ES2643081T3 - Procedimiento de producción de un producto orgánico a partir de una carga de materia carbonada que utiliza una gasificación seguida de una fermentación del gas de síntesis - Google Patents

Procedimiento de producción de un producto orgánico a partir de una carga de materia carbonada que utiliza una gasificación seguida de una fermentación del gas de síntesis Download PDF

Info

Publication number
ES2643081T3
ES2643081T3 ES14806078.3T ES14806078T ES2643081T3 ES 2643081 T3 ES2643081 T3 ES 2643081T3 ES 14806078 T ES14806078 T ES 14806078T ES 2643081 T3 ES2643081 T3 ES 2643081T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
microorganisms
water
fermentation
gasifier
stage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES14806078.3T
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre-Alexandre Setier
Florian DELRUE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Application granted granted Critical
Publication of ES2643081T3 publication Critical patent/ES2643081T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/14—Multiple stages of fermentation; Multiple types of microorganisms or re-use of microorganisms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/54—Acetic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/10—Separation or concentration of fermentation products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/52—Propionic acid; Butyric acids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Procedimiento de producción de un carburante, en particular un carburante líquido, o de otro producto orgánico, a partir de una carga de materia carbonada, que comprende las etapas siguientes: a/ gasificar la carga de materia carbonada en un primer reactor, denominado gasificador (1), b/ aguas abajo de la gasificación, fermentar el gas de síntesis producido según la etapa a/, mediante microorganismos, agua y nutrimientos en un segundo reactor, denominado fermentador (2), c/ recuperar, aguas abajo del fermentador, unos microorganismos y agua; d/ inyectar al menos una parte de los microorganismos y, llegado el caso, de al menos una parte del agua recuperada en la entrada (10) del gasificador, y durante la etapa de recuperación c/: - una etapa c1/ de separación entre los microorganismos que han servido a la fermentación y la mezcla entre el producto orgánico procedente de la fermentación y el agua, después una destilación de la mezcla para producir el producto orgánico final, - una etapa c2/ de ajuste de la concentración en agua en los microorganismos recuperados por la separación.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Procedimiento de produccion de un producto organico a partir de una carga de materia carbonada que utiliza una gasificacion seguida de una fermentacion del gas de smtesis
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un procedimiento de produccion de un producto organico, en particular de un carburante a partir de una carga de materia carbonada, que utiliza una gasificacion de la carga de materia carbonada y una fermentacion del gas de smtesis producido por la gasificacion mediante microorganismos y agua.
Por “carga de materia carbonada” se entiende cualquier materia que contiene una cantidad de carbono, en particular cualquier materia carbonada de residuos, tal como carbon, coque de petroleo, desechos organicos, desechos de materia plastica, etc.
La invencion tiene como objetivo mejorar el rendimiento de tal procedimiento de produccion de un producto organico. Una aplicacion preferida es la produccion de etanol o de butanol a partir de residuos de materia plastica.
Estado de la tecnica
La gasificacion de la biomasa y del carbon se conoce desde hace mucho tiempo. De manera general, se puede definir como una transformacion termoqmmica de la biomasa o del carbon por la accion del calor en presencia de agente(s) gasificante(s). Se busca generar, al final de la gasificacion, una mezcla de gas denominado gas de smtesis (syngas” en ingles) que comprende monoxido de carbono e hidrogeno (CO+H2) entre otros.
Asf, la gasificacion es una reaccion endotermica entre la materia carbonada y el o los agentes gasificantes segun las reacciones qmmicas siguientes:
C + H2O ^ CO + H2 (1)
C + CO2 ^ 2 CO (2)
El gas de smtesis producido esta principalmente constituido de los gases CO, CO2, H2. Contiene tambien unos compuestos minoritarios (NH3, HCl, HF, HCN, H2S, COS, metales alcalinos, etc.) en estado de vapor que proviene de la materia carbonada o del o de los agentes gasificantes. Finalmente, para gasificaciones a baja temperatura (850°C), se obtiene una parte mas o menos importante de compuestos hidrocarbonados en forma gaseosa (alquitran, CH4), que resultan de una oxidacion incompleta de la materia carbonada.
Se deben impulsar las reacciones (1) y (2). Por lo tanto, se debe compensar la energfa perdida durante estas reacciones endotermicas. La aportacion de calor al reactor de gasificacion (gasificador) es o bien directa (modo de funcionamiento denominado autotermico), segun el cual se quema una parte de la materia carbonada que se quiere gasificar, o bien indirecta (modo de funcionamiento denominado alotermico), segun el cual se aporta una fuente de calor externa).
