BR112015005715B1 - Processo para tratar efluente gasoso de fermentação de co - Google Patents

Processo para tratar efluente gasoso de fermentação de co Download PDF

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Abstract

processos para tratar efluente gasoso de fermentação de co e para produzir álcool a partir de fermentação de gás de síntese. é proporcionado um processo que é eficaz para reduzir as emissões de co2, aumentando sty e/ou aumentar a densidade celular. o processo permite a utilização de gás de síntese a partir de diferentes fontes por meio do controle dos níveis de concentração de co, co2 e h2 no gás de síntese fornecido para a fermentação e por controlar a concentração relativa de co, co2 e h2 no gás de síntese fornecido para a fermentação. o processo inclui o fornecimento de gás de síntese para uma primeira zona de fermentação e fermentação de gás de síntese. se o primeiro efluente gasoso da zona de fermentação inclui cerca de 4% molar ou mais de co, em seguida, pelo menos uma porção do primeiro efluente gasoso do fermentador é fornecida para uma ou mais zonas de fermentação subsequentes.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO
[001] Este Pedido reivindica o benefício dos Pedidos Provisórios US61/702.824, 61/702.826, 61/702.832 e 61/702.837, todos depositados em 19 de Setembro de 2012, todos os quais são incorporados na sua totalidade como referência.
[002] Um processo está previsto que é eficaz para reduzir Emissõesde CO2 e aumentar a produtividade de álcool a partir de uma fermentação de gás de síntese. Mais especificamente, as quantidades relativas de CO, CO2 e H2 em gás de síntese são controladas para minimizar emissões de CO2 e/ou melhorar STY de álcool total de na fermentação de gás de síntese. O processo pode incluir a utilização de uma ou mais zonas de fermentação.
FUNDAMENTOS
[003] Os micro-organismos anaeróbios podem produzir álcoois eoutros produtos de monóxido de carbono (CO) através da fermentação de substratos gasosos. As fermentações que utilizam micro-organismos anaeróbios do gênero Clostridium produzem etanol e outros produtos úteis. Por exemplo, a Patente US 5.173.429 descreve Clostridium ljungdahlii ATCC No. 49587, um micro-organismo anaeróbio que produz etanol e acetato a partir de gás de síntese. A Patente US 5.807.722 descreve um método e um aparelho para a conversão de gases residuais em ácidos orgânicos e álcoois utilizando Clostridium ljungdahlii ATCC No. 55380. A Patente US 6.136.577 descreve um método e um aparelho para a conversão de gases residuais em etanol utilizando Clostridium ljungdahlii ATCC No. 55988 e 55989.
[004] Um substrato gasoso sob a forma de gás de síntese pode fornecer CO para a fermentação. Gás de síntese podem incluir CO, CO2 e H2. No entanto, as quantidades relativas de CO, CO2 e H2 no gás de síntese podem variar dependendo da forma como o gás de síntese é gerado. Algumas fontes de gás de síntese podem incluir níveis elevados de CO2. Conversões ideais de CO em álcoois e outros produtos e utilização melhorada de CO2 podem ser dependentes dos níveis relativos de CO, CO2 e H2 em gás de síntese fornecidos para a fermentação.
SUMÁRIO
[005] Um processo está previsto que é eficaz para reduzir emissõesde CO2, aumentando STY e/ou aumentando a densidade celular. O processo permite a utilização de gás de síntese a partir de diferentes fontes ao controlar os níveis de concentração de CO, CO2 e H2 em gás de síntese fornecido para a fermentação e por controlar a concentração relativa de CO, CO2 e H2 em gás de síntese fornecido para a fermentação.
[006] Em um aspecto, um processo para o tratamento de efluentegasoso a partir de uma fermentação CO inclui fornecer gás de síntese para uma primeira zona de fermentação e fermentar o gás de síntese e para gerar um primeiro efluente gasoso de fermentador tendo uma concentração de CO de cerca de 4% molar ou mais de CO. Pelo menos uma parte do primeiro efluente gasoso de fermentador é fornecido para uma ou mais zonas de fermentação subsequentes. Em outro aspecto, a primeira fermentação de efluente gasoso é misturado com um H2 contendo um gás em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás com razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, antes de serem fornecidos a uma ou mais zonas de fermentação subsequentes. Em ainda outro aspecto, a primeira zona de fermentação de efluente gasoso é misturada com um gás que contém CO, em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás com uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, antes de serem fornecidos a uma ou mais zonas de fermentação subsequentes.
