Un procedimiento para la revalorización energética de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos, e instalación

La presente invención pertenece al campo de la producción de energía a partir de residuos sólidos urbanos (RSU) .

El objetivo general es un procedimiento para la revalorización energética de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos (RSU) . Un objetivo adicional es la obtención de etanol de una manera eficiente y a un coste que haga posible la adopción de la tecnología por la industria.

Estado de la técnica anterior a la invención El hecho de que una fracción significativa de Residuos Sólidos Urbanos (R. S. U) (papel, vegetales, alimentos y madera) aporte a éstos un contenido celulósico importante, potencialmente convertible a glucosa por hidrólisis y posteriormente a etanol por fermentación, ha animado a ciertos países a desarrollar esta vía para crear una nueva fuente de energía renovable (bioetanol) al tiempo que se reduce el crecimiento de los R. S. U. La utilización de la fracción orgánica de los R. S. U. como materia prima para la producción de etanol permitiría la revalorización de un residuo mediante la obtención de un combustible limpio y de gran futuro.

Una primera solución para la cada vez mayor acumulación de R. S. U. ha sido la utilización de aquella fracción con características aceptables como combustible, de forma que se produzca simultáneamente energía térmica y eléctrica (cogeneración) o bien energía eléctrica exclusivamente (generación) . En este tipo de actuaciones la rentabilidad no es el único factor a tener en cuenta.

El uso de R. S. U. como materia prima para la producción de etanol combustible puede ayudar, no sólo a

relajar la presión del aumento de la superficie de vertederos, sino proporcionar la forma más sostenible de energía posible. Las instalaciones para transformar los R. S. U. en etanol podrían proporcionar una solución local a la acumulación de estos residuos, no requiriendo ningún proceso térmico (que genera una gran oposición social) , y empleando, en lugar de procesos térmicos, un proceso biotecnológico extensamente aceptado, de hidrólisis y fermentación. La fracción orgánica de los R. S. U. no tiene el problema de recogida y transporte que plantean los residuos agrícolas ya que se recogen sistemáticamente en plantas de tratamiento bien establecidas. Por otra parte, estas materias primas para la producción de etanol no están sujetas a estacionalidad, haciendo que su disponibilidad y almacenamiento plantee menos problemas que los residuos agrícolas.

En la actualidad las materias primas para la producción de biocarburantes renovables tienen sus precios ligados a mercados no directamente relacionados con el mercado de los combustibles de automoción. El coste del azúcar y los cereales están regidos por los mercados alimentarios y tienen precios elevados. La búsqueda de materias primas de bajo coste, alternativas a las tradicionales, es crucial para reducir costes en la producción de bioetanol y asegurar la rentabilidad de los proyectos. La utilización de biomasa lignocelulósica es, a medio plazo, la opción más prometedora para la obtención de etanol combustible a bajos costes.

La producción de etanol a partir de los R. S.U. proporcionaría una solución revolucionaria a diversos problemas ambientales ya que a la vez que se elimina un residuo se genera un combustible renovable.

Existen desarrollos de algunas tecnologías de procesamiento de la celulosa presente en los R. S.U, aunque aún no hay instalaciones industriales en operación. En la

última década se ha investigado intensamente en este área, principalmente en Estados Unidos, y se han desarrollado diversas alternativas basadas en hidrólisis acida (Masada Resource en EE.UU.) y enzimática (Iogen en Canadá). En Europa no existen desarrollos que puedan proporcionar tecnologías que den solución a todas las etapas que se requieren en un proceso completo de transformación de R. S.U.

La producción de etanol a partir de materia de origen agrícola es una tecnología desarrollada suficientemente a nivel industrial desde finales de la 2 ^a Guerra Mundial.

Sin embargo, estas tecnologías no han sido aplicadas para el tratamiento de los R. S. U., concretamente a su fracción celulósica, sin duda por la mayor complicación que entraña y los menores rendimientos en producción de etanol que se alcanzan.

Diversas patentes han protegido hasta ahora distintas variantes de procedimientos para el tratamiento de residuos y obtención de biocombustibies, entre otras: US-4.009.075, divulga un procedimiento para fabricar alcohol - etanol - a partir de material celulósico procedente de residuos, mediante la hidrólisis de dicho material a azúcares y sometimiento de la mezcla resultante a digestión y fermentación simultánea para convertir el azúcar en alcohol usando un inoculo que comprende un enzima celulasa y levadura. El procedimiento comprende la esterilización del material celulósico, destilación a vacío para aislar el alcohol y la recuperación del inoculo para su reutilización. La esterilización del material celulósico consiste en un tratamiento con vapor, suficiente para eliminar cepas de bacterias que pueden dar reacciones no deseadas.

