ES2610930T3

ES2610930T3 - Proceso para la fermentación de gas de síntesis

Info

Publication number: ES2610930T3
Application number: ES12726321.8T
Authority: ES
Inventors: Peter Simpson Bell; Ching-Whan Ko
Original assignee: Ineos Bio SA
Current assignee: Jupeng Bio SA
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: BR112013033713A2; EP2726594A1; MX348760B; WO2013002949A1; SA112330652B1; JP2014518090A; BR112013033711B1; KR20140050021A; BR112013033713B1; US9976158B2; WO2013002947A2; JP6094833B2; TW201305327A; TW201809256A; EA201490136A1; TWI576430B; TWI605118B; NZ619583A; EA201490135A1; AR086779A1

Abstract

Proceso para la fermentación de gas de síntesis que comprende propagar un cultivo de bacterias acetogénicas efectivo para inocular un reactor principal, donde la propagación incluye, i) inocular un primer cultivo de bacterias acetogénicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable mínima. ii) cultivar el cultivo de bacterias acetogénicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad diana del pre-reactor, (a) en donde, si (la densidad celular diana del pre-reactor multiplicada por el volumen del prereactor) + (un volumen del reactor principal multiplicado por (un volumen del pre-reactor + un volumen del pre-reactor que es transferido)) es mayor que o igual a una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporciona una densidad celular viable mínima en el reactor principal, o (b) si (la densidad celular diana del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) + (un volumen del reactor principal multiplicado por (un volumen del pre-reactor + un volumen del prereactor que se transfiere)) es menor que una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor a un pre-reactor posterior en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en un pre-reactor posterior, y iii) repetir el paso ii hasta que se transfiere un volumen del pre-reactor al reactor principal, y en donde se utiliza de un 25% a un 75% del volumen de un pre-reactor para inocular un pre-reactor posterior o reactor principal, a la vez que se mantiene el volumen restante para su uso para una re-inoculación en caso de cualquier fallo posterior del reactor.

Description

DESCRIPCION

Proceso para la fermentacion de gas de slntesis

Se proporciona un proceso para la fermentacion de gas de slntesis. Mas especlficamente, el proceso incluye propagar un cultivo efectivo para su uso como un inoculo para un reactor principal y fermentar gas de slntesis en el 5 reactor principal.

Antecedentes

Los microorganismos anaerobicos pueden producir etanol a partir de monoxido de carbono (CO) a traves de la fermentacion de sustratos gaseosos. Las fermentaciones que utilizan microorganismos anaerobicos a partir del genero Clostridium producen etanol y otros productos de utilidad. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. N° 5,173,429 10 describe el Clostridium Ijasngdahlii ATCC N° 49587, un microorganismo que produce etanol y acetato a partir de un gas de slntesis. La patente de EE.UU. N° 5,807,722 describe un metodo y un aparato para convertir gases residuales en acidos organicos y alcoholes utilizando Clostridium ljungdahlii ATCc N° 55380. La patente de EE.UU. N° 6,136,577 describe un metodo y un aparato para convertir gases residuales en etanol utilizando Clostridium ljungdahlii (ATCC N° 55988 y 55989.

15 El CO se aporta a menudo a la fermentacion como parte de un sustrato gaseoso en forma de un gas de slntesis. La gasificacion de materiales carbonosos para producir gas pobre o gas de slntesis o Sintegas que incluye monoxido de carbono e hidrogeno, se conoce bien en el arte. Habitualmente, dicho proceso de gasificacion implica una oxidacion parcial u oxidacion por defecto de aire (“starved-air”) de material carbonoso en la que se suministra una cantidad sub-estequiometrica de oxlgeno al proceso de gasificacion para promover la produccion de monoxido de 20 carbono segun se describe en la memoria WO 2009/154788.

En Kundiyana et al. (Journal of Bioscience and Bioengineering 109 (2010) paginas 492-498) se divulga la fermentacion de un gas de slntesis en un fermentador a una escala experimental, en donde la preparacion del inoculo para el fermentador implica una transferencia repetida del inoculo.

