proyecto-bioetanol-1 (2)

8/17/2019 Proyecto-Bioetanol-1 (2)

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Universidad Técnica Federico Santa MaríaDepartamento de Ingeniería Química y Ambiental

Diseños de rocesos I!Q"#$%

royecto&tanol a partir de desec'os

vegetales

Diseño de Procesos ICQ-341

ro(esor) Andrés *argas+Alumnos) ,isselle !aroca F+

-osé Molina .+Sebasti/n ino M+Augusto 0amora ,+

*alparaíso1 2 Septiembre 34%5


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Índice

%+ 6esumen e7ecutivo+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++$

3+ 8b7etivo++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++$

#+ Introducci9n++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++5

$+ &tanol+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++:

5+ ;ioetanol++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++<

:+ Usos++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%4

acional+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%$

=+#+ Mercado 8b7etivo+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%$

2+ Marco 6egulatorio+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%:

%4+ Materia rima a utili?ar++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%<

%%+ Descripci9n del proceso+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%=

%%+%+ reparaci9n de la materia prima+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%=

%%+3+ ,asi@caci9n+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%=

%%+#+ impie?a del gas y acondicionamiento++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++%2%%+$+ Síntesis del alco'ol++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++34

%%+5+ Separaci9n de alco'oles++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3%

%%+:+ Tratamiento de aguas residuales)++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3%

%3+ Diagrama de Bu7o++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++33

%#+ ;alance de masa de las corrientes principales++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3#

%$+ !onclusiones+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++35

AneCos++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3:

AneCo I) !omposici9n de 6esiduos Domiciliarios+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3:AneCo II) Memoria de !/lculo+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3<

AneCo III) Fic'a técnica &tano++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 3=

3royecto ;ioetanol


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1. Resumen ejecutivo

&l &tanol o alco'ol etílico es un compuesto uímico ue se presenta como un

líuido incoloro1 el cual se produce principalmente mediante la (ermentaci9n dea?Ecares+ &ste es llamado bioetanol debido a ue se produce con materiabiol9gica+ &n este caso la producci9n ser/ en base principalmente a materiallignocelul9sico+

a producci9n mundial de etanol 'a crecido 'asta alcan?ar una ci(ra estimadade 24+444 millones de litros en el año 34%41 siendo &&+ UU+1 ;rasil y &uropa lasprincipales productoras de etanol+ &n su con7unto1 estas tres regiones suponenalrededor del 24 de la producci9n mundial de etanol%+ &l 5


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3. Introducción

&n la actualidad la producci9n de &tanol es un mercado en auge1principalmente por su uso como combustible el cual abarca la mayor parte desu consumo1 gracias a los bene@cios especialmente en el /rea ambiental+

&ste producto es obtenido mayoritariamente en base a materias org/nicas1 elcual es denominado bioetanol+ Sin embargo1 est/ su7eto a una (uerte polémicapara unos se per@la como un recurso energético sostenible ue puede o(recerventa7as medioambientales (rente a los combustibles (9siles1 mientras ue

para otros es el responsable de grandes de(orestaciones y aumento del preciode los alimentos1 al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producci9n+

Si bien algunas plantas de producci9n se basan en alimentos1 eCiste otra ramade estos productos biol9gicos llamados de segunda generación1 los cuales nocompiten con productos alimenticios porue se sustentan en desec'osorg/nicos+ &n este caso se traba7ar/ con este tipo de recursos1 y secontemplar/ el uso de desec'os industriales y domiciliarios1 logrando así vincular el presente proyecto en menor medida con las nuevasdes(orestaciones provocadas por las grandes empresas (orestales+

!omo se puede comprender este es un tema en boga1 en el cual est/nampliamente involucradas las políticas pEblicas y las demandas sociales yaue en los países de mayor producci9n de bioetanol se promueve e incentivasu producci9n1 (omentando menores índices de contaminaci9n1 mayorespuestos de traba7o y la utili?aci9n de energías ecol9gicas+

or otra parte1 en !'ile no eCiste un mercado de este producto+ A nivel mundialpor el contrario este elemento pudiese incorporarse de lleno dentro del /mbitode los combustibles1 ba7ando sus precios de manera gradual y promoviendo suutili?aci9n en diversos sectores1 podría llegar a ser incorporado de manera totalen el uso de autom9viles ue solo (uncionen gracias a este producto+

