ES2834325T3

ES2834325T3 - Gestión de productos en procesos de conversión biológica

Info

Publication number: ES2834325T3
Application number: ES17748284T
Authority: ES
Inventors: Michael Anthony Schultz; Thomas Ewald Raiser; Rachel Jane Brenc
Original assignee: Lanzatech New Zealand Ltd
Current assignee: Lanzatech NZ Inc
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: EP3411490A4; TW201730329A; KR20180114080A; EP3411491A1; US20170226538A1; EP3411491B1; EP3411491A4; JP6895444B2; MY184848A; JP2019503702A; US10252183B2; BR112018015916A2; DK3411491T3; EA036361B1; CN108603204A; WO2017136740A1; DK3411490T3; US10010807B2; EA201891668A1; AU2017214562B2

Abstract

Un proceso de conversión biológica que comprende: a. introducir un sustrato a un sistema de biorreactores(100) que comprende al menos un primer biorreactor (10) que incluye un medio de cultivo y una bacteria para metabolizar una fuente de carbono en el sustrato y producir al menos un producto de fermentación. b. extraer del sistema de biorreactores (100) una corriente de permeado (50) obtenida de la filtración de una corriente líquida del sistema de biorreactores (100); c. extraer del sistema de biorreactores (100) una corriente de purga (40) que comprende una bacteria; d. introducir al menos una parte de la corriente de permeado (50) en un separador de alta presión (60); e. introducir al menos una parte de la corriente de purga (40) en un separador de baja presión (70); en donde dicho proceso comprende además (i) extraer, del separador de baja presión (70), una corriente superior (62) del separador de baja presión enriquecida en un producto de fermentación deseado, con respecto a la corriente de purga (40); y (ii) extraer, del separador de alta presión (60), una corriente superior (68) del separador de alta presión y una corriente inferior (52) del separador de alta presión, en donde la corriente superior (68) del separador de alta presión está enriquecida en el producto de fermentación deseado.

Description

DESCRIPCIÓN

Gestión de productos en procesos de conversión biológica

Campo de la invención

Los aspectos de la invención se refieren a la fermentación microbiana de un sustrato que contiene C1 a etanol, utilizando un sistema de biorreactores que produce una corriente de permeado filtrado y una corriente de purga que contiene bacterias. Los aspectos más específicamente se relacionan con procesos para la obtención de etanol a partir de estas corrientes de manera eficaz, particularmente en términos de integración de calor.

Descripción de la técnica relacionada

Las preocupaciones ambientales sobre las emisiones de gases de efecto invernadero (GHG, por sus siglas en inglés) de combustibles fósiles han llevado a un énfasis cada vez mayor en las fuentes de energía renovables. Como resultado, el etanol se está convirtiendo rápidamente en un importante combustible de transporte líquido rico en hidrógeno en todo el mundo. Se espera un crecimiento continuo en el mercado global para la industria del etanol combustible en el futuro previsible, basándose en un mayor énfasis en la producción de etanol en Europa, Japón y Estados Unidos, así como varias naciones en desarrollo. Por ejemplo, en los Estados Unidos, el etanol se usa para producir E10, una mezcla al 10 % de etanol en gasolina. En las combinaciones E10, el componente etanol actúa como un agente oxigenante, mejorando la eficacia de la combustión y reduciendo la producción de contaminantes del aire. En Brasil, el etanol satisface aproximadamente el 30 % de la demanda de combustible para el transporte, tanto como agente oxigenante combinado en la gasolina como combustible puro por derecho propio. Además, la Unión Europea (UE) ha establecido objetivos, para cada una de sus naciones miembros, para el consumo de combustibles sostenibles para el transporte tal como el etanol derivado de biomasa.

La gran mayoría del etanol combustible se produce mediante procesos de fermentación tradicionales basados en levaduras que utilizan carbohidratos derivados de cultivos, tales como sacarosa extraída de la caña de azúcar o almidón extraído de cultivos de cereales, como la principal fuente de carbono. Sin embargo, el coste de estas reservas de carbohidratos está influenciado por su valor en el mercado para usos competitivos, es decir, como fuente de alimento para seres humanos y animales. Además, el cultivo de almidón o cultivos productores de sacarosa para la producción de etanol no son económicamente sostenibles en todas las geografías, ya que es una función tanto de los valores locales de la tierra como del clima. Por estas razones, es de particular interés desarrollar tecnologías para convertir recursos de carbono de bajo coste y/o más abundantes en etanol combustible. A este respecto, el monóxido de carbono (CO) es un subproducto importante, rico en energía de la combustión incompleta de materiales orgánicos tales como el carbón, aceite y productos derivados del aceite. Los gases residuales ricos en CO son el resultado de una variedad de procesos industriales. Por ejemplo, se informa que la industria del acero en Australia produce y libera a la atmósfera más de 500.000 toneladas de CO anualmente.

Más recientemente, las alternativas de procesos basadas en microorganismos (bacterianos) para producir etanol a partir de CO a escala industrial se han convertido en un tema de interés comercial e inversión. La capacidad de crecimiento de los cultivos de microorganismos, siendo el CO la única fuente de carbono, se descubrió por primera vez en 1903. Posteriormente se determinó que esta característica residía en un uso por parte de un organismo de la vía bioquímica de la acetil coenzima A (acetil CoA) de crecimiento autótrofo (también conocida como vía Woods-Ljungdahl y vía de monóxido de carbono deshidrogenasa/acetil CoA sintasa (CODH/ACS)). Desde entonces se ha demostrado que una gran cantidad de organismos anaerobios, incluidos los organismos carboxidotróficos, fotosintéticos, metanogénicos y acetogénicos metabolizan el CO. Se sabe que las bacterias anaerobias, tales como las del género Clostridium, producen etanol a partir de CO, CO2 y H2 a través de la vía bioquímica de la Acetil-CoA. Por ejemplo, se describen varias cepas de Clostridium Ijungdahlii que producen etanol a partir de gases en el documento WO 00/68407; el documento EP 1117309 A1; el documento US 5.173.429; el documento US 5.593.886; el documento US 6.368.819; el documento WO 98/00558; y el documento WO 02/08438. La bacteria Clostridium autoethanogenum sp también se sabe que produce etanol a partir de gases (Abrini et al., ARCHIVES OF MICROBIOLOGY 161: 345-351 (1994)).

Debido a que cada enzima de un organismo promueve su conversión biológica designada con una selectividad esencialmente perfecta, las rutas de síntesis microbiana pueden lograr mayores rendimientos con menores costes de energía en comparación con las rutas catalíticas convencionales. Además, están disminuidas las preocupaciones sobre el envenenamiento de los catalizadores, debido a las impurezas en el medio de reacción. A pesar de estas aparentes ventajas asociadas con la síntesis microbiana de etanol a partir de CO, no obstante, dichos procesos deben ser competitivos con otras tecnologías, en términos de asegurar que la tasa de producción sea competitiva. Cuando se usa CO como su fuente de carbono, las bacterias anaerobias descritas anteriormente producen etanol por fermentación, pero también producen al menos un metabolito, por ejemplo, CO2, metano, n-butanol y/o ácido acético. La formación de cualquiera de estos metabolitos tiene el potencial de afectar significativamente la productividad y la viabilidad económica general de un proceso dado, ya que el carbono disponible se pierde en el o los metabolitos y la eficacia de producción del producto final deseado se ve comprometida. Además, a menos que un metabolito (p. ej., ácido acético) por sí mismo tenga valor en el momento y lugar del proceso de fermentación microbiana, puede plantear un problema de eliminación de desechos. Se analizan varias propuestas para abordar la formación de productos distintos del producto final deseado en la fermentación anaerobia de gases que contienen CO para producir etanol en el documento WO2007/117157, el documento WO2008/115080 y el documento WO2009/022925.

