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WO2009034217A1 - Método de tratamiento de materias organicas y obtención y refinado de combustibles a partir de dichas materias - Google Patents

Método de tratamiento de materias organicas y obtención y refinado de combustibles a partir de dichas materias Download PDF

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WO2009034217A1
WO2009034217A1 PCT/ES2008/070136 ES2008070136W WO2009034217A1 WO 2009034217 A1 WO2009034217 A1 WO 2009034217A1 ES 2008070136 W ES2008070136 W ES 2008070136W WO 2009034217 A1 WO2009034217 A1 WO 2009034217A1
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mass
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fatty acids
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    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the present invention refers to a method for the treatment of organic materials, which may have different origins, in which by means of a microbiological treatment procedure, paraffins are obtained, which, a Once refined and treated, they are usable as fuel, said fuel being suitable for use in internal combustion engines.
  • paraffins that will later be refined to be used as fuel are obtained through a biological process, usually anaerobic, in which we create a culture of microorganisms such as bacteria or yeasts.
  • the proposed method has different advantages. Unlike fuels obtained from vegetable crops, such as biodiesel, according to the present invention, extensive cultivation areas, water consumption due to irrigation, pesticides, harvesting and pretreatment are not necessary to be processed, limits in the annual production per unit of land, climatic conditions, etc.
  • the water that is contributed to the process in the proposed invention is partially recoverable and does not need to be high quality water, so it can be gray water or semi-purified water, without damaging the biochemical process that is carried cape. Since in the microbiology treatment) that is carried out the presence of light is not required, this procedure can be performed at multiple heights inside industrial buildings or underground.
  • WO 2004/060587 describes a method and an apparatus for obtaining a solid fuel from organic waste, and includes a biological treatment from which a material with a humidity not exceeding 45% is obtained, which is subsequently dried for its use as solid fuel.
  • DE 19637909 discloses a procedure for the use of old wood that includes the extraction of lignin, an alcoholic fermentation, and an anaerobic treatment of the substrate obtained, I feel the residual product is used as fertilizer.
  • ES 2273594 discloses a method for the treatment of organic waste that includes a prior extraction of inorganic products and a microbiological treatment from which a mixture of alcohols and glycerins is obtained which is subsequently treated, which is optimized according to the method of the invention that It is proposed.
  • the biomass from which the different products will be obtained is made up of organic waste, coming from domestic waste, farms, slaughterhouses, etc.
  • the inorganic matter is separated from the organic one. Said inorganic matter is discarded, and in general sent or returned to landfill for other types of treatments.
  • the organic matter is crushed by mechanical means, for example by means of a knife mill.
  • the degree of fluidity of said dough is measured, given its water content, and if necessary the amount of water needed is added.
  • the only conditions that said water must have is that it must not contain toxic products and must have a pH close to neutral to facilitate the proliferation of microorganisms. This allows the use of non-potable water with organic contents unsuitable for human consumption or even for discharge into rivers, provided that the above-mentioned non-toxicity and pH conditions occur.
  • the dough should be homogeneous and pasty.
  • a culture of microorganisms normally of anaerobic development, but which can also be aerobic, which initiate a fermentation process, decomposing the organic matter.
  • aerobic treatment the addition of blowers that produce a bubbling in the reactors is provided, so that the oxygenation of the mass is improved and thus the development of the microorganism colonies is facilitated.
  • anaerobic treatment the movement of the mass may be promoted for a more homogeneous decomposition.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) This process is done to liquefy the fats and be able to extract them.
  • the temperature of the crop is ideal environmental between 20-40 ° c. Only the temperature rises between 50-90 ° C to extract the fats.
  • microorganisms the following can be used, in a non-exclusive or limiting manner:
  • Paraffin producing bacteria these bacteria can be from some or some of the groups of Firmicutes, Enterobaterias, Escherichia coli, Bacteroidetes, Serratia marcescens, among others • Yeasts
  • microorganisms Although these are not microorganisms, enzymes added or produced or used by said microorganisms also have a fundamental function in the decomposition of organic matter.
  • dairy ferments can also be used, being possible the use of larger multicellular organisms such as worms or worms that accelerate the process of decomposition of the matter.
  • an organic gas is obtained, mainly methane, when the decomposition is more advanced, the separation of the lipids begins, so that these, of lower density than the decomposing mass, ascend to the upper part of the reactor.
  • a part of these lipids results in a certain amount of paraffins, and another part of the paraffins will result from the cultivation of microorganisms; said paraffins are removed by a separation process, for example by decantation.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Said paraffins are subjected to a refining process, and will be transformed into fuel by a further refining process.
  • the refining process includes the addition to the paraffinic mass of oils or light solvents, and / or of the alcohols that will be obtained in a subsequent distillation process, once the paraffins have been extracted. If the temperature of the paraffins is too low, the temperature of these can be raised to facilitate mixing with the lighter fractions. It has been found that mechanical beating at a temperature of 70-90 0 C for about 15 minutes provides an appropriate mixture.
  • solvents As solvents, alcohols and / or chemical organic solvents can be used. Once this process is finished, it is a liquid product consisting mainly of carbon and hydrogen chains that can be used in diesel engine vehicles such as Eco-fuel.
  • the product resulting from the extraction of the paraffins is distilled to obtain alcohols.
  • the process results in different combustible materials such as methane, paraffins and fatty acids, alcohols, solid organic matter that can be used as an agricultural fertilizer or once dried to be used as fuel.
  • the fuel is obtained by one of the following ways:
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) • By mixing paraffins and fatty acids with the alcohols resulting from distillation;
  • paraffins and fatty acids By mixing paraffins and fatty acids with organic solvents; • By mixing paraffins and fatty acids with light oils, such as turpentine essence;
  • the solid matter that has precipitated to the bottom of the reactor is extracted drained and compacted. Said resulting product can be used as agricultural fertilizer.
  • the fuel obtained can be subject to a biocidal treatment to prevent the proliferation of colonies of microorganisms that degrade the product.
  • Said treatment can be, for example thermal, or by radiation, electromagnetic or UV.