El proceso de fermentacion con bacterias acetogenicas puede incluir uno o mas reactores de siembra, uno o mas 25 reactores de crecimiento y al menos un reactor principal. Las bacterias acetogenicas se cultivan habitualmente hasta alcanzar una cierta densidad celular en un reactor de siembra. El reactor de siembra se utiliza a continuacion para inocular un fermentador de crecimiento. El fermentador de crecimiento sera habitualmente de mayor tamano que el reactor de siembra. Las bacterias acetogenicas en el reactor de crecimiento se cultivan entonces hasta alcanzar una densidad celular deseada. El reactor de crecimiento puede ser utilizado entonces para inocular otro reactor de 30 crecimiento de mayor tamano o puede ser utilizado para inocular un reactor principal. El reactor principal sera de un tamano mayor que el reactor de crecimiento. En vista de este proceso, inocular un reactor principal comenzando a partir de un reactor de siembra requiere tiempo. Ademas, si un reactor de crecimiento falla, es necesario volver a empezar el proceso, lo que requiere aun mas tiempo.

Resumen

35 Se proporciona un proceso para la fermentacion de gas de slntesis que es efectivo para reducir la cantidad de tiempo necesaria para inocular un reactor principal. En este aspecto, se reduce el tiempo total desde la inoculacion de un reactor de siembre hasta la inoculacion de un reactor principal. El proceso tambien proporciona un reinicio mas rapido en el caso de un fallo del reactor.

En un aspecto, se proporciona un proceso para la fermentacion de un gas de slntesis que incluye propagar un 40 cultivo de bacterias acetogenicas efectivas para inocular un reactor principal. La propagacion incluye: i) inocular un primer cultivo de bacterias acetogenicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable minima, y ii) cultivar un cultivo de bacterias acetogenicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad celular diana del pre-reactor. La propagacion puede ademas describirse por las siguientes ecuaciones: (a) en donde, si (la densidad celular diana del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) (un volumen del reactor principal 45 multiplicado por (un volumen del pre-reactor un volumen del pre-reactor que se transfiere)) es mayor o igual a una densidad celular viable minima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable minima en el reactor principal, o (b) si (la densidad celular diana del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) (un volumen del reactor principal multiplicado por (un

volumen del pre-reactor un volumen del pre-reactor que se transfiere)) es menor que una densidad celular viable 50 minima, transferir un volumen del pre-reactor a un pre-reactor posterior en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable minima en el pre-reactor posterior. El paso ii se repite hasta que un volumen del prereactor se transfiere al reactor principal, y en donde de un 25% a un 75% del volumen de un pre-reactor se utiliza para inocular un pre-reactor posterior o reactor principal, mientras que el volumen restante se mantiene para su uso

para la re-inoculacion en caso de que hubiera cualquier fallo posterior del reactor. La fermentacion del gas de slntesis se lleva a cabo a continuation en el reactor principal.

En un aspecto, se divulga un proceso para fermentar gas de slntesis que incluye propagar un cultivo de bacterias acetogenicas efectivo para inocular un reactor principal. La propagation incluye: i) inocular un primer cultivo de 5 bacterias acetogenicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable minima, y ii) cultivar el cultivo de bacterias acetogenicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad celular diana del pre-reactor. La propagacion puede ademas describirse mediante las siguientes ecuaciones: (a) en donde, si (la densidad celular diana del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) (un volumen del reactor principal multiplicado por (un volumen del pre-reactor un volumen del pre-reactor que se transfiere)) es mayor que o igual a una densidad 10 celular viable minima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable minima en el reactor principal, o (b) si (la densidad celular diana del prereactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) (un volumen del reactor principal multiplicado por (un volumen del pre-reactor un volumen del pre-reactor que se transfiere)) es menor que una densidad celular viable minima, ajustar el volumen del reactor principal y transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad 15 efectiva para proporcionar una densidad celular viable minima en el reactor principal, y aumentar el volumen del reactor principal a la vez que se mantiene una densidad celular viable minima. La fermentacion de gas de slntesis se lleva a cabo a continuacion en el reactor principal.