La tasa de producción de etanol, que es un determinante clave en cuanto a si un proceso de fermentación determinado es económicamente atractivo, depende en gran medida la gestión de las condiciones adecuadas para el crecimiento bacteriano. Por ejemplo, se sabe por el documento WO2010/093262 que el sustrato que contiene CO debe proporcionarse a un cultivo microbiano a una velocidad que dé como resultado un crecimiento microbiano óptimo y/o la producción de metabolitos deseada. Si se proporciona un sustrato insuficiente, el crecimiento microbiano se ralentiza y los rendimientos del producto de fermentación se desplazan hacia el ácido acético a expensas del etanol. Si se proporciona un sustrato excesivo, puede dar como resultado un crecimiento microbiano deficiente y/o muerte celular. En el documento WO2011/002318 se encuentra información adicional sobre las relaciones entre los parámetros de funcionamiento en estos procesos. El documento WO 2014/043288 A1 divulga un proceso de conversión biológica.

El arte de los procesos biológicos para la producción de etanol a partir de CO y, en particular, las corrientes de desechos que contienen CO, tal como los efluentes gaseosos emitidos en la producción de acero, está buscando continuamente soluciones que mejoren la economía de los procesos y, por tanto, la competitividad de la industria. Un área de interés se refiere a los requisitos energéticos para separar subproductos, a saber, los metabolitos descritos anteriormente que son el resultado de reacciones secundarias no selectivas, así como componentes del medio de cultivo bacteriano (especialmente agua), del producto de etanol deseado. Por ejemplo, lograr incluso avances modestos en la integración de calor asociado con las separaciones requeridas aguas abajo del o de los biorreactores, particularmente si los gastos de capital y de funcionamiento no se ven afectados sustancialmente, puede tener implicaciones significativas en la escala industrial de funcionamiento.

Sumario de la invención

La invención se establece en la reivindicación independiente 1. Los aspectos de la invención se refieren a mejoras en los procesos de conversión biológica y aparatos asociados para la generación de productos finales útiles, a través de las vías metabólicas de las bacterias que utilizan, como nutriente, carbono de un sustrato que contiene carbono. Los procesos representativos comprenden introducir un sustrato a un sistema de biorreactores que comprende al menos un primer biorreactor que incluye un medio de cultivo y una bacteria para metabolizar una fuente de carbono en el sustrato y producir al menos un producto de fermentación; extraer del sistema de biorreactores una corriente de permeado obtenida de la filtración de un producto líquido del sistema de biorreactores; extraer del sistema de biorreactores una corriente de purga que comprende una bacteria; introducir al menos una parte de la corriente de permeado en un separador de alta presión; e introducir al menos una parte de la corriente de purga en un separador de baja presión. En realizaciones particulares, el proceso comprende además combinar una segunda parte de la corriente de permeado con la corriente de purga para proporcionar una corriente combinada e introducir la corriente combinada al separador de baja presión. En otras realizaciones, el proceso comprende separar la corriente de permeado en al menos una primera parte de permeado y una segunda parte de permeado e introducir la primera parte de permeado en un separador de alta presión e introducir la segunda parte de permeado en un separador de baja presión.

De acuerdo con otros aspectos, la invención se refiere a mejoras en procesos de conversión biológica y aparatos asociados para la generación de productos finales útiles tal como etanol y/o isopropanol, a través de las vías metabólicas de las bacterias fijadoras de C1 que utilizan, como nutriente, los gases con C1 de un sustrato que contiene C1, como un gas residual industrial. Los procesos y aparatos representativos implican tipos alternativos de funcionamiento que son particularmente ventajosos junto con productividades elevadas de etanol o isopropanol. Los caudales asociados sustanciales del producto deben procesarse de manera eficaz a través de los funcionamientos de la unidad de separación necesarias para lograr un producto final de alta pureza (por ejemplo, etanol o isopropanol anhidro). Un sistema de biorreactores ilustrativo que puede usarse para lograr la productividad deseable de etanol o isopropanol (p.ej., expresado en términos de gramos por día por litro de volumen de biorreactor) puede comprender dos o más biorreactores que funcionan en serie con respecto al flujo de entradas y salidas de líquidos.

Es decir, de acuerdo con dicho sistema, se puede pasar una corriente de alimentación de medio de cultivo líquido a un primer biorreactor, y uno o más líquidos que comprenden los contenidos de este biorreactor (que tienen la misma o diferentes composiciones con respecto al primer líquido del biorreactor a granel) se puede pasar a un segundo biorreactor, con uno o más líquidos que comprenden contenidos del segundo biorreactor (que tienen la misma o diferentes composiciones con respecto al segundo líquido del biorreactor a granel) siendo procesado mediante funcionamientos de la unidad de separación para purificar el etanol o isopropanol contenidos en estos líquidos. Esto permite ventajosamente el control por separado de condiciones en biorreactores separados para diferentes objetivos (p.ej., crecimiento bacteriano frente a rendimiento del producto), conduciendo a mejoras en la productividad del etanol y/o reducciones en la productividad de subproductos, en relación con el uso de un solo reactor con un volumen total comparable. Si un sistema de biorreactores incluye más de dos biorreactores, entonces los productos líquidos intermedios pueden introducirse y extraerse de, los biorreactores intermedios en serie (es decir, pasarse sucesivamente a biorreactores aguas abajo). Los términos "posterior" o "aguas abajo", al referirse a un biorreactor, referirse a su posición con respecto a otros biorreactores de un sistema de biorreactores, en términos de paso de líquidos del reactor (p.ej., medio de cultivo) de un biorreactor al siguiente. Los sistemas de biorreactores representativos que comprenden dos o más biorreactores también pueden funcionar en paralelo con respecto al flujo de alimentos y productos gaseosos, de manera que un sustrato gaseoso que contiene C1 puede dividirse e introducirse a los mismos o diferentes caudales a los biorreactores simultáneamente (por ejemplo, introduciendo el sustrato en distribuidores de gas en sus secciones inferiores). Los productos gaseosos, agotados en la composición del gas con C1 en relación con el sustrato, puede extraerse por separado de cada uno de los biorreactores simultáneamente y después procesarse adicionalmente, por ejemplo para recuperar producto líquido arrastrado, como corrientes separadas o como una corriente combinada.

Si bien la descripción que sigue se refiere a las fermentaciones de etanol, se considera que las enseñanzas son igualmente aplicables a los procesos de fermentación de isopropanol y a los procesos de purificación de isopropanol. Asimismo, mientras que las realizaciones proporcionadas se refieren a procesos de fermentación de gases, se considera que la invención sería aplicable a cualquier proceso de fermentación que genere un caldo de fermentación que contenga productos líquidos excretados y biomasa,

Durante el funcionamiento normal de un sistema de biorreactores, la generación neta de productos líquidos requiere que estos productos se retiren, preferentemente de forma continua, para evitar su acumulación en cada biorreactor y así mantener las condiciones de estado estacionario. Si todo el líquido extraído tiene la misma, composición a granel como la existente en el biorreactor (incluidas las mismas concentraciones de bacterias y componentes del medio de cultivo), después el biorreactor, aunque funciona en estado estacionario con respecto a la concentración de etanol y ácido acético, se agotaría constantemente en la concentración de bacterias. En estas circunstancias, una mayor productividad del etanol en relación con la productividad (crecimiento) de las bacterias daría como resultado direccionalmente una tasa más rápida de agotamiento de las bacterias de un biorreactor determinado. Para mantener la concentración de bacterias proporcionando un grado de libertad de funcionamiento adicional, una primera parte del líquido extraído de un biorreactor determinado, es decir, una corriente de purga, puede ser una parte sin filtrar, mientras que una segunda parte del líquido extraído puede filtrarse. En este caso, la primera parte puede tener sustancialmente la misma, composición a granel como la existente en el biorreactor, o al menos sustancialmente la misma concentración de bacterias, mientras que la segunda parte del líquido, en virtud de la filtración, puede dividirse en un retenido de filtración que se enriquece en bacterias y se devuelve al biorreactor para mantener su concentración de bacterias, y un permeado de filtración que representa la fracción neta de la segunda parte extraída que realmente se elimina del biorreactor (o no se recicla al biorreactor). Este permeado de filtración, sustancialmente sin bacterias, después se puede pasar a un biorreactor aguas abajo, o, en el caso de su eliminación del biorreactor final, puede procesarse mediante funcionamientos de la unidad de separación para purificar el etanol contenido en el mismo.