ES-2166316 divulga un procedimiento de producción de etanol a partir de biomasa lignocelulosica, que comprende realizar un pretratamiento de la biomasa que consiste en

moler la biomasa y someterla a explosión a vapor a una temperatura de 190-230 ⁰ C durante 1 a 10 minutos, recoger el material pretratado en un ciclón; separar las fracciones líquida y sólida mediante filtración, tratar el material sólido en un fermentador añadiendo una celulasa y β-glucosidasa e inocular el fermentador con Kluveromyces ma.rxia.nus.

US-3.990.944 divulga un procedimiento de obtención de etanol mediante la reacción bajo condiciones anaeróbicas de material celulósico, una celulasa y un microorganismo que produce alcohol, siendo los materiales de partida procedentes de cultivos agrícolas como paja de arroz, paja de trigo, madera, algodón, hojas de maíz, incluso periódico, papel corrugado y trozos de papel. El material de partida es desintegrado y esterilizado térmicamente, y simultáneamente a la hidrólisis enzimática mediante adición de celulasa - o un microorganismo productor de celulasa, se adiciona el microorganismo (por ejemplo, Saccharomyces cerevisiae) que produce la fermentación a alcohol.

US-6.267.309 divulga un procedimiento para producir etanol a partir de residuos sólidos urbanos que comprende - según una realización - un pretratamiento con ácido sulfúrico diluido para solubilizar los metales pesados restantes y producir un componente soluble y otro insoluble, separar el componente soluble del insoluble, secar el componente insoluble, tratar el componente insoluble con ácido sulfúrico concentrado para dar una mezcla parcialmente hidrolizada, diluir la mezcla anterior, agitar y separar los sólidos, concentrar el filtrado para obtener una parte rica en azúcar y fermentar el azúcar. No se realizan una hidrólisis enzimática y fermentación simultáneas.

US-5.407.817 divulga un procedimiento para tratar residuos sólidos que comprende un pretratamiento de los

mismos con ácido sulfúrico diluido para reducir el contenido de metales pesados, siendo dicho procedimiento similar al divulgado por US-6.267.309.

US-4.321.328 divulga un procedimiento para producir etanol a partir de materiales que comprenden celulosa, que comprende sacarificación, fermentación y destilación para recuperar etanol, pero en el que la sacarificación y la fermentación se llevan a cabo de manera separada.

EP-0005703 divulga un procedimiento para tratar residuos como aguas residuales, residuos domésticos etc, según el cual los residuos -después de eliminar materiales reciclables como vidrio etc - son hidrolizados por anhídrido sulfuroso - presente en el agua - para convertir los compuestos hidrolizables en materias fermentables y finalmente en carburante como etanol. La sacarificación y la fermentación se llevan a cabo de manera separada.

GB-I.604.948 divulga un procedimiento para obtener simultáneamente fuel líquido y un producto nutritivo, a partir de residuos sólidos, dicho procedimiento comprende someter la biomasa a hidrólisis acida y convertirla en azúcar fermentable. La hidrólisis acida se produce en presencia de ácido sulfuroso. No se lleva a cabo una hidrólisis enzimática.

US-4.093.516 divulga un procedimiento para convertir residuos urbanos en fuel líquido, dicho procedimiento comprende concentración parcial, sacarificación, fermentación y destilación. Se realizan simultáneamente la hidrólisis y la sacarificación, mediante agentes químicos, y a continuación - después de inactivar el componente hidrolítico y de ajustar el pH y el contenido de sólidos - se realiza la fermentación. No se lleva a cabo una hidrólisis enzimática simultáneamente con la fermentación.

US-4.237.226 divulga un procedimiento para tratar sustancias celulósicas antes de su hidrólisis con objeto de elevar el rendimiento en azúcar y disminuir el tiempo

de dicha hidrólisis. La hidrólisis puede ser química o enzimática. Por lo tanto esta patente se dirige a un pretratamiento del material celulósico y no divulga ninguna etapa posterior de fermentación y recuperación de alcohol .

WO- 9012103 divulga un procedimiento para fabricar alcohol a partir de residuos que contienen celulosa, y que comprende separar los materiales que no comprenden celulosa, hidrolizar por vía química o enzimática los materiales celulósicos, ajustar el pH en un tanque de almacenamiento, fermentar en un fermentador, eliminar sólidos y destilar el etanol .