De diseno y construccion simples, los procedimientos de gasificacion que utilizan un reactor de lecho fijo o de lecho fluidizado producen un gas relativamente de mala calidad debido a un contenido en alquitran relativamente alto y de una relacion H2/CO obtenida relativamente baja. Los reactores de lecho fluidizado tienen, no obstante, la ventaja de tener una retroalimentacion importante y a poder ser de dimensiones compatibles con una explotacion industrial. Finalmente, los reactores de flujo arrastrado estan mejor adaptados para la gasificacion de grandes volumenes de materia carbonada, pudiendo la potencia unitaria de un gasificador de este tipo ser superior a 50 MWth. Debido al tiempo de estancia muy corto de la carga de materia carbonada y temperaturas de funcionamiento muy elevadas, tfpicamente superiores a 1400°C, el gas de smtesis obtenido por los gasificadores de flujo arrastrado no contiene practicamente alquitran, lo que tiene como ventaja evitar una etapa suplementaria de limpieza del gas de smtesis.
Un ejemplo de gasificacion ventajosa, es el de la gasificacion de la biomasa ligno-celulosica que permite generar un gas de smtesis y producir aguas abajo o bien unos carburantes lfquidos, o bien otros productos organicos. Esta gasificacion se desarrolla en presencia tfpicamente de vapor de agua alrededor de 800-900°C para unos reactores de lecho fluidizado. Clasicamente, tal gasificacion convierte el carbono de la biomasa con un gas en salida del gasificador de composicion media del 20-25% de CO, el 8-12% de CH4, el 18-22% de CO2 y aproximadamente el 38-42% de H2, y unos compuestos organicos C2 a C16 mas unos compuestos inorganicos.
Ya se ha propuesto realizar la fermentacion de gas de smtesis mediante microorganismos espedficos que son capaces de producir de manera predominante un tipo de carburante en condiciones de baja temperatura y presion.
Estos microorganismos espedficos pertenecen principalmente a la familia de las bacterias anaerobicas del genero
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Clostridium. Por ejemplo, algunas de ellas han podido identificarse para la conversion de gas de smtesis en etanol. La mayona de estas bacterias utiliza la via metabolica, denominada ciclo de Wood-Ljundahl, o la via reductora de acetilo-CoA.
Para la conversion en etanol, las reacciones qmmicas realizadas por las bacterias son las siguientes:
6CO + 3H2O ^ C2H5OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ C2H5OH + 3H2O
Un medio de reaccion espedfico rico en nutrimientos (minerales y trazas de elementos tales como metales y vitaminas) se utiliza para digerir y optimizar el flujo energetico en la via metabolica deseada, maximizando asf la produccion de carburante o de producto organico deseado.
Las ventajas esenciales de una smtesis por fermentacion mediante microorganismos con respecto a una smtesis por via qmmica se pueden resumir de la siguiente manera:
- las condiciones de realizacion de temperatura y de presion son menores,
- la utilizacion de microorganismo como catalizadores biologicos permite tolerar de manera mas importante las impurezas presentes dentro del gas de smtesis, asf como una gama mas amplia de relaciones H2/CO.
Las principales limitaciones de la fermentacion de un gas de smtesis estan relacionadas con la transferencia de masa entre las fases gases y las fases lfquidas. Estas limitaciones son el origen de productividades relativamente modestas observadas en la actualidad.
Aunque estas tecnologfas suscitan de por sf ya mucho interes para la produccion de etanol, incluso para mezclas etanol/acetona/butanol, el potencial de estas tecnologfas de fermentacion es muy superior si se consideran los desarrollos recientes de la ingeniena metabolica y/o de la biologfa sintetica.
Asf, ya se sabe que la formacion de gas de smtesis obtenido por gasificacion de materias carbonadas puede permitir, en funcion de los microorganismos seleccionados, obtener diferentes moleculas tales como el acetato, el formato, el butirato, el n-butirato, el lactato, el piruvato, el etanol, el butanol o la acetona, y mas recientemente, el 2,3-butanodiol.
La concentracion de producto organico sintetizado en agua es baja, tfpicamente inferior a 50 g/l para el etanol. Las cantidades de agua necesarias para la smtesis por fermentacion son por lo tanto muy importantes.
