BR112015011252A2

BR112015011252A2 - processo para produzir biogás e/ou metano e sistema de digestão anaeróbica

Info

Publication number: BR112015011252A2
Application number: BR112015011252-8A
Authority: BR
Inventors: John Morris Ross; Cornelius Martin Lynch
Original assignee: Blaygow Limited
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2020-09-15
Also published as: US20150299731A1; CN105026321B; CA2891763C; CN105026321A; GB2521982A; WO2014076483A3; JP2019076898A; GB201508147D0; WO2014076483A2; JP6752307B2; BR112015011252B1; EP2920122A2; US11193143B2; US20190002928A1; CA2891763A1; JP2016505357A

Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR BIOGÁS E/OU METANO E SISTEMA DE DIGESTÃO ANAERÓBICA. A presente invenção provê um processo para produzir biogás e/ou metano a partir de produtos cereais usados sólidos derivados de, por exemplo, o processo de esmagamento de whisk (e)y de malte e/ou produção de fermentado. Também é provido um sistema para produzir biogás e/ou metano a partir de produtos cereais usados sólidos derivados de, por exemplo, o processo de esmagamento de whisk (e)y de malte e/o u produção de fermentado.

Description

“PROCESSO PARA PRODUZIR BIOGÁS E/OU METANO E SISTEMA DE DIGESTÃO ANAERÓBICA”. Campo técnico

[001] A presente invenção provê um processo para produzir biogás e/ou metano a partir de material sólido usado, incluindo aqueles derivados da produção de álcool a partir da destilação de malte e grãos e/ou produção de álcool combustível. Também é provido um sistema para produzir biogás e/ou metano a partir de material sólido tal como derivado da produção de álcool a partir da destilação de malte e grãos e/ou produção de álcool combustível. Técnica anterior

[002] A produção de biogás a partir da digestão anaeróbica de culturas energéticas tais como silagem de milho ou silagem de grama é uma prática bem estabelecida na Europa. A Alemanha sozinha tem mais que 7.000 digestores anaeróbicos operando grandemente em culturas energéticas para produzir biogás. Tipicamente as culturas energéticas podem ter concentrações de proteína entre 8-15% (base seca) tornando-as adequadas para digestão anaeróbica. O biogás produzido por este método de digestão anaeróbica é tipicamente usado para gerar eletricidade, vapor e água quente via motores a gás e caldeiras térmicas de resíduos. Muitas dessas instalações são de grande escala e capazes de gerar entre 20 e 40 MW de eletricidade por hora. Os subsídios do governo em torno do preço da eletricidade verde faz a conversão de culturas energéticas para biogás uma proposta comercial real em tanto a Europa quanto o Reino Unido.

[003] Embora tais digestores tenham sido empregados para a digestão de material usado de culturas energéticas, pouca atenção tem sido dada a produtos usados de destilaria e outras fontes. Além disso, algumas indústrias, incluindo destilarias têm material usado sólido e líquido e seria desejável ser capaz de processar tanto o material usado sólido quanto líquido.

[004] A WO2012/001417 descreve um processo para a produção de butanol ou acetona a partir de vários subprodutos iniciais de destilaria e/ou cervejaria, entretanto, não há sugestão de como produzir biogás e/ou metano a partir dos materiais iniciais descritos. Entretanto, este pedido de patente ensina que resíduos de fermentação [“pot ale”] que são usados em combinação com borra devem ser diluídos uma vez que eles podem conter quantidades inibitórias de cobre. Além disso, o pedido de patente ensina que a fonte de carboidrato pode requerer ser pré-tratada por enzimas hidrolisantes e/ou requeridas. Além disso, quando borra é digerida em combinação com resíduos de fermentação, o pedido de patente ensina que a borra é primeiro pré-tratada com ácido e enzimas. Portanto, os processos ensinados para co-fermentar carboidratos, e borra em particular, com resíduos de fermentação, são bem complexos e trabalhosos.

[005] Está entre os objetivos da presente invenção evitar e/ou abrandar uma das desvantagens mencionadas anteriormente. Sumário da invenção

[006] A presente invenção é baseada em trabalho executado pelos inventores na utilização de produtos residuais de um processo de destilação de malte/grãos para produzir biogás/metano e opcionalmente outros produtos comercialmente úteis. Em particular os presentes inventores têm sido capazes de utilizar um número de subprodutos usados sólidos e opcionalmente líquidos que são obtidos durante vários processos de destilação.

[007] Portanto, em um primeiro aspecto é provido um processo para produzir biogás e/ou metano, a partir do processo compreendendo: (a) prover uma pasta compreendendo um ou mais produtos cereais usados sólidos; (b) submeter a pasta a uma digestão anaeróbica compreendendo metanogênese a um pH 6,6-7,6, para obter um biogás e lodo líquido de digestor e opcionalmente processar adicionalmente o biogás para obter metano.

[008] Será apreciado que a presente invenção pode ser executada de uma maneira contínua ou semicontínua. Isto é, novo material de pasta pode ser adicionado continuamente e digerido, ou bateladas de pasta podem ser adicionadas em pontos particulares no tempo.

[009] os produtos cereais usados sólidos tipicamente compreendem materiais sólidos obtidos a partir da produção de destilação de malte e/ou grãos, ou destilando outros materiais, ou a partir de outros processos incluindo a produção de álcool combustível. Uma variedade de materiais sólidos cereais usados podem ser usados incluindo grãos usados de destilarias de grãos, resíduos, grãos de cervejaria, milho, e similares. Em adição ao cereal usado, pode haver uma quantidade significativa de material protéico, tal como levedura que se multiplicou durante um processo de fermentação. De fato, pode ser desejável ter material protéico, tal como levedura presente em adição a material usado que seja rico em carboidrato. Tais materiais sólidos usados podem ter valores de proteína relativamente altos. Por exemplo, o resíduo tem aproximadamente 22% de proteína em base sólida e Vitagoldo (um material em grão usado, veja abaixo) pode ter até 44% de proteína.

[0010] Sólidos de cereais usados de destilaria de grãos são obtidos de mosto usado. Este é a pasta de cereal usado e levedura compreendendo tipicamente ao redor de 5% de sólidos suspensos totais que sai da base da coluna de mosto de uma instalação de destilação contínua ou alternativamente é o resíduo deixado após a destilação do mosto fermentado em destilador de cobre [“pot still”] de todos os grãos em um processo de esmagamento. O porcentual de sólidos suspensos no mosto usado é determinado pela densidade original que a particular destilaria está empregando.

[0011] O material de mosto usado tem um componente de sólidos solúveis tipicamente ao redor de 4%. Quanto mais alta a densidade original maiores as concentrações de sólidos suspensos e solúveis. Um material de mosto usado compreendendo 5% de sólidos suspensos e 4% de sólidos solúveis seria típico para uma destilaria de grãos operando a 65 graus de gravidade específica [antes da fermentação].

[0012] As figuras detalhadas acima são baseadas em uma destilaria de grãos operando com mosto de 9,0% de álcool volume/volume alimentado para destilação. Se, entretanto, a intensidade do mosto for mais alta então também o serão as frações de suspensos e solúveis no mosto usado.