EP-I.690.944 divulga un procedimiento de obtención de alcohol a partir de materiales lignocelulósicos, que comprende pretratamiento químico y/o físico de un sustrato celulósico o ligno-celulósico, hidrólisis enzimática del sustrato pretratado y fermentación etanólica por un microorganismo.

Entre la literatura no patente relacionada con la presente invención se pueden citar las siguientes publicaciones :

Ballesteros, I., Oliva, J. M., Negro, M. J., Manzanares, P., Ballesteros, M. Applied Biochemisticy and Biotechnology, 98-100, 717-732 (2002), - Ballesteros, I., Oliva, J. M; Negro, M. J., Manzanares, P., Ballesteros, M. Process Biochemistry, 38(2), 187-192 (2002).

Ballesteros, I., Oliva, J.M. , Negro, M. J., Manzanares, P., Ballesteros, M. Grasas y Aceites, 53(3), 282-288 (2002) .

Ballesteros, M., Oliva, J.M. , Manzanares, P., Negro, M. J., Ballesteros, I. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 8, 559-561 (2002) .

Negro, M. J., Manzanares, P., Ballesteros, I., Oliva, J. M., Cabanas, A., Ballesteros, M. Applied

Biochemistry and Biotechnology 105-108, 87-100 (2003) .

- Oliva, J. M., Saez, F. Ballesteros, I., González, A., Negro, M. J., Manzanares, P., Ballesteros, M. Applied Biochemistry and Biotechnology 105-108, 141-153 (2003). - Negro, M. J., Manzanares, P., Oliva, J.M., Ballesteros, I., Ballesteros, M. Biomass and Bioenergy 25, 301-308 (2003) .

Oliva, J.M. , Ballesteros, I., Negro, M. J. , Manzanares, P., Ballesteros, M. Process Biochemistry, 39, 1843-1848 (2004) .

Oliva, J.M. , Ballesteros, I., Negro, M. J., Manzanares, P., Ballesteros, M. Biotechnology Progress 20 (3), 715-720 (2004).

Oliva, J.M., Manzanares, P., Ballesteros, I., Negro, M. J., González, A. Ballesteros, M. Application of Fenton reaction to steam explosión prehydrolyzates from poplar biomass. Applied Biochemistry and Biotechnology (aceptado para su publicación) .

La aplicación del nuevo procedimiento de tratamiento de residuos urbanos permitirá la revalorización de un residuo disminuyendo los efectos nocivos de la acumulación de los residuos sólidos urbanos en los vertederos controlados .

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la revalorización energética de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) Pretratamiento de dicha fracción orgánica con ácidos minerales - preferentemente ácido sulfúrico- , mediante calentamiento por camisa térmica exterior sin inyección de vapor y sin explosión de vapor, obteniéndose un primer slurry que contiene un sólido insoluble

susceptible de ataque enzimático mediante celulasas, b) una etapa de hidrólisis enzimática, mediante celulasas, y fermentación simultánea mediante un microorganismo etanologénico, de dicho primer slurry obteniéndose un segundo slurry que contiene etanol diluido, c) destilación de dicho segundo slurry obteniéndose etanol húmedo, un efluente líquido reciclable y un sólido.

En el procedimiento de tratamiento de la fracción de los residuos se utiliza en concreto la fracción azucarada de los residuos sólidos urbanos que puede estar compostada o no, y preferentemente está en forma de compost.

De los residuos sólidos urbanos para su utilización en el procedimiento de la invención se retiran previamente los materiales reciclables.

Además retirando una parte de los componentes inorgánicos (sílice) contenidos en los residuos se aumenta el contenido de los residuos en materia orgánica.

La alimentación de la materia prima se puede realizar mediante dispositivos mecánicos, que impiden la entrada al pretratamiento de tierras y metales, presentes de forma habitual en los residuos sólidos urbanos.

El procedimiento comienza sometiendo los R. S. U. a un proceso de hidrólisis acida diluida a baja presión y temperatura moderada en las condiciones indicadas anteriormente para la etapa de pretratamiento. La materia lignocelulósica de dichos residuos sólidos es atacada, químicamente, de manera que, por una parte, se logra debilitar la estructura lignocelulósica y, por otra parte, se hidroliza la fracción hemicelulósica obteniéndose principalmente xilosa. En este proceso, la xilosa no es aprovechada para su fermentación a bioetanol.

La debilitación de la estructura lignocelulósica, permite abrir vías de acceso hacia el núcleo del material lignocelulósico donde se encuentra localizada la celulosa.

De este modo, la celulosa podrá ser hidrolizada a glucosa y, posteriormente fermentada a etanol mediante la acción de enzimas y levaduras, respectivamente.

