Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y de subproductos del proceso de producción de bioetanol.

La presente invención se refiere a un método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y subproductos del proceso de producción del mismo. Asimismo, se refiere a un complejo industrial o biorrefinería para llevar a cabo dicho método.

Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y de subproductos del proceso de producción de bioetanol.

La presente invención se refiere a un método o sistema de obtención de biocombustibles, azúcar, piensos y productos químicos de diversa índole 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.

En la literatura de patentes, es posible encontrar distintas invenciones referidas a la producción de biocombustibles. Así por ejemplo, en la patente ES 2319604 (B2), concedida el 05.03.2010, se describe 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.

En el proceso que se describe en la presente invención, el bioetanol no va a ser únicamente un producto final sino que va a ser también un intermedio a partir del cual se van a poder producir otros biocombustibles y productos químicos de interés. Este concepto cambia el enfoque de planta de biocombustible de etanol convirtiendo a este compuesto químico no sólo en producto final sino en intermedio.

Los biocombustibles 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 una 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,... Ahora también se podrán realizar producciones o complejos similares pero no a partir de crudo, sino a partir de recursos naturales.

Descripción de la invención

Se propone mediante la presente invención la creación de un complejo industrial destinado a la producción de todo tipo de biocombustibles (bioetanol, biodiésel, hidrógeno, biogás,...) así como piensos, azúcar y productos químicos de índole diversa (bioplásticos biodegradables, anestésicos, resinas, pinturas,...).

La parte o núcleo central de este complejo industrial va a ser una planta híbrida dedicada a la producción de bioetanol a partir de remolacha. 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 una vez prensadas y tamizadas (este último paso no es imprescindible) se utilizarán para producir pienso (secadero) o para entrada en segunda generación.

También se podrán utilizar las pulpas para producir metanol mediante fermentaciones con microorganismos genéticamente modificados.

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 (rango de 140ºC, 5 segundos), cortos tiempos 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, pero sin que sea limitante). Dicho proceso podrá ser mediante la adición 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 en diferentes etapas. 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.

Puede existir la posibilidad de realizar fermentaciones enzimáticas, es decir, tener sistemas en los cuales se tengan enzimas inmovilizadas a través de las cuales se vaya transformando la glucosa hasta el etanol u otro producto de mayor interés.

El etanol, después de las columnas de destilación, será sometido a un proceso de deshidratación molecular como puede ser, sin que sea limitante, un proceso de adsorción de zeolitas sintéticas de 3 (Å) Amstrong de diámetro.

Una vez deshidratado el etanol se puede desnaturalizar y pasar a almacenamiento. Adicionalmente, se podrá utilizar el mismo como intermedio de cara a poder producir más compuestos químicos en la biorrefinería.

En el núcleo central los equipos van a estar por duplicado a partir del proceso de corte en molinos (incluidos estos) de tal manera que se podrá adaptar para producir también azúcar si se considera pertinente. En este sentido, la planta de producción de azúcar que se acoplaría al núcleo base a partir de la depuración calcocarbónica, también tendría los equipos necesarios por duplicado a partir del mismo proceso para poder funcionar con todo el caudal de jugo de difusión del núcleo base o con la mitad. Además, los hornos de cal que se instalarán en la planta se podrán utilizar para la línea de depuración calcocarbónica o para la producción de acetileno a partir de carburo cálcico. En caso de utilizar la reconversión de una planta azucarera como base para realizar la biorrefinería o macrocomplejo industrial, el sistema de producción se adaptaría a los caudales de funcionamiento de la misma. Es decir, el núcleo base podrá llevar de esta manera todo el jugo azucarado a la producción de bioetanol, todo el jugo azucarado a la producción de azúcar o la mitad del jugo a bioetanol y la mitad del jugo a producción de azúcar.

Además, en el caso de instalarse la planta en zonas donde no se pueda procesar la remolacha durante todo el año por condiciones agronómicas o en aquellos en los que sí se pueda, se contempla la posibilidad de construir una planta gemela hasta el jugo azucarado o de difusión de tal manera que esta planta almacene el jugo de difusión deshidratado para usarlo posteriormente en la planta central de bioetanol.

Los jugos de difusión de esta planta gemela tendrán la posibilidad de pasar en un momento determinado tanto al núcleo base como a la parte destinada a la producción de azúcar.