[0013] Os presentes inventores mostraram que é possível digerir anaerobicamente pastas que compreendem tais materiais iniciais. Dependendo de qualquer particular material e suas quantidades de proteína/carboidrato/gordura, é possível prover misturas de materiais iniciais para fornecer um nível ótimo de substratos digeríveis para digestão anaeróbica. Entretanto, cuidado deve ser exercido para garantir que os conteúdos da pasta sejam adequados para a eficiente digestão anaeróbica e opcionalmente a geração de lodo líquido de digestor possuindo um alto grau de alcalinidade de bicarbonato. Por exemplo, os presentes inventores observaram que quando os sólidos na pasta compreendem uma quantidade significativa de proteína (>20% de proteína em base seca), mais adição de micronutrientes ou antagonistas pode ser requerida para facilitar o processo anaeróbico e geração de biogás em um tempo tão curto quanto possível. Além disso, uma alta capacidade de tamponamento, ou alto nível de alcalinidade de bicarbonato no digestor anaeróbico pode ser requerida para neutralizar quaisquer produtos ácidos produzidos durante o processo anaeróbico, tal como quando matérias-primas de alimentação ácida são utilizadas.

[0014] Em uma configuração particularmente preferida da presente invenção, uma alta alcalinidade de bicarbonato ou capacidade de tamponamento pode ser provida por meio da utilização de cultura inicial obtida a partir de um outro processo de digestão anaeróbica, tal como descrito em WO2013104911 (originalmente anexa à especificação do pedido de prioridade como um Apêndice). Uma cultura/pasta inicial adequada (tipicamente 3-10% v/v do digestor, tal como 4-7% v/v) tal como obtenível a partir dos processos descritos em WO2013104911 compreenderá um coquetel de microorganismos (incluindo metanógenos) adequados para a digestão anaeróbica do material descrito aqui, bem como uma alta capacidade de tamponamento. Provendo uma cultura inicial compreendendo uma alta capacidade de tamponamento bem como um coquetel de microorganismos, foi observado pelos presentes inventores que controle de pH adicional do processo pode não ser requerido. Portanto, a adição da cultura inicial à pasta pode resultar no pH requerido de 6,6-7,6 ser obtido, ou um controle de pH inicial pode ser requerido para alcançar a faixa requerida de pH, mas depois disso nenhum controle adicional de pH pode ser requerido. Sem ser suportado por teoria, é imaginado que a alta capacidade de tamponamento seja suficiente para iniciar o processo anaeróbico e uma vez iniciado o processo é autossustentável. Isto é, uma vez iniciado, o processo anaeróbico continua a gerar alcalinidade de bicarbonato ou capacidade de tamponamento adicional tal que a adição de pasta adicional não inibe ou prejudica o processo anaeróbico. Os presentes inventores observaram que uma vez iniciado, eles são capazes de continuamente reintroduzir pasta fresca ao processo à medida que o biogás e lodo líquido de digestor são removidos. Assim, a presente invenção pode ser provida como um processo contínuo.

[0015] Como observado pelos presentes inventores individualmente certos produtos usados sólidos a partir de processos de destilação/fermentação podem não ser a fonte inicial ótima para digestão anaeróbica e pode ser desejável misturar um produto usado sólido a partir de um processo de destilação/fermentação com um segundo ou adicionais produtos usados sólidos para prover um material digerível melhorado. Por exemplo, pode ser desejável misturar grãos usados de uma destilaria de grãos com um outro produto usado sólido de destilaria/cervejaria ou um produto usado agrícola tal como silagem. Além disso, embora silagem tenha sido usada sozinha em digestores anaeróbicos, sua combinação com os materiais de cereais usados da presente invenção pode fornecer vantagens em termos do próprio processo anaeróbico e/ou material sólido subsequente resultante após a digestão anaeróbica.

[0016] Sólidos (sólidos suspensos) de cereal usado de destilaria de grãos e levedura usada são recuperados da destilação contínua pós-mosto usado ou de destilador de cobre por meios mecânicos. O teor de matéria seca dos grãos usados recuperados e levedura a partir da destilação de grãos tipicamente variará entre 28% e 40% de sólidos secos sujeitos ao dispositivo de separação mecânica usado. Os dispositivos mecânicos típicos para a separação de levedura usada e sólidos de grãos usados do mosto usado são: (a) Filtros prensa, de membrana ou de correia. (b) Centrífugas decantadoras.

[0017] A eficiência operacional e recuperação porcentual de sólidos suspensos totais da pasta de mosto usado variará de 70% para uma centrífuga decantadora até 98% para um filtro prensa. O teor de umidade dos grãos usados recuperados também variará com o tipo de dispositivo mecânico usado para a recuperação. Por exemplo, uma centrífuga decantadora recuperará sólidos suspensos de mosto usado em cerca de 28% de substância seca enquanto um filtro pode recuperar sólidos suspensos de mosto usado até 40% de substância seca.

[0018] Normalmente, para destilarias de grãos o coproduto é um sólido úmido, ou o coproduto sólido pode ser combinado com a fração solúvel concentrada (evaporada) seguindo a separação mecânica inicial e secado. O produto tem o termo geral grãos secos de destilarias.

[0019] Nomes comerciais existem para os coprodutos sólidos úmidos e secos de destilarias de grãos. Um tal material sólido úmido é Vitagoldo que é produzido na produção de álcool solvente a partir de principalmente trigo. O grão é misturado com malte e água em uma operação do tipo de cozimento sob pressão para liberar açúcares do cereal. Levedura é então adicionada para fermentar os açúcares no álcool. Este é então removido da mistura por destilação em altas temperaturas com todos os sólidos ainda in situ. Os sólidos são então prensados para extrair excesso de umidade deixando uma alimentação úmida, frágil chamada Vitagoldeo. Outros materiais similares a Vitagoldê podem ser empregados. A presente invenção, portanto, estende-se a produtos cereais usados sólidos úmidos e secos opcionalmente em combinação com levedura usada.

[0020] A composição dos produtos úmidos e secos geralmente tem alta proteína com uma faixa típica de 38 a 44% de proteína em base seca, que é consideravelmente mais alta do que pode ser esperada em relação a material usado de culturas energéticas. A fração de levedura recuperada por meios mecânicos é a razão principal para o alto teor de proteína. Carboidrato não fermentável e óleo também são componentes macromoleculares chaves na constituição da fração de coproduto sólido.

[0021] Borra é o resíduo de sólidos de cereais usados restantes seguindo o processo de esmagamento que é executado para tanto Whisky de Malte Escocês quanto Whiskey de Malte Irlandês, bem como whiskies de malte produzidos em outras localizações geográficas e também seguindo o esmagamento de fermentado de mosto de malte. Os constituintes principais de borra em um nível macromolecular são carboidratos não fermentáveis tais como hemiceluloses e celulose junto com óleos e proteína. Além disso, a composição global da borra é provável que seja relativamente constante com o tempo, o que potencialmente a torna um substrato adequado para digestão anaeróbica. As razões de C:N:P dada a constituição macromolecular também são prováveis de estar em uma faixa aceitável para digestão anaeróbica. Tipicamente a borra tem um alto teor de umidade, tal como 75%-80% p/p e é ácida por natureza, tipicamente pH 4,0-5,5. Também, a borra ser um sólido não a torna diretamente prontamente digerível ao longo de um curto período de tempo. Sólidos podem ser digeridos anaerobicamente, mas para serem comercialmente viáveis é importante que a digestão e, portanto, a produção de biogás ocorram em um tempo tão curto quanto possível Surpreendentemente, os presentes inventores observaram que oO uso de enzimas, tais como celulase e hemicelulases, não melhora a digestão de borra e outro material de cereal usado e como tal a presente invenção pode ser conduzida substancialmente na ausência de enzimas adicionadas especificamente, tais como hemicelulases e celulases. Isto, claro, não exclui quaisquer enzimas que DPpossam estar naturalmente presentes na cultura inicial e/ou lodo líquido de digestor.