La etapa de pretratamiento con ácido se realiza a una concentración de ácido entre 0,1 y 5% en volumen, preferentemente a una concentración entre 0,2 y 1,5 % en volumen, más preferentemente entre 0,5 y 1% en volumen.

Según el procedimiento de la invención la etapa de pretratamiento con ácido se realiza preferentemente a una temperatura entre 100 y 180 ⁰ C, más preferentemente entre 120-140 ⁰ C.

Según el procedimiento de la invención la etapa de pretratamiento con ácido se realiza preferentemente con un tiempo de residencia entre 30 y 90 minutos, más preferentemente entre 40 y 60 minutos.

La etapa de pretratamiento con ácido se realiza con una carga de sólidos iniciales (sustrato) entre 5 - 40 % en peso/volumen, preferentemente entre 10-30 % peso/volumen.

De modo preferido la etapa de pretratamiento con ácido se realiza con ácido sulfúrico a una concentración entre 0,5 y 1% en volumen, a una temperatura entre 120-140

⁰ C y con un tiempo de residencia entre 40 y 60 minutos, y carga de sólidos entre 10 y 30 % peso/volumen.

La etapa de pretratamiento con ácido se realiza preferentemente en un reactor, tipo mezcla completa, de diseño cónico y con agitación interna mediante tornillo de Arquímedes . Una realización especialmente preferida comprende en la etapa de pretratamiento preparar una suspensión al 30% en peso de fracción orgánica compostada y someterla a una hidrólisis acida con ácido sulfúrico diluido al 1% v/v de ácido en agua, a 121°C y 1 bar, realizando dicha etapa en 1 hora en un reactor de tipo mezcla perfecta, de diseño

cónico y con agitación interna mediante tornillo de Arquímedes .

En el procedimiento de la invención se pueden usar microorganismos modificados genéticamente para actuar sobre azúcares actualmente "no" fermentables (xilosa, arabinosa, etc.).

A continuación, es decir, después de la etapa de pretratamiento, se procede a la neutralización parcial del primer slurry antes de someterlo a la etapa de hidrólisis enzimática mediante celulasas, y fermentación. Dicha neutralización parcial tiene como objeto alcanzar un pH ligeramente ácido adecuado para la siguiente etapa.

Según una realización particular en la etapa de pretratamiento se baja la temperatura del medio pretratado preferentemente hasta aproximadamente 42 ⁰ C y se neutraliza con sosa caustica diluida hasta alcanzar un pH comprendido entre los 4,8 y 5,5, utilizando un agente neutralizante y sometiéndolo a una agitación suave para facilitar la neutralización. El primer slurry prehidrolizado procedente de la etapa anterior se somete a un periodo de sacarificación y fermentación simultánea, durante varios días. En la etapa de sacarificación, la celulosa se hidroliza a glucosa por acción de celulasas. En la etapa de fermentación, la glucosa se transforma en etanol por acción de levadura. Ambas etapas ocurren simultáneamente. Durante esta etapa, el calor de fermentación generado se elimina mediante un adecuado sistema de refrigeración por recirculación del propio caldo de fermentación. Según una realización particular preferida, en la etapa de hidrólisis y fermentación simultánea se utiliza una levadura productora de etanol a una temperatura comprendida entre los 35 ⁰ C y 42 ⁰ C, utilizando celulasas en una cantidad entre 10 y 40 FPU/gramo de celulosa y tiempos no superiores a 140 horas.

La levadura puede ser por ejemplo K. marxianus. Se pueden usar nutrientes durante la fermentación que actúan como aceleradores y reducen el tiempo de la misma.

El segundo slurry, obtenido en la etapa de fermentación, se destila de forma convencional en la unidad de destilación. La destilación del segundo slurry se lleva a cabo en dos etapas: rectificación mediante arrastre con vapor, y destilación azeotrópica.

En la rectificación se obtiene un etanol húmedo que se envía a la destilación azeotrópica y una suspensión acuosa que se envía a tratamiento de efluentes, donde se obtiene el sólido. En la destilación azeotrópica se obtiene etanol azeotrópico, que también está húmedo y se seca mediante un tamiz, como una zeolita, y un efluente líquido que se retorna a la primera etapa de destilación o rectificación.

En la etapa de rectificación el bioetanol se separa del grueso de la suspensión acuosa en la que se encuentra a la salida de los fermentadores . El etanol así obtenido, tiene un contenido importante de agua que requiere de una etapa de destilación adicional para reducirlo al correspondiente del azeótropo etanol-agua. Las dos corrientes principales de esta etapa del procedimiento son el bioetanol de composición azeotrópica y un efluente líquido que se retorna a la primera etapa de destilación.

