LICUEFACCIÓN DE BIOMASA BASADA EN ALMIDÓN.

La invención se refiere a un proceso de tratamiento de biomasa apropiado para su uso en la producción de biocombustible. De manera más específica, la presente invención se refiere a un proceso mejorado y a un aparato para convertir biomasa con base de almidón en azúcares para la posterior fermentación. El proceso para convertir la biomasa con base de almidón en azúcares resulta conocido en la producción de biocombustible como licuefacción. Este proceso de licuefacción implica extraer almidón de la corriente de alimentación basada en almidón y posteriormente convertir el almidón extraído en polisacáridos de cadena corta para su posterior sacarificación, fermentación y destilación para dar lugar a un alcohol tal como etanol, por ejemplo. Típicamente, los procesos de licuefacción implican la etapa de hidratación inicial de mezcla de la corriente de alimentación con base de almidón molida con agua para formar una suspensión. El agua se puede pre-calentar antes de mezclarse con la corriente de alimentación. De manera adicional, la suspensión se puede calentar en un recipiente con el fin de activar el almidón, y posteriormente se calienta de nuevo y se mezcla con la enzima de licuefacción con el fin de convertir el almidón en azúcares de cadena corta. Típicamente, la etapa de activación usa tanques con camisa de vapor o calentamiento con rociado de vapor para calentar la suspensión hasta la temperatura deseada. Al mismo tiempo los dispositivos de mezcla de agitación, los bucles de recirculación de la suspensión o una combinación de los provocan la mezcla de la suspensión. No obstante, a pesar de la presencia de las bombas de recirculación, estos métodos de calentamiento pueden dar lugar a la creación de zonas en el tanque de la suspensión o en el recipiente en las que la temperatura sea mucho mayor que en el resto del tanque. En dichos procesos de liberación lenta, el almidón hidratado al comienzo del proceso puede verse dañado si entra en contacto con estas zonas de alta temperatura, dando lugar a un rendimiento menor. Estas configuraciones tampoco proporcionan una mezcla particularmente eficaz, como queda evidenciado por el problema de daño de calor comentado anteriormente. Normalmente, los procesos convencionales usan recipientes separados para las etapas de activación y conversión del proceso. Normalmente, la transferencia de la suspensión desde el recipiente de activación hasta el recipiente de la etapa de conversión se consigue usando bombas centrífugas, que imparten una elevada fuerza de cizalladura sobre la suspensión y como resultado de ello provocan daño sobre el almidón hidratado. La etapa de conversión también puede usar tanques con camisa de vapor o con camisa de agua, o los tanques se puede calentar por medio de dispositivos de calentamiento por rocío, para elevar la temperatura de la suspensión hasta el nivel apropiado para el rendimiento óptimo de la enzima. De manera alternativa, se emplean dispositivos de cocción de chorro para calentar la suspensión que entra en el interior del recipiente de la etapa de conversión. La suspensión no solo puede sufrir el mismo daño por calor que en la etapa de inactivación, sino que las zonas de temperatura también contribuye a limitar el rendimiento de glucosa del proceso. El calor excesivo de estas zonas favorece las reacciones de Maillard, donde las moléculas de azúcar se destruyen debido a la interacción con las proteínas también presentes en la suspensión. La combinación de estas pérdidas de Maillard con las pérdidas por cizalladura procedentes de las bombas de transferencia limita el rendimiento disponible de glucosa. De manera adicional, los procesos de licuefacción existentes requieren un largo tiempo de residencia de la suspensión en la etapa de conversión con el fin de garantizar que se convierte tanto almidón como sea posible en azúcares. Esto conduce a un proceso de producción más largo con mayores costes. Es un objetivo de la presente invención mitigar u obviar una o más de estas desventajas. Dos patentes describen un proceso (documento de Gran Bretaña 1028211) y un aparato correspondiente (patente de Gran Bretaña 995660) para preparar glucosa o maltosa a partir de almidón, en las que se mezcla una suspensión acuosa de almidón con una alfa-amilasa en un tanque, y se somete a gelatinización y licuefacción en un recipiente, en el que se calienta hasta 95 o C por medio de mezcla con vapor procedente de una tubería y se somete a fuerzas de impacto y/o de cizalladura. El aparato comprende un tubo que tiene al menos un estrechamiento a través del cual se pasa la suspensión de almidón, y que presenta en la pared del tubo, más allá del estrechamiento en la zona de transición hasta el corte transversal completo, uno o mas orificios de entrada para el vapor o para la disolución química. De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para el tratamiento de una corriente de alimentación basada en almidón, que comprende: mezclar juntos la corriente de alimentación basada en almidón y un fluido de trabajo para formar una suspensión; hidratar la corriente de alimentación basada en almidón con el fluido de trabajo; 2 E08719055 29-11-2011   añadir una enzima de licuefacción a la suspensión y bombear la suspensión hacia el interior de un conducto de diámetro considerablemente constante de un dispositivo de activación de almidón; e hidratar más la corriente de alimentación basada en almidón y activar el contenido de almidón de la suspensión inyectando un fluido de transporte a velocidad elevada en el