En la actualidad, la mayona de este agua se reintroduce en el fermentador despues de la destilacion al mismo tiempo del medio de cultivo de fermentacion (agua y nutrimientos) y del o de los productos organicos finales que se desean obtener.
Ademas, resulta necesario purgar una parte del agua para retener un nivel restringido de contaminante en el medio de fermentacion.
De la misma manera, solo una parte del medio de cultivo liberado del o de los productos organicos puede ser reciclada en el fermentador. La otra parte esta considerada como un desecho y debe ser tratada como tal.
Por otro lado, una separacion ffsica entre los solidos y los lfquidos, generalmente por decantacion y/o filtracion, se efectua en la salida del fermentador a fin de recuperar los micro-organismos de los cuales una parte puede, llegado el caso, reciclarse en el fermentador. Asf como para el medio de cultivo, la otra parte de los microorganismos esta considerada como un desecho y debe ser tratada como tal. En general, esta parte de los microorganismos que forman unos desechos se quema.
En consecuencia, la cantidad de microorganismos y de agua a tratar en un procedimiento de produccion conocido de producto(s) organico(s) que utilizan una gasificacion seguida de una fermentacion, es relativamente importante y requiere mucha energfa.
Por lo tanto, existe una necesidad para mejorar los procedimientos de produccion de un carburante o cualquier otro producto organico que utiliza una gasificacion seguida de una fermentacion mediante microorganismos y agua, en particular para aumentar su rendimiento material y disminuir el coste de energfa de tratamiento de desechos constituidos por dichos microorganismos y el agua.
El objetivo general de la invencion es responder en parte a esta necesidad.
Un objetivo particular es proponer un procedimiento de produccion de un carburante o cualquier otro producto
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
organico que utiliza una gasificacion seguida de una fermentacion mediante microorganismos y agua, con un rendimiento material aumentado, un coste menor de ene^a de tratamiento de desechos constituidos por dichos microorganismos y el agua disminuido y ademas de menor inversion.
Descripcion de la invencion
Para este proposito, la invencion tiene por objeto un procedimiento de produccion de un carburante, en particular un carburante lfquido, o de otro producto organico, a partir de una carga de materia carbonada, que comprende las etapas siguientes:
a/ gasificacion de la carga de materia carbonada en un primer reactor, denominado gasificador,
b/ aguas abajo de la gasificacion, la fermentacion del gas de smtesis producido segun la etapa a/, mediante microorganismos, agua y nutrimientos en un segundo reactor, denominado fermentador,
c/ recuperacion, aguas abajo del fermentador, de los microorganismos y del agua;
d/ inyeccion de al menos una parte de los microorganismos y, llegado el caso, de al menos una parte del agua recuperada en la entrada del gasificador;
durante la etapa de recuperacion c/:
- una etapa c1/ de separacion entre los microorganismos que han servido para la fermentacion y la mezcla entre el producto organico procedente de la fermentacion y el agua, despues una destilacion de la mezcla para producir el producto organico final;
- una etapa c2/ de ajuste de la concentracion de agua en los microorganismos recuperados por la separacion.
Asf, la presente invencion propone un procedimiento que puede reciclar al menos una parte sustancial de los desechos que produce (microorganismos y agua) directamente en el gasificador.
Por un lado, eso permite llevar al gasificador agua y carbon suplementario que esta presente en los microorganismos y asf aumentar el rendimiento materia del procedimiento global.
Por otro lado, esto permite ahorrarse el tratamiento del agua y de los microorganismos. Finalmente, la presente invencion permite ajustar la relacion entre agua y materia carbonada en la entrada del gasificador.
El sobrecoste de inversion relacionado con la realizacion de la presente invencion en una instalacion existente es bajo ya que, llegado el caso, solo se necesita la colocacion de tubenas suplementarias y de un dispositivo de dosificacion suplementario, adaptado para ajustar la concentracion en agua en los microorganismos recuperados por la separacion, por medio del agua recuperada de la destilacion.
Para realizar la etapa c2/ de ajuste, es posible, o bien introducir agua en el gasificador, o bien introducir gas, con el fin de compensar el agua en exceso.
Se prefiere la primera posibilidad, ya que necesita menos energfa que la segunda.
El agua introducida en el gasificador puede provenir en parte o totalmente de la etapa de destilacion, o puede provenir de un circuito exterior.