El etanol azeotrópico se almacena hasta su envío a cisternas, momento en el cual es secado mediante tamiz molecular. Esta operación tiene lugar en la unidad de deshidratración de la instalación. La fracción acuosa procedente de la unidad de destilación se somete a un proceso de evaporación para eliminar la fracción sólida (el sólido de la etapa c) de destilación) y recuperar la mayor parte del agua, que se someterá a un proceso de tratamiento biológico, en principio de nivel secundario, para eliminar al máximo los

componentes solubles orgánicos que, en principio, no son de interés y podrían impedir el correcto desplazamiento de las reacciones de sacarificación y fermentación.

El segundo slurry obtenido tras la etapa de SFS se somete a separación sólidos-etanol-agua mediante un procedimiento de stripping en la columna de rectificación de la etapa de destilación.

La columna de rectificación es preferentemente de platos de pantalla para conseguir el doble propósito de la separación del etanol, por arrastre con vapor, y un tercer slurry.

Según una realización particular adicional se optimiza la etapa de destilación hasta alcanzar una pureza del producto final que permita su comercialización en el mercado.

La fracción líquida obtenida en la primera etapa de destilación, es decir en la rectificación, se somete a una evaporación flash a vacío lo que permitirá la recuperación de aproximadamente el 90% del agua utilizada en este proceso.

El residuo sólido obtenido en la etapa de evaporación flash podrá ser utilizado como combustible sólido para una caldera de cogeneración para la producción de energía térmica y eléctrica por medio de turbinas. Un objeto adicional de la presente invención es el uso del procedimiento para producir de etanol utilizando como materia prima la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos, preferiblemente en forma de residuo compostado. Un objetivo adicional de la presente invención es el desarrollar una alternativa viable desde el punto de vista medioambiental al tratamiento de los residuos sólidos urbanos, minimizando los efectos negativos de su acumulación en los vertederos controlados . También otro objetivo es el uso del residuo sólido

generado después del proceso de producción de etanol para su revalorización energética mediante un proceso de producción de calor y/o electricidad mediante combustión.

La presente invención se refiere además a una instalación para el tratamiento de residuos sólidos urbanos mediante un procedimiento que comprende las siguientes etapas: a) Pretratamiento de dicha fracción orgánica con ácidos minerales, - preferentemente ácido sulfúrico -, mediante calentamiento por camisa térmica exterior sin inyección de vapor, y sin explosión de vapor obteniéndose un primer slurry que contiene un sólido insoluble susceptible de ataque enzimático mediante celulasas, b) una etapa de hidrólisis enzimática, mediante celulasas, y fermentación simultánea mediante un microorganismo etanologénico de dicho primer slurry obteniéndose un segundo slurry que contiene etanol diluido, c) destilación de dicho segundo slurry obteniéndose etanol húmedo, un efluente líquido reciclable y un sólido.

Dicha instalación para el tratamiento de residuos sólidos urbanos comprende al menos:

- una unidad de pretratamiento (100) de la fracción orgánica de los residuos, que comprende al menos una sección de carga y al menos una sección de prehidrolizado

- una unidad de hidrólisis y fermentación simultáneas (300), y

- una unidad de destilación (400) que comprende al menos una sección de rectificación y al menos una sección de destilación azeotrópica.

Opcionalmente comprende además una unidad de tratamiento de efluentes (600) , así como una unidad de preparación y manejo de los residuos.

La instalación de la presente invención puede comprender además una unidad de deshidratación del etanol.

La instalación de la presente invención puede comprender además :

- al menos una unidad de generación de vapor

- al menos una unidad de agua de refrigeración - al menos una unidad de agua fría al menos una unidad de aire de planta e instrumentos y

- medios de almacenamiento de combustible

La instalación puede comprender además un laboratorio de control de la instalación.

Según realizaciones particulares la unidad de pretratamiento comprende al menos : - un recipiente preparador de carga a reactores (V- 101) ,

- una bomba de alimentación a reactores (P-IOl)

- un recipiente de producto del reactor (V-102)

- una bomba de alimentación a fermentadores (P-102) - reactores de prehidrólisis (RlOl)

- una bomba de enfriamiento de los reactores

- un enfriador del prehidrolizado (E-IOl) .

En la unidad de pretratamiento tiene lugar la primera etapa del procedimiento. En esta unidad se somete a los

R. S. U. a un proceso de hidrólisis acida diluida con ácidos minerales, preferentemente ácido sulfúrico, en las condiciones que se han descrito anteriormente para el procedimiento de la invención.