$royecto ;ioetanol


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4. t!no"

&l &tanol o alco'ol etílico es un compuesto uímico ue se presenta como unlíuido incoloro e inBamable con un punto de ebullici9n de


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,. ioet!no"

&l componente principal del biocombustible es el alco'ol etílico1 m/s conocidocomo etanol para reali?ar una separaci9n con el producto de consumo'umano1 se de@nido un agente desnaturali?ante ue camba las propiedadesorganolépticas del etanol+

Adem/s es distinguido con este nombre debido a su materia de origen1 ya ueutili?a para su producci9n materia biol9gica1 la cual es rica en a?Ecares talescomo celulosa1 almid9n y glucosa+

&l bioetanol se divide en dos clases segEn la materia prima a utili?ar1 estas sonde primera y segunda generaci9n1 ue se de@nen como)

o Primer! (ener!ción Son auellas en donde la materia prima contieneglucosa1 la ue se obtienen principalmente de caña de a?Ecar1 mela?as1remolac'a1 y desde almid9n el ue se obtiene de tubérculos como lapapa y la yuca+ Su desventa7a es ue son productos ue compiten comoalimentos necesarios para la poblaci9n1 por lo ue son (uertementeatacados por la opini9n pEblica y diversos estudios técnicos+

o /e(und! (ener!ción Son los ue est/n en base a celulosa1 siendo lasm/s abundantes a nivel global1 provenientes principalmente de (uenteslignocelul9sicas como la madera1 residuos agrícolas1 residuos

municipales1 residuos domiciliarios1 etc+

A continuaci9n se presenta una tabla de comparaci9n entre ambos tipos demateria prima)

#!b"! 2.- C!r!cter%stic!s de ioet!no"

Primer! 0ener!ción /e(und! 0ener!ción*!teri! $rim! ,lucosa1 Almid9n !elulosa

Di&cu"t!d deProducción

&n algunos casos1 elproceso deproducci9n es m/ssencillo+

6euiere de un mayorproceso para producirlo+

Im$!ctos deProducción

Al ser alimentos1 losconsumidores podríansu(rir impactos alprecio de la canasta(amiliar+8 bien1 desincentiva

Su uso no per7udica laproducci9n de comida1ba7os costos de materiasprimas1 no se reuierenagrot9Cicos para suproducci9n y cuida la

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la producci9n dealimentos para lapoblaci9n+

cuencas 'idrogr/@cas+

Dis$onibi"id!d *!teri!Prim!

Dependiente de lacapacidad de siembraen terreno1 de lascondiciones 'ídricas yde los serviciosecosistémicosdisponibles+

&levada por utili?ardesec'os org/nicos dediversas (uentessustentables+

Adem/s1 se compara las principales venta7as y desventa7as del uso debioetanol como producto y combustible)

+ent!j!s como $roducto

o Todo el material verde de los campos1 desec'os agrícolas y dem/spodría ser convertido en bioetanol+

o 6evitali?a las economías rurales1 y generan incentivos en el /mbitoagrícola+

o a versatilidad del cultivo+o Se me7ora el aprovec'amiento de tierras con poco valor agrícola+o &n algunos procesos del bioetanol se generan subproductos1 constituidos

b/sicamente por proteínas el cual se comerciali?a para la (abricaci9n dealimentos para animales o bien el aceite de maí? ue1 una ve? re@nado1es un producto destinado al consumo 'umano+

o &s (/cil de producir y almacenar+o &l bioetanol aparte de ser un instrumento para proteger el medio

ambiente y conservar los recursos naturales y reducir la carga contraambiental1 es también un instrumento empresarial para reducir costos yme7orar posiciones en el mercado+

o Su biodegradabilidad es del 2=1# en 3% días y no es t9Cico+

+ent!j!s como combustib"e

o >o acumula an'ídrido carb9nico en la atm9s(era a di(erencia del

consumo de carb9n o petr9leo+ &s una (uente m/s limpia de combustibleporue) emite entre $4 y =4 menos de gases invernaderos ue loscombustibles (9siles reduce la lluvia /cida1 me7ora la calidad del aire en?onas urbanas1 no contamina el agua y reduce los residuos+

o &s una (uente de combustible renovable y doméstico+o 6educe dependencia del petr9leo+o Aumenta el octano del combustible con un coste peueño+