[007] Em um aspecto, um processo para o tratamento de efluentegasoso a partir de uma fermentação de CO inclui o fornecimento de gás de síntese para uma primeira zona de fermentação e fermentação de gás de síntese. Se a primeira zona de fermentação de efluente gasoso inclui cerca de 4% molar ou mais de CO, então, a primeira zona de fermentação de efluente gasoso é fornecida para uma ou mais zonas de fermentação subsequentes. Em outro aspecto, a primeira fermentação de efluente gasoso é misturada com um gás que contém CO, em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás que tem cerca de 4% molar ou mais de CO antes de ser fornecido a uma ou mais zonas de fermentação subsequentes. Em outro aspecto, a primeira fermentação de efluente gasoso é misturada com um gás contendo H2 em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás com uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, antes de serem fornecidos a uma ou mais zonas de fermentação subsequentes. Em ainda outro aspecto, a primeira zona de fermentação de efluente gasoso é misturada com um gás que contém CO, em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás com uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, antes de serem fornecidos a um ou mais de zonas fermentação subsequentes.
[008] Em um aspecto, um processo para o tratamento de efluentegasoso a partir de uma fermentação inclui o fornecimento de gás de síntese CO para um primeiro fermentador e fermentar gás de síntese. Se o primeiro efluente gasoso de fermentador inclui cerca de 4% molar ou mais de CO, então, o primeiro fermentador de efluente gasoso é fornecido a um ou mais fermentadores subsequentes. Em outro aspecto, o primeiro efluente gasoso de fermentador é misturado com um gás contendo CO em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás que tem cerca de 4% molar ou mais de CO antes de ser fornecido a um ou mais fermentadores subsequentes. Em outro aspecto, o primeiro efluente gasoso de fermentador é misturado com um gás contendo H2 em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás com uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, antes de serem fornecidos a um ou mais fermentadores subsequentes. Em ainda outro aspecto, o primeiro efluente gasoso de fermentador é misturado com um gás que contém CO, em uma quantidade eficaz para proporcionar um gás com uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, antes de serem fornecidos a um ou mais fermentadores subsequentes.
[009] Em outro aspecto, é proporcionado um processo para aprodução de álcool a partir de uma fermentação de gás de síntese. O processo inclui o fornecimento de gás de síntese para um fermentador. O gás de síntese fornecido ao fermentador tem uma razão molar de H2 para CO de cerca de 3,5 ou mais e um conteúdo de CO de cerca de 4% molar ou mais. O processo de fermentação de gás de síntese é eficaz para proporcionar um STY de cerca de 1 g ou mais de álcool total/(L-dia). Em um aspecto, o processo pode incluir misturar H2 com um gás com alto teor de CO para fornecer um gás de síntese com uma razão molar de H2 para CO de cerca de 3,5 ou mais. O processo é eficaz para a redução de emissões de CO2 de cerca de 10% ou mais por grama de células no fermentador, em comparação com um processo em que a proporção molar de H2 para CO do gás de síntese é de cerca de 1,0 ou menos.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0010] Os aspectos, características e vantagens de vários aspectosdo processo acima referido e outros serão mais evidentes a partir das seguintes figuras.
[0011] A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de um fermentador comdiferentes zonas de fermentação.
[0012] A FIG. 2 é uma vista em perspectiva de uma série defermentadores onde todos os fermentadores subsequentes a um primeiro fermentador cada um pode receber diretamente a partir do gás a partir do primeiro fermentador.
[0013] A FIG. 3 é uma vista em perspectiva de uma série defermentadores onde efluente gasoso a partir de cada fermentador é transferido para um fermentador subsequente.