La planta central podrá no sólo utilizar jugos de difusión o azucarados fuera o durante la campaña, además podrán utilizarse jugos azucarados en la misma de diferentes materias primas que a continuación se describen:

1. Jugos azucarados de cereales: De esta manera, se podría instalar anexo a la planta central un edificio de molturación de cereal, ya sea molturación en seco o húmeda, a partir de la cual se obtengan unos jugos azucarados que tras procesos de depolimerización y sacarificación enzimáticos irían a los fermentadores de la planta central.

2. Jugos azucarados obtenidos a partir de materiales... [Seguir leyendo]

1. Método para la obtención de biocombustibles y productos químicos a partir de bioetanol y/o subproductos del proceso de producción de bioetanol, caracterizado porque comprende:

2. Método, según la reivindicación 1, donde la materia prima empleada en la etapa (a) es seleccionada de un grupo que consiste en cereales, materiales celulósicos o lignocelulósicos, melazas, residuos de queserías, alcoholes vínicos, algarrobas y caña de azúcar, así como cualquiera de sus combinaciones.

3. Método, según la reivindicación 1, donde, cuando la materia prima se trata de remolacha, la etapa (a) comprende la separación de la materia prima en pulpas y jugo de difusión; la fermentación de dicho jugo de difusión y la destilación del jugo fermentado obtenido tras la fermentación.

4. Método, según la reivindicación 3, donde de manera previa a la fermentación, el jugo de difusión sufre un proceso enzimático por adición de invertasa o mediante la utilización de lechos en los que la invertasa se encuentra inmovilizada.

5. Método, según la reivindicación 3, donde la destilación del jugo fermentado comprende a su vez el paso del jugo fermentado por al menos una columna de agotamiento, una columna de purificación y una columna de rectificación.

6. Método, según la reivindicación 3, donde las pulpas obtenidas a partir de la materia prima son empleadas en la producción de pienso, en la producción de metanol o bien en procesos de segunda generación de pirólisis o gasificación para producir biofuel o gas de síntesis.

7. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los biocombustibles y/o productos químicos obtenidos son seleccionados de un grupo que consiste en metanol, butadieno, acetaldehído, dietil-éter, etileno, hidrógeno, butanol, acetales, aldoles, biogasolinas, anestésicos, plásticos, etanolaminas, anticongelantes y piridinas, así como cualquiera de sus combinaciones.

8. Método, según la reivindicación 7, donde cuando el producto químico se trata de metanol, éste es empleado en la etapa (d) de producción de biodiésel.

9. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las semillas oleaginosas empleadas en la etapa (d) son seleccionadas de un grupo que consiste en semillas de jatropha, colza, soja, palma y ricino, así como cualquiera de sus combinaciones.

10. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa adicional de generación de biocombustibles de segunda generación mediante pirólisis y/o gasificación.

11. Método, según la reivindicación 10, donde la materia prima empleada en la pirólisis es seleccionada de un grupo que consiste en residuos de industrias madereras, residuos de biomasa, residuos orgánicos urbanos, lodos de depuradoras, astillas, pellets, pulpas, paja de cereal, restos de podas, cultivos celulósicos, cultivos lignocelulósicos u otros residuos orgánicos y plásticos, así como cualquiera de sus combinaciones.

12. Método, según la reivindicación 10, donde la materia prima empleada en la gasificación es seleccionada de un grupo que consiste en residuos de industrias madereras, residuos de biomasa, cultivos celulósicos, cultivos lignocelulósicos, cáscaras de arroz, podas, bambú y residuos orgánicos urbanos o industriales, así como cualquiera de sus combinaciones.

13. Método, según la reivindicación 10 o 12, donde los gases de síntesis obtenidos a partir de la gasificación son empleados para la producción de amoníaco, biometanol, formaldehído, biocombustibles y ácido fórmico, así como cualquiera de sus combinaciones.

14. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una etapa adicional de obtención de plásticos biodegradables mediante polimerización de compuestos orgánicos o a partir de fermentaciones.

15. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el CO₂ procedente de la etapa (a) es empleado de manera adicional para la producción de hidrocarburos mediante su fijación con microorganismos en lagunaje y/o biorreactores.

16. Complejo industrial para llevar a cabo un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 caracterizado porque comprende: