PRODUCCIÓN DE ETANOL EN GUATEMALA. RODOLFO ESPINOSA SMITH Coordinador, Programa de Investigación Industrial

Transcripción

1 PRODUCCIÓN DE ETANOL EN GUATEMALA RODOLFO ESPINOSA SMITH Coordinador, Programa de Investigación Industrial

2 La distancia promedio del 81% de los ingenios a Puerto Quetzal es de 65 Km. MEXICO Suchitepéquez Retalhuleu Escuintla Santa Rosa HONDURAS EL SALVADOR Puerto Quetzal

3 BALANCE PRELIMINAR DEL PROCESO DE LA CAÑA DE AZUCAR Y DEERIVADOS Caña de azúcar 130 TONS (117 TONS/Ha) Puntas y hojas 30 TONS Agua de proceso 30 TONS Aire de combustión Proceso de Fabrica Gases de combustión 120 TONS Ceniza de los hornos 0.3 TONS Caña disponible para moler 100 TONS Agua 75 % Fibra 11.5 % Sacarosa 11.8 % Glucosa 0.375% Fructosa 0.375% Sales 0.625% Ácidos Org % Proteína 0.068% Almidón 0.007% Gomas 0.05% Ceras/Grasas 0.012% Otros 0.5% Azúcar Crudo 10.8 TONS Excedente de electricidad 1500 kwh Excedente de bagazo (50% humedad) 4 TONS Cachaza (80% humedad) 3 TONS Melaza (85 O Brix) 2.8 TONS TONS % Agua Sacarosa Glucosa Fructosa Otros reductores Otros carbohidratos Ceniza Compuestos nitrogenados Ácidos no nitrogenados Ceras / esteroles Otros

4 27 años PRINCIPALES INDICADORES 1984/ /12 ZAFRA ] ] Quintales (En millones) Sacos (En millones) TM (Lbs/TC) (Kg/TM) , , , , , ,293, ] AREA COSECHADA (Miles Ha) 10 años 5 años CAÑA MOLIDA (Miles de TM) Capacidad (TM) de Molienda diaria de la Industria PRODUCCION DE AZUCAR Rendimiento Azúcar , , ,655, años RENDIMIENTO Caña (TM/Ha) , , ,037, , , ,169, , , ,119, , , ,217, , , ,340, , , ,048, , , ,499, * Fuente Cengicaña, Inspección de Ingenios 1 TC = qq 1 Lb = Kg 1 TM = qq 1 TC = 2,000 Lbs 1 TC = TM 1 TC = 920 Kg

5 COMERCIO INTERNACIONAL DEL AZUCAR LOS DIEZ PAISES LIDERES EN EXPORTACION ZAFRA Producción Mundial 165,183 TMVC (Miles de TMVC) Consumo Mundial 163,989 TMVC (Miles de TMVC) Exportación Mundial Total Neta 44,977 TMVC (miles de TMVC) América Latina y el Caribe 70% Resto del Mundo 3 30% Diez países Lideres 91% Otros Exportadores 9% 1. Brasil 3. Australia 5. India 7. Cuba 9. Suazilandia 2.Tailandia 4. Guatemala 6. México 8. Colombia 10. Mauricio 2 FUENTE : International Sugar Organization ISO -, WORLD SUGAR BALANCE, NOVEMBER 2,011.

6 En América Latina y el Caribe ZAFRA 2010/11 2do. Exportador 1,319,583 TM 4to Productor 2,048,152 TM FUENTE : Departamento de Inspección ASAZGUA Y Exportaciones. Zafra 2010/2011

7 Centroamérica Costa Rica El Salvador Guatemala Honduras Nicaragua TOTALES Producción Total Sacos de 50Kg 8,000,003 13,799,116 49,984,010 9,351,998 12,291,340 93,426,466 En Toneladas Métricas Valor Crudo (TMVC) 413, ,829 2,499, , ,567 4,710,869 Exportación Total En Sacos de 50Kg 2,505,040 8,279,116 35,484,010 2,746,650 6,999,016 56,013,832 En Toneladas Métricas Valor crudo (TMVC) Producción y Exportación Etanol en lts. 125, ,839 1,774, , ,951 2,767,575 24,863,000 1,409, ,000,000 N/D 10,000, ,272,253 Ingreso Divisas-Exportaciones del Azúcar, Etanol y Derivados en US$ 52,909, ,900, ,910,000 90,000, ,000,000 1,336,719,710

8 ALCOHOL Actualmente cuatro ingenios producen alcohol, alcanzando una producción de 265 millones de litros al año. Generando divisas por un valor de 67 Millones US$ En el 2011

9 Capacidad Instalada, Litros x 1000/día DESHIDRATACIÓN Capacidad instalada para producción de Etanol en Guatemala ALCOHOL NEUTRO 850 K ALCOHOL POTABLE CONSUMO LOCAL + EXPORTACIÓN AÑO