<royecto ;ioetanol


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o *irtualmente utili?able en todos los ve'ículos) ara ue el parueve'icular utilice este combustible s9lo se necesita cambiar las partespl/sticas del circuito de combustible+

o Mayor lubricidad del motor Galarga la vida del motor y reduce ruidosH ymayor poder disolvente Gno se produce carbonilla ni se obstruyen losconductos y mantiene limpio el motorH+

=royecto ;ioetanol


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Desvent!j!s como $roducto

o a ba7a productividad por 'ect/rea+o &l potencial de resistencia a seuías y plagas1 al tener (actores

ambientales puede ser m/s inestable+o A mayor demanda de bioetanol mayor tendr/ ue ser el cultivo1 de la

materia prima del cual se eCtrae y por ende el empobrecimiento desuelo y a la ve? su acidi@caci9n por el uso de pesticidas+

Desvent!j!s como Combustib"e

o ara poder utili?ar el bioetanol como combustible puro G&%44H senecesita llevar a cabo varias modi@caciones dentro del motor1 demanera tal no alterar signi@cativamente el consumo+

i(ur! 1 Im!(en de ioet!no" de "!bor!torio

2royecto ;ioetanol


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.sos

&l etanol puede ser utili?ado en diversos empleos1 el m/s conocido es con @nesculinarios en bebidas alco'9licas1 destinado para ello un %#+ero adem/s est/presente en sectores de la industria (armacéutica como desin(ectante Gesbactericida a una concentraci9n de aproCimadamente el


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i(ur! 2.- Princi$!"es usos de" et!no"

. #ecno"o(%! de Producción

&n este proyecto1 se desarrolla la producci9n de etanol en base a material

biol9gico1 principalmente desde los desec'os1 por lo cual se denomina comobioetanol+

A continuaci9n se describen los distintos procesos y las decisiones tomadaspara el desarrollo de su producci9n)

o erment!ción de" !56c!r) este es el proceso m/s tradicional1 el cualconsiste en la (ermentaci9n de la materia org/nica mediante (amilias demicroorganismos+ &ste proceso se entiende por etapas como la diluci9n)con agua para a7ustar la cantidad de a?Ecar en la me?cla1 conversi9n) sies a partir de almid9n o celulosa reuiere de un proceso de 'idr9lisis

para llevarlos a a?ucares (ermentables1 (ermentaci9n) procesoanaer9bico reali?ado por generalmente por levaduras1 en donde seobtienen un gran nEmero de productos1 entre ellos el alco'ol y@nalmente la destilaci9n) para separar1 mediante calor1 los di(erentescomponentes líuidos de una me?cla GetanolLaguaH+

o Proceso termo7u%mico consiste principalmente en la utili?aci9n dereacciones uímicas para convertir la biomasa en un gas1 ue setrans(orma a su ve? en una gran variedad de compuestos uímicos+ asainicialmente por un proceso de volatili?aci9n1 mediante calor y enausencia de oCígeno1 obteniendo un gas de síntesis denominados8n(!s+ uego prosigue la limpie?a del syngas1 pasando sobre uncatali?ador y trans(orm/ndose en biocombustibles celul9sicos en (ormade etanol y metanol+ Adem/s de producir etanol y otros alco'oles1 elgas de síntesis puede ser utili?ado para producir productos sintéticosderivados del petr9leo1 como (ertili?antes1 pl/sticos1 polímeros1 etc+

%%royecto ;ioetanol


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Adem/s1 mediante un breve an/lisis de las (ormas productivas1 se puededeterminar el proceso m/s conveniente) Todos los procesos involucrados conel a?Ecar utili?an distintos organismos biol9gicos mediante la (ermentaci9n de

ésta1 y los procesos termouímicos usan varias combinaciones de temperatura1presi9n1 tiempo de residencia1 agua1 aire1 y catali?adores para convertirbiomasa en etanol celul9sico+ !omparando estos aspectos1 se deduce aprimera vista ue el proceso termouímico es m/s mane7able y controlableue el uso de microorganismos+