[0014] Caracteres de referência correspondentes indicam elementoscorrespondentes em todas as figuras. Os especialistas na técnica apreciarão que elementos nas figuras são ilustrados pela simplicidade e clareza e não necessariamente foram desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas figuras podem ser exageradas em relação a outros elementos para ajudar a melhorar a compreensão dos vários aspectos do presente processo e aparelho. Além disso, os elementos comuns, mas bem entendidos que são úteis ou necessários em aspectos comercialmente viáveis muitas vezes não estão representados, a fim de facilitar uma perspectiva menos obstruída destes vários aspectos.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0015] A descrição seguinte não deve ser tomada em um sentidolimitativo, mas é feita apenas com a finalidade de descrever os princípios gerais de modalidades exemplares. O escopo da invenção deve ser determinado com referência às Reivindicações.Definições
[0016] Salvo definição em contrário, os seguintes termos comousados ao longo desta especificação para a presente invenção são definidos como se segue e podem incluir as formas singulares ou plurais de definições abaixo definidos:
[0017] O termo “cerca de” modificando qualquer quantidade refere-se à variação na quantidade encontrada em condições do mundo real, por exemplo, no laboratório, planta piloto, ou unidade de produção. Por exemplo, uma quantidade de um ingrediente ou de medida empregue em uma mistura ou quantidade ou quando modificada por “cerca de” inclui a variação e grau de cuidado tipicamente empregues na medição em uma condição experimental em unidades de produção ou de laboratório. Por exemplo, a quantidade de um componente de um produto quando modificado por “cerca de” inclui a variação entre lotes em vários experimentos em uma planta ou no laboratório e a variação inerente ao método de análise. Seja ou não modificado por “cerca de”, os valores incluem equivalentes a essas quantidades. Qualquer quantidade especificada aqui e modificada por “cerca de” pode também ser empregue na presente descrição como a quantidade não modificada por “cerca de”.
[0018] O termo “gás de síntese” ou “gás de síntese” significa gás desíntese que é o nome dado a uma mistura gasosa que contém quantidades variáveis de monóxido de carbono e hidrogênio. Exemplos de métodos de produção incluem reforma a vapor do gás natural ou hidrocarbonetos para produzir hidrogênio, a gaseificação do carvão e em alguns tipos de instalações de gaseificação de resíduo em energia. O nome vem de sua utilização como intermediários na criação de gás natural sintético (SNG) e para a produção de amônia ou metanol. Gás de síntese é inflamável e é frequentemente utilizado como uma fonte de combustível ou como um intermediário para a produção de outros produtos químicos.
[0019] O termo “fermentador” inclui um dispositivo de fermentaçãoque consiste em um ou mais vasos e/ou torres ou encanamentos, que inclui o reator em tanque agitado contínuo (CSTR), reator de célula imobilizada (ICR), reator em leito de gota a gota (TBR), reator de biofilme em leito móvel (MBBR), Coluna de Bolha, fermentador de elevação a gás, reator de membrana como biorreator de membrana de fibra oca (HFMBR), misturador estático, ou outro vaso ou outro dispositivo adequado para o contato gás-líquido.
[0020] Os termos “fermentação”, “processo de fermentação” ou“reação de fermentação” e semelhantes pretendem englobar a fase de crescimento e a fase biossíntese do produto do processo. Em um aspecto, fermentação refere-se à conversão de CO para álcool.
[0021] O termo “densidade celular” significa massa de células demicro-organismos por volume unitário de caldo de fermentação, por exemplo, gramas/litro.
[0022] O termo “efluente gasoso” refere-se a todo o gás que sai dofermentador.Gás de Síntese
[0023] Gás de síntese pode ser fornecido a partir de qualquer fonteconhecida. Em um aspecto, o gás de síntese pode ser obtido a partir da gaseificação de materiais carbonáceos. Gaseificação envolve combustão parcial da biomassa em uma oferta restrita de oxigênio. O gás resultante inclui principalmente CO e H2. Neste aspecto, o gás de síntese irá conter cerca de 4% molar ou mais de CO, em outro aspecto, de cerca de 5% molar ou mais de CO, em outro aspecto, a cerca de 10% molar ou mais de CO, em outro aspecto, a cerca de 20% molar ou mais de CO, em outro aspecto, de cerca de 10 a cerca de 100% em moles de CO, em outroaspecto, de cerca de 20 a cerca de 100% em moles de CO, em outroaspecto, de cerca de 30 a cerca de 90% em moles de CO, em outroaspecto, de cerca de 40 a cerca de 80% de moles de CO, e em outroaspecto, a cerca de 50 a cerca de 70% molar de CO. Alguns exemplos de métodos e aparelhos de gaseificação adequados são fornecidos em US 61/516.667, 61/516.704 e 61/516.646, todos os quais foramdepositados em 6 de abril de 2011, e em US 13/427.144, 13/427.193 e 13/427.247, os quais foram depositados em 22 de março de 2012, e todos os que são aqui incorporadas por referência.