En otro aspecto, se divulga un proceso para iniciar un fermentador principal para la fermentacion de gas de slntesis. El proceso incluye inocular un primer cultivo de bacterias acetogenicas en un reactor de siembra para proporcionar 20 una densidad celular viable inicial minima en el reactor de siembra de al menos aproximadamente 0,2 gramos por litro. El cultivo de bacterias acetogenicas se cultiva con gas de slntesis para proporcionar una densidad celular en el reactor de siembra de al menos aproximadamente 5 gramos por litro. Un primer reactor de crecimiento se inocula con un inoculo procedente del reactor de siembra en una cantidad para proporcionar una cantidad efectiva de una densidad celular en el reactor de crecimiento de al menos aproximadamente 0,2 gramos por litro. El cultivo se cultiva 25 con gas de slntesis para proporcionar una densidad celular en el primer reactor de crecimiento de al menos aproximadamente 5 gramos por litro. Un segundo reactor de crecimiento se inocula con un inoculo procedente del primer reactor de crecimiento en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor de crecimiento de al menos aproximadamente 0,2 gramos por litro. El cultivo se cultiva con gas de slntesis para proporcionar una densidad celular en el segundo reactor de crecimiento de al menos aproximadamente 5 gramos 30 por litro. Un fermentador principal se inocula con un inoculo del segundo reactor de crecimiento en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor principal de al menos aproximadamente 0,2 gramos por litro.

Breve description de las figuras

Los aspectos anteriores y otros aspectos, caracterlsticas y ventajas de diversos aspectos del proceso resultaran 35 mas evidentes a partir de la siguiente figura.

La Figura 1 ilustra un proceso para fermentar gas de slntesis.

Caracteres de referencia correspondientes indican correspondientes componentes en las diversas vistas de los dibujos. Los expertos en el arte apreciaran que los elementos en las figuras se ilustran por razones de simplicidad y claridad y no han sido necesariamente dibujados a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los 40 elementos en las figuras pueden verse exagerados en relation a otros elementos para ayudar a mejorar la comprension de diversos aspectos del presente proceso y aparato. Tambien, los elementos comunes pero bien entendidos que son de utilidad o necesarios en aspectos comercialmente factibles, a menudo no se representan para facilitar una vista menos obstaculizada de estos aspectos diversos.

Descripcion detallada

45 La siguiente descripcion no ha de tomarse en un sentido limitativo, sino que esta realizada simplemente con el proposito de describir los principios generales de los ejemplos de realizaciones. El alcance de la invention debe ser determinado en referencia a las reivindicaciones.

Se proporciona una serie de uno o mas pre-reactores que son efectivos para proporcionar rapidamente un inoculo a un reactor principal. Los uno o mas pre-reactores se encuentran conectados operativamente para permitir transferir 50 el cultivo. Cada uno del uno o mas pre-reactores se inocula con una densidad celular viable minima y a continuacion se cultiva para proporcionar una densidad celular diana para su posterior inoculation. Un volumen de aproximadamente un 25% hasta aproximadamente un 75% de cualquier pre-reactor se transfiere a un reactor posterior. El volumen restante se mantiene y puede utilizarse para la re-inoculacion en caso de que hubiera un fallo posterior del reactor.

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Definiciones

como se utilizan a lo largo de la especificacion para pueden incluir ya sea formas en singular como en

cantidad hace referencia a la variacion en dicha cantidad que se encuentra en condiciones reales, por ejemplo, en el laboratorio, planta piloto, o instalacion de produccion. Por ejemplo, una cantidad de un ingrediente o medida empleada en una mezcla o cantidad cuando esta modificada por el termino “aproximadamente”, incluye la variacion y el grado de detalle habitualmente empleado en la medicion en condiciones experimentales en una planta de produccion o un laboratorio. Por ejemplo, la cantidad de un componente de un producto cuando esta modificado por el termino “aproximadamente” incluye la variacion entre lotes en experimentos multiples en la planta o laboratorio y la variacion inherente en el metodo analltico. Ya sea modificado o no por el termino “aproximadamente”, las cantidades incluyen equivalentes a esas cantidades. Cualquier cantidad establecida en la presente patente y modificada por el termino “aproximadamente” puede tambien emplearse en la presente divulgacion como la cantidad no modificada por “aproximadamente”.

“Material carbonoso” tal como se utiliza en la presente patente hace referencia a un material rico en carbono tal como el carbon, y los productos petroqulmicos. Sin embargo, en esta especificacion, el termino material carbonoso incluye cualquier material de carbono ya sea es estado solido, llquido, gaseoso, o de plasma. Entre los numerosos elementos que pueden considerarse material carbonoso, la presente revelacion contempla:

material carbonoso, producto llquido carbonoso, reciclaje de llquido industrial carbonoso, residuos solidos urbanos carbonosos (RSU), residuos urbanos carbonosos, material carbonoso de origen agricola, material carbonoso de origen forestal, residuos carbonosos de madera, material carbonoso de construccion, material carbonoso vegetal, residuos industriales carbonosos, residuos carbonosos de fermentacion, co-productos petroqulmicos carbonosos, co-productos carbonosos de la produccion de alcohol, carbon carbonoso, neumaticos, plasticos, residuos plasticos, alquitran de coque, Fibersoft, lignina, licor negro, residuos polimericos, tereftalato de polietileno (PET), poliestireno (PS), lodos de aguas residuales, residuos animales, residuos de cosecha, cultivos energeticos, residuos de procesamiento forestal, residuos de procesamiento de madera, residuos de ganado, residuos avlcolas, residuos de procesamiento de alimentos, residuos de procesos fermentativos, co-productos de etanol, afrecho, microorganismos previamente utilizados, o sus combinaciones.