• Com$!r!ción de 9e:ibi"id!d. &n cuanto a la BeCibilidad el proceso (ermentativo eCisten en?imasutili?adas altamente especí@cas y bastante eCigentes1 por lo ue esdi(ícil de tolerar variaciones signi@cativas en la cantidad y calidad de labiomasa+ &l proceso termouímico convierte con éCito una amplia gama

de materias primas org/nicas en combustibles+ También tiene unatolerancia a las variaciones de los par/metros de entrada1 como eltamaño y contenido de 'umedad ue cualuier carga org/nicasuministrada+ or lo tanto1 es un proceso m/s estable+

o Com$!r!ción de costos &l principal costo de los procesos (ermentativos est/ en el pretratamiento de la materia prima1 ya ue se debe llevar a a?Ecaressimples1 reali?ada principalmente por 'idr9lisis en?im/tica1 siendo estasen?imas insumos de valor considerable1 y entendiéndose como un costooperacional en el proceso+ os procesos termouímicos consumen altas

tasa de energía y se utili?an materiales costosos para soportar lastemperaturas y presiones de operaci9n1 presentando un mayor costo deinversi9n+ Sin embargo1 para reducir los costos de energía1 se puedeutili?ar una (racci9n de la producci9n de etanol como (uente de energía+!abe destacar ue este proceso est/ en continua evaluaci9n decondiciones de operaci9n1 ya ue al ser una tecnología nueva podría irme7orando considerablemente en el tiempo+

o Com$!r!ción de so de )(u!.&Ciste una di(erencia importante en el uso de agua para ambos proceso+Se estima ue el proceso (ermentativo usa normalmente 5+$ galones porcada gal9n de etanol producido1 mientras ue los procesostermouímicos1 utili?an s9lo el 35 a 54 por ciento de este valor+

o Com$!r!ción de sub$roductos.&l proceso (ermentativo puede producir una cantidad signi@cativa de lalignina como un subproducto1 siendo éste componente de la biomasapresente+ &l proceso termouímico produce muy pocos residuos osubproductos1 uedando algunos componentes minerales contenidos en

%3royecto ;ioetanol


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la materia prima y por peueñas cantidades de carbono ue no 'anreaccionado de manera esperada+ Sin embargo1 se est/ traba7ando paraevaluar el valor de este material en la biorecuperaci9n de tierras y la

restauraci9n de los minerales en terrenos degradados+ Una característicadistintiva del proceso termouímico es ue adem/s produce peueñascantidades de aluitr/n+

o Com$!r!ción de" tiem$o de $roceso. &l proceso de (ermentaci9n toma varios días para convertir la biomasaen etanol+ &l proceso termouímico puede convertir la biomasa encombustible de etanol de grado en menos de una 'ora+

!omparando ambos procesos vemos ue (rente a aspectos tales comoBeCibilidad1 uso de agua1 subproducto y residuo y tiempo de proceso esnotablemente me7or el proceso termoquímico1 sin de7ar de lado ue es unatecnología nueva ue recientemente se est/ incorporando a la industria1 por loue mediante pruebas1 ensayos e innovaci9n puede me7orar notablemente+ &sasí como en el proyecto se desarrollar/ la producci9n de bioetanol medianteprocesos termouímicos+

;. *erc!do

;.1. *erc!do Intern!cion!"

os biocombustibles pueden ser elaborados con una amplia gama de productosagrícolas y (orestales+ Desde 34441 su producci9n en el mundo 'a crecido a unritmo anual de %41 totali?ando 24+%=< millones de litros en 3442+

a Figura 3 muestra los países productores de bioetanol en el año 34%4+

;rasil es el segundo productor de bioetanol del mundo1 con ##13 por ciento departicipaci9n en el mercado1 detr/s de &stados Unidos1 responsable de 5$1< porciento de la producci9n mundial1 segEn datos de 3442+ !olombia1 en tanto1@gura en el décimo lugar de países productores1 con 41$ por ciento+

Argentina1 por su parte1 es el segundo productor mundial de biodiesel1 con %#1%

por ciento del mercado1 también después de &stados Unidos1 ue lidera con%$1# por ciento+ ;rasil se ubica en uinto lugar1 con 21< por ciento departicipaci9n+

%#royecto ;ioetanol


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i(ur! 3.-"!bor!ción de CP)< en b!se ! d!t! de ro=n> 2?11.