[0022] Tipicamente o teor de umidade e teor de cinzas da borra de produtos sólidos são medidos na primeira oportunidade. Para um material inicial de produto sólido, qualquer rendimento de biogás ou metano resulta requerer ser expresso em termos de x mº (de biogás ou metano) por tonelada de sólidos secos voláteis.

[0023] A pasta é provida misturando o(s) sólido(s) com um líquido ou líquidos para produzir uma pasta com um teor de sólidos secos de até 20% em uma base de p/p, embora tipicamente a pasta terá um teor de sólidos totais mais baixo que até 15%, tipicamente até 12%, 10% ou menor. O líquido ou líquidos podem incluir resíduos de fermentação usados, ou um xarope de resíduos de fermentação diluído que resta seguindo um processo de destilação de whisky de malte, água e/ou opcionalmente um líquido que possua uma alta capacidade de tamponamento para manter a pasta no pH desejado. O pH da pasta pode estar entre pH 3,5 e 8,0, por exemplo. Desejavelmente a pasta pode ter uma alta capacidade de alcalinidade (tipicamente alcalinidade de bicarbonato), embora isto não seja essencial. Um líquido particularmente preferido pode ser um lodo líquido de digestor obtido a partir da digestão anaeróbica de produtos residuais sólidos de um processo como descrito em WO2013104911, ou ser um lodo líquido de digestor, onde a massa dos sólidos suspensos foi removida, como obtido de acordo com a presente invenção, que é reciclado e usado para formar uma pasta com produtos de cereais usados frescos.

[0024] Em um aspecto adicional é provido um sistema para a digestão de uma solução substancialmente aquosa, ou sistema de duas fases aquosa e oleosa e digestão de um ou mais produtos usados sólidos, este sistema compreendendo um primeiro reator anaeróbico para tratar anaerobicamente a citada solução substancialmente aquosa ou sistema de duas fases aquosa e oleosa, de modo a produzir biogás e um lodo líquido de digestor para digerir anaerobicamente um ou mais produtos usados sólidos (como definido aqui) que são fornecidos ao digestor na forma de uma pasta compreendendo o citado um ou mais produtos sólidos e o citado lodo líquido de digestor a partir do primeiro reator anaeróbico.

[0025] O lodo líquido de digestor do primeiro reator anaeróbico pode ser usado para formar a pasta na partida da segunda digestão anaeróbica, até um momento tal que o nível alto de alcalinidade de bicarbonato tenha se formado no segundo digestor anaeróbico, com o que o lodo líquido de digestor do segundo digestor anaeróbico pode ser reciclado para constituir pasta fresca para introdução no segundo digestor anaeróbico.

[0026] Resíduo de fermentação é o resíduo deixado após a destilação do mosto na produção de Whisky de malte Escocês ou Irlandês. Esta corrente representa aproximadamente dois terços do mosto original (fermentado) usado para carregar oO destilador de cobre. A composição do lodo líquido do digestor é constituída de tanto sólidos solúveis quanto sólidos suspensos com os últimos dominados por levedura usada. Os sólidos solúveis derivados de xarope de lodo líquido de digestor são dominados por carboidrato não fermentável junto com alguns óleos, ácidos orgânicos, e traços de etanol e proteína. O componente de sólidos totais de lodo líquido do digestor estará geralmente ao redor de 4,5% em uma base p/p (Sólidos Totais = Sólidos Solúveis + Sólidos Suspensos).

[0027] A demanda de oxigênio químico de resíduo de fermentação tipicamente estará na faixa de 60.000 a 65.000 mg por litro para uma destilaria operando com mosto de 9% de álcool volume/volume (típico para uma destilaria de malte) Ultimamente o COD do resíduo de fermentação é determinado pela intensidade na qual qualquer destilaria de malte específica operará. Fermentados mais fortes resultarão em concentrações de COD mais altas no resíduo de fermentação. A intensidade do fermentado na destilação de malte pode ser tão alta quanto 11% de álcool volume/volume e consequentemente prover uma concentração mais alta de COD no resíduo de fermentação.

[0028] O xarope de resíduo de fermentação é simplesmente resíduo de fermentação que foi concentrado em um evaporador. Os 4,5% originais de sólidos totais podem ser concentrados para entre 35 e 45% de sólidos secos sujeitos à viscosidade do xarope de resíduo de fermentação e tipo de evaporador usados no processo.

[0029] A fração evaporada é conhecida como condensado sujo e contém alguns dos componentes voláteis do resíduo de fermentação tais como traços de etanol e ácido acético. A fração evaporada ou condensado sujo como é sabido tem baixa COD (tipicamente 1.000 a 2.000 mg/1) e é normalmente tratada em uma instalação de tratamento biológico para remover esta COD. Um material similar a xarope de resíduo de fermentação obtido de destilarias de malte pode ser obtido a partir de destilarias de grãos ou outros cereais. Tal material pode ser obtido concentrando, tipicamente por evaporação de uma fase leve de decantador ou destilação fina como conhecida na técnica. Tal material concentrado também pode ser usado de acordo com a presente invenção.

[0030] A demanda de oxigênio químico de xarope de resíduo de fermentação em 45% de sólidos secos tipicamente ficará em uma faixa de 580.000 a 630.000 mag por litro (baseada na concentração crescente em evaporador de resíduo de fermentação x 10 menos a perda de alguma COD para condensado sujo). A perda de COD para condensado sujo é traços de etanol e ácido acético. Entretanto, a concentração de proteína é relativamente alta ao redor de 32-37%.

[0031] Vantajosamente os presentes inventores descobriram que eles são capazes de empregar xarope de resíduo de fermentação ou outro xarope concentrado na geração de um material em pasta adequado, o que economiza em custos e tamanhos físicos dos digestores. A quantidade de resíduo de fermentação antes de produzir o xarope é bem substancial e se empregada na produção da pasta, os volumes requeridos a serem digeridos tornam-se extremamente grandes e então mais digestores podem ser requeridos, portanto aumento em custos. Entretanto, reduzindo os volumes requeridos empregando um xarope de resíduo de fermentação diluído em lugar do resíduo de fermentação como recebido da destilação, economias de custos podem ser realizadas. Os presentes inventores foram capazes de alimentar xarope de resíduo de fermentação a 45% de sólidos secos combinado com borra, nas quantidades obtidas de uma única destilaria, diretamente em um único digestor. Também é possível utilizar mais xarope de resíduo de fermentação que pode ser derivado de outras destilarias, economizando em custos reduzindo o número de digestores que podem ser requeridos. Por exemplo, isto pode ser feito em uma razão de destilaria de malte equivalente de um de borra e duas de destilarias de xarope de resíduo de fermentação em um tempo de retenção de 35 dias. Embora o uso de xarope de resíduo de fermentação possa ter sido desejado, a constituição química do xarope de resíduo de fermentação e essencialmente os altos níveis de proteína e potássio podem ter inibido o processo de digestão de prosseguir otimamente. Entretanto, os presentes inventores contudo executaram com sucesso a digestão de borra ou outro material cereal usado com xarope de resíduo de fermentação diluído. Sem desejar ser suportado por teoria, a digestão de xarope de resíduo de fermentação e borra, ambos os quais têm altos níveis de proteína, pode levar à produção de amônia e consequentemente íons de amônio, o que seria provavelmente inibitório. Entretanto, os altos níveis de potássio que podem ter sido esperados a agir como um inibidor para o processo anaeróbico, podem de fato servir para deslocar, ou antagonizar o efeito dos íons de amônio, tal que o processo anaeróbico possa continuar muito satisfatoriamente. Portanto, a digestão anaeróbica eficiente de material de grãos usados em combinação com resíduos de fermentação ou xarope de resíduo de fermentação é bem inesperada. Além disso, empregando resíduo de fermentação ou outro xarope, o lodo líquido do digestor a partir do próprio digestor e/ou de um outro digestor anaeróbico pode ser usado para produzir a pasta inicial na concentração desejada de sólidos. Vantajosamente, isto permite alta alcalinidade de bicarbonato ser provida para a pasta, enquanto também servindo para trazer a pasta para o pH desejado.