[0024] Dependendo da composição do gás de síntese, gás de síntesepode ser fornecido diretamente a um processo de fermentação ou pode ainda ser modificado para incluir uma razão molar apropriado de H2 para CO. Em um aspecto, o gás de síntese, fornecido ao fermentador tem uma razão molar de H2 para CO de cerca de 3,5 ou mais, em outro aspecto, de cerca de 4,0 ou mais, e, em outro aspecto, de cerca de 5,0 ou mais. Em outro aspecto, o gás de síntese fornecido ao fermentador pode incluir cerca de 40 moles por cento ou mais CO mais H2 e cerca de 30 por cento em moles ou menos de CO, em outro aspecto, cerca de 50 moles por cento ou mais de CO mais H2 e cerca de 35 por cento em moles ou menos CO, e em outro aspecto, a cerca de 80 moles por cento ou mais de CO mais H2 e cerca de 20 moles por cento ou menos CO.
[0025] Em outro aspecto, o processo tem aplicabilidade para apoiara produção de álcool a partir de substratos gasosos, como grandes volumes de gases de combustão industriais contendo CO. Em alguns aspectos, um gás que inclui CO é derivado a partir de resíduos que contém carbono, por exemplo, gases de resíduos industriais ou a partir da gaseificação de outros resíduos. Como tal, os processos representam processos eficazes para captura de carbono que, de outro modo seria expelido para o ambiente. Exemplos de gases de combustão industriais incluem gases produzidos durante fabricação de produtos de metais ferrosos, fabricação de produtos não ferrosos, processos de refino de petróleo, gaseificação de carvão, gaseificação de biomassa, produção de energia elétrica, de produção de negro de carbono, produção de amônia, produção de metanol e de fabricação de coque.
[0026] Em um aspecto, um separador de gás está configurado paraseparar substancialmente, pelo menos, uma parte da corrente de gás, em que a parte inclui um ou mais componentes. Por exemplo, o separador de gás pode separar CO2 a partir de uma corrente de gás compreendendo os seguintes componentes: CO, CO2, H2, em que o CO2 pode ser passado para um removedor de CO2 e o restante da corrente de gás (compreendendo CO e H2) pode ser passado para um biorreator. Pode utilizar-se qualquer separador de gás conhecidos na técnica. Neste aspecto, o gás de síntese fornecido ao fermentador terá cerca de 10% molar ou menos de CO2, em outro aspecto, cerca de 1% molar ou menos de CO2, e, em outro aspecto, cerca de 0,1% molar ou menos de CO2.
[0027] Certas correntes de gás podem incluir uma concentraçãoelevada de CO e baixas concentrações de H2. Em um aspecto, pode ser desejável otimizar a composição do fluxo de substrato, a fim de conseguir uma maior eficiência na produção de álcool e/ou captura de carbono total. Por exemplo, a concentração de H2 na corrente de substrato pode ser aumentada antes de a corrente ser passada para o biorreator.
[0028] De acordo com aspectos particulares da invenção, correntesa partir de duas ou mais fontes podem ser combinadas e/ou misturadas para produzir uma corrente de substrato desejável e/ou otimizada. Por exemplo, uma corrente que compreende uma concentração elevada de CO, como os gases de escape a partir de um conversor de moinho de aço, pode ser combinada com uma corrente compreendendo concentrações elevadas de H2, como o efluente gasoso de um forno de coque de aço.