El termino "fibersoft" o "Fibersoft" o "fibrosoft" o "fibrousoft" hace referencia a un tipo de material carbonoso que se produce como resultado del reblandecimiento y la concentracion de diversas sustancias; en un ejemplo, se produce material carbonoso mediante esterilizacion por vapor en autoclave de diversas sustancias. En otro ejemplo, el fibersoft puede incluir esterilizacion por vapor en autoclave de residuos urbanos, industriales, comerciales y medicos que dan como resultado un material fibroso pastoso.

El termino “residuos solidos urbanos” o “RSU” hace referencia a residuos que pueden incluir desechos domesticos, comerciales, industriales y/o residuales.

El termino “Sintegas” o “gas de slntesis” hace referencia a gas de slntesis que es el nombre otorgado a una mezcla de gas que contiene diversas cantidades de monoxido de carbono e hidrogeno. Ejemplos de metodos de produccion incluyen el reformado con vapor de gas natural o hidrocarburos para producir hidrogeno, la gasificacion de carbon y algunos tipos de instalaciones de gasificacion mediante el aprovechamiento energetico de desechos. El nombre viene de su uso como productos intermedios a la hora de crear gas natural sintetico (SNG, por sus siglas en ingles) y para producir amoniaco o metanol. El Sintegas comprende su uso como un producto intermedio a la hora de producir petroleo sintetico para su uso como combustible o lubricante, mediante slntesis Fischer-Tropsch y previamente el proceso Mobil para la produccion de gasolina a partir de metanol. El gas de slntesis consta de principalmente hidrogeno, monoxido de carbono, y algo de dioxido de carbono, y presenta menos de la mitad de la densidad energetica (es decir, contenido en BTU) de gas natural. El gas de slntesis es combustible y a menudo se utiliza como una fuente de combustible o como un producto intermedio para la produccion de otros productos qulmicos.

Los terminos “fermentacion”, “proceso de fermentacion” o “reaccion de fermentacion” y similares pretenden abarcar tanto la fase de crecimiento como la fase de bioslntesis de productos del proceso. En un aspecto, la fermentacion hace referencia a la conversion de CO a alcohol.

Diseno del pre-reactor

A menos que se defina de otro modo, los siguientes terminos tal la presente revelacion se definen como sigue a continuacion y plural de las definiciones definidas a continuacion:

El termino “aproximadamente” modificando cualquier

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De acuerdo con el proceso, se inocula un cultivo de bacterias acetogenicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular minima. En este aspecto, el pre-reactor puede ser uno o mas reactores de siembra y uno o mas reactores de crecimiento. El reactor de siembra puede presentar un volumen de aproximadamente 500 litros o menos, en otro aspecto, aproximadamente 400 litros o menos, en otro aspecto aproximadamente 300 litros o menos, en otro aspecto, aproximadamente 200 litros o menos, en otro aspecto, aproximadamente 100 litros o menos, y en otro aspecto, aproximadamente 50 litros o menos. Los reactores de crecimiento pueden presentar un volumen de aproximadamente 250.000 litros o menos, en otro aspecto aproximadamente 150.000 litros o menos, en otro aspecto, aproximadamente 100.000 litros o menos, en otro aspecto, aproximadamente 50.000 litros o menos, en otro aspecto, aproximadamente 10.000 litros o menos, y en otro aspecto, aproximadamente 1.000 litros o menos. Tal como se utiliza en la presente patente, “volumen” hace referencia a un volumen de trabajo llquido no gaseado.