Preferentemente, para eliminar cualquier presencia de impurezas, tales como el alquitran y/o el CO2, entre la etapa a/ de gasificacion y la etapa b/ de fermentacion, se realiza una etapa a1/ de limpieza del gas de smtesis producido segun la etapa a/.
Segun un modo de realizacion ventajoso, los microorganismos son unos microorganismos anaerobicos mesofflicos, preferiblemente seleccionados de entre las especies siguientes: Clostridium jungdahlii, Clostridium carboxidovorans P7, Clostridium autoethanogenum, Eurobacterium limosum, Rhodospirillum rubrum, Peptostreptococcus productus, Acetobacterium woodii o Butyribacterium methylotrophicum. De manera mas general, ventajosamente se pueden utilizar todos los microorganismos citados en las tablas 2 y 3 de la publicacion [1].
La etapa de separacion c1/ se realiza preferentemente por microfiltracion o por coagulacion/floculacion con la ayuda de un agente floculante de polfmero organico, tal como la poliamina o la poliacrilamida, seguida de una decantacion o de una flotacion.
Segun esta variante, para una concentracion en microorganismos recuperados por la separacion comprendida entre 100 y 250 gramos/litro de concentrado, el ajuste segun la etapa c2/ se realiza preferentemente a fin de obtener una
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
concentracion en microorganismos a inyectar en el gasificador comprendida entre 20 y 100 gramos/litros de solucion.
La reaccion de gasificacion se puede realizar ventajosamente a temperaturas comprendidas entre 700 y 1600°C.
Segun una primera variante, el gasificador es un reactor de tipo de lecho fluidizado, realizandose la reaccion de gasificacion a temperaturas comprendidas entre 800 y 950°C.
Segun una segunda variante, el gasificador es un reactor de tipo de flujo arrastrado, realizandose la gasificacion a temperaturas comprendidas entre 1400 y 1600°C.
El producto organico obtenido mediante el procedimiento segun la invencion se puede seleccionar entre el acetato, el formato, el butirato, el n-butirato, el lactato, el piruvato, el etanol, el butanol o la acetona, y mas recientemente, el 2,3-butanodiol.
La invencion se refiere tambien, en otro de sus aspectos, a una instalacion de produccion en continuo de un carburante, en particular un carburante lfquido, o de otro producto organico, a partir de una carga de materia carbonada que comprende:
- un gasificador,
- un fermentador, aguas abajo del gasificador, que comprende en su nucleo unos microorganismos, agua y unos nutrimientos adaptados para realizar la fermentacion del gas de smtesis producido por el gasificador,
- unos medios de recuperacion de al menos una parte de los microorganismos y del agua, aguas abajo del fermentador; estando los medios de recuperacion unidos en la entrada del gasificador con el fin de inyectar al menos una parte de los microorganismos y, llegado el caso, de al menos una parte del agua recuperada,
comprendiendo los medios de recuperacion:
- un dispositivo de separacion entre los microorganismos y la mezcla entre el producto organico procedente de la fermentacion y el agua que ha servido para la fermentacion dentro del fermentador;
- un dispositivo de dosificacion, aguas abajo del dispositivo de separacion y de un dispositivo de destilacion de la mezcla, adaptado para ajustar la concentracion en agua en los microorganismos recuperados por la separacion.
Segun un modo de realizacion ventajoso, el dispositivo de separacion comprende al menos una membrana de filtracion, cuya dimension de poros esta adaptada al tamano de los microorganismos utilizados en la etapa b/ de fermentacion, preferentemente comprendido entre 0,1 y 10 |im.
Ajustando la eficacia de la filtracion por la membrana de filtracion, se puede fijar el contenido en agua en el concentrado de microorganismos. Si resulta insuficiente, en particular en caso de necesidad de mas agua para la gasificacion si la materia carbonada esta muy cargada en carbon por ejemplo, es preferible anadir agua que proviene de la etapa de destilacion.
La invencion se refiere finalmente a una aplicacion preferida del procedimiento que se acaba de describir o de la instalacion que se acaba tambien de describir para producir etanol o butanol a partir de residuos de materia plastica.
Descripcion detallada
Otras ventajas y caractensticas de la invencion destacaran mejor a partir de la lectura de la descripcion detallada de la invencion, realizada a tttulo ilustrativo y no limitativo en referencia a las figuras siguientes, entre las cuales:
- la figura 1 es una vista esquematica del principio de una instalacion de produccion de etanol a partir de una carga
de materia carbonada que utiliza, en continuo, una gasificacion, seguida de una fermentacion de microorganismos segun el estado de la tecnica;
- la figura 2 es una vista esquematica del principio de una instalacion de produccion de etanol a partir de una carga
de materia carbonada que utiliza, en continuo, una gasificacion, seguida de una fermentacion mediante
microorganismos segun la presente invencion.