[0029] Dependendo da composição do substrato que contém COgasoso, pode também ser desejável tratá-lo para remover quaisquer impurezas indesejadas, como as partículas de poeira antes de introduzi- lo para a fermentação. Por exemplo, o substrato gasoso pode ser filtrado ou esfregado utilizando métodos conhecidos.Concepção e Operação do Fermentador
[0030] Em um aspecto, uma concepção de fermentador pode incluirdiferentes zonas de fermentação no mesmo fermentador. Por exemplo, um fermentador de grande ou um reator de tipo coluna de bolha pode incluir diferentes zonas de fermentação. As descrições das concepções do fermentador são descritas em US 13/471.827 e 13/471.858, ambos depositados em 15 de maio de 2012, e US 13/473.167, depositado em 16 de maio de 2012, todos os quais são aqui incorporados por referência.
[0031] Como mostrado na Figura 1, um fermentador 100 incluimúltiplas zonas de fermentação 200. Como mostrado, o fermentador 100 inclui uma primeira zona de fermentação 200 e quatro zonas de fermentações adicionais 201, 202, 203, 204. Em outro aspecto, ofermentador 100 pode incluir duas ou mais zonas de fermentação, podendo inclui de duas a dez zonas de fermentação. Uma zona de fermentação é definida como o espaço acima de uma entrada/dispersor de gás 121 e abaixo de uma barreira de zona de fermentação 122, espaço acima de um dispersor de zona 153 e abaixo de uma barreira de zona de fermentação 122, e/ou um espaço acima de zona de dispersor 153 e o topo do fermentador 100. O fermentador 100 pode também incluir bombas 124. As bombas 124 podem ser utilizadas para remoção de amostra/produto 210.
[0032] Em um aspecto, as zonas de fermentação são separadas porbarreiras de zona de fermentação 122. Os gases 305 podem fluir através de cada zona de fermentação. Efluente gasoso a partir de qualquer zona de fermentação pode ser transportado para uma zona subsequente de fermentação por meio de um dispersor de zona 153. Efluente gasoso a partir de qualquer zona de fermentação pode ser analisado.
[0033] Em um aspecto, gás de síntese entra no fermentador 100através de um fornecimento de gás de síntese 120. O fornecimento de gás de síntese 120 fornece gás de síntese para a entrada/dispersores de gás 121. Meio e nutrientes podem ser fornecidos para cada zona de fermentação 122 através de fornecimento de meio/nutriente 250. Efluente gasoso pode sair de cada zona de fermentação 122 através de uma zona dispersora 153. Efluente gasoso pode sair da zona final de fermentação através de uma porta de efluente gasoso 270. Efluente gasoso pode ser fornecido a uma caldeira de ventilação de gases. A caldeira de ventilação de gás pode ser utilizada para proporcionar vapor para a produção de energia.
[0034] De acordo com um aspecto, o processo de fermentação éiniciado pela adição de meio para o vaso do reator. Alguns exemplos de composições de meio estão descritos em US 61/650.098 e 61/650.093, depositados em 22 de maio de 2012, e na Patente US 7.285.402, depositada em 23 de julho de 2001, todos os quais são aqui incorporados por referência. O meio pode ser esterilizado para remover os microorganismos indesejáveis e o reator é inoculado com os micro-organismos desejados. A esterilização pode não ser sempre necessária.
[0035] Em um aspecto, os micro-organismos utilizados incluembactérias acetogênicas. Exemplos de bactérias acetogênicas úteis incluem as do gênero Clostridium, como cepas de Clostridium ljungdahlii, incluindo aquelas descritas em WO 2000/68407, EP 117.309, Patentes US 5.173.429, 5.593.886 e 6.368.819, WO 1998/00558 e WO2002/08438, cepas de Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 e DSM 19630 de DSMZ, Alemanha), incluindo aquelas descritas em WO 2007/117157 e WO 2009/151342 e Clostridium ragsdalei (P11, ATCC BAA-622) e Alkalibaculum bacchi (CP11, ATCC BAA-1772), incluindo aquelas descritas, respectivamente, em Patente US 7704723 e “Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas”, Hasan Atiyeh, apresentado em Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, 29 de abril de 2010 e Clostridium carboxidivorans (ATCC PTA-7827), descrito no Pedido de Patente US 2007/0276447. Outros micro-organismos adequados incluem os do gênero Moorella, incluindo Moorella sp. HUC22- 1, e os do gênero Carboxydothermus. Cada uma destas referências é aqui incorporada por referência. Podem ser utilizadas culturas mistas de dois ou mais micro-organismos.