interior de la suspensión a través una boquilla que comunica con el conducto; en el que al fluido de trabajo es agua y el fluido de transporte en vapor. La inyección del fluido de transporte en el interior de la suspensión puede: aplicar una fuerza de cizalladura a la suspensión; atomizar la fase líquida dentro de la suspensión para crear un régimen de flujo por goteo disperso; formar una zona de baja presión aguas abajo de la boquilla; y generar una onda de choque de condensación en el interior del conducto aguas abajo de la boquilla por medio de condensación del fluido de transporte. La primera etapa de hidratación incluye calentar la suspensión en el interior de un primer recipiente y/o mantenerla a una primera temperatura pre-determinada durante un primer período de tiempo pre-determinado. El proceso además puede comprender la etapa de transferir la suspensión a un segundo recipiente desde el dispositivo de activación de almidón, y mantener la temperatura de la suspensión en el segundo recipiente durante un segundo período de tiempo pre-determinado. La etapa de transferencia de la suspensión al segundo recipiente puede incluir hacer pasar la suspensión a través de una unidad de acondicionado para elevar la temperatura de la suspensión. La etapa de calentamiento de la suspensión en el primer y segundo recipientes también puede incluir la etapa de agitar la suspensión durante los respectivos períodos de tiempo primero y segundo. La etapa de activación puede incluir recircular la suspensión a través del dispositivo de activación de almidón. El fluido de transporte se puede inyectar a velocidad supersónica. La etapa de inyección del fluido de transporte puede comprender inyectar el fluido de transporte a velocidad elevada en el interior de la suspensión a través de una pluralidad de boquillas que comunican con el conducto. La etapa de inyectar el fluido de transporte en la suspensión puede ocurrir en un solo paso de la suspensión a través del dispositivo de activación de almidón. El bombeo de la suspensión se puede llevar a cabo usando una bomba de baja cizalladura. De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un aparato para el tratamiento de una corriente de alimentación basada en almidón, comprendiendo el aparato: un medio de hidratación para mezclar e hidratar la corriente de alimentación con un fluido de trabajo para formar una suspensión; y un dispositivo de activación de almidón en comunicación fluida con el primer medio de hidratación; en el que el dispositivo de activación de almidón comprende: un conducto de diámetro considerablemente constante que tiene una entrada en comunicación fluida con el primer medio de hidratación y una salida; y una boquilla de fluido de transporte que comunica con el conducto y adaptada para inyectar el fluido de transporte a velocidad elevada en el interior del conducto. El medio de hidratación puede comprender un primer recipiente que tiene una salida en comunicación fluida con la entrada del conducto. El medio de hidratación puede comprender un medio de calentamiento para calentar el fluido de trabajo y/o la suspensión. El aparato además puede comprender un segundo recipiente que tiene una entrada en... [Seguir leyendo]

1.- Un proceso para el tratamiento de una corriente de alimentación basada en almidón, que comprende: mezclar juntos la corriente de alimentación basada en almidón y un fluido de trabajo para formar una suspensión; hidratar la corriente de alimentación basada en almidón con el fluido de trabajo; añadir una enzima de licuefacción a la suspensión; bombear la suspensión al interior de un conducto (22) de diámetro considerablemente constante de un dispositivo (100) de activación de almidón; e inyectar un fluido de transporte a velocidad elevada en el interior de la suspensión a través de la boquilla (38) que comunica con el conducto (22), hidratando de este modo la corriente de alimentación basada en almidón y activando el contenido de almidón de la suspensión; en el que el fluido de trabajo es agua y el fluido de transporte es vapor. 2. El proceso de la reivindicación 1, en el que la etapa de hidratación incluye calentar la suspensión y/o mantenerla a una primera temperatura pre-determinada dentro del intervalo de 30-60 o C dentro de un primer recipiente (2) durante un primer período de tiempo predeterminado. 3. El proceso de la reivindicación 2, que además comprende la etapa de transferir la suspensión a un segundo recipiente (56) desde el dispositivo de activación de almidón (100), y mantener la suspensión a una segunda temperatura predeterminada más elevada que la primera temperatura pre-determinada en el segundo recipiente (56) durante un segundo período de tiempo pre-determinado. 4. El proceso de la reivindicación 3, en el que la etapa de transferencia de la suspensión al segundo recipiente (56) incluye hacer pasar la suspensión a través de la unidad (52) de acondicionado de temperatura para incrementar la temperatura de la suspensión desde la primera temperatura predeterminada hasta la segunda temperatura predeterminada. 5. El proceso de la reivindicación 3 o de la reivindicación 4 que además comprende la etapa de agitar la suspensión en el primer y segundo recipientes (2,56) durante los respectivos períodos de tiempo primero y segundo. 6. El proceso de cualquier reivindicación anterior, en el que el vapor se inyecta a velocidad supersónica. 7. El proceso de cualquier reivindicación anterior, en el que la etapa de inyectar el vapor comprende inyectar el vapor en el interior de la suspensión a través de una pluralidad de boquillas (38) que comunican con el conducto (22). 