En el conjunto de la solicitud y en particular en la descripcion siguiente, los terminos “entrada”, “salida”, “aguas arriba, “aguas abajo”, se utilizan preferentemente con la direccion de transferencia de la carga de materia carbonada y del gas de smtesis en la instalacion de produccion de un producto organico, tal como el etanol, que utiliza el procedimiento segun la invencion.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Se precisa que las leyendas dadas en las figuras 1 y 2, y en particular los reactores, y dispositivos indicados, lo son solo a tftulo de ejemplo no limitativo.
Se precisa que para mas claridad, los mismos elementos en una instalacion de produccion de etanol segun el estado de la tecnica y una instalacion de produccion de etanol segun la invencion son designados por las mismas referencias.
Tal como se ilustra en la figura 1, la instalacion I en continuo utiliza un procedimiento de gasificacion de una carga de materia carbonada segun el estado de la tecnica seguida de una fermentacion mediante microorganismos para la smtesis del etanol.
Asf, la instalacion I comprende en primer lugar un reactor de gasificacion o gasificador 1, de tipo de lecho fluidizado, alimentado en continuo con, en su entrada 10 por ejemplo, unos desechos de materia plastica desde un deposito de almacenamiento no representado. El reactor 1 de lecho fluidizado puede funcionar preferentemente entre 800 y 950°C. El reactor 1 puede tambien ser un reactor de tipo de flujo arrastrado (EFR, acronimo en ingles de “Entrained flow reactor’) que funciona preferentemente a unas temperaturas comprendidas tfpicamente entre 1400-1600°C.
El gasificador 1 se alimenta tambien alimentado en su entrada 11 por unos agentes gasificantes, por ejemplo aire u oxfgeno.
En la salida del reactor de gasificacion 1, se emite una mezcla en bruto de gas de smtesis que comprende para las especies mayoritarias CO, CO2, H2O y H2.
La mezcla de gas de smtesis puede sufrir una limpieza en un dispositivo 5 adaptado a fin de extraer los contaminantes o los gases que inhibiran los microorganismos del fermentador 2.
Se envfa entonces el gas de smtesis limpio hacia un biorreactor 2 o fermentador que utiliza una fermentacion mediante microorganismos anaerobicos mesofflicos, agua y nutrimientos presentes dentro del fermentador 2, lo que produce etanol segun las reacciones:
6CO + 3H2O ^ C2H5OH + 4CO2 6H2 + 2CO2 ^ C2H5OH + 3H2O
El agua, el etanol producto y los microorganismos que han servido para la fermentacion se extraen entonces a la salida del fermentador 2 y se envfan por una lmea 20 hacia un dispositivo de separacion 3 solido/lfquido que comprende al menos una membrana de microfiltracion, es decir cuyos poros son de dimension comprendida entre 0,1 y 10 |im.
Los solidos constituidos por los microorganismos asf separados sufren entonces una purga 30 para quemarse por combustion.
La mezcla lfquida separada y constituida del agua y del etanol sintetizado se envfan por una lmea 31 en un dispositivo de destilacion 4.
A la salida 40 del dispositivo de destilacion 4, se recupera el etanol destilado. Constituye el producto final que se puede utilizar.
En la salida 41 del dispositivo de destilacion 4, el agua destilada se recupera y para una mayor parte reciclada estando reinyectada en la entrada del fermentador 2, y para la parte restante enviada hacia una unidad de tratamiento de las aguas no representada.
A fin de aumentar el rendimiento de la materia y disminuir el coste de energfa de tratamiento de desechos constituidos por dichos microorganismos y el agua, en la instalacion segun el estado de la tecnica representada en la figura 1, los inventores han pensado reinyectar los microorganismos y, llegado el caso, al menos una parte del agua recuperada en la entrada 10 del gasificador 1.
Asf, como se muestra en la figura 2, en una instalacion I conforme a la invencion, se preve en primer lugar en la salida del dispositivo de separacion 3, una lmea 32 de recuperacion de los microorganismos recuperados que alimenta la entrada de un dispositivo de dosificacion 6.