[0036] Alguns exemplos de bactérias úteis incluem Acetogeniumkivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter pacificus subterraneous, Carboxydothermus hydrogenoformans,Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridiumacetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridiumautoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemanha), Clostridiumautoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemanha), Clostridiumautoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemanha), Clostridiumautoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemanha), Clostridiumcarboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA- 10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (49S87 ATCC), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 5S380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemanha), Clostridium ragsdali P11 (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens,Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrellathermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii,Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus,Thermoanarobacter kivui, e suas misturas.
[0037] Após a inoculação, uma taxa de fornecimento de gás dealimentação inicial é estabelecida eficaz para o abastecimento da população inicial de micro-organismos. Efluente gasoso é analisado para determinar o conteúdo de efluente gasoso. Os resultados da análise de gás são utilizados para controlar as taxas de alimentação de gás. Ao atingir os níveis desejados, fase líquida e o material celular é retirado do reator e reabastecida com meio. O processo é eficaz para aumentar a densidade de células a cerca de 2,0 gramas/litro ou mais, em outro aspecto, de cerca de 2 a cerca de 25 gramas/litro, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 20 gramas/litro, em outro aspecto, a cerca de 2 cerca de 10 gramas/litro, em outro aspecto, cerca de 2 a cerca de 8 gramas/litro, em outro aspecto, de cerca de 3 a cerca de 6 gramas/litro, e em outro aspecto, de cerca de 4 a cerca de 5 gramas/litro.
[0038] Em um aspecto, o gás de síntese é fornecido a uma primeirazona de fermentação 200. Se uma concentração de CO no efluente gasoso da primeira zona de fermentação 200 é de cerca de 4% molar ou superior, então pelo menos uma parte de gás de síntese sendo fornecida a uma ou mais zonas de fermentação posteriores através zona dispersora 153.
[0039] Efluente gasoso pode ser fornecido a cada zona defermentação, um de cada vez ou pode ser fornecido a uma ou mais zonas de fermentação simultaneamente. Neste aspecto, o gás de síntese que entra em uma zona de fermentação terá cerca de 20% molar ou mais de CO, em outro aspecto, a cerca de 30% molar ou mais, em outro aspecto, de cerca de 40% molar ou mais, e, em outro aspecto, de cerca de 50% molar ou mais.
[0040] Em outro aspecto, o gás de síntese fornecido para qualquerzona de fermentação terá uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, e de cerca de 4% molar a cerca de 99,9% molar de CO. Em outro aspecto, o gás de síntese que entra em qualquer zona de fermentação posterior terá uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,5 ou mais, em outro aspecto, de cerca de 1,0 ou mais e, em outro aspecto, de cerca de 3,5 ou mais.
[0041] Outro aspecto de uma concepção de fermentador é mostradona Figura 2. Neste aspecto, o desenho inclui um primeiro fermentador 100 ligados em série para fermentadores subsequentes, como, por exemplo, segundo fermentador de 102, terceiro fermentador 104, e quarto fermentador 106. A concepção pode incluir qualquer número de fermentadores subsequentes de 1 a cerca de 10 (por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 fermentadores subsequentes).
[0042] Em um aspecto, o gás de síntese entra no primeirofermentador 100 através de uma entrada de gás/dispersor 120. Dispersão de gás de síntese e subsequente mistura é realizada com pelo menos um impulsor de dispersão de gás 225 e pelo menos um impulsor de mistura 220 que está acoplado a um eixo de acionamento 200.