El reactor de siembra puede ser suministrado con gas de slntesis, incluyendo por ejemplo gas de slntesis embotellado. En este aspecto, utilizar un reactor de siembra con un volumen de 500 litros o menos permite que el reactor de siembra sea suministrado con gas de slntesis embotellado. El uso de gas de slntesis embotellado puede ser importante si un suministro de gas de sintesis procedente de un proceso de gasificacion no esta disponible. En la presente patente se describen composiciones de gas de sintesis de utilidad. En un aspecto, los pre-reactores pueden suministrarse con gas reciclado del reactor principal.

El cultivo en el reactor de siembra se cultiva hasta una densidad celular diana del pre-reactor y se utiliza un volumen del reactor de siembra para inocular un pre-reactor posterior con un volumen mayor que el reactor de siembra. En este aspecto, el segundo pre-reactor puede ser uno o mas reactores de crecimiento. En un aspecto importante, el proceso utilizo al menos dos reactores de crecimiento, en otro aspecto, al menos tres reactores de crecimiento, y en otro aspecto al menos cuatro reactores de crecimiento.

Un aspecto del proceso para la fermentacion de gas de sintesis se ilustra en general en la Figura 1. En este aspecto, el proceso incluye un reactor de siembra 100, un primer reactor de crecimiento 200, un segundo reactor de crecimiento 300, y un reactor principal 400. Cada reactor puede suministrarse con gas de slntesis mediante un suministro de gas 500. Pueden suministrarse nutrientes a cada reactor a traves de un suministro de nutrientes 600. Cada reactor puede incluir un agitador 150 y al menos un rodete 250. Puede enviarse medio desde cada reactor a un enfriador/intercambiador de calor 550 y el medio enfriado puede hacerse circular de regreso al recipiente del reactor. Puede transferirse medio desde un reactor al siguiente reactor a traves de una conduccion de transferencia 700.

Puede enviarse medio desde cada reactor a un filtro de recirculacion 350. Las celulas concentrada 425 pueden hacerse retornar al recipiente y el permeado 450 puede ser enviado para su procesamiento adicional. El procesamiento adicional puede incluir la separation del producto deseado tal como por ejemplo etanol, acido acetico y butanol.

Operation del pre-reactor

La operacion del pre-reactor permite un inicio rapido de la inoculation del reactor principal. En este aspecto, el tiempo desde la inoculacion de un primer pre-reactor hasta la inoculacion de un reactor principal es de aproximadamente 20 dlas o menos, en otro aspecto, aproximadamente 15 dlas o menos, y en otro aspecto, aproximadamente 10 dlas o menos. El proceso tambien permite una recuperation mas rapida si hubiera cualquier fallo en los pre-reactores.

De acuerdo con el proceso, un cultivo de bacterias acetogenicas es inoculado en un pre-reactor o reactr de siembra para proporcionar una densidad celular minima. Tal como se utiliza en la presente patente, “densidad celular minima” significa una densidad celular viable de al menos aproximadamente 0,1 gramos por litro, en otro aspecto, al menos aproximadamente 0,2 gramos por litro, en otro aspecto, al menos aproximadamente 0,3 gramos por litro, en otro aspecto, al menos aproximadamente 0,4 gramos por litro, y en otro aspecto, al menos aproximadamente 0,5 gramos por litro. La densidad celular minima no excedera de aproximadamente 1,2 gramos por litro. En otro aspecto, el primer cultivo utilizado para inocular un pre-reactor o reactor de siembra presenta un valor de pH de 6,5 o menos, en otro aspecto de 4,5 o menos, y en otro aspecto, aproximadamente 4,0 hasta aproximadamente 4,5. El primer cultivo utilizado para inocular un pre-reactor o un reactor de siembra presenta una concentration de acido acetico de aproximadamente 10 gramos por litro o menos, en otro aspecto, de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 gramos por litro, en otro aspecto, de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 gramos por litro, en otro aspecto, de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 gramos por litro, y en otro aspecto, aproximadamente 2 gramos por litro.

Las bacterias acetogenicas se cultivan en un pre-reactor hasta que se logra una densidad celular diana. Tal como se utiliza en la presente patente, “densidad celular diana del pre-reactor” significa una densidad celular viable de al menos aproximadamente 5 gramos por litro, en otro aspecto, al menos aproximadamente 10 gramos por litro, en otro aspecto, al menos aproximadamente 15 gramos por litro, y en otro aspecto, al menos aproximadamente 20 gramos por litro. La densidad celular diana del pre-reactor generalmente no excedera de aproximadamente 50 gramos por litro. En otro aspecto, la densidad celular diana del pre-reactor es de aproximadamente 12 hasta

aproximadamente 15 gramos por litro, y en otro aspecto, de aproximadamente 20 a aproximadamente 24 gramos por litro.