10 PRODUCCION DE ETANOL REACCION (BIOQUIMICA) : DE TRANSFORMACION GLUCOSA EN SOLUCION SEPARACION Y CONCENTRACION DE PRODUCTO (DESTILACION): ETANOL EN SOLUCION PRODUCTO TRATAMIENTO / DISPOSICION: SUBPRODUCTOS

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12 AVANCES TECNOLOGICOS EN LA PRODUCCION DE ETANOL GUATEMALA

13 COMPRA DE MIELES POR CONTENIDO DE AZÚCARES FERMENTABLES, NO POR BRIX

14 . Avances COMPRA DE MATERIA PRIMA POR CONTENIDO DE AZÚCAR FERMENTABLE, NO POR BRIX

15 . Avances ANEXIÓN A UN INGENIO AZUCARERO

16 R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia PRODUCCION DE ETANOL EN INGENIO AZUCARERO

17 VENTAJAS DE DESTILERÍA ANEXA A INGENIO AZUCARERO APROVECHAMIENTO DE INFRA-ESTRUCTURA USO DE VAPOR DE ESCAPE RETORNO DE CONDENSADO A CALDERA USO DE ENERGÍA ELECTRICA CO-GENERADA AHORRO EN TRANSPORTE DE MELAZA POSIBLE USO DE JUGO Y MIELES INTERMEDIAS USO DE CONDENSADOS PARA DILUCIÓN USO DE VINAZA EN CAÑAVERALES PROPIOS

18 PROCESO EN EL INGENIO 2 /2 MELADURA TACHO 1 a A MAGMA 2 a TACHO 2 a B MAGMA 3 a TACHO 3 a C SEMILLA MASA A MASA B MASA C C MIEL A(1 a ) 80%S 73%P C AZUCAR 2 a MIEL B(2 a ) 78%S 54%P C AZUCAR 3 a MELAZA MIEL C 85%S 35%P AZUCAR 1 a H 2 O H 2 O 12% CENIZA H 2 O S.C. TACHO HTMELAZA 83%S < 3%CENIZA 74-78% A < 45% SACAROSA

19 . Avances DILUCIÓN DE MIELES EN LÍNEA

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22 % Fermentador A ) HORAS

23 % Fermentador A \ horas

24 . Avances USO DE CROMATOGRAFÍA LIQUIDA DE ALTA PRESIÓN ( HPLC) PARA CARACTRIZACION DE MIELES Y FORMULACION DE MOSTOS

25 AZÚCARES MONOSACÁRIDOS PENTOSAS HEXOSAS ARABINOSAS XILOSA DES-OXIRIBOSA MANOSA GLUCOSA (F) (R) FRUCTOSA (F) (R) GALACTOSA (R) RIBOSA CARBOHIDRATOS DISACÁRIDOS: (OLIGOSACÁRIDOS) TRI TETRA POLISACÁRIDOS: SACAROSA (F)* MALTOSA LACTOSA RAFINOSA STAQUIOSA ALMIDÓN CELULOSA GLICÓGENO DEXTRINA PECTINAS

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27 Mosto en fermentación - Azúcares fermentables, ácidos orgánicos y etanol

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29 AVANCES. USO DE ANTIBIÒTICOS SELECTIVOS EN LA FERMENTACIÒN PARA INHIBIR BACTERIA CONTAMINANTE

30 RECUENTO DE CELULA MONITOREO PROPA-PREFER-FERMENTADOR TIEMPO ACUMULADO, Hrs. l LEVADURAS E6 / ml CONTAMINANTES E6/ ml

31 cel/ml x 106 Conteo Microbiológico con adición de antibiótico selectivo Horas acumuladas contaminación (cocos+bacilos) Levaduras

32 . Avances ESTUDIO DE LA CINÈTICA DE LAS REACCIONES BIOQUÌMICAS DE LA FERMENTACIÒN---

33 . Avances USO ADECUADO DE INÒCULO

34 COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION 12% 3% 4% 1% 80% MATERIA PRIMA ENERGIA (E.E., VAPOR ) INSUMOS PERSONAL OTROS

35 CH 2 OH C O C 2 H 5 OH + OTROS OH-C OH-C C-OH C-OH CO 2 NH 4 H 3 PO 4 Saccharomyces cereviseae

36 CONDICIONES DE CRECIMIENTO cereviseae Saccharomyces VIABILIDAD PH VIABILIDAD 0 T o C VIABILIDAD DENSIDAD

37 P 0 0 S 01 = 150 AF g/l ACTIVIDAD EN EL FERMENTADOR N 1 P 1 X 0 =0.03 g/l ~10 6 células/l CO 2 P ANTI-ESPUMANTE FERMENTADOR V X S 1 P T= 33 0 tiempo 36 S ph tiempo 36 Δ Kcal P 1 = 8.5% v/v S 1 = 1 g/l X 1 = 0.7 g/l ~2.5x10 8 células