[0043] Efluente gasoso de fermentador 150 pode ser transportadopara um ou mais biorreatores subsequentes. Efluente gasoso de fermentador pode ser fornecido a cada fermentador subsequente um de cada vez, em série, ou pode ser fornecido a um ou mais fermentadores subsequentes simultaneamente em paralelo. Neste aspecto, efluente gasoso de fermentador fornecido a qualquer fermentador subsequente terá uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais e cerca de 4% molar ou mais de CO. Em outro aspecto, o efluente gasoso de fermentador entrando em qualquer fermentador subsequente terá uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,25 ou mais, em outro aspecto, cerca de 0,5 ou mais, em outro aspecto, cerca de 1,0 ou mais, em outro aspecto, cerca de 1,5 ou mais, e, em outro aspecto, de cerca de 3,5 ou mais. Em um aspecto, o efluente gasoso de fermentador entrando em qualquer fermentador subsequente terá cerca de 20% molar ou mais de CO, em outro aspecto, a cerca de 30% molar ou mais, em outro aspecto, de cerca de 40% molar ou mais, e em outro aspecto, cerca de 50% molar ou mais.
[0044] Outro aspecto de uma concepção de fermentador é mostradona Figura 2. Neste aspecto, a concepção inclui um primeiro fermentador de 100 ligado em série para fermentadores subsequentes, como, por exemplo, segundo fermentador 102, terceiro fermentador 104, e quarto fermentador 106. A concepção pode incluir qualquer número de fermentadores subsequentes de 1 a cerca de 10 (por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 fermentadores subsequentes). Efluente gasoso de fermentador 150 pode ser transmitido a partir de um primeiro fermentador 100 para um fermentador subsequente 102. Efluente gasoso de fermentador a partir de qualquer fermentador subsequente 152 pode em seguida ser transportado para qualquer fermentador subsequente.
[0045] Na concepção de fermentador mostrado na Figura 2, efluentegasoso de fermentador 150 pode ser transportado para um ou mais biorreatores subsequentes. Efluente gasoso de fermentador pode ser fornecido a cada fermentador subsequente. Neste aspecto, efluente gasoso de fermentador fornecido a qualquer fermentador subsequente terá uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,2 ou mais, cerca de 4% molar ou mais de CO. Em outro aspecto, o efluente gasoso de fermentador entrando em qualquer fermentador subsequente terá uma razão molar de H2 para CO de cerca de 0,25 ou mais, em outro aspecto, de cerca de 0,5 ou mais, em outro aspecto, de cerca de 1,0 ou mais, em outro aspecto, de cerca de 1,5 ou mais, e, em outro aspecto, de cerca de 3,5 ou mais. Em um aspecto, o efluente gasoso de fermentador entrando em qualquer fermentador subsequente terá cerca de 20% molar ou mais de CO, em outro aspecto, a cerca de 30% molar ou mais, em outro aspecto, de cerca de 40% molar ou mais e, em outro aspecto, cerca de 50% molar ou mais.
[0046] Em outro aspecto, efluente gasoso de um primeiro ou qualquer fermentador subsequente pode ser proporcionado para uma caldeira de gás de ventilação. A caldeira de gás de ventilação pode ser utilizada para proporcionar vapor para a produção de energia.Produtividade do Álcool
[0047] Determinadas razões de H2 para CO e/ou CO2 para CO sãoeficazes para proporcionar maior STY. Neste aspecto, o processo é eficaz para proporcionar um STY (rendimento de espaço tempo) de cerca de 1 grama ou mais de álcool total /(L-dia). Em outro aspecto, o processo é eficaz para proporcionar um STY de pelo menos cerca de 10 g no álcool total/(L-dia). Os possíveis valores de STY incluem cerca de 10 g no álcool total/(L dia) a cerca de 200 g de álcool total/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 10 g no álcool total/(L-dia) a cerca de 160 g de álcool total/(L- dia), em outro aspecto, de cerca de 10 g de álcool total/(L-dia) a cerca de 120 g de álcool total/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 10 g de álcool total/(L-dia) a cerca de 80 g de álcool total/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 20 g de álcool total/(L-dia) a cerca de 140 g de álcool total/(L- dia), em outro aspecto, de cerca de 20 g de álcool total/(L-dia) a cerca de 100 g álcool/(L-dia no total), em outro aspecto, a cerca de 40 g de álcool total/(L-dia) a cerca de 140 g de álcool total/(L-dia), e em outro aspecto, sobre 40 g no álcool total/(L dia) até cerca de 100 g no álcool total/(L- dia).
