Procedimiento de elaboración de glucosa mediante hidrólisis acido-térmica.

La presente invención describe un procedimiento que permite obtener glucosa a partir de la celulosa retenida en el papel reciclado mediante un proceso de degradación ácida de la celulosa,

eliminando para ello la lignina y la hemicelulosa contenida en el papel reciclado. Las principales ventajas del procedimiento se refieren a la eliminación de la etapa de pretratamiento de la madera, el producto obtenido no requiere de celulosa virgen, se genera menor cantidad de residuos, no requiere de etapas de eliminación de productos intermedios o generados, entre otras.

Procedimiento de elaboración de glucosa mediante hidrólisis acido-térmica

La presente invención describe un procedimiento de elaboración de glucosa a partir de la celulosa contenida en el papel reciclado mediante hidrólisis ácido-térmica.

Antecedentes de la invención

En la actualidad, existen muchos procesos de hidrólisis enzimática para obtener glucosa a partir de la celulosa que se encuentra retenida en muchas sustancias - árboles, plantas, residuo agroalimentario, etc.- , obteniéndose la mayor cantidad de este monosacárido de los árboles, lo cual trae consigo duras consecuencias - erosión, pérdida de ecosistemas, etc.- para el medio ambiente, la sociedad y la economía; ya que no hay que olvidar que los árboles también se utiliza para obtener otros productos como son el papel y el mobiliario - un 50 por ciento de la masa arbolea talada se utiliza para elaborar muebles, un 30 por ciento para obtener azucares y un 20 por ciento para fabricar papel virgen los cuales, tras su usos van a parar a vertederos o incineradoras.

Este proceso de hidrólisis enzimática ha supuesto un gran avance, en la industria de obtención de glucosa, ya que ha reducido uno de los grandes problemas generados al trabajar con árboles como es la contaminación - en su mayoría la atmosférica y la del agua

- procedente de la eliminación de lignina y productos extractivos de naturaleza no lignocelulósico. Por otro lado, esta técnica conlleva a unas desventajas que hacen que el proceso no sea, hoy en día, practicable a nivel industrial como son:

- Altos costes iniciales.

- Necesita de un adecuado ambiente enzimático - dentro de unos rangos de valores de pH y temperatura - para que las enzimas puedan sobrevivir.

- Requiere un tiempo de producción alto para obtener una cantidad pequeña de glucosa -10 microgramos cada 72 horas - con el fin de transformar esta sustancia en etanol.

- Necesita eliminarse continuamente los productos intermedios o generados que perjudiquen a las enzimas o buscar enzimas más resistentes a dichos productos. Hay muchas enzimas que no pueden estar en contacto con las moléculas de glucosa, debido a que estos monosacáridos son nocivos para ellas.

Otras técnicas de producir glucosa a partir de la celulosa de la madera utilizan bacterias portadoras de enzimas y hongos, los cuales no han resuelto ningunos de los inconvenientes detallados anteriormente.

Para solucionar estos problemas, la invención propuesta, consiste en obtener glucosa a partir de la celulosa retenida en el papel que se recoge en los contenedores de recogida selectiva de residuos sólidos mediante un proceso de degradación ácida de la celulosa, eliminando para ello, la lignina y la hemicelulosa del papel; siendo las ventajas que se ven inicialmente a este proceso:

- Menor coste de inversión inicial.

- Se evita la etapa de pretratamiento de la madera - descortezado -, sin la cual no se puede llegar hasta la celulosa.

- Menor cantidad de generación de residuo. El papel posee menos cantidad de lignina que la madera y no posee absolutamente nada de productos extractivos, ya que se han eliminado en las etapas de fabricación de papel virgen.

- No es una etapa crucial, como en la técnica enzimática, eliminar continuamente productos intermedios o generados para que se produzca el proceso.

- Elimina una gran carga de residuos sólidos urbanos de papel en vertederos.