En un aspecto, cada pre-reactor posterior tiene un volumen mayor que el pre-reactor anterior. De acuerdo con este proceso, una relacion en volumen del volumen del pre-reactor transferido a un pre-reactor posterior o un reactor 5 principal es de aproximadamente 0,02 hasta aproximadamente 0,5, y en otro aspecto, de aproximadamente 0,02 hasta aproximadamente 0,2. En otro aspecto, de aproximadamente un 20 hasta aproximadamente un 75% del volumen de un pre-reactor se utiliza para inocular un pre-reactor posterior o un reactor principal. Otros volumenes del reactor que pueden transferirse incluyen de aproximadamente un 30 hasta aproximadamente un 70%, aproximadamente un 40 hasta aproximadamente un 60%, y aproximadamente un 45 hasta aproximadamente un 10 55%. En este aspecto, mantener un volumen permite una recuperacion mas rapida en caso de que hubiera un fallo

del reactor. Tal como se utiliza en la presente patente, “fallo del reactor” hace referencia a una condicion en la que no esta teniendo lugar ninguna conversion de gas y pueden verse celulas muertas tras una evaluacion en el microscopio. En este aspecto, una vez que ocurre un fallo en el reactor, el reactor puede volver a inocularse dentro de un periodo de 24 horas.

15 Al alcanzar una densidad celular diana en un pre-reactor, los pasos posteriores en el proceso pueden describirse tal como sigue a continuacion:

imagen1

densidad celular viable minima

entonces un volumen del pre-reactor se transfiere a un reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular minima en el reactor principal; o

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imagen2

densidad celular viable minima

entonces un volumen del pre-reactor se transfiere a un pre-reactor posterior en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular minima en el reactor principal. Este paso de transferencia de un pre-reactor a otro puede repetirse hasta transferir al reactor principal.

En otro aspecto, al alcanzar una densidad celular diana en un pre-reactor, los pasos posteriores en el proceso 25 pueden describirse tal como sigue a continuacion:

imagen3

densidad celular viable minima

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entonces puede ajustarse un volumen del reactor principal y un volumen del pre-reactor puede ser transferido en una cantidad para proporcionar una densidad celular viable minima en el reactor principal. El volumen del reactor principal es entonces incrementado en el tiempo hasta alcanzar un volumen deseado, a la vez que se mantiene una densidad celular viable minima.

Cada reactor puede ser operado de una forma efectiva para maximizar el crecimiento celular y mantener la salud del cultivo. En un aspecto, el medio utilizado en cada reactor puede ser el mismo o diferente. Entre los ejemplos de medios adecuados se incluyen aquellos descritos en la patente de EE.UU. N° 7,285,402, PCT/US2009/001522, y solicitudes de patente provisional de EE.UU. Nos. 61/458,899, 61/458,903, y 61/458,976, todas presentadas el 3 de diciembre de 2010. Pueden utilizarse niveles de concentracion mas elevados o mas vitaminas durante la fase de crecimiento.

En un aspecto, un reactor de siembra puede ser inoculado con aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,7 gramos de celulas por litro. El gas de sintesis puede rociarse en el reactor de siembra a una tasa de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2,0 litros por minuto, en otro aspecto, de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 1,25 litros por minuto. La agitacion inicial se realiza a aproximadamente un 10 hasta aproximadamente un 40% de la potencia de agitacion completa. Las velocidades de agitacion pueden aumentarse hasta una potencia completa en una hora. Por ejemplo, las velocidades de agitacion pueden aumentar desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 1000 rpm para reactores mas pequenos, y los incrementos pueden ser correspondientemente menores para reactores mas grandes.