Si se anali?a la posibilidad de eCportaciones es posible ver ue a nivel mundial'ay bastante movimiento1 siendo alguno de estos países potenciales (uentesde eCportaci9n+ &n este caso se ve &stado Unidos es el mayor importador de&tanol a nivel mundial seguido de ;rasil#+

a producci9n de ;rasil es en base a !aña de a?Ecar y la USA corresponde a lasplantaciones de Maí?

a Figura # muestra un gr/@co sobre la producci9n mundial de &tanol en base alas materias primas1 siendo las a?Ecares la base de mayor producci9n Gproceso(ermentativoH)

# 'ttp)LLPPP+agro+uba+arLapuntesLno:Letanol+'tm

%$royecto ;ioetanol


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se aplicada durante el año 34%41 pero aEn no eCisten las voluntades necesariaspara incentivar el uso de estos combustibles+

Sin embargo1 el en(oue en este mercado se da porue promueve la energía

limpia1 es un mercado ue est/ en auge y ue en algunos países es @nanciadopor mociones estatales+

A pesar de lo anterior1 la producci9n de bioetanol es un potencial nic'o demercado en el país1 aunue ninguna empresa lo demanda considerablemente+&sto se sustenta por la posibilidad de distribuci9n y venta a localidades ocomunidades ue deseen de7ar de utili?ar combustibles (9siles1 o bien para serme?clada con gasolina+ Si bien presenta un precio mayor ue los combustiblestradicionales1 como se mencion9 anteriormente1 pueden ser subsidiados oincentivados por el &stado1 promoviendo políticas pEblicas con innovaci9ntecnol9gicas1 desarrollo econ9mico sostenible en el tiempo y cuidado de losecosistemas presentes en el territorio+

8tra opci9n cuestionable es la eCportaci9n del producto1 la cual a pesar de serbastante (actible1 inBuiría en la producci9n a gran escala1 generando vicios yprocedimientos ue niegan las diversas cualidades de la economía sustentable1mencionadas anteriormente

i(ur! ,.- Im!(en de de'orest!ción en C@i"e.

%:royecto ;ioetanol


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. *!rco Re(u"!torio.

&l marco regulatorio para este biocombustible1 es de especial importancia1 yaue se controlan los est/ndares de calidad1 y Utili?aci9n1 como @scali?aci9n+

A continuaci9n se 'ace menci9n el Marco 6egulatorio a la cual est/ su7eto estebiocombustible como el bioetanol+

Decreto E 11F2??; *inisterio de conom%! De@ne lasespeci@caciones de calidad para el biodiesel y bioetanol1 autori?a lame?cla de 3 a 5 con petr9leo diésel y gasolina+ Anuncia el registro depersonas e instituciones en la S&!+ *8U>TA6I8+

Circu"!r E 3?F2?? /II Indica ue los biocombustibles no son a(ectosal impuesto especí@co segEn &R %=+543L%2=:+

J%L%2


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1?. *!teri! Prim! ! uti"i5!r

ara la producci9n de bioetanol es posible la utili?aci9n de diversos desec'osvegetales1 como ya se 'a mencionado anteriormente+

Inicialmente se toma la decisi9n de elaborar bioetanol de segunda generaci9n1ya ue puede presentar mayores tasas de producci9n y tiene una mayordisponibilidad en volEmenes de materias1 pensando ue se utili?ar/nprincipalmente desec'os+

Muc'as industrias c'ilenas tales como las de celulosa1 generaci9n eléctrica yde madera est/n vinculadas de manera directa e indirectamente con las

(orestales1 las ue diariamente procesan grandes cantidades de materia primapor medio de l9gicas eCtractivistas+ or consiguiente1 este rubro genera unagran cantidad de desec'os industriales ue actualmente degradan de manerairreversible los suelos y cuencas de agua ue se encuentran pr9Cimas a las(aenas+ Adem/s1 es pertinente mencionar los impactos socioambientales deesta industria en el territorio1 como son el conBicto con el ueblo Mapuc'e y laanulaci9n de los servicios ecosistémicos presentes en el sur de !'ile$+