- Se obtiene un producto que no necesita de celulosa virgen, lo cual no ocurre con la elaboración de papel reciclado. Es decir, la materia prima utilizada será íntegramente proveniente de los contenedores residuales, sin ser necesario comprar celulosa obtenida de la madera o de las plantas, por lo que el dinero invertido en materias residuales sería mucho menor que si se comprara materia virgen, la cual estaría a mayor precio.

Sumario de la invención

La presente invención hace referencia a un procedimiento de elaboración de glucosa mediante hidrólisis acido-térmica que comprende las etapas de:

(i) tratar papel reciclado en una trituradora para obtener una pulpa,

(ii) tratar la pulpa obtenida en la etapa (i) en un reactor centrífugo para obtener una mezcla que comprende al menos lignina, celulosa, hemicelulosa, acetato de plomo, ftalocianato de cobalto y agua,

(iii) tratar la mezcla obtenida en la etapa (ii) en un equipo de floculación para separar las fibras lignocelulósicas del acetato de plomo y del ftalocianato de cobalto,

(iv) tratar la mezcla obtenida en la etapa (iii) en un equipo de decantación para eliminar los restos de acetato de plomo y ftalocianato de cobalto,

(v) hacer reaccionar la mezcla obtenida en la etapa (iv) con una disolución de hidróxido de sodio, en un reactor de continuo, para obtener una mezcla, por hidrólisis básica y oxidación del material lignocelulósico, que comprende al menos l-ol,2-metoxi,4(l,2,3)-propanotriol, benceno, celulosa gama, celulosa beta, celulosa alfa, lignanos, benceno, 2-ol-etanal y agua.

(vi) tratar la mezcla obtenida en la etapa (v) en un equipo de filtrado, un reactor y un equipo de decantación para obtener una mezcla que comprende al menos 1-formil, 3- metoxi, 4-ol, benceno, 2-ol, etanal, Aceite de pino, Oxígeno, Nitrógeno, Celulosa beta oxidada, Celulosa gama oxidad, Agua absorbida, Agua capilar, Lignanos, Celulosa beta, Celulosa gama, l-ol, 2-metoxi, 4 (2,3)-propanodiol, benceno, Hidróxido de sodio, Ácido acético y Acetato de celulosa,

(vii) filtrar la mezcla obtenida en la etapa (vi) y mezclar el precipitado (acetato de celulosa) con etanol

(viii) tratar la mezcla obtenida en la etapa (vii) con celulosa alfa,

(ix) calentar la mezcla obtenida en la etapa (viii) y hacerla reaccionar con una disolución ácida para que se produzca la reacción de hidrólisis ácida junto a la reacción de transformación de acetato de celulosa beta en acetato de etilo y glucosa,

(x) calentar la mezcla obtenida en la etapa (ix) y degradar la celulosa alfa contenida en dicha mezcla mediante un proceso de hidrólisis ácido-térmica,

(xi) filtrar y evaporar la mezcla obtenida en la etapa (x) obteniendo como producto final anhidroglucosa.

También es característica de la invención el que el catalizador empleado en la etapa (x) es ácido clorhídrico.

Descripción detallada de una realización preferida de la invención

Aunque la invención se describe en términos de una realización específica preferida, será fácilmente evidente para los expertos en esta técnica que se pueden hacer diversas modificaciones, redisposiciones y reemplazos. El alcance de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas a la misma

El proceso de elaboración de glucosa, objeto de la invención, comienza con la llegada de 5.000 Kg de papel reciclado a una tolva. En este equipo, la materia prima se encuentra a 19°C y a 101,33 kPa. Desde esta tolva, cae el papel a una trituradora donde tiene lugar la desintegración del material lignocelulósico y la mezcla de éste con el agua, que da lugar a

la aparición de una sustancia denominada pulpa; que se encuentra a 60°C y 170 kPa. Para ello, se introduce en la trituradora 43.497 Kg de agua destilada a 1°C y 114 kPa.

La pulpa formada en el triturador posee un flujo másico de 48.497 Kg/día y una composición en fracción de peso de 1,03% de lignina, 1,75% de celulosa gama, 2,10% de celulosa beta, 3,10% de celulosa alfa, 67,56% de agua absorbida, 4,12*10'*% de agua coloidal, 23,66% de agua capilar, 1,75*10'*% de acetato de plomo, 1,34*10'*% de ñalocianato de cobalto y 1,03*10'*% de grapas.

