Esquema tecnológico integral de la producción de bioetanol carburante

ESQUEMA TECNOLÓGICO INTEGRAL DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL CARBURANTE

María Isabel Montoya Rodríguez

Julián Andrés Quintero Suárez

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA INGENIERÍA QUÍMICA MANIZALES ENERO DE 2005

ESQUEMA TECNOLÓGICO INTEGRAL DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL CARBURANTE

Trabajo de Grado en la modalidad Participación enProyecto de Investigación

María Isabel Montoya Rodríguez Cod. 399038 mariaisa1682@yahoo.com Julián Andrés Quintero Suárez Cod. 399563 july9957@yahoo.com

Línea de Profundización: Procesos Químicos Catalíticos y Biotecnológicos

Director: Carlos Ariel Cardona Ingeniero Químico M.Sc., Ph.D.

Asesor: Oscar Julián Sánchez Toro Ingeniero Químico M.Sc.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDEMANIZALES FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA INGENIERÍA QUÍMICA MANIZALES ENERO DE 2005

RESUMEN En el presente trabajo se evaluaron económica y ambientalmente dos esquemas de proceso para la obtención de etanol carburante a partir de maíz y caña de azúcar, en él se hizo la revisión de las tecnologías existentes para la transformación de estos materiales, se seleccionó el mejor esquema deproceso para cada una de ellas, se simuló el esquema seleccionado en Aspen Plus y se hizo su respectivo análisis económico con el uso del Aspen Icarus Process Evaluator y un análisis ambiental utilizando el algoritmo de reducción de residuos (WAR). Finalmente se realizó la integración de estas dos evaluaciones, obteniéndose un indicador integral de cada proceso mediante la evaluación AHP (AnalyticalHyerarchy Process); del cual se obtuvo que para las condiciones de Colombia, y particularmente del Eje Cafetero, la mejor opción de materia prima para la producción de etanol carburante es la caña de azúcar. Este resultado se ve influenciado principalmente por el costo de producción de la misma.

TABLA DE CONTENIDO Pág. 1. INTRODUCCIÓN 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 3.MARCO TEÓRICO 3.1 MATERIAS PRIMAS 3.1.1 CAÑA DE AZÚCAR 3.1.1.1 Condiciones agroecológicas para el cultivo de caña 3.1.1.2 Almacenamiento y estabilidad 3.1.1.3 Composición de la caña y del jugo de caña 3.1.1.4 Rendimientos 3.1.1.5 Costo de producción agroindustrial de la caña de azúcar 3.1.2 MAIZ 3.1.2.1 Condiciones agroecológicas para el cultivo de maíz 3.1.2.2 Recolección y almacenamiento3.1.2.3 Composición del grano 3.1.2.4 Rendimientos 3.1.2.5 Costo de producción agroindustrial del maíz 3.2 EL ETANOL COMO CARBURANTE 3.2.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE ETANOL COMO CARBURANTE 3.2.2 ANTECEDENTES DEL ETANOL CARBURANTE EN COLOMBIA 3.3 TECNOLOGÍAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL 3.3.1 PRETRATAMIENTO 3.3.1.1 Material con alto contenido de azúcares 3.3.1.2 Material lignocelulósico 3.3.1.2.1Hidrólisis ácida concentrada 3.3.1.2.2 Hidrólisis ácida diluida 3.3.1.2.3 Hidrólisis enzimática 3.3.1.3 Material amiláceo 3.3.1.3.1 Molienda 3.3.1.3.2 Hidrólisis 3.3.2 FERMENTACION 3.3.2.1 Microorganismos utilizados en la fermentación 3.3.2.2 Inhibidores de la fermentación 3.3.3 SEPARACIÓN 3.3.3.1 Destilación azeotrópica 3.3.3.2 Destilación extractiva 1 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 5 5 6 6 6 6 7 8 8 9 1010 10 11 11 12 12 14 14 15 17 17 18 19 19 20

Pág. 3.3.3.3 Tamices moleculares 3.3.3.4 Sistema de destilación-pervaporación 3.3.3.5 Extracción con fluidos supercríticos 3.3.3.6 Destilación a vacío 3.3.4 TRATAMIENTO Y APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS 3.3.4.1 Tipo de residuos del proceso a partir de caña 3.3.4.1.1 Residuos sólidos 3.3.4.1.2 Residuos gaseosos 3.3.4.1.3 Residuos líquidos 3.3.4.2 Tipo deresiduos del proceso a partir de maíz 3.3.4.2.1 Molienda en húmedo 3.3.4.2.2 Molienda en seco 3.3.4.3 Tratamiento de agua residual 3.3.4.4 Aplicación directa en el suelo 3.3.4.5 Concentración e incineración de las vinazas 3.3.4.6 Bio-concentración (recirculación) e incineración de vinazas 3.4 ANÁLISIS ECONÓMICO 3.4.1 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO Y BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA 3.4.2 COSTOS DE...