38 FERMENTACION POR TANDAS ( BATCH ) PROPAGACION DE LEVADURA PRE-FERMENTACIÒN CULTIVO EN EL LABORATORIO FERMENTACION ALCOHOLICA MIEL DILUIDA MOSTO FERMENTADO A DESTILACIÒN

39 FERMENTACION POR TANDAS CON RE- USO DE LEVADURA ( Melle- Boinot ) REACTIVACIÓN DE LEVADURA FERMENTACION ALCOHOLICA MIEL DILUIDA MOSTO FERMENTADO A DESTILACIÓN CENTRIFUGACION- RECIRCULACIÓN

40 FERMENTACIÓN CONTÍNUA REACTIVACIÓN DE LEVADURA FERMENTACION ALCOHOLICA ETAPA II, T2 ETAPA I, T1 MIEL DILUIDA MOSTO FERMENTADO A DESTILACIÓN CENTRIFUGACION- RECIRCULACIÓN

41 CRECIMIENTO MICROBIANO VIABLE CELLS

42 PROPAGADOR AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L LEVADURA, x N, P x P, ETOH S, AF AIRE 0 15 hrs PROPAGADOR R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

43 R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

44 PREFERMENTADOR x AIRE INICIAL N, P AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/l P x S PREFERMENTADOR 0 12 hrs R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

45 R.E.Ingeniería Diseño y logiamontaje de plantas Biotecno

46 FERMENTADOR x AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L F x S FERMENTADOR A TANQUE 0 4hrs 44 48hrs DE VINO R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

48 FERMENTACION POR TANDAS CON PRE-FERMENTACIÓN CONTÍNUA MIEL DILUIDA PROPAGACION DE LEVADURA PREFERMENTACIÒN FERMENTACION ALCOHOLICA MOSTO FERMENTADO A DESTILACIÒN

49 SECUENCIA DE FERMENTACIÓN AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L LEVADURA, x N, P x P, ETOH S, AF AIRE 0 15 hrs PROPAGADOR x AIRE INICIAL N, P AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/l P x S PREFERMENTADOR 0 12 hrs x AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L F x S FERMENTADOR A TANQUE 0 4hrs 44 48hrs R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia DE VINO

50 SECUENCIA DE FERMENTACIÓN AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/l AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L LEVADURA, x N, P AIRE INICIAL N, P INÓCULO INÓCULO AIRE PROPAGADOR PREFERMENTADOR FERMENTADOR A TANQUE DE VINO x P, ETOH S, AF 0 15 hrs R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

51 CONCENTRACIO MONITOREO PROPA-PREFER- FERMENTADOR TIEMPO ACUMULADO, Hrs. Etanol, %v/v Azucar Fermentable, % w/w BRIX % volumen en reactor

52 Concentracion de alcohol en mosto, %v/v Curvas de Fermentacion a diferentes valores de Azucar fermentable Inicial %Etoh con 13.5% AF inicial % Etoh con 15.8% AF Inicial %Etoh con 20 % AF Inicial % Etoh con 27% AF Inicial Tiempo, horas

53 . Avances INTRODUCCIÒN DE RE- HERVIDORES PARA LA FUENTE DE ENERGÌA DE LAS COLUMNAS DE DESTILACIÒN

54 ESQUEMA GENERAL DE DESTILACION PRODUCTO(S) DE CABEZA REFLUJO CONDENSADORES/ ENFRIADOR ALIMENTACION COLUMNA VAPOR CONDENSADOR/ RE-HERVIDOR RE-HERVIDOR CONDENSADO FONDO ( COLAS ) R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

55 . Avances APLICACIÒN DE TECNOLOGÌA PINCH PARA EL USO RACIONAL Y EFICAZ DE LA ENERGÌA

58 COMBINACION DE REFLUJOS Y RE- HERVIDORES ( REBOILERS) R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

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62 . Avances INTRODUCCIÒN DE LA DESTILACIÒN EXTRACTIVA PARA REMOVER PRODUCTOS CONGENÈRICOS

63 BARBET CABEZAS (ALCOHOL DE 2a) ALCOHOL DE 96 GL VINO FUSEL VINAZA E-4 FLEMAZA R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

65 DESTILACION EXTRACTIVA CABEZAS + FUSEL (ALCOHOL DE SEGUNDA ALCOHOL 96 GL P-2 VINO P-7 VINAZA E-3 E-1 E-2 FLEMAZA R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