[0048] Tal como aqui utilizado, “álcool total” inclui etanol, butanol,propanol e metanol. Em um aspecto, o álcool total pode incluir pelo menos cerca de 80 por cento em peso ou mais de etanol. Em outro aspecto, o álcool total pode incluir pelo menos cerca de 25 por cento em peso ou menos de butanol.
[0049] Em um aspecto relacionado, a produtividade pode serexpressa como o STY (rendimento de espaço tempo) expressa em g de etanol/(L dia). Neste aspecto, o processo é eficaz para proporcionar um STY (rendimento de espaço tempo) de pelo menos cerca de 10 g de etanol/(L-dia). Os possíveis valores de STY incluem cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 200 g etanol/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 10 g etanol/(L-dia) a cerca de 160 g etanol/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 120 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 10 g de etanol/(L-dia) a cerca de 80 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 20 g de etanol/(L dia) a cerca de 140 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, de cerca de 20 g de etanol/(L dia) a cerca de 100 g de etanol/(L-dia), em outro aspecto, a cerca de 40 g de etanol/(L-dia) a cerca de 140 g de etanol/(L-dia), e, em outro aspecto, de cerca de 40 g de etanol/(L-dia) a cerca de 100 g de etanol/(L-dia).Redução das Emissões de CO2
[0050] Em um aspecto, o processo é eficaz para a redução deemissões de CO2 de cerca de 10% ou mais, em outro aspecto, de cerca de 15% ou mais, e, em outro aspecto, de cerca de 20% ou mais em comparação com um processo em que razão molar de H2 pra CO do gás de síntese é menos do que cerca de 1,0. A razão molar de H2 para CO refere-se às reduções de emissões de CO2 da seguinte forma.
Figure img0001
[0051] Neste aspecto, emissões de CO2 são medidas em um efluentegasoso do reator usando cromatografia gasosa. Quaisquer métodos conhecidos podem ser usados para determinar emissões de CO2.
[0052] Embora a invenção aqui revelada tenha sido descrita pormeio de modalidades específicas, exemplos e aplicações das mesmas, numerosas modificações e variações podem ser feitas às mesmas por especialistas na técnica sem se afastar do escopo da invenção estabelecido nas Reivindicações.

Claims (8)

1. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, caracterizado por que o processo compreende:fornecer gás de síntese para um fermentador;fermentar o gás de síntese com uma bactéria selecionada do grupo que consiste em Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55889) e misturas dos mesmos;gerar um primeiro efluente gasoso de fermentador; efornecer pelo menos uma parte do primeiro efluente gasoso de fermentador a um ou mais fermentadores subsequentes, em que o primeiro efluente gasoso de fermentador fornecido a um ou mais fermentadores subsequentes tem 4% molar ou mais de CO e 10% molar ou menos de CO2,em que o primeiro efluente gasoso de fermentador é misturado com um gás contendo H2 numa quantidade para fornecer uma razão molar de H2 para CO de 1,0 ou mais antes de ser fornecido a um ou mais fermentadores subsequentes,em que o processo fornece um STY de 1,0 grama ou mais de álcool total/ (L^dia) e reduz as emissões de CO2 em 10% ou mais.
2. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro efluente gasoso de fermentador é fornecido aos fermentadores subsequentes que operam em paralelo.
3. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro efluente gasoso de fermentador é fornecido aos fermentadores subsequentes que operam em série.
4. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro fermentador e os fermentadores subsequentes são diferentes zonas de fermentação num fermentador.
5. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o efluente gasoso de um primeiro fermentador ou qualquer fermentador subsequente é fornecido a uma caldeira de gás de ventilação.
6. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro efluente gasoso de fermentador é misturado com um gás contendo CO para fornecer um gás com 4% molar ou mais de CO antes de ser fornecido aos um ou mais fermentadores subsequentes.
7. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro efluente gasoso de fermentador é misturado com um gás contendo CO numa quantidade eficaz para fornecer uma razão molar de H2 para CO de 1,0 ou mais antes de ser fornecido a um ou mais fermentadores subsequentes.
8. Processo Para Tratar Efluente Gasoso de Fermentação de CO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o primeiro fermentador é eficaz para fornecer um STY de 1,0 grama ou mais de álcool total/(I/dia).
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