Bacterias acetogenicas

En otro aspecto, los microorganismos utilizados incluyen bacterias acetogenicas. Ejemplos de bacterias acetogenicas de utilidad incluyen aquellas del genero Clostridium, tal como cepas de Clostridium ljungdahlii, incluyendo aquellas descritas en WO 2000/68407, EP 117309, patente de EE.UU. Nos. 5,173,429, 5,593,886 y 6,368,819, WO 1998/00558 y WO 2002/08438, cepas de Clastriditam autoethanogeuum (DSM 10061 y DSM 19630 de DSMZ, Alemania) incluyendo aquellas descritas en WO 2007/117157 y WO 200911/S1342 y Clostridium ragsdalei (P11, ATcC BAA-622) y Alkalibacuhum bacchi (CP11, ATCC BAA-1772) incluyendo aquellas descritas respectivamente en la patente de EE.UU. N° 7,704,723 y en "Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas", Hasan Atiyeh, presentada en Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, 29 de abril de 2010 y Clostridiuna carboxidivorans (ATCC PTA-7827) descrita en la solicitud de patente de EE.UU. N° 2007/0276447. Otros microorganismos adecuados incluyen aquellos del genero Moorella, incluyendo Moorella sp. HUC22-1, y aquellas del genero Carboxydothernaus. Cada una de estas referencias se incorpora en la presente patente a modo de referencia. Pueden utilizarse cultivos mezclados de dos o mas microorganismos.

Algunos ejemplos de bacterias de utilidad incluyen Acetogenium kivui, Acetoanaerobium raoterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldaranaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DsM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania), Clostridium autoetlaartogenuna (DSM 24138 de DSMZ Alemania), Clostriditiun carboxidivoraras P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coslcatii (aTcC PTA-10522), Clostridium drakei, Clostriditana ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium lJungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostriditum ljungdahlii O-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemania), Clostridium ragsdali P11 (ATCC BAA-622), Clostridiurn scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosun, Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarciraa barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Rumiraococcus productus, Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de los mismos.

Gas de sintesis

El gas de sintesis puede proporcionarse a partir de cualquier otra fuente. En un aspecto, el gas de sintesis puede tener su origen en la gasificacion de materiales carbonosos. La gasificacion implica una combustion parcial de la

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biomasa en un suministro de oxlgeno restringido. El gas resultante incluye principalmente CO y H2. En este aspecto, el gas de slntesis contendra al menos aproximadamente un 10% mol de CO, en un aspecto, al menos aproximadamente un 20 % mol a aproximadamente un 100 % mol de CO, en un aspecto, al menos aproximadamente un 30 % mol a aproximadamente un 90 % mol de CO, en un aspecto, al menos aproximadamente un 40 % mol a aproximadamente un 80 % mol de CO, y en otro aspecto, al menos aproximadamente un 50 % mol a aproximadamente un 70 % mol de CO. El gas de slntesis presentara una relacion molar de CO/CO2 de al menos aproximadamente 0,75. Se proporcionan algunos ejemplos de metodos y aparatos de gasificacion adecuados en las solicitudes de EE.UU. con numero 61/516,667, 61/516,704 y 61/516,646, todas las cuales fueron presentadas el 6 de abril de 2011.

En otro aspecto, el gas de slntesis utilizado para propagar las bacterias acetogenicas puede ser sustancialmente CO. Tal como se utiliza en la presente patente, “sustancialmente CO” significa al menos aproximadamente un 50 % mol de CO, en otro aspecto, al menos aproximadamente un 60% mol de CO, en otro aspecto, al menos aproximadamente un 70% mol de CO, en otro aspecto, al menos aproximadamente un 80% mol de CO, y en otro aspecto, al menos aproximadamente un 90% mol de CO.

Ejemplo 1: Inicio con dos reactores de crecimiento

Un fermentador de siembra (90 litros) es inoculado con Clostridium ljungdahlii. El gas de slntesis fue fermentado hasta obtener una densidad celular de aproximadamente 12 gramos/litro. La mitad del fermentador de siembra (45 litros) se utiliza para inocular un primer reactor de crecimiento para proporcionar un volumen total en el primer reactor de crecimiento de aproximadamente 1390 litros y una densidad celular de partida de aproximadamente 0,38 gramos por litro. El gas de slntesis se fermenta durante 140 horas a partir del tiempo de inoculacion para proporcionar una densidad celular de aproximadamente 12 gramos por litro. El cultivo del primer reactor de crecimiento (aproximadamente 703 litros) se utiliza para inocular un segundo reactor de crecimiento para proporcionar un volumen total en el segundo reactor de crecimiento de aproximadamente 22200 litros y una densidad celular de aproximadamente 0,38 gramos por litro. El gas de slntesis se fermenta durante 140 horas a partir del tiempo de inoculacion para proporcionar una densidad celular de aproximadamente 12 gramos por litro. El cultivo del segundo reactor de crecimiento (aproximadamente 12.000 litros) se utiliza para inocular un reactor principal para proporcionar un volumen total en el reactor principal de aproximadamente 350.000 a 400.000 litros y una densidad celular de aproximadamente 0,40 gramos por litro. El tiempo total transcurrido desde la inoculacion del primer reactor de crecimiento hasta la inoculacion del reactor principal es de 11,7 dlas.