66 ALCOHOL DESHIDRATADO (GRADO COMBUSTIBLE) ALCOHOL 99.9 GL E-6 E-7 P-13 P-2 VINO CONGENERICOS P-7 VINAZA E-3 E-1 E-2 E-5 FLEMAZA RECICLO DE ETOH R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

67 . Avances SUSTITUCIÒN DE LA DESTILACIÒN ( AL VACÌO O CON TERCER COMPONENTE ) POR ADSORCIÒN- DESORCIÒN ( TAMIZADO MOLECULAR ) PARA LA DESHIDRATACIÒN DEL ETANOL

70 . Avances USO DE CROMATOGRAFÌA DE GAS PARA EL CONTROL DE PROCESO Y CARACTERIZACIÒN MÀS PRECISA DE PRODUCTOS

71 ALCOHOL DE ALTO GRADO CABEZAS METOH CONGENERICOS VINAZA E-5 E-3 E-9 FLEMAZA ALCOHOL A 96 GL RECICLO DE ETOH R.E.Ingeniería Diseño y montaje de plantas Biotecnologia

72 Alcohol crudo

73 Alcohol deshidratado grado carburante

74 . Avances TRATAMIENTO Y UTILIZACIÒN DE LA VINAZA COMO SUBPRODUCTO VALIOSO ( NO COMO DESECHO )

75 VINAZA, aka CHICHA, VINHOTO, VINHAZA, DISTILLING SLOPS, STILLAGE, COLAS DE 1ª. COLUMNA, Fracciòn no evaporada ( lìquida ), retirada del fondo de la primera ( stripping, beer, vino, destrozadora ) columna en la destilaciòn de etanol. Contiene agua, glicerol, levaduras, bacterias, sòlidos suspendidos y disueltos, àcidos orgànicos, alcoholes, etc. cuyas cantidades varìan segùn la materia prima y su preparaciòn para la fermentaciòn, su recirculaciòn a la misma, condiciones de la destilaciòn y tratamiento posterior

76 DESTILACION CAÑA PRODUCCION DE VINAZA ETANOL AGUA INGENIO MELAZA CLARIFICACION FERMENTACION 7-11% ETOH VAPOR VAPOR MIEL B MIEL A RECIRCULACION REBOILER JUGO CONCENTRADO EVAPORACION VINAZA

77 L vinaza / L Etanol ESCENARIO L. vinaza /L.ETOH % ETOH v/v, vapor directo % ETOH v/v, con reboiler % ETOH v/v, con reboiler % ETOH v/v, reboiler y 15% de reciclaje % ETOH v/v, reboiler, 15% reciclaje y evaporando a 45% ST. 2.5

78 .VINAZA En las melazas se han identificado màs de 200 compuestos orgànicos diferentes, todos susceptibles a reaccionar durante la fermentaciòn En los mostos fermentados a partir de melazas se han identificado màs de 250 compuestos orgànicos; Los màs volàtiles se separan como vapores durante la destilaciòn. Los no volàtiles permanecen en la vinaza.

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84 EVAPORACIÓN DISPOSICION DE VINAZAS VINAZA LEVADURA VAPOR NaOH MOSTO A DESTILACION Neutralización Oxidación PRECALENTAMIENTO DE AGUA METANO DIGESTIÓN ANAERÓBICA FERTIRRIGACIÓN SOLIDOS COMBUSTIBLE O COMPOST RECIRCULACION A FERMENTACION

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86 Datos acumulados de 6 años

87 Almacenamiento/composting

88 COMPOSTAJE Aplicación de vinaza a la cachaza para compost, en dosis que van desde un 1 m³ hasta 3 m³ por tonelada de cachaza a compostar, distribuidas durante el ciclo del proceso de compostaje.

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94 Fertilización líquida específica APORTAR LOS NUTRIENTES REQUERIDOS POR EL CULTIVO PARA MAXIMIZAR SU PRODUCTIVIDAD Y MINIMIZAR EL COSTO DE PRODUCCION CONSUMO POR PLANTAS COEXISTENTES CONSUMO POR EL CULTIVO VOLATILIZACION VINAZA60 FERTILIZACION INVENTARIO EN EL SUELO NUTRIENTE 40% AGUA VEHICULO PERDIDAS POR LIXIVIACION PERDIDAS POR ESCORRENTIA + 60% SOLIDO S APORTE DE NUTRIENTES

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102 .EN RESUMEN La vinaza contiene agua, glicerol, levaduras, bacterias, sòlidos suspendidos y disueltos, àcidos orgànicos, alcoholes, etc. cuyas cantidades varìan segùn la materia prima y su preparaciòn para la fermentaciòn, su recirculaciòn a la misma y condiciones de la destilaciòn. NO HAY DOS VINAZAS IGUALES Su aprovechamiento y disposiciòn final dependerà de sus caracterìsticas, de las condiciones de su entorno y las necesidades de sus productores y usuarios.