&s así como para @nes del presente traba7o se utili?ar/n los desec'os de(orestales de algunas regiones del país1 debido a ue se elabora una soluci9necon9micamente sostenible para reutili?ar los grandes volEmenes de residuosindustriales generados durante estos años en (orma acelerada5+ Si la base seencuentra en este mercado1 es posible observar ue abarca una gran cantidadde territorios1 desde la *II 'asta la I regi9n1 concentr/ndose mayoritariamenteen la *III1 seguida de la *II y I regi9n respectivamente+

&ntonces1 se toma la decisi9n de instalar la planta en la *III regi9n por ladisposici9n eCagerada de residuos (orestales1 ue segEn la 8D&A: puedeabarcar :


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Se utili?ara astillas de madera provenientes de residuos de7ados por (orestales1y residuos org/nicos Gde manera complementariaH+

%2royecto ;ioetanol


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11. Descri$ción de" $roceso

roceso termouímico para producci9n de &tanol a partir de desec'osvegetales lignocelul9sicos+

11.1. Pre$!r!ción de "! m!teri! $rim!

os residuos (orestales y los residuos domiciliarios org/nicos ingresan a laplanta por una correa transportadora1 siendo posteriormente molidos ytriturados por euipos mec/nicos1 y luego secado por un secador de bande7ascon aire recirculado desde la c/mara de combusti9n 6"%4%+

Desde el secador1 se espera ue el material org/nico egrese con un porcenta7e

de agua menos al %+ Se evalEa la 'umedad del eBuente constantemente1evitando el ingreso de agua a los dem/s euipos ue continEan en el proceso+

osteriormente1 se almacena el material en silos para mantener unaalimentaci9n 'omogénea con composiciones adecuadas para el sistemapropuesto+

11.2. 0!si&c!ción

&sta secci9n convierte la me?cla de alimentaci9n seca en con7unto con vapor aba7a presi9n en producto /8n(!s1 carb9n y material s9lidos dentro del

gasi@cador 6"%44+ &n el proceso de gasi@caci9n se combustiona la materiaorg/nica m/s vol/til gracias a la trans(erencia de calor propulsada por larecirculaci9n de arena caliente y el vapor a ba7a presi9n1 obteniéndose !8+1 !8 3y material particulado de diversos tamaños+

uego1 la me?cla ue sale desde 6"%44 pasa a un circuito en serie de ciclonesue llevan el syngas 'acia un re(ormador de aluitr/n 6"%43 para procesarlo+Adem/s1 este tren remueve el %44 del material particulado1 redirigiéndolo auna c/mara de !ombusti9n 6"%4% ue traba7a con arena1 aire1 maKe up decarb9n y vapor+ Allí se calienta la arena ue distribuir/ calor en los distintoseuipos de la planta a través de la combusti9n del carb9n+

a corriente de salida de la c/mara 6"%4% se dirige 'acia un nuevo tren deciclones) el primero recircula la arena caliente 'acia el ,asi@cador con vapor1 yel segundo lleva el material m/s vol/til Gceni?asH a un precipitadorelectroest/tico &"%44+ o recolectado en total se va a tratamiento1 mientrasue los gases calientes se recirculan al secador+

34royecto ;ioetanol


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a (unci9n del vapor de agua es Buidi?ar el medio en el gasi@cador y tambiénparticipa en ciertas reacciones cuando el gasi@cador alcan?a altastemperaturas+

&l proceso de gasi@caci9n es endotérmico1 el calor necesario para laproducci9n de este es provisto por el arena recirculada desde 6"%4% y elrespectivo cicl9n G"%43H+