De esta manera, la extracción de las corrientes tanto de purga como de permeado proporciona un grado significativamente mejorado del control general del proceso, especialmente en términos de gestión de la concentración de bacterias en un biorreactor a diferentes niveles de productividad. A medida que aumenta la tasa de generación de etanol, el flujo de la corriente de permeado en relación con el flujo de la corriente de purga puede aumentarse, permitiendo que se extraiga más líquido del reactor filtrado con mayor retención de bacterias. Debido a que el etanol está presente en ambas corrientes extraídas, las corrientes de purga y permeado que finalmente se extraen de un sistema de biorreactores, por ejemplo, de un biorreactor de etapa final (como de un segundo biorreactor de un sistema de biorreactores que comprende un primer y un segundo biorreactores que funcionan en serie con respecto al flujo de líquido), normalmente se procesan ambas posteriormente para la purificación de etanol. Las corrientes de purga y permeado se envían a tanques de almacenamiento individuales, con los efluentes de estos tanques enviados a las unidades de recuperación aguas abajo.

En vista de esto, los aspectos de la presente invención se refieren a la recuperación aguas abajo de etanol o isopropanol a partir de corrientes de purga y permeado y más particularmente a la realización de dicha recuperación con una eficacia mejorada que puede reducir ventajosamente los costes de capital (p.ej., equipos) y/o de funcionamiento (p.ej., utilidad). Los aspectos más específicos se refieren a los procesos y aparatos asociados para la purificación de etanol o isopropanol contenidos tanto en las corrientes de purga como de permeado, extraídos de los procesos de biorreactores, basándose en las diferencias en la volatilidad relativa entre el etanol (punto de ebullición normal = 78 °C) y otros componentes en estas corrientes, incluyendo agua (punto de ebullición normal = 100 °C), así como metabolitos tal como el ácido acético (punto de ebullición normal = 118 °C), 2,3-butanodiol (punto de ebullición normal = 177 °C) y varios alcoholes diferentes y ácidos orgánicos simples. Los procesos y aparatos ilustrativos utilizan al menos una etapa única de equilibrio vapor-líquido para lograr el enriquecimiento deseado de etanol o isopropanol en una fracción de vapor o superior de un separador, que separa esta fracción de una fracción líquida o inferior. Por lo tanto, el término "separador" abarca un tanque de destello de una sola etapa. Preferentemente, sin embargo, un separador representativo utilizará múltiples etapas de equilibrio vapor-líquido, como en el caso de una columna de destilación, para lograr una mayor pureza del producto de etanol o isopropanol en la corriente superior. El término "separador" también abarca los recipientes de una etapa o de múltiples etapas que tienen un flujo auxiliar de gas (por ejemplo, un destilador) y/o un flujo auxiliar o líquido. (p.ej, un depurador) para potenciar la separación de componentes deseada.

Independientemente del tipo de separador, sin embargo, habitualmente es necesario un aporte de calor para llevar a cabo dichos procesos de separación, y, más particularmente, un consumo de calor a una temperatura relativamente alta en al menos una etapa, tal como una etapa de recalentamiento, que puede ir acompañada de una recuperación de calor a una temperatura relativamente baja en otra etapa, tal como una etapa de condensador. A este respecto, aspectos adicionales de la presente invención se relacionan más particularmente con el descubrimiento de procesos y aparatos con los que se mejora la integración del calor en la recuperación de etanol o isopropanol de corrientes de purga y de permeado que se extraen de los sistemas de biorreactores. Dicha recuperación se complica por el hecho de que la primera corriente contiene algunas de las bacterias utilizadas en el proceso de conversión biológica, mientras que la última corriente está normalmente libre o al menos sustancialmente sin tales bacterias. La presencia de bacterias en la corriente de purga, por ejemplo, impone restricciones a las temperaturas de funcionamiento utilizadas en una columna de destilación u otro separador utilizado para purificar esta corriente, mientras que no se aplican las mismas consideraciones al procesar la corriente de permeado.

Esta comprensión ha llevado a la solución de procesar la corriente de purga en un separador que funciona a una temperatura más baja y, en consecuencia, a una presión más baja, en relación con la de un separador para procesar la corriente de permeado. Como se señala anteriormente, sin embargo, una mayor productividad direccionalmente da como resultado un mayor caudal de la corriente de permeado en relación con el caudal de la corriente de purga. Una compensación significativa en los caudales, a su vez, provoca una compensación proporcional en la entrada de calor (función) a los separadores, según sea necesario para procesar (p.ej., destilar) las corrientes de purga y de permeado. Por otra parte, una compensación en la temperatura de funcionamiento, entre (i) un separador de alta presión utilizado para la separación de productos tal como etanol o isopropanol de la corriente de permeado, o al menos de una primera parte del mismo, y (ii) un separador de baja presión utilizado para la separación de etanol o isopropanol de la corriente de purga, opcionalmente junto con la separación de etanol o isopropanol de una segunda parte de la corriente de permeado como se describe en el presente documento, permite la integración de calor entre el separador de alta presión y el separador de baja presión, o más particularmente, la transferencia de calor desde el separador de alta presión al separador de baja presión. La integración del calor se puede lograr recuperando, a una temperatura relativamente alta, calor de cualquier corriente de material asociado con el separador de alta presión, para el consumo, a una temperatura relativamente baja, por cualquier corriente de material asociado con el separador de baja presión. En el caso de columnas de destilación u otros tipos de separadores, el calor puede consumirse o introducirse en, un calderín que se utiliza para calentar y, opcionalmente, vaporizar al menos parcialmente, un producto líquido inferior, por ejemplo, una parte de reflujo del líquido de purga del separador de baja presión o del líquido de permeado del separador de baja presión. El calor puede recuperarse o extraerse de, un condensador que se utiliza para enfriar y, opcionalmente, condensar al menos parcialmente, un producto de vapor de la corriente superior, por ejemplo, una parte de reflujo de la corriente superior del separador de alta presión. De acuerdo con una realización, por lo tanto, el calor puede transferirse desde el condensador del separador de alta presión (por ejemplo, con la corriente de salida de vapor del separador de alta presión pasando a través del mismo a una temperatura relativamente alta, aunque sustancialmente a la temperatura más baja del separador de alta presión, tal como la columna de destilación de alta presión) a un calderín del separador de baja presión (p.ej., con la corriente de salida de líquido de purga del separador de baja presión y/o la corriente de salida de líquido de permeado del separador de baja presión pasando a través del mismo a una temperatura relativamente baja, aunque sustancialmente a la temperatura más alta del separador de baja presión, tal como la columna de destilación a baja presión).

De acuerdo con aspectos adicionales de la presente invención, surge una oportunidad para mejorar la integración del calor frente a diferentes caudales de la corriente de purga y de la corriente de permeado en el procesamiento de al menos parte, y opcionalmente la totalidad, de la corriente de permeado junto con la corriente de purga en un solo separador. A este respecto, aspectos de la invención explotan las características particulares de las corrientes de purga y permeado en la recuperación de etanol o isopropanol, concretamente, sus diferentes composiciones en términos de componentes no volátiles (y particularmente la concentración de bacterias) pero similares o idénticas, composiciones en términos de proporciones de componentes volátiles (y particularmente concentraciones de etanol o isopropanol, agua y ácido acético sobre una base sin bacterias). Tales características se utilizan como base para obtener una integración de calor eficaz y otras ventajas, incluida la capacidad y/o el costo reducidos del equipo, de acuerdo con los procesos y aparatos asociados descritos en el presente documento.

Estas y otras realizaciones, aspectos y ventajas relacionados con la presente invención son evidentes a partir de la siguiente Descripción Detallada.

Breve descripción de los dibujos

Puede adquirirse una comprensión más completa de las realizaciones ilustrativas de la presente invención y las ventajas de la misma haciendo referencia a la siguiente descripción en consideración de las figuras adjuntas, en las que las mismas características o características similares se identifican con números de referencia iguales o similares.

La FIG. 1 representa un sistema de biorreactores representativo que utiliza dos biorreactores, que proporcionan una corriente de purga y una corriente de permeado como se describe en el presente documento.

La FIG. 2 representa un proceso de acuerdo con el diagrama de flujo esquemático representativo ilustrado y el equipo asociado, para recuperar etanol de un sistema de biorreactores como se muestra en la FIG. 1, y particularmente de la corriente de purga y la corriente de permeado extraídas de este sistema.