[0032] Entretanto, o impacto de qualquer acidez adicional derivada de líquido(s) tal como resíduo de fermentação/xarope de resíduo de fermentação na pasta deve ser considerado. Como mencionado acima, o pH do processo anaeróbico deve ficar entre as faixas desejadas de pH e portanto ajuste de pH pode ser requerido à medida do necessário. A alcalinidade de bicarbonato residual também deve permanecer acima de 3.000 mg por litro e até 9.000 mg por litro, idealmente entre 4.000 e

5.000 mg/l tal como carbonato de cálcio. O nível de acidez no xarope de resíduo de fermentação pode ser muito variável e até mesmo quando empregando um lodo líquido de digestor com uma alta alcalinidade de bicarbonato, como será descrito, um pequeno ajuste de pH com alcalino pode ser requerido para atender às condições requeridas de pH e alcalinidade de bicarbonato requeridas para uma eficiente fermentação anaeróbica no digestor.

[0033] Este termo alta alcalinidade de bicarbonato é entendido a relacionar-se com pelo menos 3.000 mgl”* (tipicamente 4.000 a 5.000 mgl*), expressa em termos de mgl”*' de carbonato de cálcio, e pode ser calculada como segue: Alcalinidade de bicarbonato (como mgl * de carbonato de cálcio) = Alcalinidade Total (mgl* de CaCO0;) - Ácidos Graxos Voláteis Totais (ppm) x 0,71

[0034] A alcalinidade total pode ser determinada por titulação para pH 4,0 usando ácido clorídrico 0,1 N. Os Ácidos Graxos Voláteis Totais podem ser determinados por cromatografia gasosa.

[0035] Onde o líquido ou líquidos usados para formar a pasta incluem um líquido com uma alta capacidade de alcalinidade (p.ex., bicarbonato), pode não ser necessário ajustar o pH no digestor anaeróbico, uma vez que ele pode estar na faixa requerida de pH. Entretanto, se a mistura no digestor anaeróbico não estiver dentro da faixa desejada de pH 6,6-7,6, mais preferivelmente pH 7,0-7,4, então o pH pode ser ajustado pela adição de um material alcalino apropriado, tal com cal (isto é, óxido de cálcio) ou hidróxido de cálcio, ou bicarbonato de sódio. Desejavelmente tal ajuste pode ser só requerido no início da digestão anaeróbica uma vez que oO desenvolvimento da alcalinidade de bicarbonato pode ocorrer durante o processo anaeróbico e o nível desejado de pH atingido naturalmente. Isto é, os presentes inventores observaram que seguindo uma partida inicial, onde o pH pode requerer ser ajustado e/ou um lodo líquido de digestor de alta alcalinidade de bicarbonato de um outro processo anaeróbico pode ser empregado, a mistura no digestor anaeróbico pode desenvolver seu próprio nível de alcalinidade de bicarbonato. Uma vez que isso ocorra, lodo líquido obtido a partir do digestor pode ser usado para produzir pasta fresca que por si própria terá um alto nível de alcalinidade de bicarbonato e pode não requerer ajuste adicional de pH.

[0036] A digestão anaeróbica é tipicamente executada por bactéria acidogênica mesofílica e metanogênica operando em simbiose para produzir biogás que tipicamente compreende metano e dióxido de carbono. Uma cultura inicial de microorganismos para executar uma digestão anaeróbica pode ser obtida comercialmente, de fornecedores operando processos anaeróbicos convencionais, tais como tratamentos de lama de esgoto. Na aplicação das condições de processo a cultura de microorganismos torna-se adaptada, com os organismos encontrando as condições vantajosas crescentes à custa daqueles encontrando condições adversas.

[0037] Alternativamente, as bactérias acidogênicas e metanogênicas podem ser obtidas a partir de um outro processo anaeróbico onde uma mistura adequada de organismos foi desenvolvida durante o processo anaeróbico. Um tal processo é descrito em WO2013104911 que descreve um processo desenvolvido pelos presentes inventores para digerir anaerobicamente produtos usados solúveis de destilarias, por exemplo, e que gera um lençol de lama metanogênica mesofílica condicionada com o tempo. Uma amostra deste lençol de lama pode ser usada como uma cultura inicial para uso no processo anaeróbico da presente invenção.

[0038] Aquecimento apropriado da pasta pode ser provido para manter a pasta na temperatura desejada para digestão anaeróbica mesofílica por bactérias acidogênica e metanogênica mesofílicas entre 30ºC-40ºC, tipicamente 36- 38ºC, embora tipicamente isto possa não ser requerido em zonas climáticas temperadas e mais quentes, ou pode só ser requerido em meses mais frios do ano.

[0039] Tipicamente o tempo médio de retenção da pasta na fase de digestão anaeróbica (para obter pelo menos 75% de digestão do material de sólidos na pasta) é da ordem de 30-70 dias tais como 30-45 dias, especialmente 32-37 dias. Entretanto, os presentes inventores observaram que quando conduzida de acordo com a presente invenção uma quantidade significativa [aproximadamente 50%] da produção total de biogás ocorre dentro de 3-7 dias da adição da pasta e como tal períodos de retenção da pasta muito mais curtos, tais como menores que 15, 12, 10, ou até mesmo 8 dias podem ser apropriados e comercialmente viáveis. Entretanto, desejavelmente o período de retenção pode ser tal que um lodo líquido de digestor anaeróbico com um teor de metano residual menor que 1 mº de metano por tonelada de VSS seja obtido por dia em um teste de gás residual.

[0040] Preferivelmente o material de sólidos ou pasta, antes da digestão anaeróbica é submetido a uma moagem ou outro processo de trituração ou homogeneização adequado para reduzir o tamanho de partícula, aumentar a área de tamanho superficial, e/ou ajudar a solubilização dos sólidos na pasta. Desejavelmente as partículas/materiais sólidos na pasta devem ter um diâmetro/eixo geométrico máximo médio menor que 0,5 mm, preferivelmente menor que 0,2 mm. É entendido que parte do material sólido inicial presente na pasta tornar-se-á solubilizado antes da digestão anaeróbica e será capaz de ser digerido anaerobicamente. Entretanto, a solubilização adicional dos sólidos presentes na pasta ocorrerá durante a digestão anaeróbica. Sem desejar ser suportado por teoria, é imaginado que a bactéria que executa a digestão anaeróbica libera enzimas tais como celulases e hemicelulases que facilitam a decomposição e solubilização adicional dos sólidos presentes na pasta. Isto pode ser o porquê que a adição de enzimas exógenas não é geralmente requerida ou necessária na presente invenção. Vantajosamente quando um lodo líquido de digestor com uma alta alcalinidade de bicarbonato a partir de um outro processo de digestão anaeróbica e/ou lodo líquido de digestor obtido a partir do processo descrito aqui são empregados, isto pode facilitar a rápida solubilização dos materiais sólidos uma vez que as enzimas acima descritas estarão presentes.