Ejemplo 2: inicio con un reactor de siembra y un reactor de crecimiento

Un fermentador de siembra (aproximadamente 1600 litros) es inoculado con Clostridium ljungdahlii. El gas de slntesis fue fermentado hasta que se obtiene una densidad celular de aproximadamente 12 gramos/litro. La mitad del fermentador de siembra (aproximadamente 700 litros) se utiliza para inocular un primer reactor de crecimiento para proporcionar un volumen total en el primer reactor de crecimiento de aproximadamente 2250 litros y una densidad celular de partida de aproximadamente 0,38 gramos por litro. El gas de slntesis se fermenta durante 140 horas desde el tiempo de inoculacion para proporcionar una densidad celular de aproximadamente 12 gramos por litro. El cultivo del primer reactor de crecimiento (aproximadamente 11.000 litros) se utiliza para inocular un reactor principal para proporcionar un volumen total en el reactor principal de aproximadamente 350.000 a aproximadamente 400.000 litros y una densidad celular de aproximadamente 0,38 gramos por litro. El tiempo total transcurrido desde la inoculacion del primer reactor de crecimiento hasta la inoculacion del reactor principal es de 9,2 dlas.

Aunque que la invencion divulgada en la presente memoria ha sido descrita mediante realizaciones especlficas, ejemplos y aplicaciones de la misma, diversas modificaciones y variaciones podrlan realizarse a la misma por parte de los expertos en el arte sin apartarse del alcance de la invencion expuesta en las reivindicaciones.

Claims

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Proceso para la fermentacion de gas de slntesis que comprende propagar un cultivo de bacterias acetogenicas efectivo para inocular un reactor principal, donde la propagacion incluye,

i) inocular un primer cultivo de bacterias acetogenicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable minima.

ii) cultivar el cultivo de bacterias acetogenicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad diana del pre-reactor,

(a) en donde, si (la densidad celular diana del pre-reactor multiplicada por el volumen del prereactor) (un volumen del reactor principal multiplicado por (un volumen del pre-reactor un volumen del pre-reactor que es transferido)) es mayor que o igual a una densidad celular viable minima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporciona una densidad celular viable minima en el reactor principal, o

(b) si (la densidad celular diana del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) (un volumen del reactor principal multiplicado por (un volumen del pre-reactor un volumen del prereactor que se transfiere)) es menor que una densidad celular viable minima, transferir un volumen del pre-reactor a un pre-reactor posterior en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable minima en un pre-reactor posterior, y

iii) repetir el paso ii hasta que se transfiere un volumen del pre-reactor al reactor principal, y en donde se utiliza de un 25% a un 75% del volumen de un pre-reactor para inocular un pre-reactor posterior o reactor principal, a la vez que se mantiene el volumen restante para su uso para una re-inoculacion en caso de cualquier fallo posterior del reactor.

2. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde la densidad celular viable es de al menos 0,2 gramos por litro.

3. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde la densidad celular diana del pre-reactor es de al menos 5 gramos por litro.

4. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde una relacion en volumen del volumen del pre-reactor transferido a un volumen del pre-reactor posterior o un volumen del reactor principal es de 0,02 a 0,5.

5. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde el gas de sintesis presenta una relacion molar CO/CO2 de al menos 0,75.

6. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde el primer cultivo presenta un pH de 6,5 o menos y una concentracion de acido acetico de 10 gramos por litro o menos.

7. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde el gas de sintesis tiene de un 20 a un 100 % mol de CO.

8. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde el gas de sintesis utilizado para propagar bacterias acetogenicas es sustancialmente CO.

9. Proceso segun la reivindicacion 1 en donde las bacterias acetogenicas se seleccionan del grupo que consiste en Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA- 1772), Blautia produeta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobaeter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacifiuts, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum. Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemania). Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemania), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827). Clostridium coskatii (ATcC PTA-10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii O-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemania), Clostridium ragsdali P11 (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophiea, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus produetus, Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de las mismas.

10. Proceso segun la reivindicacion 1, en donde la relacion en volumen del pre-reactor transferido a un pre-reactor posterior o reactor principal es de 0,02 a 0,5, tal como por ejemplo, 0,02 a 0,2.