Las FIG. 1 y 2 debe entenderse que presentan una ilustración de la divulgación y/o principios implicados. Para facilitar la explicación y la comprensión, se representan esquemas de flujo de proceso y equipos simplificados, y estas cifras no están necesariamente dibujadas a escala. No se muestran detalles que incluyen válvulas, la instrumentación y otros equipos que no son esenciales para la comprensión de la divulgación. Las Figuras están dirigidas a los procesos de producción y recuperación de etanol, sin embargo, se considera que la divulgación y los principios implicados son igualmente aplicables a la producción de isopropanol. Como es fácilmente evidente para un experto en la materia que tenga conocimiento de la presente divulgación, los procesos para recuperar etanol de corrientes producidas en sistemas de biorreactores de una manera rentable para el equipo y/o de una manera rentable para su utilidad, de acuerdo con otras realizaciones de la invención, tendrá determinadas configuraciones, en parte, por su uso específico.

Descripción detallada

Las realizaciones ilustrativas de la invención están dirigidas a un proceso de conversión biológica que comprende introducir un sustrato a un sistema de biorreactores que comprende al menos un primer biorreactor que incluye un medio de cultivo y una bacteria para metabolizar una fuente de carbono en el sustrato y producir al menos un producto de fermentación. El proceso comprende además extraer del sistema de biorreactores una corriente de permeado obtenida de la filtración de un producto líquido del sistema de biorreactores y separar la corriente de permeado en al menos una primera parte de permeado y una segunda parte de permeado e introducir la primera parte de permeado en un separador de alta presión (p. ej., columna de destilación de alta presión) e introducir la segunda parte de permeado en un separador de baja presión (p. ej., columna de destilación de baja presión).

Realizaciones particulares de la invención están dirigidas a procesos de conversión biológica que comprenden introducir un sustrato gaseoso que contiene C1 a un sistema de biorreactores que comprende al menos (i) un primer biorreactor que incluye un medio de cultivo y bacterias fijadoras de C1 (células o biomasa), que pueden encontrarse en el primer biorreactor, y opcionalmente (ii) un segundo biorreactor o biorreactores adicionales aguas abajo, utilizándose los biorreactores para metabolizar un componente C1 en el sustrato que contiene C1 y de ese modo producir etanol. Los procesos comprenden además extraer del sistema de biorreactores una corriente de purga que comprende bacterias fijadoras de C1, y también extraer del sistema de biorreactores una corriente de permeado obtenida de la filtración de un producto líquido del sistema de biorreactores. En realizaciones particulares el proceso comprende separar la corriente de permeado en al menos una primera parte de permeado y una segunda parte de permeado e introducir la primera parte de permeado en un separador de alta presión (p. ej., destilador o columna de destilación) e introducir la segunda parte de permeado en un separador de baja presión (p. ej., destilador o columna de destilación). La corriente de purga comprende al menos una parte de las bacterias fijadoras de C1 originalmente en el primer biorreactor del sistema de biorreactores y pasa a biorreactores posteriores o aguas abajo. Una corriente de purga puede incluir más generalmente cualquier producto líquido extraído de un biorreactor del sistema, que no se ha filtrado o al menos no se ha filtrado completamente. En determinadas realizaciones, al menos una parte de la corriente de purga se introduce en el separador de baja presión. En determinadas realizaciones, al menos una parte de la corriente de purga y al menos una parte de la segunda parte de permeado se mezclan para proporcionar una corriente combinada, y la corriente combinada se introduce en el separador de baja presión. Los procesos representativos pueden comprender además introducir al menos una parte de la corriente de purga en el separador de baja presión y extraer un separador de baja presión en la corriente superior enriquecido en etanol, en relación con una o más corrientes de alimentación en el separador de baja presión, p. ej., tanto la segunda parte de permeado como la corriente de purga. La corriente superior del separador de baja presión se puede agotar adicionalmente, en relación con estas corrientes, en uno o más componentes presentes en estas corrientes que son menos volátiles que el etanol, tales como agua, ácido acético y 2,3-butanodiol.

En realizaciones que implican el uso tanto de un separador de alta presión (p.ej., columna de destilación de alta presión) para purificar etanol de una primera parte de permeado como un separador de baja presión (p.ej., columna de destilación a baja presión) para purificar el etanol de una segunda parte de permeado, junto con la purificación de etanol de al menos una parte de la corriente de purga, la integración de calor puede incluir la utilización de calor generado en uno de los separadores para su consumo en el otro separador. Ventajosamente, la temperatura del condensador del separador de alta presión puede exceder la temperatura del calderín del separador de baja presión, de manera que al menos una parte del calor del condensador del separador de alta presión pueda consumirse como calor del calderín en el calderín del separador de baja presión (p.ej., un calderín del separador de baja presión utilizado para vaporizar al menos una parte de la corriente de salida del líquido del separador de baja presión).

Aún otras realizaciones de la invención están dirigidas a aparatos de conversión biológica que comprenden un sistema de biorreactores que comprende (i) una entrada (por ejemplo, en comunicación fluida con al menos uno, al menos dos, y/o todos los biorreactores del sistema de biorreactores) para introducir un sustrato en el sistema de biorreactores, (ii) al menos un primer biorreactor para contener un medio de cultivo y bacterias para metabolizar un componente de carbono en el sustrato y producir un producto final deseado, (iii) un sistema de filtración para filtrar un producto líquido del sistema de biorreactores, (iv) una salida de corriente de purga (p.ej., en comunicación fluida con al menos un biorreactor del sistema de biorreactores) para extraer una corriente de purga que comprende bacterias, y (v) una salida de corriente de permeado en comunicación fluida con un lado de permeado del sistema de filtración para extraer una corriente de permeado del sistema de biorreactores. Los aparatos pueden comprender opcionalmente un conducto de reciclaje en comunicación fluida con un lado retenido del sistema de filtración para mantener una parte de reciclaje de bacterias en el sistema de biorreactores. En aspectos particulares, el aparato de conversión biológica comprende un sistema de biorreactores que comprende (i) una entrada para introducir un sustrato que contiene C1, al sistema de biorreactores, (ii) al menos un primer biorreactor para contener un medio de cultivo y bacterias fijadoras de C1 para metabolizar un componente C1 en el sustrato que contiene C1 y producir al menos un producto seleccionado del grupo que consiste en etanol, isopropanol y mezclas de los mismos.

Los aparatos representativos comprenden además un separador de baja presión que tiene (i) una entrada de corriente del separador de baja presión y (ii) una salida de líquido del separador de baja presión colocada debajo de la entrada de corriente de baja presión. De acuerdo con determinadas realizaciones, el separador de baja presión puede estar configurado con un condensador del separador de baja presión en comunicación fluida con la salida de vapor del separador de baja presión y tanto (i) un conducto de reflujo de la corriente superior del separador de baja presión como (ii) un conducto de la corriente superior del separador de baja presión. El separador de baja presión también puede estar configurado con un calderín del separador de baja presión en comunicación fluida con la salida de líquido del separador de baja presión y tanto (i) un conducto de reflujo de líquido del separador de baja presión como (ii) un conducto inferior del separador de baja presión.

Los aparatos representativos pueden comprender opcionalmente además un separador de alta presión que tiene (i) una entrada de la primera parte de permeado en comunicación fluida con la salida de la corriente de permeado, para recibir una primera parte de permeado de la corriente de permeado y hacer pasar una segunda parte de permeado de la corriente de permeado a la entrada de la corriente de permeado del separador de baja presión, (ii) una salida de vapor del separador de alta presión (por ejemplo, en la sección superior, tal como en o cerca de la parte superior del separador de alta presión), y (iii) una salida de líquido del separador de alta presión (por ejemplo, en la sección inferior, tal como en o cerca del fondo). La entrada de la primera parte de permeado se coloca normalmente debajo de la salida de la corriente superior del separador de alta presión y por encima de la salida inferior del separador de alta presión. El separador de alta presión puede estar configurado con un condensador del separador de alta presión en comunicación fluida con la salida de vapor del separador de alta presión y tanto (i) un conducto de reflujo de la corriente superior del separador de alta presión como (ii) un conducto de la corriente superior del separador de alta presión. El separador de alta presión también puede estar configurado con un calderín del separador de alta presión en comunicación fluida con la salida de líquido del separador de alta presión y tanto (i) un conducto de reflujo de líquido del separador de alta presión como (ii) un conducto inferior del separador de alta presión. Cualquiera de, o cualquier combinación de, el condensador del separador de baja presión y el calderín del separador de baja presión, como se describe anteriormente, se puede configurar para proporcionar integración de calor con el condensador del separador de alta presión y/o el calderín del separador de alta presión, como se describe anteriormente. De acuerdo con realizaciones ilustrativas, el condensador del separador de alta presión se puede configurar para transferir el calor generado en este condensador, para consumirse en el calderín del separador de baja presión como se describe anteriormente.