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Abstract

Comprende una previa eliminación de materias no orgánicas y una trituración de las materas orgánicas, así como la posible adición de agua hasta lograr una masa de una espesura adecuada y además los procesos de Fermentación de la masa a temperatura ambiente mediante la adición de microorganismos durante unos 5 días, calentamiento de la masa obtenida a una temperatura de 50ºC a 90ºC tras la fermentación durante 30-90 min para extracción de las grasas, filtrado de la masa líquida resultante, extracción de la masa líquida obtenida de las parafinas y ácidos grasos obtenidos, destilado de la masa resultante para la obtención de alcoholes, y mezclado en las proporciones adecuadas de las parafinas con los alcoholes obtenidos en el proceso.

Description

MÉTODO DE TRATAMIENTO DE MATERIAS ORGÁNICAS Y OBTENCIÓN Y REFINADO DE COMBUSTIBLES A PARTIR DE DICHAS MATERIAS
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un método para el tratamiento de materias orgánicas, que pueden tener distintos orígenes, en el que mediante un procedimiento de tratamiento microbiológico se obtienen parafinas, las cuales, una vez refinadas y tratadas son utilizables como combustible siendo dicho combustible apto para su utilización en motores de combustión interna.
Las parafinas que posteriormente se refinarán para ser utilizadas como combustible, se obtienen mediante un proceso biológico, normalmente anaerobio, en el cual creamos un cultivo de microorganismos tales como bacterias o levaduras.
El método que se propone presenta distintas ventajas. A diferencia de combustibles obtenidos a partir de cultivos vegetales, tales como el biodiesel, conforme a Ia presente invención no se necesitan extensas superficies de cultivo, consumo de agua debido al riego, pesticidas, realizar Ia cosecha y su pretratamiento para poder ser procesada, límites en Ia producción anual por unidad de terreno, condiciones climáticas, etc.
Por otra parte, el agua que se aporta al proceso en Ia invención propuesta, es parcialmente recuperable y no precisa ser agua de alta calidad, por Io que pueden ser aguas grises o aguas semidepuradas, sin que ello perjudique el proceso bioquímico que se lleva a cabo. Puesto que en el tratamiento microbiología) que se lleva a cabo no se requiere Ia presencia de luz, este procedimiento puede ser realizado a múltiples alturas en el interior de naves industríales o bajo tierra.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Existen distintos procesos para el tratamiento de residuos de los cuales obtener productos combustibles.
WO 2004/060587 describe un método y un aparato para Ia obtención de un combustible sólido a partir de deshechos orgánicos, e incluye un tratamiento biológico del que se obtiene un material con una humedad no superior a un 45%, que posteriormente es secado para su utilización como combustible sólido.
DE 19838011 describe un método para Ia producción de biodiesel a partir del suero de Ia leche obteniendo aceites simples a partir de los triglicéridos existentes en dicho suero.
DE 19637909 divulga un procedimiento para el aprovechamiento de Ia madera vieja que incluye Ia extracción de Ia lignina, una fermentación alcohólica, y un tratamiento anaerobio del substrato obtenido, siento utilizado el producto residual como fertilizante.
ES 2273594 divulga un método para el tratamiento de residuos orgánicos que incluye una previa extracción de los productos inorgánicos y un tratamiento microbiológico del que se obtiene una mezcla de alcoholes y glicerinas que es tratada posteriormente, Io cual resulta optimizado conforme al método de Ia invención que se propone.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Conforme al método que se propone, Ia biomasa a partir de Ia cual van a obtenerse los distintos productos, como veremos a continuación, está compuesta por residuos orgánicos, procedentes de basuras domesticas, granjas, mataderos, etc.
En primer lugar, se separa Ia materia inorgánica de Ia orgánica. Dicha materia inorgánica es desechada, y en general enviada o retornada a vertedero para otro tipo de tratamientos.
A continuación, Ia materia orgánica se tritura por medios mecánicos, por ejemplo mediante un molino de cuchillas. Una vez triturada Ia masa a tratar se mide el grado de fluidez de dicha masa, dado por su contenido en agua, y si es necesario se adiciona Ia cantidad de agua necesaria. Las únicas condiciones que debe tener dicha agua es que no ha de contener productos tóxicos y debe tener un pH próximo al neutro para facilitar Ia proliferación de los microorganismos. Ello permite Ia utilización de aguas no potables con contenidos orgánicos inadecuados para el consumo humano o incluso para el vertido a ríos, siempre que se den las condiciones de no toxicidad y pH antedichas. La masa debe quedar homogénea y pastosa.
