial para la producción de bioetanol.

La composición del medio de cultivo, que usa el mosto, tiene esencialmente como objetivo proporcionar el microorganismo usado en las condiciones óptimas para su metabolismo y la producción que éste demanda.

Las tecnologías de fermentación usadas son diversas y conocidas, y el progreso en el campo de la fermentación tiene esencialmente como objetivo mejorar el costo-efectividad general de las mismas, ambos en términos productividad y velocidad de conversión, haciendo uso, por ejemplo, de levaduras, enzimas específicas, etc.

Para obtener una mezcla fermentada (MF) a partir de materia prima de un vegetal (MPV), las etapas u operaciones A) y B) pueden agruparse juntas y/o remplazarse por otros procedimientos para producir una mezcla fermentada (MF).

Las técnicas de destilación D) usadas son ellas mismas también enteramente conocidas, por ejemplo, aquellas usadas en la destilación de soluciones alcohólicas, y difieren entre sí únicamente en virtud del esquema de destilación y la optimización de los balances de energía en correlación con las necesidad de energía de cada operación.

Sin embargo, se recordará que el coste de destilación está directamente ligado al contenido de etanol, a la calidad del producto destilado y los consumos de energía, y que por lo tanto, son necesarios esfuerzos constantes para tener un mosto fermentado con un alto contenido de etanol.

Las diferentes operaciones E) para tratar los coproductos que resultan de los tres grupos de operaciones principales descritos anteriormente tienen un impacto considerable, en ambos términos, en la economía de los diferentes procedimientos de producción de bioetanol, y en términos de los aspectos "ambientales".

Cualquiera que sea el recurso de materia prima vegetal usado, todos los procedimientos resultan en la producción de CO2 y de biomasa, como coproductos.

En el caso de un procedimiento basado en recursos sacaríferos, por ejemplo a base de caña de azúcar o de remolacha de azúcar, la glucosa contenida en la planta, la cual se obtiene moliendo o triturando o lavando con agua caliente, es directamente fermentable y las vinazas derivadas de la fermentación son ricas en materiales orgánicos (+/- 80%) y en materiales minerales (+/- 20%) los cuales tienen problemas para su eliminación.

En el caso de la caña de azúcar, el bagazo, que constituye la biomasa que permanece en los molinos después de la extracción del mosto de azúcar, puede ser quemado para la coproducción de energía y su combustión cubre las necesidades de calor y electricidad de las unidad de producción de bioetanol, debido al valor calorífico de este tipo de biomasa.

En el caso de un procedimiento basado en recursos amiláceos, el almidón contenido en el grano debe convertirse primero en azúcar (s) fermentable, por ejemplo, implementando el procedimiento enzimático, el procedimiento ácido o el procedimiento a base de malta.

De esta manera, la vinaza "cruda" obtenida después de la destilación comprende esencialmente agua y biomasa con levaduras producidas durante la fermentación. La digestibilidad hace posible hacer en particular un suplemento nutricional a partir de estas.

Así, después de la separación de la fracción sólida de la vinaza, por ejemplo mediante centrifugación y después mediante deshumidificación y concentración de la fracción líquida de la vinaza, se obtiene el producto "DDGS" (Grano Secado en Destilador con Soluble), que se usa en particular para alimentación animal.

La vinaza también puede utilizarse para la producción de agentes de fertilización, o incluso puede convertirse en energía.

Se han hecho intentos para quemar la vinaza después de la concentración, o enviándola a reactores para producir gas metano.

Sin embargo, los problemas técnicos encontrados - tales como, por ejemplo, la obstrucción o bloqueo de los tubos de la caldera - no han hecho posible que tales tipos de tratamientos de la vinaza se implementen de manera efectiva en coste a escala industrial.

Todos los procedimientos conocidos para producir bioetanol a partir de vegetales almidonados y azucarados exhiben de esta manera, un balance económico y en particular un balance de energía, que aún son insuficientes, y también un balance ambiental muy negativo.

Se ha propuesto un procedimiento para producir alcohol combustible a partir de vegetales fermentados "sin vinaza" en el documento US-A-4.337.123 de 1982.