Los aparatos representativos también pueden comprender opcionalmente una columna de deshidratación que tiene (i) una entrada de la columna de deshidratación en comunicación fluida tanto con la salida de la corriente superior del separador de baja presión como con la salida de la corriente superior del separador de alta presión, (ii) una salida de la corriente superior de la columna de deshidratación (por ejemplo, en la sección superior, tal como en o cerca de la parte superior), y (iii) una salida inferior de la columna de deshidratación (por ejemplo, en la sección inferior, tal como en o cerca del fondo). La entrada de la columna de deshidratación se coloca normalmente debajo de la salida de la corriente superior de la columna de deshidratación y por encima de la salida inferior de la columna de deshidratación. Los aparatos representativos pueden opcionalmente comprender adicionalmente un segundo sistema de filtración en comunicación fluida con la salida inferior de purga del separador de baja presión, para filtrar una corriente inferior de purga del separador de baja presión, por ejemplo, para separar las bacterias fijadoras de C1 que se encuentran en esta corriente.

En vista de lo anterior, aspectos particulares de la invención están dirigidos a procesos de conversión biológica y aparatos asociados, en los que un sustrato que contiene C1 se introduce en un sistema de biorreactores que comprende al menos un biorreactor, para la producción de un producto de fermentación que se recupera del sistema de biorreactores en corrientes líquidas de permeado y purga. En aspectos particulares, el producto de fermentación se selecciona del grupo que consiste en etanol (C2H5ÓH) e isopropanol (C3H7OH). Los sistemas de biorreactores que comprenden múltiples (p. ej., dos o más, tales como dos, tres o cuatro) biorreactores pueden permitir ventajosamente el control por separado de las condiciones en cada biorreactor para lograr diferentes objetivos de procesamiento. Por ejemplo, en el caso de un sistema de biorreactores que comprende dos biorreactores, un primer biorreactor puede funcionar principalmente para el crecimiento del cultivo bacteriano que se suministra de forma continua o intermitente a un segundo biorreactor. El segundo biorreactor, a su vez, puede funcionar principalmente para la generación de etanol, es decir, la maximización del rendimiento del producto de etanol o isopropanol.

El uso de tales sistemas de biorreactores, con un flujo paralelo del sustrato que contiene C1 a los biorreactores y un flujo en serie de productos líquidos desde un primer biorreactor a los biorreactores posteriores, como se describe anteriormente, está asociado con altas concentraciones de productos de fermentación en las corrientes de purga líquidas y las corrientes de permeado líquidas que se extraen del sistema de biorreactores, como se describe en el presente documento. Con frecuencia, todo o prácticamente todo el etanol producido en un proceso de conversión biológica se recupera de las corrientes de purga y permeado extraídas de un biorreactor final, que es, concretamente, el biorreactor más aguas abajo del sistema de biorreactores (p.ej., en el caso de que el biorreactor final sea un segundo biorreactor, colocado aguas abajo de un primer biorreactor, en un sistema de biorreactores que tiene dos y solo dos biorreactores). También es posible, sin embargo, que al menos una parte del etanol producido se recupere de una corriente de purga y/o una corriente de permeado extraídas del primer biorreactor y/o de cualquier biorreactor intermedio (aguas arriba del biorreactor final) de un sistema de biorreactores. En realizaciones representativas, el sustrato que contiene C1 es un sustrato gaseoso que comprende CO. En realizaciones representativas, cualquiera de dichas corrientes de purga y/o permeado, por ejemplo, extraídas de un biorreactor final, puede tener una concentración de etanol generalmente de al menos aproximadamente 40 gramos por litro (gramos/litro o g/l) (p.ej., de aproximadamente 40 a aproximadamente 95 g/l), normalmente al menos aproximadamente 50 g/l (p.ej., de aproximadamente 50 a aproximadamente 80 g/l), y con frecuencia al menos aproximadamente 60 g/l (p. ej., de aproximadamente 60 a aproximadamente 75 g/l). Cualquiera de dichas corrientes de purga y/o permeado, por ejemplo, extraídas de un biorreactor final, puede tener una relación en peso de etanol a ácido acético generalmente de al menos aproximadamente 5:1 (p.ej, de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 100:1), normalmente al menos aproximadamente 7,5:1 (p.ej., de aproximadamente 7,5:1 a aproximadamente 50:1), y con frecuencia o al menos aproximadamente 10:1 (p.ej, de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 50:1). En general, los métodos analíticos (p.ej., cromatografía de gases (GC, por sus siglas en inglés) o cromatografía de líquidos de alta presión (HPLC, por sus siglas en inglés), utilizados para determinar las concentraciones de etanol y otros metabolitos requieren muestras sin células y, por lo tanto, pueden requerir una separación inicial (p.ej., filtración por membrana) que se realizará en la corriente de purga para eliminar las bacterias fijadoras de C1 (células o biomasa). Por consiguiente, las concentraciones de etanol y otros metabolitos, así como otras propiedades de las corrientes de purga como se describe en el presente documento (p.ej., la relación en peso de etanol:ácido acético) se expresan sin biomasa.

Por lo tanto, la presente invención se refiere generalmente a procesos para producir un producto final deseado, tal como etanol o isopropanol, introduciendo una fuente de carbono C1 en un sustrato gaseoso que contiene C1 a un sistema de biorreactores que comprende uno o más biorreactores. En funcionamiento, el uno o más biorreactores comprenden un medio de cultivo líquido que contiene bacterias fijadoras de C1. Además del producto final deseado, los procesos descritos en el presente documento generan adicionalmente metabolitos no deseados o menos deseados. Ejemplos de metabolitos que pueden generarse además de un producto de fermentación deseado, son acetato p.ej., en forma de ácido acético), 2,3-butanodiol y lactato (p.ej., en forma de ácido láctico). También se puede generar CO2 gaseoso.

Las bacterias o microbios representativos de la invención pueden ser o pueden derivar de un microorganismo fijador de C1, un anaerobio, un acetógeno, un etanológeno, un carboxidótrofo y/o un metanótrofo. La Tabla 1 proporciona una lista representativa de microorganismos e identifica sus características funcionales.

continuación

1 Acetobacterium woodi puede producir etanol a partir de fructosa, pero no de gas.

2 No se ha investigado si Clostridium magnum puede crecer con CO.

3 Una cepa de Moorella thermoacetica, Moorella sp. HUC22-1, se ha indicado que produce etanol a partir de gas.

4 No se ha investigado si Sporomusa ovata puede crecer con CO.

5 No se ha investigado si Sporomusa silvacetica puede crecer con CO.

6 No se ha investigado si Sporomusa sphaeroides puede crecer con CO.

"C1" se refiere a una molécula de un carbono, por ejemplo, CO, CO2, CH4 o CH3OH. "C1-oxigenado" se refiere a una molécula de un carbono que también comprende al menos un átomo de oxígeno, por ejemplo, CO, CO2, o CH3OH. "Fuente de carbono C1" se refiere a una molécula de carbono que sirve como fuente de carbono parcial o única para el microorganismo de la invención. Por ejemplo, una fuente de carbono C1 puede comprender uno o más de CO, CO2, CH4, CH3OH o CH2O2. Preferentemente, la fuente de carbono C1 comprende uno o ambos de CO y CO2. Un "microorganismo fijador de C1" es un microorganismo que tiene la capacidad de producir uno o más productos a partir de una fuente de carbono C1. Normalmente, el microorganismo de la invención es una bacteria fijadora de C1. En una realización preferida, el microorganismo de la invención deriva de un microorganismo fijador de C1 identificado en la Tabla 1.