8. El proceso de cualquier reivindicación anterior, en el que la etapa de inyectar el vapor en la suspensión ocurre en un sólo paso de la suspensión a través del dispositivo (100) de activación de almidón. 9. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la etapa de inyectar el vapor incluye recircular la suspensión a través del dispositivo (100) de activación de almidón. 10. El proceso de cualquier reivindicación anterior, en el que el bombeo de la suspensión se lleva cabo usando una bomba (14) de baja cizalladura. 11. Un aparato para tratar la corriente de alimentación basada en almidón, comprendiendo el aparato: un medio de hidratación para mezclar e hidratar la corriente de alimentación con un fluido de trabajo para formar una suspensión; y un dispositivo (100) de activación de almidón en comunicación fluida con el medio de hidratación; en el que el dispositivo (100) de activación de almidón comprende: un conducto (22) de diámetro considerablemente constante que presenta una entrada (24) en comunicación fluida con el medio de hidratación y una salida (26); y una boquilla (38) de fluido de transporte que comunica con el conducto (22) y está adaptada para inyectar un fluido de transporte a velocidad elevada en el interior del conducto (22). 9 E08719055 29-11-2011   12. El aparato de la reivindicación 11, en el que el medio de hidratación comprende un medio de calentamiento para calentar el fluido de trabajo y/o la suspensión. 13. El aparato de la reivindicación 12, en el que el medio de hidratación comprende un primer recipiente (2) que tiene una salida (10) en comunicación fluida con la entrada (24) del conducto (22). 14. El aparato de la reivindicación 13, en el que el medio de calentamiento comprende una camisa de agua caliente (4) que rodea al primer recipiente (2). 15. El aparato de la reivindicación 12 o de la reivindicación 13, en el que el medio de calentamiento se encuentra lejos del medio de hidratación. 16. El aparato de la reivindicación 13, que además comprende un segundo recipiente que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida (26) del conducto (22). 17. El aparato de la reivindicación 16, en el que el segundo recipiente (56) incluye medios de aislamiento para aislar los contenidos del segundo recipiente (56). 18. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, que además comprende una sección de tubo de residencia que tiene una entrada en comunicación fluida con la salida (26) del conducto (22). 19. El aparato de la reivindicación 18, en el que el tubo de residencia incluye un medio de aislamiento para aislar los contenidos del tubo de residencia a medida que pasan a través del mismo. 20. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, en el que la boquilla (38) del fluido de transporte es anular y circunscribe el conducto (22). 21. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, en el que la boquilla (38) del fluido de transporte presenta una entrada (35), una salida (39) y una parte de cuerpo (37) intermedia entre la entrada (35) y la salida (39), en el que la parte del cuerpo (37) presenta un área de corte transversal que es menor que la de la entrada (35) y la de la salida (39). 22. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 21 que además comprende un suministro (50) de fluido de transporte adaptado para suministrar fluido de transporte a la boquilla (38) de fluido de transporte. 23. El aparato de la reivindicación 22 que comprende una pluralidad de dispositivos (100) de activación de almidón en serie y/o en paralelo unos con otros, en el que el suministro (50) de fluido de transporte está adaptado para suministrar fluido de transporte a la boquilla (38) de fluido de transporte de cada dispositivo (100). 24. El aparato de la reivindicación 23, que comprende una pluralidad de tuberías (48) de suministro de fluido de transporte que conectan el suministro (50) de fluido de transporte con cada boquilla (38), en el que cada tubería (48) de suministro de fluido de transporte incluye un medio de acondicionamiento de fluido de transporte. 25. El aparato de la reivindicación 24, en el que el medio acondicionador de fluido de transporte está adaptado para variar la presión de suministro del fluido de transporte hacia su respectiva boquilla (38). 26. El aparato de la reivindicación 22, que comprende un suministro (50) de fluido de transporte dedicado para cada boquilla (38) de fluido de transporte. 27. El aparato de la reivindicación 26, en el que cada suministro (50) de fluido de transporte incluye un medio de acondicionamiento de fluido de transporte. 28. El aparato de la reivindicación 27, en el que cada medio de acondicionamiento esta adaptado para variar la presión de suministro del fluido de transporte hacia cada boquilla (38) respectiva. 29. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 28 que además comprende una unidad (52) de acondicionamiento de temperatura ubicada aguas abajo del dispositivo (100) de activación de almidón, estando la unidad (52) de acondicionamiento de temperatura adaptada para aumentar la temperatura del fluido que abandona el conducto (22) del dispositivo (100). 30. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 29, que además comprende una tubería de recirculación adaptada para permitir la recirculación de fluido desde aguas abajo del dispositivo (100) de activación de almidón hasta aguas arriba del dispositivo (100) de activación de almidón. E08719055 29-11-2011   11 E08719055 29-11-2011   12 E08719055 29-11-2011   13 E08719055 29-11-2011