[0041] O monitoramento de níveis de micronutrientes e adição de micronutrientes ao processo de digestão anaeróbica também pode ser executado de acordo com a invenção, como será descrito em mais detalhes abaixo. Isto pode ser particularmente importante quando os sólidos suspensos na pasta incluírem uma quantidade significativa (tal como > 20% de proteína em uma base seca) de proteína. Como mencionado acima, também pode ser esperado que amônia e íons de amônio possam ser produzidos a partir do material de proteína e isto pode ser monitorado e material antagonista, tal como íons de cálcio ou magnésio podem ser providos para deslocar o efeito provavelmente inibitório da amônia/íÍons de amônio.

[0042] Uma fase “acidogênica” opcional pode ser empregada antes da digestão anaeróbica em pH 6,6-7,6. Tal fase tipicamente é executada em pH ácido na faixa de 3,5 a 5. Um pH na faixa de 3,5 a 4,2 foi descoberto a auxiliar a permitir que a acidogênese/acetogênese ocorra, aumentando dessa forma os níveis de VFAs passados adiante para o estágio anaeróbico subsequente em 6,6-7,6. Entretanto na prática o estágio anaeróbico em pH 6,6-7,6 mostrou-se ser capaz de processar VFAs, isto é a acetogênese ocorre para produzir ácido acético ou outros ácidos carboxílicos de cadeia curta. Assim, vantajosamente, em algumas configurações da presente invenção, uma fase acidogênica não é empregada. Será apreciado que tal estágio acidogênico, se conduzido, é conduzido na pasta antes do pH ser produzido ou ajustado para pH 6,6-7,6.

[0043] Se requerido que a pasta possa ser ajustada para um pH ácido como requerido, antes ela é processada em um reator acidogênico. Em geral, onde um reator acidogênico é empregado o processo acidogênico é relativamente rápido com um tempo de retenção hidráulica típico de só cerca de 24 horas (sem nenhuma reciclagem). Tipicamente o estágio acidogênico é executado com mistura no reator acidogênico.

[0044] Para qualquer estágio acidogênico executado antes do estágio anaeróbico microorganismos apropriados podem ser encontrados onipresentemente no ambiente, especialmente nas correntes de efluente aquoso (rico em nutrientes) contempladas como matérias-primas para processos de drinques alcoólicos que podem produzir rápido crescimento destes organismos, p.ex., até 0,15 kg por kg de COD removido.

[0045] Tipicamente o processo anaeróbico é executado em um tanque cercado ou lagoa compreendendo uma mistura de microorganismos metanogênicos e acidogênicos. Em uma configuração preferida o tanque ou lagoa compreende uma primeira porção onde a maior parte do processo anaeróbico é executada e uma porção de “retenção” separada que retém lodo líquido de digestor seguindo a digestão anaeróbica inicial na primeira porção e onde digestão anaeróbica adicional pode ocorrer. Desejavelmente o tempo de retenção médio na primeira porção é entre 30-40 dias, tal como entre 32-37 dias, tipicamente ao redor de 35 dias.

[0046] Vantajosamente o lodo líquido de digestor a partir das porções anaeróbica e/ou de retenção não é reciclado, além de alguma/uma porção do lodo líquido de digestor ser usada para formar pasta adicional compreendendo o material sólido fresco. O lodo líquido de digestor obtido seguindo a digestão anaeróbica é esperado a ter a alta alcalinidade (de bicarbonato) desejada e portanto pode impor o correto pH e capacidade de tamponamento para pasta adicional.

[0047] Altos níveis de alcalinidade de bicarbonato que se desenvolvem durante a digestão anaeróbica também são esperados a reduzir o desenvolvimento de níveis inibitórios de subprodutos tais como ácido Ppropiônico no reator anaeróbico. Altos níveis de ácido propiônico (e o nível de outras espécies indesejadas tais como amônia e H,;S) resultam em qualidade muito reduzida de biogás e redução da degradação de COD.

[0048] Adicionalmente, com uma alcalinidade de bicarbonato natural alta se desenvolvendo no processo anaeróbico, a mistura na primeira porção prontamente mantém o pH desejável

(pH 6,6-7,6, preferivelmente pH 7,2 a 7,4) por causa do reservatório muito grande de alcalinidade presente. Isto pode evitar quaisquer requisitos de ajustar continuamente o pH com alcalinidade adicionada. O ajuste do pH pode ser requerido quando operando um estágio acidogênico opcional uma vez que a saída de um reator acidogênico precedente pode ter um pH baixo, p.ex., cerca de 3,5.

[0049] As porções anaeróbica e de retenção produzem biogás e lodo líquido de digestor. O biogás produzido (que é geralmente metano e dióxido de carbono, embora possa incluir quantidades menores de outros gases, tais como sulfeto de hidrogênio) pode ser usado como um combustível para aquecimento, por exemplo, ou usado em um motor a gás para prover eletricidade e calor. Alternativamente o biogás pode ser “limpado” para reduzir a quantidade de dióxido de carbono, água, sulfeto de hidrogênio etc., para prover metano (>98%) que pode ser fornecido diretamente para a grade de gás. Tais processos de “limpeza” são bem conhecidos na técnica e incluem depuração de gás (veja, por exemplo, Kapdy, S.S. e outros, Energia Renovável (2004) págs. 1-8).

[0050] O lodo líquido de digestor inclui tipicamente fósforo, nitrogênio e potássio, que podem estar presentes em uma variedade de formas e podem incluir estruvita (fosfato de magnésio amônio). Entretanto, além de ser usado para formar a pasta com novo material o lodo líquido de digestor pode ser adicionalmente “processado para uso em agricultura. o processamento do efluente líquido seguindo a digestão anaeróbica pode incluir a evaporação para um concentrado para uso como um fertilizante líquido ou evaporação para um produto sólido, p.ex., por secagem por spray.

[0051] Como mencionado acima pode ser desejável adicionar micronutrientes durante a digestão anaeróbica, especialmente pelo menos um sal metálico compreendendo um ou mais de cobalto, níquel, e ferro, também pode produzir benefícios significativos. Selênio também pode ser empregado como um micronutriente adicionado. Outros micronutrientes tais como vitaminas, por exemplo riboflavina, vitamina Bl2 podem ser apropriados. Vantajosamente um sal de cada um de cobalto, níquel e ferro é adicionado, com selênio também adicionado à medida do requerido. Tipicamente os sais metálicos são providos na forma de um sal cloreto ou sulfato.

[0052] Foi descoberto que melhorias na manutenção da biomassa e na qualidade da saída do processo são conseguidas monitorando o teor de micronutrientes (preferivelmente por um método analítico preciso, tal com medições por ICP - espectroscopia de massa por plasma indutivamente acoplado) e adicionando quantidades medidas de micronutrientes. Tanto o monitoramento quanto/ou as adições de micronutrientes podem ser feitos automaticamente se desejado. O monitoramento pode evitar superdosagem de um micronutriente, alguns dos quais são inibitórios/tóxicos para microorganismos anaeróbicos quando em excesso.