Un "etanológeno" es un microorganismo que produce o es capaz de producir etanol. Normalmente, el microorganismo de la invención es un etanológeno. En una realización preferida, el microorganismo de la invención deriva de un etanológeno identificado en la Tabla 1.

Un "autótrofo" es un microorganismo capaz de crecer en ausencia de carbono orgánico. En lugar de esto, los autótrofos utilizan fuentes de carbono inorgánico, tal como CO y/o CO2. Normalmente, el microorganismo de la invención es un autótrofo. En una realización preferida, el microorganismo de la invención deriva de un autótrofo identificado en la Tabla 1.

Un "carboxidótrofo" es un microorganismo capaz de utilizar CO como única fuente de carbono. Normalmente, el microorganismo de la invención es un carboxidótrofo. En una realización preferida, el microorganismo de la invención deriva de un carboxidótrofo identificado en la Tabla 1.

Un "metanótrofo" es un microorganismo capaz de utilizar metano como única fuente de carbono y energía. En determinadas realizaciones, el microorganismo de la invención deriva de un metanótrofo.

De manera más amplia, el microorganismo de la invención puede derivar de cualquier género o especie identificada en la Tabla 1.

En una realización preferida, el microorganismo de la invención deriva del grupo de Clostridia que comprende las especies Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, y Clostridium ragsdalei. Estas especies se informaron y caracterizaron por primera vez por Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994 (Clostridium autoethanogenum), Tanner, Int J System Bacteriol, 43: 232-236, 1993 (Clostridium ljungdahlii), y Huhnke, documento WO 2008/028055 (Clostridium ragsdalei).

Estas tres especies tienen muchas similitudes. En particular, estas especies son todas miembros fijadores de C1, anaeróbicos, acetogénicos, etanologénicos y carboxidotróficos del género Clostridium. Estas especies tienen genotipos y fenotipos y modos de conservación de energía y metabolismo fermentativo similares. Por otra parte, estas especies están agrupadas en el grupo I de homología de ARNr de clostridios con ADN de ARNr 16S que es más del 99 % idéntico, tienen un contenido G+C en el ADN de aproximadamente 22-30 % en moles, son grampositivas, tienen morfología y tamaño similares (células de crecimiento logarítmico entre 0,5-0,7 x 3-5 |jm), son mesófilas (crecen óptimamente a 30-37 °C), tienen intervalos de pH similares de aproximadamente 4-7,5 (con un pH óptimo de aproximadamente 5,5-6), carecen de citocromos y conservan energía a través de un complejo de Rnf. También, se ha demostrado la reducción de ácidos carboxílicos en sus correspondientes alcoholes en estas especies (Perez, Biotechnol Bioeng, 110:1066-1077, 2012). De manera importante, estas especies también muestran un fuerte crecimiento autótrofo en gases que contienen CO, producen etanol y acetato (o ácido acético) como principales productos de fermentación y producen pequeñas cantidades de 2,3-butanodiol y ácido láctico en determinadas condiciones.

Sin embargo, estas tres especies también tienen varias diferencias. Estas especies se aislaron de diferentes fuentes: Clostridium autoethanogenum de tripa de conejo, Clostridium Ijungdahlii de los desechos del gallinero, y Clostridium ragsdalei de sedimentos de agua dulce. Estas especies difieren en la utilización de diversos azúcares (p.ej., ramnosa, arabinosa), ácidos (p. ej., gluconato, citrato), aminoácidos (p. ej., arginina, histidina) y otros sustratos (p. ej., betaína, butanol). Por otra parte, estas especies difieren en auxotrofia a determinadas vitaminas (p. ej., tiamina, biotina). Estas especies tienen diferencias en las secuencias de los ácidos nucleicos y de aminoácidos de los genes y proteínas de la vía Wood-Ljungdahl, aunque se ha encontrado que la organización general y el número de estos genes y proteínas es el mismo en todas las especies (Kopke, Curr Opin Biotechnol, 22: 320-325, 2011).

Por lo tanto, en sumario, muchas de las características de Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, o Clostridium ragsdalei no son específicas de esa especie, pero son características bastante generales para este grupo de miembros fijadores de CI, anaeróbicos, acetogénicos, etanologénicos y carboxidotróficos del género Clostridium. Sin embargo, ya que estas especies son, de hecho, distintas, la modificación o manipulación genética de una de estas especies puede no tener un efecto idéntico en otra de estas especies. Por ejemplo, se pueden observar diferencias en el crecimiento, rendimiento o producción del producto.

El microorganismo de la invención también puede derivar de un aislado o mutante de Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, o Clostridium ragsdalei. Los aislados y mutantes de Clostridium autoethanogenum incluyen JA1-1 (DSM10061) (Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994), LBS1560 (DSM19630) (documento WO 2009/064200) y LZ1561 (DSM23693). Los aislados y mutantes de Clostridium ljungdahlii incluyen ATCC 49587 (Tanner, Int J Syst Bacteriol, 43: 232-236, 1993), PETCT (DSM13528, ATCC 55383), ERI-2 (ATCC 55380) (US 5.593.886), C-01 (ATCC 55988) (US 6.368.819), O-52 (ATCC 55989) (US 6,368,819) y OTA-1 (Tirado-Acevedo, Production of bioethanol from synthesis gas using Clostridium ljungdahlii, PhD thesis, Universidad Estatal de Carolina del Norte, 2010). Los aislados y mutantes de Clostridium ragsdalei incluyen PI 1 (ATCC BAA-622, ATCC PTA-7826) (documento WO 2008/028055).

"Sustrato" se refiere a una fuente de carbono y/o energía para el microorganismo de la invención. Normalmente, el sustrato es gaseoso y comprende una fuente de carbono C1, por ejemplo, CO, CO2, y/o CH4. Preferentemente, el sustrato comprende una fuente de carbono C1 de CO o CO CO2. El sustrato puede comprender además otros componentes no de carbono, tales H2, N2, o electrones.

El sustrato generalmente comprende al menos alguna cantidad de CO, tal como aproximadamente un 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o 100 % en moles de CO. El sustrato puede comprender un intervalo de CO, tal como aproximadamente un 5-70, 20-80, 30-70 o 40-60 % en moles de CO. Preferentemente, el sustrato comprende aproximadamente un 40-70 % en moles de CO (p. ej., gas de acería o de alto horno), aproximadamente un 20-30 % en moles de CO (por ejemplo, gas de horno de oxígeno básico), o aproximadamente un 15-45 % en moles de CO (por ejemplo, gas de síntesis). En algunas realizaciones, el sustrato puede comprender una cantidad relativamente baja de CO, tal como aproximadamente un 1-10 o 1-20 % en moles de CO. El microorganismo de la invención normalmente convierte al menos una parte del CO en el sustrato en un producto. En algunas realizaciones, el sustrato no comprende nada o sustancialmente nada (<1 % en moles) de CO.

El sustrato puede comprender cierta cantidad de H2. Por ejemplo, el sustrato puede comprender aproximadamente un 1, 2, 5, 10, 15, 20 o 30 % en moles de H2. En algunas realizaciones, el sustrato puede comprender una cantidad relativamente alta de H2, tal como aproximadamente un 60, 70, 80 o 90 % en moles de H2. En realizaciones adicionales, el sustrato no comprende nada o sustancialmente nada (<1 % en moles) de H2.

El sustrato puede comprender cierta cantidad de CO2. Por ejemplo, el sustrato puede comprender aproximadamente un 1-80 o 1-30 % en moles de CO2. En algunas realizaciones, el sustrato puede comprender menos de aproximadamente un 20, 15, 10 o 5 % en moles de CO2. En otra realización, el sustrato no comprende nada o sustancialmente nada (<1 % en moles) de CO2.

Aunque el sustrato es normalmente gaseoso, el sustrato también se puede proporcionar en formas alternativas. Por ejemplo, el sustrato se puede disolver en un líquido saturado con un gas que contiene CO usando un generador de dispersión de microburbujas. A modo de ejemplo adicional, el sustrato puede adsorberse sobre un soporte sólido.