Una vez formada la pulpa, esta es bombeada a 220 kPa y 65°C hasta un reactor centrífugo. En este reactor se producirá la separación del material fibroso de las grapas de hierro y la formación del acetato de plomo trihidratado. Los 48.497 kg de pulpa que entra a la temperatura de 65°C y 200 kPa en este separador se dividen en dos corrientes, una menos densa que sale por la cabeza de la centrífuga del reactor y una densa que sale por la base de dicho equipo. La corriente menos densa está constituida por 48.019 Kg de material fibroso que se encuentra 76,20°C 108 kPa. Este material fibroso está formado por 9,62*10'*% de fracción peso de lignina, 1,71% de fracción peso de celulosa gama - hemicelulosa -, 2,08% de fracción peso de celulosa beta, 3,12% de fracción peso de celulosa alfa, 2,00*10'5% de fracción peso de acetato de plomo, 4,01*10'3% de fracción peso de acetato de plomo trihidratado, 9,90*10'2% de fracción peso de ftalocianato de cobalto, 68% de fracción peso de agua de absorción, 4,16*10'*% de fracción peso de agua coloidal y 24% de fracción peso de agua capilar. En cambio, la corriente... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento de elaboración de glucosa mediante hidrólisis acido-térmica que comprende las etapas de:

(i) tratar papel reciclado en una trituradora para obtener una pulpa,

(ii) tratar la pulpa obtenida en la etapa (i) en un reactor centrífugo para obtener una mezcla que comprende al menos lignina, celulosa, hemicelulosa, acetato de plomo, ftalocianato de cobalto y agua,

(iii) tratar la mezcla obtenida en la etapa (ii) en un equipo de floculación para separar las fibras lignocelulósicas del acetato de plomo y del ftalocianato de cobalto,

(iv) tratar la mezcla obtenida en la etapa (iii) en un equipo de decantación para eliminar los restos de acetato de plomo y ftalocianato de cobalto,

(v) hacer reaccionar la mezcla obtenida en la etapa (iv) con una disolución de hidróxido de sodio, en un reactor de continuo, para obtener una mezcla, por hidrólisis básica y oxidación del material lignocelulósico, que comprende al menos l-ol,2-metoxi,4(l,2,3)-propanotriol, benceno, celulosa gama, celulosa beta, celulosa alfa, lignanos, benceno, 2-ol-etanal y agua.

(vi) tratar la mezcla obtenida en la etapa (v) en un equipo de filtrado, un reactor y un equipo de decantación para obtener una mezcla que comprende al menos 1-formil, 3-metoxi, 4-ol, benceno, 2-ol, etanal, Aceite de pino, Oxígeno, Nitrógeno, Celulosa beta oxidada, Celulosa gama oxidad, Agua absorbida, Agua capilar, Lignanos, Celulosa beta, Celulosa gama, l-ol, 2- metoxi, 4 (2,3)-propanodiol, benceno, Hidróxido de sodio, Ácido acético y Acetato de celulosa,

(vii) filtrar la mezcla obtenida en la etapa (vi) y mezclar el precipitado (acetato de celulosa) con etanol,

(viii) tratar la mezcla obtenida en la etapa (vii) con celulosa alfa,

(ix) calentar la mezcla obtenida en la etapa (viii) y hacerla reaccionar con una disolución ácida para que se produzca la reacción de hidrólisis ácida junto a la reacción de transformación de acetato de celulosa beta en acetato de etilo y glucosa,

(x) calentar la mezcla obtenida en la etapa (ix) y degradar la celulosa alfa contenida en dicha mezcla mediante un proceso de hidrólisis ácido-térmica,

(xi) filtrar y evaporar la mezcla obtenida en la etapa (x) obteniendo como producto final anhidroglucosa.

2.- Procedimiento de elaboración de glucosa mediante hidrólisis acido-térmica, según reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador en la etapa (x) es ácido clorhídrico.