[0053] Outro monitoramento da digestão anaeróbica pode ser vantajoso, por exemplo usando uma sonda de Potencial de Óxirredução (sonda POR) para medir o potencial de oxirredução dentro do estágio metanogênico. Esta medição provê a indicação de que o processo está operando corretamente de um modo anaeróbico. Tipicamente se a medição for da ordem de 350 mV a -530 mV então o processo está operando em condições favoráveis. Se a medição se desviar de tais valores então condições menos favoráveis para a produção de metano estão presentes.

[0054] Até o ponto em que a medição do teor de micronutrientes está envolvida ela pode ser produzida seguindo à obtenção de amostras (manualmente ou automaticamente) do próprio estágio metanogênico. Vantajosamente e convenientemente o monitoramento do teor de um micronutriente em um estágio metanogênico não é determinado a partir da amostragem do conteúdo do próprio estágio anaeróbico, mas é determinado medindo o nível de micronutriente na entrada para o processo ou para o estágio anaeróbico e também na saída do estágio anaeróbico e comparando os dois resultados em conjunção com uma compreensão do crescimento esperado de microorganismos em um processo operando eficientemente.

[0055] Quando operando o processo anaeróbico, pode ser que os níveis de micronutrientes medidos na entrada e na saída possam ser comparáveis em teor, indicando que o micronutriente na alimentação não está prontamente biodisponível para os microorganismos, o que seria esperado a consumir os micronutrientes à medida que eles crescem, reduzindo a quantidade encontrada na saída líquida. Por esta razão adicionar micronutrientes como um suplemento, tipicamente em uma base diária ou base menos frequente mas regular em resposta aos resultados do monitoramento, foi descoberto ser benéfico. Com um processo funcionando facilmente e uma alimentação relativamente consistente as etapas de monitoramento não necessitam ser executadas frequentemente, mas adições em uma base diária ou outra base regular (tal como semanalmente) mantêm os níveis de micronutrientes dentro das concentrações desejadas.

[0056] O típico em quantidades “alvo” de célula de micronutrientes pode ser encontrado na literatura para processos anaeróbicos, por exemplo, os metais requeridos para sustentar uma cultura saudável de microorganismos. Por exemplo, Ferro - 1.800 mg kg , Níquel - 100 mg kg * e Cobalto - 75 mg kg . (em um peso seco de base de lama). Para selênio quantidades menores são indicadas, tipicamente menores que 50 mg kg . Descrição dos desenhos

[0057] A presente invenção será agora descrita adicionalmente por meio de exemplo e com referência às figuras anexas que mostram:

[0058] A figura 1 mostra um diagrama esquemático do processo de destilação de malte e onde borra e outros materiais usados podem ser derivados e usados na presente invenção;

[0059] A figura 2 mostra um diagrama esquemático de um processo de destilação de grãos e onde produtos usados sólidos podem ser derivados e usados na presente invenção;

[0060] A figura 3 mostra um diagrama esquemático de um destilador de cobre, todos os grãos no processo de destilação e onde produtos usados sólidos podem ser derivados e usados na presente invenção;

[0061] A figura 4 mostra um diagrama esquemático de um processo de digestão de sólido(s) de acordo com a presente invenção; e

[0062] A figura 5 mostra os resultados de produção de biogás com o tempo por um processo de acordo com a presente invenção.

Descrição detalhada

[0063] A figura 1 mostra um diagrama esquemático do processo de destilação de malte. Como pode ser visto cevada maltada 10 é inicialmente moída 12 antes de submeter a cevada maltada moída a um processo de esmagamento 14. Seguindo o esmagamento, borra 16 é removida e o líquido resultante é submetido à fermentação 16. Após a fermentação, o líquido resultante é destilado 18 e a fração de destilado com baixa graduação alcoólica 20 separada para destilação adicional. O líquido remanescente no destilador é resíduo de fermentação 22 que inclui traços de sólidos de cereais usados e levedura, que pode estar na forma de sólidos solúveis ou sólidos suspensos. O resíduo de fermentação 22 pode ser usado diretamente para formar uma pasta compreendendo borra, Ou pode ser submetido a um processo de evaporação 24, para produzir xarope de resíduo de fermentação 26 e condensado sujo 28, que pode ser processado adicionalmente. O xarope de resíduo de fermentação 26 pode ser usado para formar pasta compreendendo borra, dentro de um tanque de pasta 28. A pasta resultante pode ser submetida a um processo acidogênico inicial, ou diretamente a um processo anaeróbico para produzir biogás e lodo líquido de digestor.

[0064] A figura 2 mostra esquematicamente os essenciais de um processo de destilação de grãos. O mosto usado inclui uma fração solúvel e sólidos suspensos que compreendem cereais usados e levedura. Os sólidos suspensos podem ser recuperados por decantação, prensagem em filtro prensa, prensagem por membrana, prensagem por correia ou similar e os materiais sólidos compreendendo grãos usados e levedura podem ser usados na presente invenção.

[0065] A figura 3 mostra esquematicamente os essenciais de um destilador de cobre de todos os grãos no processo de destilação. Seguindo a destilação em destilador de cobre, resíduo de fermentação é removido e este resíduo de fermentação inclui sólidos dissolvidos solúveis bem como sólidos suspensos que compreendem traços de sólidos de cereais usados e levedura. Similar ao processo de destilação de grãos descrito acima, os sólidos suspensos podem ser recuperados por decantação, prensagem em filtro prensa, prensagem por membrana, prensagem por correia ou similar e os materiais sólidos compreendendo grãos usados e levedura podem ser usados na presente invenção.

[0066] A figura 4 mostra esquematicamente um exemplo de um processo de acordo com a presente invenção. Borra 17 é inicialmente misturada em um tanque de pasta 28 com lodo líquido de digestor anaeróbico de alta alcalinidade de bicarbonato (corrente efluente de um reator ou digestor anaeróbico, veja, por exemplo, o apêndice anexo), resíduo de fermentação 22 e/ou xarope de resíduo de fermentação 26 para produzir uma pasta de sólidos secos de até 12% em uma base pP/p. A borra empastada então passa por uma redução de tamanho de partícula por meios mecânicos 42 para aumentar a área superficial e taxas de solubilização no digestor anaeróbico.

[0067] Por lodo líquido de digestor de alta alcalinidade de bicarbonato nós pretendemos dizer lodo líquido de digestor com uma alcalinidade de bicarbonato entre 4.000 e 5.000 mg por litro expressa como carbonato de cálcio.

[0068] Seguindo a redução de tamanho de partícula a borra empastada é transferida para um tanque digestor 44 e lama anaeróbica enfraquecida (tomada de lama condicionada preparada de acordo com o processo descrito em WO2013104911) é adicionada para iniciar o processo de conversão anaeróbica para biogás e lodo líquido de digestor. O tanque digestor 44 é fechado e contém uma coifa interna deformável para gás 46, que se expande dentro do tanque com a produção de biogás e evolução a partir da pasta.

[0069] A lama anaeróbica enfraquecida foi tomada de um reator anaeróbico existente trabalhando em solúveis usados de destilaria. A taxa de adição de lama é tipicamente 5% do volume de trabalho total do digestor. Os sólidos secos da lama são medidos para cada experimento e são descobertos a serem aproximadamente 3% de sólidos secos.