&sta arena es 8livina sintética1 compuesta por) silicato de manganesocalci@cado1 estatita primaria GMgSi8#H1 Forsterita GMg3Si8#H y 'ematita GFe38#H+Una peueña cantidad de Mg8 debe ser añadida a la olivina (resca para evitarla (ormaci9n de cristales1 lo ue resultaría de la interacci9n del potasio de labiomasa con los compuestos de silicato+ &l vidrio ue se (ormaría sería 3Si8$1el cual tiene un ba7o punto de (usi9n G544VJ!WH y esta (ormaci9n 'aría ue ellec'o se volviera pega7oso1 aglomerado y eventualmente desBui?ado+Añadiendo Mg8 'ace ue el punto de (usi9n del potasio se eleve a %#44VJ!W+

a ra?9n de alimentaci9n al gasi@cador es de 4+$ Vlb de vaporLlb de biomasaW+a presi9n del gasi@cador es 3VbarW+ &l Bu7o de olivina circulante es de 3< VlbLlbde biomasaW+ a olivina (resca añadida tiene una ra?9n de 4+4% del Bu7ocirculante1 para compensar pérdidas+ &l 'orno de biomasa carboni?ada 6"%4%opera con un 34 de eCceso de aire+

as temperaturas del 'orno y del gasi@cador pueden variar antes de alcan?arel punto de estabili?aci9n+ &sto se debe a ue al entrar una mayor cantidad decarb9n al 'orno1 este generar/ una mayor temperatura1 y al operar en esacondici9n el gasi@cador producir/ menos carb9n1 debido a ue la gasi@caci9nser/ m/s e@ciente gracias a olivina caliente+ +

11.3.


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&l calor de reacci9n ser/ suministrado por combusti9n1 sin embargo estediseño tiene la di@cultad de ser demasiado costoso+ 8tra alternativa ue sepuede utili?ar es precalentar el gas del re(ormador1 por encima de la

temperatura actual para operar el reactor adiab/ticamente considerando unacaída de la temperatura en el reactor1 las temperaturas de entrada y salidadeben ser de@nidas segEn la conversi9n1 cinética de la reacci9n y el catali?adorutili?ado+

Antes de la etapa Quenc'1 el syngas obtenido es en(riado 'asta %$2VJ!W y3134VbarW gracias a los euipos &"%44 y ."%4%1 en donde se aprovec'a laenergía para generar vapor ue ser/ incluido en el sistema de vapor y energíaeléctrica+

uego de esta etapa1 se en(ría a través de un scrubber S"%44 donde se pone encontacto el syngas con agua para eliminar partículas1 amoniaco residual yrestos de aluitr/n+ &l sistema de en(riamiento con agua utili?a un sistemacerrado de recirculaci9n1 en donde 31# VgpmW son enviados a la planta detratamientos+ &l Bu7o de agua de salida se a7usta 'asta ue la temperatura desea in(erior a 54VJ!W1 para así evitar precipitaci9n de s9lidos+

A la salida de esta etapa el gas de síntesis se encuentra a :4VJ!W1 y pasa a untren de compresi9n1 el cual consiste en 5 compresores G!"%44H en serie conen(riamientos intermedios G*"%44H1 'asta llegar a la presi9n de operaci9n delreactor de :=15VbarW+

Antes de pasar al reactor1 los gases /cidos deben ser removidos en elabsorvedor S"%441 dependiendo de las tolerancias ue poseen cada catali?ador+Al seleccionar un catali?ador se debe asegurar los niveles de gases /cidos G!83y .3SH en el syngas+

11.4. /%ntesis de" !"co@o"

Una ve? ue el syngas posee las condiciones 9ptimas G#44VJ!W y :=15VbarWH1 lacorriente ingresa al reactor 6"344+ &n 6"344 el syngas es convertido en uname?cla de alco'oles a través de un catali?ador de lec'o @7o+ &l productoobtenido es en(riado secuencialmente1 produciendo ue los alco'oles

condensen y luego sean separados del syngas no convertido en F"344+os alco'oles líuidos son enviados al /rea de separaci9n y puri@caci9n+ acorriente de gas residual es reciclada al re(ormador de aluitr/n+

a reacci9n general ue ocurre en el reactor es)

n !8 X 3n .3!n.3nX%8. X Gn"%H .38

33royecto ;ioetanol


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a serie de reacciones presentes en el reactor son)

Yater",as s'i(t !8 X .38 Z .3 X !83Metanol !8 X 3.3 !.#8.

Metano !.#8. X .3 !.$ X .38&tanol !8 X 3.3 X !.#8.!3.58. X .38&tano !3.58. X .3!3.: X .38ropanol !8 X 3.3 X !3.58. !#.