Según la invención, la materia prima puede ser los residuos sólidos urbanos después de la recuperación de los materiales reciclables, ya sean compostados o sin compostar. El contenido en azúcares es de alrededor de un 25% (del peso seco) de la materia prima.

Según realizaciones particulares la unidad de hidrólisis y fermentación simultáneas comprende al menos :

- un recipiente termentador (V-301/304)

- una bomba de producto de fermentación (P-301/304) y - un refrigerante del caldo de fermentación (E-

301/304) .

Según realizaciones particulares la unidad de destilación comprende al menos: - un recipiente de alimentación (V-401) ,

- una bomba de alimentación (P-401) ,

- una columna rectificadora (T-401) ,

- un primer condensador de columna (E-402) ,

- un primer hervidor de columna (E-401) , - un recipiente de válvulas de seguridad (V-402) ,

- una columna azeotrópica (T-402) ,

- un segundo condensador de columna (E-404) ,

- un segundo hervidor de columna (E-403) ,

- un enfriador de bioetanol (E-405) y - una bomba de fondos (P-402) .

La unidad de deshidratación del etanol puede comprender al menos :

- un tanque de bioetanol húmedo (V-501) , - una bomba de bioetanol húmedo (P-501) ,

- un enfriador de bioetanol (E-501) y

- una torre de secado (T-501) .

La unidad de tratamiento de efluentes (600) , puede comprender al menos:

- una sección de evaporación a vacío que comprende al menos :

- un separador a vacío (V-601)

- una bomba de concentrado (P-601) y - un evaporador (E-601) y

- una sección de condensación de agua recuperada, que comprende al menos :

- un acumulador de agua recuperada (V-602) ,

- una bomba de agua a tratamiento (P-602) , - un eyector (K-601) ,

- un precondensador (E- 602) y

- un postcondensador (E- 603) .

De modo preferente la instalación de la presente invención comprende: una unidad de pretratamiento de la fracción orgánica de los residuos, que comprende una sección de carga y una sección de prehidrolizado, una unidad de hidrólisis y fermentación simultáneas,

- una unidad de destilación que comprende una sección de rectificación y una sección de destilación azeotrópica,

- una unidad de deshidratación del etanol, una unidad de tratamiento de efluentes, que comprende:

- una sección de evaporación a vacio y una sección de condensación de agua recuperada,

- una unidad de preparación y manejo de los residuos, - una unidad de generación de vapor

- una unidad de agua de refrigeración

- una unidad de agua fría

- una unidad de aire de planta e instrumentos y

- medios de almacenamiento de combustible.

Una realización preferida de la instalación de la invención es una como se muestra en las figuras 1 a 17. Según dicha realización la materia prima se almacena en al menos una tolva de carga con fondo troncopiramidal y al menos una válvula rotativa. De esta tolva de carga se transporta la materia prima por una canaleta con motor

vibrador para la eliminación de restos de tierras o arenas presentes en la materia prima. Posteriormente se alimenta la tolva de carga mediante un elevador de cangilones . De la tolva de carga se lleva la materia prima a un molino donde se reduce el tamaño de partícula hasta tamaños de 1- 2 mm. Posteriormente mediante un tornillo sin fin se alimenta un separador magnético para poder retener posibles partículas férricas presentes en los residuos. Desde el molino mediante un sistema neumático se descarga la materia triturada hasta la tolva de recepción. Desde la tolva de recepción se dosifica la cantidad de materia prima a los reactores de pretratamiento mediante célula de pesada, que se muestra en la figura 1. Se añade la cantidad de agua necesaria para alcanzar la relación 1/10 solido/líquido a la tolva de recepción y se mantiene en agitación entre 30 -60 minutos para comprobar la ausencia de sólidos inorgánicos. De la tolva de recepción se alimentan los reactores de pretratamiento (figuras 2A y 2B) mediante una bomba de alimentación. Los reactores de pretratamiento son reactores de diseño cónico-vertical, con agitadores tipo tornillo de Arquímedes, una vez introducida la suspensión materia prima y agua al reactor de pretratamiento se añade la cantidad de ácido adecuada, se agita y se aumenta la temperatura hasta las condiciones adecuadas (figuras 1, 2A y 2B) . La unidad de pretratamiento consta según esta realización de al menos: una sección de carga y prehidrolizado (figura 1) que comprende : un recipiente preparador de carga a reactores

(V-IOl) , una bomba de alimentación a reactores, un recipiente de producto del reactor (V-102) , una bomba de alimentación a fermentadores (P-102) , una entrada (E) de residuos orgánicos, reactores de prehidrólisis (RlOl) que se muestran en las figuras 2A y 2B, una bomba de enfriamiento de los reactores, y un enfriador del prehidrolizado (E-IOl) mostrado en la figura 3.