A Ia mezcla se añade un cultivo de microorganismos, normalmente de desarrollo anaerobio, pero que pueden también ser aerobios, que inician un proceso de fermentación, descomponiendo Ia materia orgánica. En el caso de tratamiento aerobio está prevista Ia adición de soplantes que produzcan un burbujeo en los reactores, de modo que se mejore Ia oxigenación de Ia masa y se facilite así el desarrollo de las colonias de los microorganismos. En el caso de tratamiento anaerobio se podrá impulsar el movimiento de Ia masa para una descomposición más homogénea.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Este proceso se realiza para licuar las grasas y poderlas extraer. La temperatura del cultivo es ambiental ideal entre 20-40°c. Únicamente se eleva Ia temperatura entre 50-90°c para extraer las grasas.
Entre dichos microorganismos se pueden emplear, de manera no excluyente ni limitativa, los siguientes:
• Bacterias productoras de parafinas; dichas bacterias pueden ser de alguno o algunos de los grupos de las Firmicutes, Enterobaterias, Escherichia coli, Bacteroidetes, Serratia marcescens, entre otras • Levaduras
• Hongos productores de parafinas, tales como Mortierella alpina o del orden de los Mucorales
• Levaduras
Aunque no se trata de microorganismos, las encimas agregadas o producidas o empleadas por dichos microorganismos también tienen una función fundamental en Ia descomposición de Ia materia orgánica.
También pueden ser utilizados otros fermentos lácteos, siendo posible el empleo de organismos pluricelulares de mayor tamaño como lombrices o gusanos que aceleran el proceso de descomposición de Ia materia.
En una primera fase del proceso se obtiene un gas orgánico, principalmente metano, cuando Ia descomposición está mas avanzada, se inicia Ia separación de los lípidos, de modo que éstos, de menor densidad que Ia masa en descomposición, ascienden a Ia parte superior del reactor.
De una parte de estos lípidos resulta una cierta cantidad de parafinas, y otra parte de las parafinas resultará del propio cultivo de microorganismos; dichas parafinas se extraen por un procedimiento de separación, por ejemplo por decantación.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Dichas parafinas son sometidas a un proceso de refinado, y se transformará en combustible mediante un proceso ulterior de refinado.
El proceso de refinado incluye Ia adición a Ia masa parafínica de aceites o disolventes ligeros, y/o de los alcoholes que se obtendrán en un proceso posterior de destilado, una vez extraídas las parafinas. Si Ia temperatura de las parafinas es demasiado baja, puede elevarse Ia temperatura de éstas para facilitar el mezclado con las fracciones más ligeras. Se ha comprobado que un batido mecánico a una temperatura de entre 70-90 0C durante unos 15 minutos proporciona una mezcla adecuada.
Como disolventes pueden emplearse alcoholes y/o disolventes orgánicos químicos. Terminado este proceso, resulta un producto líquido compuesto fundamentalmente por cadenas de carbono e hidrógeno que puede ser utilizado en vehículos de motor diesel como Eco-combustible.
Para aprovechar el desarrollo de los microorganismos que tiene lugar durante el proceso de descomposición anteriormente explicado, se aprovecha una parte de los mismos para incorporarlo en Ia fase previa de incorporación de dichos microorganismos.
El producto resultante a Ia extracción de las parafinas se destila para Ia obtención de alcoholes.
Del proceso resultan distintas materias combustibles tales como metano, parafinas y ácidos grasos, alcoholes, materia orgánica sólida que puede ser utilizable como fertilizante agrícola o una vez desecada ser utilizada como combustible.
La obtención del combustible se lleva a cabo mediante alguno de los modos siguientes:
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) • Mediante mezclado de las parafinas y ácidos grasos con los alcoholes resultantes de Ia destilación;
• Mediante mezclado de las parafinas y los ácidos grasos con disolventes orgánicos; • Mediante mezclado de las parafinas y los ácidos grasos con aceites ligeros, tales como esencia de trementina;
• Mediante un proceso de transesterificación, mediante el cual se rompen los enlaces moleculares mediante catalizadores;
• Utilización directa en motores Diesel mediante el precalentamiento a una temperartura de unos 8O0C. Esta opción es especialmente indicada para motores estáticos.
La materia sólida que ha precipitado al fondo del reactor es extraída escurrida y compactada. Dicho producto resultante puede ser utilizado como fertilizante agrícola.
El combustible obtenido puede ser objeto de un tratamiento biocida para evitar Ia proliferación de colonias de microorganismos que degraden el producto. Dicho tratamiento puede ser, por ejemplo térmico, o por radiación, electromagnética o UV.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Método de tratamiento de materias orgánicas y obtención y refinado de combustibles a partir de dichas materias que comprende una previa eliminación de materias no orgánicas y una trituración de las materas orgánicas, así como Ia posible adición de agua hasta lograr una masa de una espesura adecuada, caracterizada porque comprende las siguientes etapas:
• Fermentación de Ia masa a temperatura ambiente mediante Ia adición de microorganismos durante unos 5 días
• calentamiento de Ia masa obtenida a una temperatura de 5O0C a 9O0C tras Ia fermentación durante 30-90 min para extracción de las grasas.
• filtrado de Ia masa líquida resultante; • extracción de Ia masa líquida obtenida de las parafinas y ácidos grasos obtenidos; y
• destilado de Ia masa resultante para Ia obtención de alcoholes;
• mezclado en las proporciones adecuadas de las parafinas con los alcoholes obtenidos en el proceso.
2.- Método, según Ia reivindicación 1, caracterizado porque incluye Ia previa adición de agua, no debiendo dicha agua contener sustancias tóxicas y debiendo tener un pH próximo al neutro que facilite Ia proliferación de los microorganismos.
3.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque en el caso de fermentación aerobia se incluyen soplantes que produzcan un burbujeo en los reactores que permita Ia oxigenación de Ia masa.
4.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque en el caso de fermentación anaerobia Ia masa es impulsada de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) modo que se produzca un movimiento de Ia misma para una descomposición homogénea.
5.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los microorganismos empleados puede comprender alguno de los siguientes entre otros:
• Bacterias productoras de parafinas; dichas bacterias pueden ser de alguno o algunos de los grupos de las Firmicutes, Enterobaterias, Escherichia col¡, Bacteroidetes, o Serratia marcescens, • Levaduras
• Hongos productores de parafinas, tales como Mortierella alpina o del orden de los Mucorales.
6.- Método, según cualquiera las reivindicaciones 1 a 4 ó según Ia reivindicación 5, caracterizado por emplear fermentos lácteos.
7.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por incluir una etapa previa a Ia fermentación microbiológica, de tratamiento mediante organismos pluricelulares, tales como lombrices o gusanos.
8.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por extraerse de Ia masa durante Ia fermentación gas orgánico, principalmente metano, y tras dicha fermentación parafinas y ácidos grasos, y, posteriormente, mediante destilado de Ia masa resultante, alcoholes.
9.- Método, según Ia reivindicación 8, caracterizado porque Ia extracción de las parafinas y ácidos grasos se realiza por decantación.
10.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque una parte de los microorganismos intervinientes en el proceso de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) fermentación es separado para su reincorporación a un nuevo ciclo de tratamiento.
11.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se obtiene un combustible liquido apto para motores de explosión mediante Ia mezcla de las parafinas y ácidos grasos con los alcoholes resultantes de Ia destilación.
12.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se obtiene un combustible liquido apto para motores de explosión mediante Ia mezcla de las parafinas y ácidos grasos obtenidos con disolventes orgánicos.
13.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se obtiene un combustible liquido apto para motores de explosión mediante Ia mezcla de las parafinas y ácidos grasos con aceites ligeros, tales como aceite de trementina.
14.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se obtiene un combustible liquido apto para motores de explosión mediante un proceso de transesterificación.
15.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por Ia utilización de las parafinas y ácidos grasos como combustible liquido apto para motores de explosión mediante el calentamiento a a una temperatura de unos 80 0C.
16.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por incluir un batido mecánico de las parafinas y ácidos grasos con los productos a mezclar a una temperatura de 70-90 0C durante un periodo de 15 min.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
17.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por escurrirse Ia materia sólida resultante del proceso que es susceptible de utilización como fertilizante agrícola y o combustible sólido.
18.- Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por someter a las parafinas o al combustible obtenido a un tratamiento biocida.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
PCT/ES2008/070136 2007-09-11 2008-07-08 Método de tratamiento de materias organicas y obtención y refinado de combustibles a partir de dichas materias Ceased WO2009034217A1 (es)

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