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11.. #r!t!miento de !(u!s residu!"es

&l agua de los procesos es recolectada y es tratada por digesti9n anaer9bica

donde el 24 del material org/nico es convertido a metano y di9Cido decarbono como biog/s1 este se envía a la caldera+&l agua resultante se depositaen una laguna de digesti9n anaer9bica donde el 24 del material org/nico ueuedaba es removido1 uedando lodo anaer9bico+ &l lodo es eCtraído porclari@caci9n y @ltraci9n1 para ser enviado a la caldera de residuos+ &l aguaobtenida en el clari@cador es reciclada

3$royecto ;ioetanol


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12. Di!(r!m! de 9ujo

35royecto ;ioetanol


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13. !"!nce de m!s! de "!s corrientes $rinci$!"es.

ara reali?ar los balances de materia1 se tomaron en consideraci9n supuestos yreglas 'eurísticas1 adem/s ue por la comple7idad de componentes de lame?clas en los di(erentes euipos1 se 'a decidido1 reali?ar (racciones de gas1s9lidos y líuidos1 en los euipos ue se estimaban necesarios+

o as materias primas ingresan con %4 en peso de 'umedad+o &n las combustiones1 se genera de gas un $4 en peso por masa de

biomasa+o os porcenta7es de separaci9n de los ciclones varía de un


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F 108+ F

117= F

109 ."%44 y ."%4%)

F 109= F

111 S"%44)

F 111+ F 905= F 906+ F 112

!arril de !ompresi9n) F

112= F

113

."%43) F

113= F

114

6"344) F

114+ F

801 A + F

910+ F

700= F

115+ F

801B+ F

809+ F

203

Salida de 6"344)

• &tanol) F 115∗0.068= E

• Metanol) F 115∗0.1= M

• Alco'oles varios) F 115∗0.05= A

&"34% y M"344)

F 115= F 117

T"%4%) F

117= F

117B+ F 118

."%4#) F

118= F

119

D"%44) F

119+ F

123+ F

129= F

125+ F

120

F 125= F 129

+ F 130

F 120= F

123+ F

124

D"%4%)

F 130+ F

142+ F

134= F

136+ F

131 F

136= F

138+ F

142+ F

143 F

131= F

134+ F

135

3<royecto ;ioetanol


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F 143=0.98∗ M F

135=0.99∗ E F

124=0.98∗ A

&l 6esultado numérico1 se puede encontrar en el AneCo II) \Memoria de!/lculo]+

3=royecto ;ioetanol


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14. Conc"usiones

Debido a la creciente demanda energética en todos sus aspectos1 transporte1generaci9n de energía eléctrica y considerando la situaci9n actual respecto delos combustibles (9siles se 'ace de urgencia tener encontrar una alternativa alos métodos convencionales1 utili?ando de la me7or (orma posible los recursosdisponibles y la reutili?aci9n de éstos+

a producci9n de bioetanol apunta a esto1 mediante diversas tecnologías yutili?ando los desec'os emanados desde distintos procesos productivos1 selogra obtener una alternativa a los combustibles convencionales+

Se entiende ue mediante el me7oramiento y optimi?aci9n1 pueda situarse elbioetanol como alternativa local y sustentable en el mercado competitivo delos combustibles+ De esta (orma1 si continua progresando mediante unacompleta integraci9n de todos los euipos Gmétodo inc'H1 se puede obtenerbioetanol a un precio cercano al del Diesel+

Adem/s1 es importante reconocer el estado actual del rubro (orestal1 donde laeCtensi9n del DF"


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)ne:os

)ne:o I Com$osición de Residuos Domici"i!rios.

i(ur! 1.- Primer Re$orte **) 2?1?> C)R/ #/* 2?11

#4royecto ;ioetanol


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)ne:o II *emori! de CG"cu"o.

#%royecto ;ioetanol


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)ne:o III ic@! tMcnic! t!no

#3royecto ;ioetanol


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##royecto ;ioetanol


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#$royecto ;ioetanol


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#5royecto ;ioetanol


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#:royecto ;ioetanol


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proyecto-bioetanol-1 (2)

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