Según esta misma realización preferida, en la unidad de hidrólisis (sacarificación) y fermentación (figura 4) simultáneas, el prehidrolizado procedente de la etapa anterior se somete a una hidrólisis (sacarificación) y fermentación simultánea como se ha descrito anteriormente. El calor de fermentación generado se elimina mediante un adecuado sistema de refrigeración por recirculación del propio caldo de fermentación. Esta unidad comprende al menos: un recipiente termentador (V-301/304) , una bomba de producto de fermentación (P-301/304), un refrigerante del caldo de fermentación (E-301/304) .

El producto, una vez fermentado, se destila de forma convencional en la unidad de destilación (figuras 6 y 7) que consta básicamente en dos secciones cada una de ellas relativa a la etapa del mismo nombre: rectificación

(figura 6) y destilación azeotrópica (figura 7) tal como se ha descrito anteriormente. La unidad de destilación comprende al menos: una columna rectificadora (T-401) , un primer condensador de columna (E-402) , un primer hervidor de columna (E-401) y un recipiente de válvulas de seguridad (V-402) mostrados en la figura 6, un recipiente de alimentación (V-401) , una bomba de alimentación (P- 401) , un analizador (A-401) mostrados en la figura 5, y una columna azeotrópica (T-402) , un segundo condensador de columna (E-404) , un segundo hervidor de columna (E-403) , un enfriador de bioetanol (E-405) y una bomba de fondos (P-402) mostrados en la figura 7.

Según esta misma realización el etanol azeotrópico es secado mediante tamiz molecular. Esta operación tiene lugar en la unidad de deshidratración (500) (figura 8) , que comprende al menos un tanque de bioetanol húmedo (V- 501) , una bomba de bioetanol húmedo (P- 501), un enfriador de bioetanol (E-501) y una torre de secado (T-501) .

Según esta misma realización la fracción acuosa, procedente de la unidad de destilación se somete a un

proceso de evaporación para eliminar la fracción sólida y recuperar la mayor parte del agua, que se someterá a un proceso de tratamiento biológico. Todos estas operaciones tienen lugar en la unidad de tratamiento de efluentes, que se muestra en la figura 9, y que comprende al menos: una sección de evaporación a vacío la cual a su vez comprende al menos un separador a vacío (V-601) , una bomba de concentrado (P-601) y un evaporador (E-601) mostrados en la figura 9; y al menos una sección de condensación de agua recuperada, la cual comprende a su vez al menos: un acumulador de agua recuperada (V-602) , una bomba de agua a tratamiento (P-602) , un eyector (K-601) , un precondensador (E-602) y un postcondensador (E-603) .

Según esta realización, la instalación comprende además una unidad de preparación y manejo de los residuos, una unidad de generación de vapor, una unidad de agua de refrigeración, una unidad de agua fría, una unidad de aire de planta e instrumentos y medios de almacenamiento de combustible . De acuerdo con la misma realización, la instalación puede comprender otras unidades de almacenamiento y dosificación de productos químicos y los servicios auxiliares propios para lograr su funcionamiento.

Mediante el procedimiento de la presente invención se conseguirá la protección y regeneración del suelo, pudiendo ser clausurados los puntos de vertido incontrolado de residuos urbanos, recuperando estos espacios degradados.

La instalación para llevar a cabo el procedimiento de la invención puede transformar 500 t/día de R. S.U.

La presente invención proporciona las siguientes ventajas :

- no es preciso llevar a cabo un pretratamiento de biomasa lignocelulósica por explosión por vapor. - La obtención de un producto de alta demanda

energética en el mercado de la autotnoción: el etanol deshidratado .

- La conversión de los R. S. U en un subproducto sólido inerte de características adecuadas para su utilización como combustible en el propio proceso.

- La autogeneración de la energía eléctrica y térmica requerida por el proceso mediante algún sistema de cogeneración (ciclo simple con turbina de vapor, ciclo simple con turbina de gas o ciclo combinado) . - La exportación y venta de la energía eléctrica generada en exceso por el sistema de cogeneración implantado .

Con la instalación de la presente invención se podrán procesar al menos de 2 a 5 toneladas de residuo al día.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 muestra la sección de carga y prehidrolizado de la unidad de pretratamiento (100) .

Las figuras 2A y 2B muestran la sección de prehidrólisis de la unidad de pretratamiento (100) .