Este procedimiento propone, después de la fermentación y antes de la destilación, implementar un tratamiento durante el cual varias sustancias contenidas en el mosto fermentado se eliminan en una manera tal que los medios de destilación son alimentados con un mosto "purificado" de manera que la etapa de destilación produce únicamente alcohol y no produce...

1. Procedimiento para la producción de bioetanol y para la coproducción de energía a partir de una materia prima vegetal (MPV) amilácea,

caracterizado por el hecho de que comprende al menos las siguientes etapas sucesivas consistentes en:

- A)-B) obtener, a partir de todo o parte de la materia prima vegetal amilácea (MPV), una mezcla fermentada (MF);

- C1) separar mediante filtración y prensado, la fase líquida (PL) y la fase sólida (PS) de la mezcla fermentada (MF), de tal modo que la proporción en peso de los sólidos de dicha fase sólida (PS) está comprendida entre aproximadamente 40% y aproximadamente 45%;

- D) destilar, al menos en parte, dicha fase líquida (PL) de la mezcla fermentada (MF) con la finalidad de obtener etanol y vinaza ligera (VL);

- E1) producir, utilizando toda dicha vinaza ligera (VL), gas metano (F1), que constituye un primer combustible para la coproducción de energía;

Y por el hecho de que, previamente a dicha etapa (C1) de separación, el procedimiento comprende:

- una etapa durante la cual el pH de la mezcla fermentada (MF) se incrementa con la finalidad de llevarlo a un valor de entre aproximadamente 5.5 y aproximadamente 6.5;

- y una etapa durante la cual se agrega un adyuvante (ADJ) de filtración a la mezcla fermentada (MF).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha etapa de separación C1) se lleva a cabo por medio de un filtro prensa.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, antes de dicha etapa C1) de separación, el procedimiento comprende una etapa durante la cual la temperatura de la mezcla fermentada (MF) se lleva a una temperatura (T) de separación de entre aproximadamente 55ºC y aproximadamente 65ºC.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, el pH de la mezcla fermentada (MF) se incrementa agregando al menos un componente alcalino (CAL).

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que comprende una sub-etapa C2) de lavado de dicha fase sólida (PS) separada de la mezcla fermentada (MF).

6. Procedimiento según la reivindicación anterior, tomada en combinación con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dicha etapa (C2) de lavado de la fase sólida (PS) separada de la mezcla fermentada (MF) se lleva a cabo mediante la inyección de agua de lavado en el filtro prensa en una manera tal que al menos una parte del líquido de lavado (LL) que tiene un contenido de etanol se agrega automáticamente a dicha fase líquida (PL) de la mezcla fermentada a destilar.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende una etapa (E2) de producción de al menos un segundo combustible, que consiste en deshumidificar dicha fase sólida (PS) de la mezcla fermentada (MF) con la finalidad de producir un bloque (F2) de material cuya proporción en peso de materia seca es mayor que 50%, y por el hecho de que dicho bloque (F2) es capaz de quemarse, total o parcialmente, en una caldera (CH), y/o por el hecho de que dicho bloque (F2) puede ser utilizado, total o parcialmente, para la producción de un producto (DDG) usado en particular para alimentación animal.

8. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado por el hecho de que dicha fase sólida (PS) de la mezcla fermentada (MF) se deshumidifica mediante secado (H), y por el hecho de que los gases (G) emitidos durante el secado son procesados con la finalidad de extraer, total o parcialmente, el etanol que estos gases contienen, en particular, mediante el lavado de los gases con agua.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por el hecho de que dicho metano (F1), total o parcialmente, y dicho segundo combustible (F2), total o parcialmente, son quemados en la misma caldera.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicha mezcla fermentada (MF) se obtiene por medio de las etapas sucesivas que consisten en:

-A) preparar una pasta que comprende la materia prima vegetal (MPV) capaz de ser fermentada,

-B) provocar la fermentación de dicha pasta con el objetivo de obtener una mezcla fermentada (MF).