La instalacion I conforme a la invencion comprende tambien una lmea 42 de al menos una parte del agua procedente de la destilacion 4 que alimenta tambien la entrada del dispositivo de dosificacion 6.
Asf, el dispositivo de dosificacion 6, aguas abajo del dispositivo de separacion 3 y del dispositivo de destilacion 4 de la mezcla, permite ajustar la concentracion en agua en los microorganismos recuperados por la separacion,
5
10
15
20
25
30
35
40
45
mediante agua recuperada de la destilacion.
La salida del dispositivo de dosificacion 6 esta unida a la entrada 10 del gasificador 1 mediante la lmea 60 a fin de alimentar este de microorganismos y agua asf reciclada.
As^ la instalacion I segun la invencion representada en la figura 2 presenta, en comparacion con la instalacion segun el estado de la tecnica representada en la figura 1, las ventajas siguientes:
- reprocesamiento de los desechos de fermentacion, a un coste energetico bajo;
- reprocesamiento del agua procedente de la fermentacion en la etapa de gasificacion, este agua se sustrae, si es necesario, del agente gaseficante;
- aumento del rendimiento material;
- ajuste a voluntad de la relacion agua/materia carbonada para la gasificacion 1.
Los inventores han realizado los primeros calculos de ganancia de rendimiento materia.
Los datos son los siguientes:
- relacion agua/carga de materia carbonada: del 0% al 50%;
- concentracion en microorganismos durante la smtesis 2: de 0,5 a 2 g/l de medio;
- concentracion en microorganismos para el bucle de reciclaje 32, 6, 60: de 20 a 100 g/l.
Con, como hipotesis, un caudal de carga de materia carbonada de 1 t/h, la produccion del producto organico, tal como el etanol, puede estar ventajosamente comprendida entre 200 y 500 t/h con un caudal de microorganismos a extraer entonces comprendido entre 10 y 20 kg/h.
Asf, se obtiene un aumento de rendimiento masico del orden del 1,5%.
A pesar de que se describe exclusivamente en referencia al etanol, la instalacion de produccion puede servir para la obtencion de otro producto organico en un combustible o un carburante, en particular un carburante lfquido, u otro producto de smtesis, y se puede utilizar para la produccion a partir de cualquier tipo de cargas de materia carbonada (carbon, coque de petroleo, desechos organicos, desechos de materia plastica, etc.).
Referencia citada
[1]: “Biomass-derived syngas fermentation into biofuels: Opportunities and challenges” de P. C. Munasinghe, S. K. Khanal *Department of Molecular Biosciences and Bioengineering (MBBE), University of Hawai'i at Manoa, Agricultural Science, Bioresourcce (impact factor: 4.25). 07/2010; 101(13):5013-22.
D0I:10.1016/j.biortech.2009.12.098.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de produccion de un carburante, en particular un carburante Ifquido, o de otro producto organico, a partir de una carga de materia carbonada, que comprende las etapas siguientes:
    a/ gasificar la carga de materia carbonada en un primer reactor, denominado gasificador (1),
    b/ aguas abajo de la gasificacion, fermentar el gas de smtesis producido segun la etapa a/, mediante microorganismos, agua y nutrimientos en un segundo reactor, denominado fermentador (2),
    c/ recuperar, aguas abajo del fermentador, unos microorganismos y agua;
    d/ inyectar al menos una parte de los microorganismos y, llegado el caso, de al menos una parte del agua recuperada en la entrada (l0) del gasificador,
    y durante la etapa de recuperacion c/:
    - una etapa c1/ de separacion entre los microorganismos que han servido a la fermentacion y la mezcla entre el producto organico procedente de la fermentacion y el agua, despues una destilacion de la mezcla para producir el producto organico final,
    - una etapa c2/ de ajuste de la concentracion en agua en los microorganismos recuperados por la separacion.
  2. 2. Procedimiento de produccion segun la reivindicacion 1, segun el cual entre la etapa a/ de gasificacion y la etapa b/ de fermentacion, se realiza una etapa a1/ de limpieza del gas de smtesis producido segun la etapa a/.
  3. 3. Procedimiento de produccion segun una de las reivindicaciones 1 o 2, segun el cual los microorganismos son unos microorganismos anaerobicos mesofflicos, preferentemente seleccionados entre las especies siguientes: Clostridium jungdahlii, Clostridium carboxidovorans P7, Clostridium autoethanogenum, Eurobacterium limosum, Rhodospirillum rubrum, Peptostreptococcus productus, Acetobacterium woodii o Butyribacterium methylotrophicum.