El sustrato y/o la fuente de carbono C1 puede ser un gas residual obtenido como subproducto de un proceso industrial o de alguna otra fuente, como los de los gases de escape de los automóviles o la gasificación de biomasa. En determinadas realizaciones, el proceso industrial se selecciona del grupo que consiste en la fabricación de productos de metales ferrosos, tal como la fabricación de una acería, fabricación de productos no ferrosos, procesos de refinamiento de petróleo, gasificación de carbón, producción de energía eléctrica, producción de negro de carbón, producción de amoniaco, producción de metanol y fabricación de coque. En estas realizaciones, el sustrato y/o la fuente de carbono C1 puede capturarse del proceso industrial antes de ser emitido a la atmósfera, usando cualquier método conveniente.

El sustrato y/o la fuente de carbono C1 puede ser gas de síntesis, tal como el gas de síntesis obtenido por gasificación de carbón o residuos de refinería, gasificación de biomasa o material lignocelulósico, o reformado de gas natural. En otra realización, el gas de síntesis puede obtenerse de la gasificación de residuos sólidos urbanos o residuos sólidos industriales.

La composición del sustrato puede tener un impacto significativo sobre la eficacia y/o el coste de la reacción. Por ejemplo, la presencia de oxígeno (O2) puede reducir la eficacia de un proceso de fermentación anaerobia. Dependiendo de la composición del sustrato, puede ser deseable tratar, lavar o filtrar el sustrato para eliminar cualquier contaminante no deseado, tal como toxinas (por ejemplo, HCN, acetileno), componentes no deseados o partículas de polvo y/o aumentar la concentración de componentes deseables. Por ejemplo, el sustrato gaseoso que contiene C1 puede filtrarse (ponerse en contacto con un medio sólido, tal como carbón activado) o lavarse (ponerse en contacto con un medio líquido, tal como una solución acuosa de un ácido, una base, un agente oxidante o un agente reductor) usando métodos conocidos, o de otro modo pueden someterse a adsorción para eliminar contaminantes adsorbidos preferentemente. Puede usarse adsorción por cambio de presión (PSA, por sus siglas en inglés) y/o adsorción por cambio de temperatura (TSA, por sus siglas en inglés), en particular, para eliminar contaminantes que son perjudiciales para el funcionamiento de las bacterias carboxidotróficas, tal como el cianuro de hidrógeno (HCN) y compuestos aromáticos, incluido el benceno, tolueno y/o xilenos (BTX). El sustrato preferentemente no incluye contaminantes, en la medida en que dichos contaminantes puedan tener un efecto adverso sobre el crecimiento de las bacterias carboxidotróficas (p. ej., uno o más contaminantes no están presentes en concentraciones o cantidades tales que la tasa de crecimiento se reduzca en más del 10 % en un determinado conjunto de condiciones, en comparación con la tasa de crecimiento en las mismas condiciones, pero sin el o los contaminantes

Aunque realizaciones representativas de la invención divulgan el uso de fuentes de carbono C1 y bacterias fijadoras de C1, se considera que los aspectos de la invención se aplican a cualquier proceso de conversión biológica mediante el cual tanto una corriente de permeado como una corriente de purga se extraen de un biorreactor.

Los aspectos más amplios de la invención están destinados a capturar procesos de fermentación no gaseosos, así como microorganismos y materias primas aplicables al proceso de fermentación.

En aspectos particulares, el sustrato no gaseoso es un sustrato de carbohidrato y la bacteria es una bacteria capaz de fijar un sustrato de carbono en el sustrato de carbohidrato. Se conocen procesos para la conversión de sustratos de carbohidratos en productos, incluido etanol. Las materias primas de carbohidratos pueden incluir azúcares (por ejemplo, glucosa, sacarosa, fructosa, xilosa, arabinosa y glicerol) celulosa y biomasa (por ejemplo, almidón de maíz, caña de azúcar, residuos de cultivos tal como rastrojo de maíz y bagazo de caña de azúcar, cultivos de pastos cultivados específicamente y biomasa de plantas leñosas.

En aspectos particulares, el microorganismo aplicable al proceso de fermentación se selecciona del grupo que consiste en levadura, hongo, algas, cianobacterias o bacterias. Las bacterias ilustrativas, aplicables al proceso de fermentación, incluyen Escherichia coli, Klebsiella oxytoca, Bacillus subtilus, Zymomonas mobilis, Lacotococcus lactis, y Clostridium acetobutylicum. Las levaduras de hongos ilustrativas incluyen especies del género Saccharomyces, Candida, Lipomyces, Rhodosporidium, Rhodotorula y Yarrowia.

En el contexto de un metabolito ácido que es el ácido acético, las expresiones "ácido acético" o "acetato" se refieren al acetato total presente en el medio de cultivo, ya sea en su forma aniónica (disociada) (es decir, como ion acetato o CH3COO-) o en forma libre, ácido acético molecular (CH3COOH), dependiendo la relación de estas formas del pH del sistema. Las expresiones "ácido láctico" y "lactato" se utilizan de forma análoga, para referirse al lactato total presente en el medio de cultivo. Como se describe a continuación, se puede usar un agente neutralizante básico tal como hidróxido de sodio acuoso (NaOH) para controlar el pH del medio de cultivo en un biorreactor dado (p.ej., a un valor de pH que puede estar entre pH = 4,0 y pH = 8,0), por ejemplo neutralizando el ácido acético y opcionalmente otros componentes ácidos menores. Los intervalos de pH representativos a los que se mantienen los biorreactores para llevar a cabo los procesos descritos en el presente documento son de aproximadamente 4,5 a aproximadamente 7,0, tal como de aproximadamente 4,5 a aproximadamente 6,5.

Un tipo específico de biorreactor que es particularmente útil en la práctica de la presente invención es un reactor de circuito circular que se basa en un gradiente de densidad entre una sección de densidad relativamente baja dentro de un tubo ascendente y una sección de densidad relativamente alta dentro de uno o más, tubos descendentes internos o externos. Tanto las secciones ascendente como descendente incluyen medio de cultivo líquido en una zona de fase líquida continua, pero el sustrato gaseoso que contiene C1 se distribuye normalmente (p.ej., burbujeado) en la parte inferior de la sección del tubo ascendente únicamente. Las burbujas de gas ascendentes se limitan a esta sección durante su movimiento ascendente a través de la zona de fase líquida continua, hasta que cualquier gas no consumido y no disuelto se libere en una zona de fase gaseosa continua (es decir, espacio de vapor o espacio vacío) por encima del nivel del líquido. La circulación de líquido descendente, a través de un tubo descendente de líquido interno o externo, puede incluirse o asistirse por una bomba de circuito opcional.

El término "biorreactor", así como cualquier biorreactor que pueda incluirse como parte de un "sistema de biorreactores", no se limita a un reactor de circuito circulante, pero más ampliamente incluye cualquier recipiente adecuado, o sección dentro de un recipiente, para mantener un volumen líquido de medio de cultivo con bacterias fijadoras de C que se puede utilizar para llevar a cabo los procesos biológicos descritos en el presente documento, que también pueden denominarse procesos de fermentación en la medida en que generalmente se realizan de forma anaerobia. Los tipos particulares de biorreactores pueden incluir cualquier recipiente adecuado para el contacto de dos fases (gas-líquido), por ejemplo, reactores de flujo a contracorriente (por ejemplo, con una fase de vapor que fluye hacia arriba y una fase líquida que fluye hacia abajo) o reactores de flujo en corrientes paralelas (p.ej., con fases gaseosa y líquida que fluyen hacia arriba). En tales recipientes de contacto de dos fases, es posible que la fase líquida sea la fase continua, como en el caso de las burbujas de gas que fluyen a través de una columna de líquido en movimiento. De otro modo, es posible que la fase de vapor sea la fase continua, como en el caso de un líquido disperso (p.ej., en forma de gotitas) que fluye a través de un espacio de vapor. En algunas realizaciones, pueden usarse diferentes zonas de un biorreactor para contener una fase líquida continua y una fase gaseosa continua.

