Avances tecnológicos en las biorefinerías

Los avances tecnológicos están facilitando la construcción de complejos químicos integrados basados en materias primas renovables. Hasta ahora los complejos basados en bio-renovables no son aún comunes, pero los avances en nuevas tecnologías permitirán la producción efectiva en costes de los derivados de etileno derivados de etanol que pueden competir con las metodologías de procesado tradicional.

Entre los combustibles bio-renovables, el etanol ha recibido especial interés. La producción de etanol se basa en la fermentación de productos agrícolas tales como la caña de azúcar o el maíz. La tecnología de fermentación es simple y está comercialmente disponible para ser transferida a naciones menos desarrolladas.

Entre 1950 y 1960, el etanol se usó extensivamente para producir químicos en Brasil, India y Australia debido a:

·         Materiales agrícolas fermentables localmente disponibles.

·         Falta de hidrocarburos.

Nuevas tecnologías de etanol

La industria del etanol se desarrolló como respuesta a la crisis energética de los setenta. Durante ese tiempo, se desarrollaron procesos de glicol etanol a etileno integrados como alternativa a la materia prima basada en el petróleo. La primera planta comercial usando esta tecnología integrada se contrató en la India en 1989.

Esta planta se expandió varias veces en los últimos veinte años, y actualmente produce óxido de etileno (EO)/etileno glicol (EG) de etanol derivado de melazas.

Algunas características de la industria del etanol son las siguientes:

• En Brasil más de 30 productos se derivan del etanol, con capacidades instaladas por encima de 100,000 tpy. 
• El incremento de los precios del petróleo en los últimos años ha revitalizado la industria del etanol, consiguiéndose importantes mejoras y reducciones de costes en la producción.
• Las previsiones de procesos de producción de etanol más baratos y volúmenes más grandes basados en biomasa de celulosa tal como bagazo de caña de azúcar.

Producción global

La producción global de etanol se doblará en los próximos quince años hasta llegar en 2020 a alcanzar los 120,000 millones de litros. El principal motivo de expansión de la producción de etanol, especialmente en USA, es su uso como un aditivo de octano para la gasolina. Cuando se elevan los precios, el énfasis cambiará hacia el uso del etanol para la producción química/petroquímica.

Etanol en Brasil

Brasil tiene una gran ventaja económica con respecto a otras áreas y es que produce etanol con un coste más bajo a partir de la caña de azúcar, principal fuente de producción de etanol del Brasil. El maíz la principal materia prima de etanol en USA y Europa.

En Brasil producir etanol cuesta unos 0.28 $/l mientras que en USA el coste es de 0.38 $/l, un diferencial de 0.10 $.

En consecuencia, basándonos en una producción bien desarrollada la producción en el Brasil es la más competitiva con el petróleo. Otras áreas como China e India pueden también ser competitivas por sus condiciones locales.

Procesos de etanol a etileno

La producción de etileno es la aplicación química primaria del etanol; el etileno se usa luego para producir otros derivados del etileno.

La reacción etanol a etileno tiene lugar en la fase de vapor, usando reactores de lecho fluidizado o lecho fijo. Para reactores de lecho fijo, la reacción es isotérmica o adiabática.

En los procesos adiabáticos, el etanol se vaporiza y luego se sobrecalienta en un calentador antes de ser alimentado a los reactores de deshidratación. La reacción de deshidratación endotérmica requiere recalentamiento entre reactores para impulsar la reacción a una tasa de conversión de etanol del 99 %. El chorro de efluente del deshidratador se enfría y comprime. Después de la compresión, el chorro de etileno se lava con cáustica, se seca y se purifica en una columna de etileno.

Complejo etanol a etileno completamente integrado

Una forma de reducir las desventajas actuales en el precio del etanol, cuando se compara con el etileno derivado del petróleo, sería tomar ventaja de los beneficios de construir una unidad de procesado químico completamente integrado.

El complejo usaría caña de azúcar como materia prima para producir aguas abajo derivados del etileno tales como cloruro de vinilo monómero (VCM), etanolaminas y polietileno de alta densidad (HDPE). Este proceso fue desarrollado en los 80 para producción EO/EG.

Cuando el etileno se usa para alimentar una planta EO o EO/EG, el etanol se vaporiza, se diluye con vapor y es alimentado a un reactor de deshidratación de lecho simple. El vapor lleva suficiente calor para proporcionar calor de reacción endotérmica; y esto producirá una conversión completa a etileno con alta selectividad. El etileno del deshidratador se enfría, se comprime y se lava en preparación de ser mezclado con el gas del ciclo del reactor EO.

Las ventajas de integrar la deshidratación del etanol y el proceso de producción EO/EG permite usar el exceso de vapor generado en el proceso para reducir los costes de capital asociados con la purificación del etileno.

Complejo de biorefinería

Como se demostró en la producción de ácido poli hidroxibutírico (PHB), un molino de caña de azúcar y etanol puede integrarse con una planta etanol a EO. La planta de deshidratación se diseñará para producir etileno en exceso que se urará para producir derivados de etileno aguas abajo tales como VCM o HDPE.

Bibliografía: Biorefineries: Fact or fiction? Hidrocarbon processing August 2009

Palabras clave: Ethanol-to-ethilene glicol, vynil chloride monomer (VCM), ethanolamines and high-density polyethylene (HDPE), ethanol-to-EO plant.