[0070] A operação é executada sob condições mesofílicas com o digestor mantido a 37 graus centígrados +2ºC pela duração do experimento. Parte do gás que é evolvido é recirculado 50 para facilitar a mistura da pasta dentro do tanque digestor

44.

[0071] Os experimentos de processo de digestão anaeróbica são tipicamente executados por 35 dias e rendimentos tanto de biogás quanto de metano por tonelada de substância seca volátil são calculados.

[0072] O gás que é coletado pode ser enviado para torres de dessulfurização 50 para remover sulfeto de hidrogênio, antes de ser usado para funcionar um motor a gás para produzir eletricidade, ou limpo adicionalmente para remover dióxido de carbono e prover metano limpo que pode ser fornecido diretamente para a grade nacional, por exemplo, ou como uma alternativa para torres depuradoras algum oxigênio pode ser introduzido ao espaço superior do digestor para reagir com H;S e produzir enxofre elementar.

[0073] o lodo líquido remanescente após a digestão anaeróbica é conhecido como lodo líquido integral de digestor e pode ser transferido para um tanque de lodo líquido integral de digestor 56. Este lodo líquido integral de digestor pode ser separado adicionalmente por meios mecânicos ou filtração 58 em uma corrente de fibra sólida 60 e licor 62, uma porção 64 da qual (tendo alta alcalinidade de bicarbonato) pode ser recirculada para formar pasta nova.

[0074] O restante do lodo líquido em licor separado, que é a porção maior, pode ser concentrado para prover uma solução com níveis desejados de Na, K, P, para aplicação à terra como fertilizante. A porção de fibra sólida pode ser aplicada à terra como um condicionador do solo, por exemplo.

[0075] Onde filtração é usada uma separação parcial de sólidos suspensos ocorre seguida por ultrafiltração e osmose reversa. As correntes de concentrado são mais ricas em N:P:K como um resultado de concentrar estas frações por filtração.

[0076] Alternativamente a evaporação também é uma opção. Aqui o pH do lodo líquido de digestor deve ser ajustado para ao redor de pH 5 para manter amônio em solução para oO processo do evaporador, caso contrário este será perdido como amônia para a fração de condensado sujo.

[0077] Experimentos em escala menor similares foram executados usando vasos de digestor de 10 litros com tubos de gás levando para vasos de coleta de coluna de água graduados, onde as quantidades totais tanto de biogás quanto metano podem ser medidas precisamente. O trabalho experimental para produzir a determinação foi executado tipicamente em digestores duplicados com um terceiro digestor operando no mesmo substrato que é usado para examinar a química interna do processo de conversão anaeróbica. Estes experimentos são repetidos para garantir que rendimentos e taxa de produção de gás possam ser replicados. Experimental

[0078] As etapas chaves no protocolo experimental estão delineadas como segue:

1. Preparação de sólidos usados de destilação de grãos para experimentos anaeróbicos de laboratório

[0079] (a) Uma amostra de grãos usados de destilaria compreendendo —“sólidos de cereais usados e levedura é recuperada da fase pesada de separação de mosto usado de destilaria via: decantador, centrífuga ou filtro prensa ou prensa de membrana.

[0080] (b) A amostra de grãos usados é checada quanto a teor de umidade e teor de cinzas.

[0081] (c) A porcentagem de sólidos suspensos voláteis em base seca é então calculada.

[0082] (d) A amostra de grãos usados de destilaria é produzida para uma pasta de 12%-20% de sólidos secos usando lodo líquido de digestor a partir de uma corrente solúvel existente de reator anaeróbico ou corrente de licor de um digestor anaeróbico que é rico em alcalinidade de bicarbonato e provê um pH da pasta natural na faixa de 7,2-7,4. Note que a alcalinidade de bicarbonato do lodo líquido de digestor ou licor deve ficar na faixa de 4.000-5.000 mg/l expressa como carbonato de cálcio.

[0083] (e) alternativamente, se nenhum lodo líquido de digestor ou licor estiver disponível a amostra pode ser produzida para uma pasta de 12%-20% de sólidos secos e ajuste de pH por cal ou bicarbonato de sódio para pH 7,2-7,4.

2. Moagem de sólidos usados de destilação de grãos

[0084] (a) A pasta é então moída usando um misturador de bastão para reduzir o tamanho de partícula dos sólidos presentes.

[0085] (b) A redução do tamanho de partícula usando o misturador de bastão é executada por 5 minutos por amostra.

3. Lama anaeróbica

[0086] (a) Lama anaeróbica é amostrada a partir de um reator anaeróbico existente e armazenada sob condições ambiente por um período de uma semana. O propósito da fase de armazenagem é enfraquecer a lama.

[0087] (b) Esta é a lama semente que será adicionada à pasta de sólidos de grãos usados.

[0088] (c) Os sólidos secos da lama semente são medidos e são tipicamente 5% de sólidos suspensos em uma base seca.

4. Fermentação anaeróbica - Volume de biogás e concentração de metano

[0089] (a) A pasta e lama de sólidos de cereais usados de destilaria em quantidades pré-determinadas são adicionadas a digestores anaeróbicos de vidro de 10 litros.

[0090] (b) Os digestores anaeróbicos de vidro de 10 litros são colocados em um banho de água operando a uma temperatura controlada de 37 graus centígrados.

[0091] (c) O espaço superior de coleta de gás de digestor é por sua vez conectado a colunas de água graduadas tal que o volume de biogás possa ser medido a cada dia.

[0092] (d) Existe uma conexão adicional a partir do digestor que permite o teor de dióxido de carbono e metano do biogás serem determinados.

[0093] (e) À parte do volume de biogás total e composição do gás este método também permite as taxas de produção de gás e produção de metano serem determinadas.

5. Tempo de fermentação anaeróbica

[0094] (a) A fermentação anaeróbica é deixada a correr por um período de 35 dias.

6. Avaliação do rendimento de biogás e metano

[0095] (a) O volume de biogás total coletado é expresso como “x mº de biogás por tonelada de sólidos secos voláteis”.

[0096] (b) O volume de metano total medido é expresso como “Y mº de metano por tonelada de sólidos secos voláteis”. 7 . Lodo líquido integral de digestor

[0097] (a) Os valores de N:P:K do lodo líquido integral de digestor são medidos após 35 dias de fermentação anaeróbica.

[0098] O volume de biogás e qualidade do gás (em média 60% de metano, 40% de dióxido de carbono e traços de HS, tipicamente 300-700 ppm de H;S) foram medidos em uma base diária ao longo de toda a duração do experimento. O terceiro digestor foi usado para determinar a química interna via COD solúvel, VFA, alcalinidade de bicarbonato e pH. Após 35 dias de fermentação anaeróbica o lodo líquido integral foi coletado e tanto os sólidos totais quanto os sólidos suspensos totais foram medidos. Adicionalmente, níveis de N:P:K solúveis também foram medidos.

[0099] As medições de gás para biogás total, metano, dióxido de carbono e HS foram tomadas a cada 24 horas. Ácidos graxos voláteis foram medidos a cada 24 horas a partir do terceiro digestor. Concentrações muito baixas de VFA foram encontradas ao longo de todos os 35 dias sugerindo que a conversão para biogás é rápida à medida que substrato se torna disponível, isto é, à medida que o substrato da borra se solubiliza. O pH do terceiro digestor também foi medido a cada 24 horas e descoberto a ficar consistentemente entre pH 7,2e 7.4.