La figura 3 muestra la sección de enfriamiento y prehidrolizado de la unidad de pretratamiento (100) .

La figura 4 muestra la unidad de fermentación (300) . La figura 5 muestra la unidad de destilación (400) . La figura 6 muestra la sección de rectificación de la unidad de destilación (400) .

La figura 7 muestra la sección de destilación azeotrópica en la unidad de destilación (400) .

La figura 8 muestra la unidad de deshidratación del bioetanol (500) .

La figura 9 muestra la unidad de tratamiento de efluentes (600) , concretamente, la sección de evaporación a vacío.

La figura 10 muestra la unidad de tratamiento de efluentes (600) , concretamente, la sección de condensación

de agua recuperada.

La figura 11 muestra la sección de suministro y retorno de agua de refrigeración.

La figura 12 muestra un esquema de flujo de vapor y condensado.

La figura 13 muestra un esquema de la instalación de aire/instrumentos .

La figura 14 muestra un esquema de la distribución de gasoil . La figura 15 muestra un esquema de la distribución del aire a fermentadores .

La figura 16 muestra un esquema de la distribución de sosa (NaOH) .

La figura 17 muestra un esquema de la distribución de ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ) .

LISTA DE REFERENCIAS UTILIZADAS EN LAS FIGURAS En la figura 1 :

V-101 Recipiente preparador de carga a reactores P-101 Bomba de alimentación a reactores V- 102 Recipiente de producto del reactor P-102 Bomba de alimentación a fermentadores E Entrada de residuos orgánicos A-102 Analizador.

En la figura 2A:

R-101 A/B Reactores de Prehidrólisis XV112B, XV-106A, XV115A y XV104A: Válvulas Nl localizar a 2 m. Mínimo por encima de V-102 N2 localizar la TCV-101A a mínima distancia del

R101A N3 localizar a mínima distancia del R101A y E-101B las válvulas XV-112A y B respectivamente N4 conexión toma de muestra brida reductora.

En la figura 2B :

TTlOl transmisor de temperatura R-101B Reactor de Prehidrólisis A-103B analizador Nl localizar a 2 m. Mínimo por encima de V-102

N2 localizar la TCV-101B a mínima distancia del

R101B

N3 localizar picaje lo más próximo posible a V402 N4 conexión toma de muestra brida reductora.

En la figura 3 :

P-103 Bomba de enfriamiento de los reactores R-101 A/B

E-101 Enfriador del prehidrolizado.

En la figura 4 :

V-301/304 Recipientes fermentadores P-301/304 Bombas de producto de fermentación E-301/304 Refrigerante del caldo de fermentación XV-320, XV321: Válvulas

Nl: accesible desde plataforma superior (ver la figura 15) .

En la figura 5: V-401 Recipiente de alimentación P-401 Bomba de alimentación A-401 analizador.

En la figura 6 : T-401 columna rectificadora

E-402 Condensador de columna

E-401 Hervidor de columna

V-402 recipiente de válvulas de seguridad

LIC controlador de nivel En esta figura la parte inferior izquierda, el punto

superior donde indica "a tratamiento" continúa con la figura 9 y el punto inferior con la leyenda "a tratamiento" continúa con la figura 10.

En la figura 7:

T-402 Columna azeotrópica E-404 condensador de columna E-403 hervidor de columna E-405 enfriador de bioetanol P-402 Bomba de fondos

LCV: válvula de control de nivel V- 501 Tanque de bioetanol húmedo.

En la figura 8: V-501 Tanque de bioetanol húmedo P-501 Bomba de bioetanol húmedo E-501 Enfriador de bioetanol T-501 torre de secado N2 aislamiento antifuego

En la figura 9:

V-601 separador a vacío P-601 Bomba de concentrado E-601 Evaporador Nl línea con flujo en dos fases, soportar para evitar vibraciones,

Nota 2: localizar la válvula PCV-605 próxima a la entrada de V-601.

En la figura 10:

V-602 Acumulador de agua recuperada

P-602 Bomba de agua a tratamiento

K-601 Eyector

E-602 Precondensador E-603 Postcondensador.

En las figuras 11, 12 y 13 las referencias significan lo mismo que se indica en las otras figuras en las que aparecen los mismos elementos .

En la figura 14 :

V-703 Tanque de gasóleo P-703 Bomba de gasóleo

En la figura 16:

V-702 Acumulador de sosa P-702 Bomba de sosa

En la figura 17: V-701 Acumulador de ácido P-701 Bomba de ácido.

En general, en las figuras:

TT transmisores de temperatura PSV válvulas de seguridad PLC sistema de control I Instrumentación M motores .