  4. 4. Procedimiento de produccion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, realizandose la etapa de separacion c1/ por microfiltracion o por coagulacion/floculacion con la ayuda de un agente floculante a base de polfmero organico, tal como la poliamina o la poliacrilamida, seguida de una decantacion o de una flotacion.
  5. 5. Procedimiento de produccion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, segun el cual, para una concentracion en microorganismos recuperados por la separacion comprendida entre 100 y 250 gramos/litro de concentrado, el ajuste segun la etapa c2/ se realiza con el fin de obtener una concentracion en microorganismos a inyectar en el gasificador comprendida entre 20 y 100 gramos/litro de solucion.
  6. 6. Procedimiento de produccion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, segun el cual la reaccion de gasificacion se realiza a temperaturas comprendidas entre 700 y 1600°C.
  7. 7. Procedimiento de produccion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, segun el cual el gasificador es un reactor de tipo de lecho fluidizado, realizandose la reaccion de gasificacion a temperaturas comprendidas entre 800 y 950°C.
  8. 8. Procedimiento de produccion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, segun el cual el gasificador es un reactor de tipo de flujo arrastrado, realizandose la reaccion de gasificacion a temperaturas comprendidas entre 1400 y 1600°C.
  9. 9. Procedimiento de produccion segun una de las reivindicaciones anteriores, seleccionandose el producto organico obtenido entre el acetato, el formato, el butirato, el etanol, el butanol o la acetona, el 2,3-butanodiol.
  10. 10. Instalacion (I) de produccion en continuo de un carburante, en particular un carburante lfquido, o de otro producto organico, a partir de una carga de materia carbonada que comprende:
    - un gasificador (1),
    - un fermentador (2), aguas abajo del gasificador, que comprende en su nucleo unos microorganismos, agua y nutrimientos adaptados para realizar la fermentacion del gas de smtesis producido por el gasificador,
    - medios de recuperacion (3, 6, 32, 42, 60) de al menos una parte de los microorganismos y agua, aguas abajo del fermentador, siendo los medios de recuperacion unidos en la entrada (10) del gasificador con el fin de inyectar al menos una parte de los microorganismos y, llegado el caso, de al menos una parte del agua recuperada,
    comprendiendo los medios de recuperacion,
    - un dispositivo de separacion (3) entre los microorganismos y la mezcla entre el producto organico procedente de la fermentacion y el agua que ha servido a la fermentacion dentro del fermentador,
    5
    - un dispositivo de dosificacion (6), aguas abajo del dispositivo de separacion (3) y de un dispositivo de destilacion (4) de la mezcla, adaptado para ajustar la concentracion en agua en los microorganismos recuperados por la separacion.
    10 11. Instalacion segun la reivindicacion 10, comprendiendo el dispositivo de separacion al menos una membrana de
    filtracion, cuya dimension de poros esta adaptada al tamano de los microorganismos utilizados en la etapa b/ de fermentacion, preferentemente comprendida entre 0,1 y 10 |im.
  11. 12. Aplicacion del procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 9 o de la instalacion segun una de las 15 reivindicaciones 10 a 11, para producir metanol o etanol a partir de residuos de materia plastica.
ES14806078.3T 2013-10-24 2014-10-22 Procedimiento de producción de un producto orgánico a partir de una carga de materia carbonada que utiliza una gasificación seguida de una fermentación del gas de síntesis Active ES2643081T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1360398A FR3012446B1 (fr) 2013-10-24 2013-10-24 Procede de production d'un produit organique a partir d'une charge de matiere carbonee mettant en oeuvre une gazeification suivie d'une fermentation du gaz de synthese.