[00100] A alcalinidade de bicarbonato também foi medida a cada 24 horas com um pequeno aumento notado durante o período de 35 dias. O lodo líquido de digestor ao fim de 35 dias mostraria tipicamente uma alcalinidade de bicarbonato de 4,500 a 5.000 mg por litro como bicarbonato de cálcio.

[00101] Novamente a Demanda de Oxigênio Químico foi medida a cada 24 horas. Leituras de menos que 1.000 mg por litro de COD foram notadas. Novamente isto sugeriria que o substrato é convertido para biogás tão logo ele se torna disponível.

[00102] A taxa de produção de gás e biogás global e rendimento de metano a partir da borra se beneficia de uma adição muito pequena de micronutrientes. As suplementações com quantidades muito pequenas (até 5 ppm) de cobalto, níquel e ferro na forma do cloreto foram vistas a beneficiar o rendimento global de metano por uns 10%.

[00103] Após um período de 35 dias de digestão anaeróbica o experimento foi interrompido e os valores fertilizadores de N:P:K do lodo líquido do digestor foram medidos. As produções de Elementos Potencialmente Tóxicos, potenciais patógenos e metano residual também foram medidas no lodo líquido do digestor. No Reino Unido existe um código de prática com limites específicos para estes parâmetros. Este é conhecido como Especificação PAS 110 para lodo líquido integral de digestor, licor separado e fibra separada derivados da digestão anaeróbica de materiais biodegradáveis segregados da fonte. O lodo líquido de digestor da borra foi descoberto a atender os limites em todos os casos.

[00104] Para borra uma faixa de rendimento de biogás típica de 710 a 750 mº de biogás por tonelada de substância seca volátil é obtida após 35 dias no digestor (veja a figura 3). A faixa de rendimento de metano após 35 dias fica entre 410 e 450 mº de metano por tonelada de sólidos secos de borra volátil. A composição do biogás fica tipicamente ao redor de 60% de metano e 40% de dióxido de carbono.

[00105] A solubilização de borra durante o período de 35 dias é igual a aproximadamente 70-80% da matéria seca original.

[00106] A taxa de solubilização e conversão para biogás quando o lodo líquido do digestor tem alta alcalinidade de bicarbonato é usada uma vez que a fonte de preparação de pasta é rápida. Uns 30% do biogás total são produzidos dentro das primeiras 48 horas. Portanto, tempos de retenção de pasta mais curtos podem ser otimizados para levar em conta a produção de biogás e solubilização de sólidos.

[00107] Os presentes inventores executaram a digestão de um número de produtos de acordo com a presente invenção e os resultados estão mostrados na tabela abaixo. Como pode ser visto, uma variedade de materiais iniciais foram digeridos de acordo com a presente invenção.

Substratos de digestão anaeróbica testados - Digestores de laboratório e da instalação Carga de Tempo de matéria Rendimento retenção no | orgânica seca | médio de metano Nº Substrato digestor no digestor do digestor dee no 1 35 dias . 410 mº/t de VSS malte MOS/m'/dia

Borra de destilaria de malte e xarope de >5 kg . 2 35 dias . 440 mº/t de VSS resíduo de fermentação MOS/m'/dia combinados Coproduto sólido de destilaria de whisky 5 kg 3 35 dias . 440 mº/t de VSS de grãos (Vitagold da MOS/mº/dia Destilaria Girvan) Coproduto sólido de destilaria de vodka - 5 kg . 4 35 dias 400 mº/t de VSS sólidos de fase pesada MOS/Mº/dia de decantador Coproduto de sólido de whiskey canadense - 5 kg : dias 420 mº/t de VSS sólidos de fase pesada MOS/mº/dia de decantador [MOS = Matéria Orgânica Seca]

Claims

“PROCESSO PARA PRODUZIR BIOGÁS E/OU METANO E SISTEMA DE DIGESTÃO ANAERÓBICA”. REIVINDICAÇÕES

1. Processo para produzir biogás e/ou metano, caracterizado pelo fato de compreender: (a) prover uma pasta compreendendo um ou mais produtos cereais usados; e (b) submeter a pasta a uma digestão anaeróbica compreendendo metanogênese a um pH de pH 6,6-7,6, para obter um biogás e um lodo líquido de digestor.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente processar o biogás para obter metano em pureza maior que 95%.

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de mais que 50%, 60%, 70%, 80% ou 90% dos sólidos (em uma base de peso de líquido/peso de sólidos) da pasta terem sido derivados de um material compreendendo cereais e levedura usados em uma razão de 3:1 -

113. 4, Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a pasta compreender adicionalmente silagen em uma quantidade de até 20% dos sólidos totais em uma base seca.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a pasta compreender inicialmente um teor de sólidos seco de até 20% em uma base de peso/peso, até 15%, até 12%, ou até 10%.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a pasta compreender resíduos de fermentação usados, xarope de resíduos de fermentação,

água e/ou um líquido que possua uma alta capacidade de tamponamento para manter o digestor anaeróbico no pH desejado.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o líquido com uma alta capacidade de tamponamento para manter o digestor anaeróbico no pH desejado possuir uma alta alcalinidade de bicarbonato.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a alcalinidade de bicarbonato da pasta durante o processo ser pelo menos 3.000 mg por litro.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de o líquido que possui uma alta capacidade de tamponamento ser um lodo líquido de digestor obtido a partir da digestão anaeróbica de produtos residuais solúveis e/ou um lodo líquido de digestor obtido a partir do processo como identificado em qualquer uma das reivindicações precedentes.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o pH ser 7,0-7,4.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de o lodo líquido de digestor ser reciclado para formar uma pasta com novo(s) produto(s) de cereal(is) sólido(s) e/ou processado adicionalmente para uso em agricultura.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de a metanogênese compreender digestão anaeróbica por bactéria acidogênica mesofílica e metanogênica entre 30ºC-40ºC.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de a digestão anaeróbica ter tempo de retenção médio de 35-45 dias.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de uma cultura iniciadora de microorganismos para executar uma digestão anaeróbica ser obtida a partir de uma planta de tratamento de borra de resíduos de esgoto, ou a partir de uma população microbiana condicionada obtida a partir da digestão anaeróbica de produtos residuais solúveis de destilaria.

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de a pasta, antes da digestão anaeróbica ser submetida a uma moagem ou outro processo adequado de trituração ou homogeneização para reduzir o tamanho de partícula, aumentar a área de tamanho superficial, e/ou ajudar a solubilização dos sólidos na pasta.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente monitorar níveis de um ou mais micronutrientes e adicionar o citado um ou mais micronutrientes ao processo de digestão anaeróbica à medida do requerido.

17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma fase acidogênica antes da digestão anaeróbica.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a fase acidogênica ter um tempo de retenção hidráulica médio de só cerca de 24 horas (sem nenhuma reciclagem).

19. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de o lodo líquido de digestor ser armazenado por um período de até 180 dias.

20. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção do lodo líquido de digestor ser submetido a evaporação para concentrar o lodo líquido de digestor tal que ele seja adequado para uso como um fertilizante líquido.

21. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de pelo menos uma porção do lodo líquido de digestor ser submetida a evaporação para formar um produto sólido adequado para uso como um fertilizante sólido.

22. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de uma porção do biogás ser usada para aerar o digestor anaeróbico.

23. Sistema de digestão anaeróbica, caracterizado pelo fato de ser como substancialmente descrito aqui com referência a e como ilustrado na figura 2.

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