FR1360398 2013-10-24
PCT/IB2014/065547 WO2015059656A1 (fr) 2013-10-24 2014-10-22 Procede de production d'un produit organique a partir d'une charge de matiere carbonee mettant en oeuvre une gazeification suivie d'une fermentation du gaz de synthese

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2643081T3 true ES2643081T3 (es) 2017-11-21

Family

ID=49817036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES14806078.3T Active ES2643081T3 (es) 2013-10-24 2014-10-22 Procedimiento de producción de un producto orgánico a partir de una carga de materia carbonada que utiliza una gasificación seguida de una fermentación del gas de síntesis

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10066247B2 (es)
EP (1) EP3060673B1 (es)
DK (1) DK3060673T3 (es)
ES (1) ES2643081T3 (es)
FR (1) FR3012446B1 (es)
WO (1) WO2015059656A1 (es)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105420095A (zh) * 2016-01-12 2016-03-23 徐大鹏 一种乙醇发酵耦合pdms-陶瓷复合膜分离系统装置
WO2019188730A1 (ja) * 2018-03-27 2019-10-03 積水化学工業株式会社 有機物質の製造方法
JP6756931B2 (ja) * 2018-08-27 2020-09-16 積水化学工業株式会社 有機物質の製造方法
JP7280951B2 (ja) * 2018-11-19 2023-05-24 ランザテク，インコーポレイテッド 発酵とガス化との統合
US20210115389A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-22 Lanzatech, Inc. Separation of acetate from fermentation broth

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ523484A (en) * 2000-07-25 2005-01-28 Emmaus Foundation Inc Methods for increasing the production of ethanol from microbial fermentation
DE102005036573A1 (de) * 2005-08-01 2007-02-08 Stadtwerke Düsseldorf AG Verfahren zur Brenngasgewinnung mittels Kombination Biomassevergaser und anaerober Biomassevergärung
US8563299B2 (en) * 2007-08-03 2013-10-22 Coskata, Inc. Moving bed biofilm reactor (MBBR) process for conversion of syngas components to liquid products
WO2010056463A2 (en) * 2008-11-12 2010-05-20 Uni-Control, Llc Waste to energy process comprising biological water shift reaction using carbon monoxide produced via gasification to produce hydrogen
CN107723255A (zh) * 2009-04-29 2018-02-23 朗泽科技新西兰有限公司 改善的发酵中的碳捕获
CA2803091C (en) * 2009-07-27 2018-05-22 The University Of Wyoming Research Corporation D/B/A/ Western Research Institute Biological clean fuel processing systems and methods
US20130149693A1 (en) * 2011-12-12 2013-06-13 Ineos Bio Sa Management of ethanol concentration during syngas fermentation

Also Published As

Publication number Publication date
EP3060673B1 (fr) 2017-07-19
US10066247B2 (en) 2018-09-04
FR3012446B1 (fr) 2017-05-26
DK3060673T3 (en) 2017-10-30
FR3012446A1 (fr) 2015-05-01
EP3060673A1 (fr) 2016-08-31
WO2015059656A1 (fr) 2015-04-30
US20160265008A1 (en) 2016-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2643081T3 (es) Procedimiento de producción de un producto orgánico a partir de una carga de materia carbonada que utiliza una gasificación seguida de una fermentación del gas de síntesis
ES2955708T3 (es) Proceso integrado de fermentación y electrólisis
US9365870B2 (en) Integrated processes for anaerobic conversion of hydrogen and carbon oxides to alcohol
US8759047B2 (en) Process for fermentation of syngas from indirect gasification
ES2788510T3 (es) Proceso de fermentación
BRPI0814291B1 (pt) Process for the production of alcohols
ES2878261T3 (es) Métodos de mantener la viabilidad de cultivos
CA2973037C (en) Integrated hydrogen production process
BR112019026278A2 (pt) Método de conversão de uma matéria-prima carbonácea em um produto de fermentação de gás de síntese; e aparelho para converter uma matéria-prima carbonácea
AU2013383361B2 (en) Sulfur management for processes and control systems for the efficient anaerobic conversion of hydrogen and carbon oxides to alcohols
BR112020014630A2 (pt) Processo para aprimorar a eficiência da conversão de carbono
CN104169428A (zh) 一种发酵方法
US9528130B2 (en) Processes and control systems for high efficiency anaerobic conversion of hydrogen and carbon oxides to alcohols
ES2656057T3 (es) Procedimiento de gasificación de carga de materia carbonada con rendimiento mejorado
CA3213229A1 (en) Process for improving carbon conversion efficiency
ES2377254B1 (es) Procedimiento industrial para la obtención de alcoholes inferiores a partir de energía solar.
ES2740778T3 (es) Proceso para la conversión anaeróbica, ácida, de hidrógeno y óxidos de carbono a compuestos orgánicos oxigenados
KR101138899B1 (ko) 합성가스를 이용하여 메탄의 생산량을 증가시키는 방법 및 소화조의 가온 방법
Sung et al. Synthesis gas fermentation
BR112018015550B1 (pt) Processo para melhorar eficiência de captura de carbono em um processo industrial e de fermentação integrado