Ejemplos específicos de biorreactores incluyen los Reactores de Tanque Agitado Continuo (CSTR, por sus siglas en inglés), Reactores de Células Inmovilizadas (ICR, por sus siglas en inglés), Reactores de lecho permeable (TBR, por sus siglas en inglés), Reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR, por sus siglas en inglés), Columnas de Burbujeo, Fermentadores de Elevación de Gas y Reactores de Membrana, tal como Biorreactores de Membrana de Fibra Hueca (HFMBR, por sus siglas en inglés). Los biorreactores adecuados pueden incluir mezcladores estáticos u otros recipientes y/o dispositivos (p.ej., torres, o estructuras de tuberías), adecuados para poner en contacto el sustrato gaseoso que contiene C1 con un medio de cultivo y, en particular, las bacterias fijadoras de C que se encuentran en el mismo (p.ej., con cinéticas de disolución y transporte de masa favorables para realizar el proceso de conversión biológica). Un sistema de biorreactores puede comprender dos o más biorreactores de diferentes tipos, aunque generalmente todos los biorreactores de un sistema de biorreactores son de un tipo (p.ej., reactores de circuito circulante).

Algunas corrientes de proceso adecuadas, los parámetros de funcionamiento y el equipo para su uso en los procesos biológicos descritos en el presente documento se describen en la Publicación de solicitud de patente de EE. UU. N.° US2011/0212433, que se incorpora al presente documento por referencia en su totalidad. Uno o más biorreactores, por ejemplo todos los biorreactores, de los sistemas de biorreactores descritos en el presente documento pueden tener una presión superior a la atmosférica, por ejemplo, generalmente en el intervalo de aproximadamente 50 kPag (en el que la notación "kPag" pretende indicar unidades de presión manométrica kPa) hasta aproximadamente 1.000 kPag y, con frecuencia, en el intervalo de aproximadamente 200 kPa a aproximadamente 800 kPag. Uno o más biorreactores, y preferentemente todos los biorreactores, de los sistemas de biorreactores descritos en el presente documento tienen una temperatura del caldo de fermentación que es adecuada para la vitalidad y el crecimiento de las bacterias fijadoras de C l. Las temperaturas representativas están en un intervalo de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 45 °C, y más normalmente de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 40 °C.

Los sistemas de biorreactores con múltiples biorreactores que funcionan en serie con respecto al flujo de entradas y salidas de líquidos y que también funcionan en paralelo con respecto al flujo de alimentadores y productos gaseosos, como se describe en el presente documento, pueden proporcionar una utilización general favorable de C1. La utilización general de C1 se refiere al porcentaje de C1 que se introduce en el sistema de biorreactores (p.ej., la fuente total de carbono C1 en el sustrato que contiene C1 que se introduce en los biorreactores) y se utiliza en la conversión en productos de fermentación. (p.ej., etanol o isopropanol) y otros metabolitos de las bacterias. Si la composición combinada del producto gaseoso extraído del sistema de biorreactores (es decir, las corrientes de salida de gas combinadas extraídas de los biorreactores) son conocidas o pueden calcularse (p.ej., basándose en los caudales y composiciones de las corrientes de salida de gas), entonces la utilización total de CO se puede calcular como:

1 -(tasa de CO extraído del sistema)/(tasa de CO introducido al sistema).

La utilización general de CO se determina "por pasada" o "una vez", sin tener en cuenta el uso de reciclaje de productos gaseosos (y gastos adicionales) que pueden proporcionar valores de utilización total más altos. De acuerdo con realizaciones representativas, la utilización de CO por las bacterias fijadoras de C1 es generalmente de al menos aproximadamente un 35 % (p.ej., de aproximadamente un 35 % a aproximadamente un 85%), normalmente al menos aproximadamente un 50 % (p.ej., desde aproximadamente un 50 % hasta aproximadamente un 80%), y con frecuencia al menos aproximadamente un 60 % (p.ej, desde aproximadamente un 60 % hasta aproximadamente un 75 %). En algunos casos, la utilización de CO puede ser de al menos aproximadamente un 70 %.

La FIG. 1 representa un sistema de biorreactores 100 representativo que comprende un primer biorreactor 10 y un segundo biorreactor 20. Como se muestra, el sustrato que contiene CO 12 en el sistema de biorreactores 100 se divide en partes separadas, la primera corriente de entrada de gas al biorreactor 14 y la segunda corriente de entrada de gas al biorreactor 14', que se introducen, respectivamente, al primer y segundo biorreactores 10, 20 a través de sus entradas de gas 16, 16' respectivas, situadas cerca de la parte inferior de los biorreactores 10, 20. Las corrientes de entrada de gas 14, 14' pueden introducirse a través de distribuidores de gas correspondientes, tal como rociadores, colocados en las entradas de gas 16, 16' y configuradas para producir burbujas finas (no mostradas) de sustrato que contiene CO en las zonas correspondientes de fase líquida continua 18, 18' de los biorreactores 10, 20 y mejorar así la transferencia de masa gas-líquido.

Como se describe anteriormente, la concentración de bacterias en las zonas de fase líquida continua 18, 18' de los biorreactores 10, 20 se puede mantener a niveles variables de productividad de etanol (correspondientes a velocidades de extracción de producto líquido variables) proporcionando un medio mediante el cual se puedan extraer partes de líquido filtradas y no filtradas. En la realización representada en la FIG. 1, el primer sistema de filtración de biorreactor 25, en comunicación con la zona de fase líquida continua 18, permite la extracción de la corriente de permeado intermedia 28, que está filtrada y sustancialmente sin bacterias fijadoras de C1. La corriente de retenido del primer biorreactor 36 permite el retorno de las bacterias filtradas al primer biorreactor 10. Los productos líquidos extraídos del primer biorreactor 10 pueden por tanto comprender tanto la corriente de permeado intermedia 28 como la corriente de purga intermedia 26, que no está filtrada y contiene bacterias fijadoras de C1 (biomasa) sustancialmente en la misma concentración que en el caldo de fermentación en la zona de fase líquida continua 18 del primer biorreactor 10. Las cantidades relativas del producto líquido intermedio 32 extraídas del primer biorreactor 10 como corriente de purga intermedia 26 y corriente de permeado intermedia 28 pueden controlarse para cumplir los objetivos de mantener una concentración de biomasa deseada y una tasa de eliminación de producto deseada (por ejemplo, etanol o isopropanol). Del mismo modo, el segundo sistema de filtración de biorreactor 25', en comunicación con la zona de fase líquida continua 18', permite la extracción de la corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50 de un biorreactor final del sistema de biorreactores 100, con el retorno de la corriente de retenido del segundo biorreactor 36' a la zona de fase líquida continua 18' del segundo biorreactor 20.

Se puede introducir medio de cultivo líquido, a través de la entrada de medio de cultivo 34 al sistema de biorreactores 100, y en particular al primer biorreactor 10, para suministrar nutrientes para mantener el crecimiento bacteriano y reemplazar el volumen de líquido perdido en el producto líquido intermedio 32 extraído del primer biorreactor 10, cuya totalidad o una parte pueden pasarse al segundo biorreactor 20. Opcionalmente, el medio de cultivo líquido puede igualmente introducirse al sistema de biorreactores 100 a través de la entrada de medio de cultivo separada 34' al segundo biorreactor 20. Opcionalmente, pueden extraerse partes de la corriente de purga intermedia 26 y/o la corriente de permeado intermedio 28 del sistema de biorreactores 100 (p.ej., para el análisis y la monitorización del proceso), sin pasar al segundo biorreactor 20.

Las corrientes de salida de gas 38, 38' pueden extraerse de los conductos en comunicación fluida con las correspondientes zonas continuas de fase gaseosa 22, 22', constituyendo volúmenes de espacio vacío del biorreactor por encima de las zonas de fase líquida continua 18, 18' que comprenden el medio de cultivo y las bacterias fijadoras de C1 (es decir, que comprende caldo de fermentación), a través del cual pasa el sustrato que contiene C1 como una fase gaseosa dispersa. Las corrientes de salida de gas 38, 38' pueden extraerse por separado del sistema de biorreactores 100 o, como se ilustra en la realización de la FIG. 1, combinarse y después extraerse como salida de producto gaseoso 24. Las corrientes de salida de gas o de otro modo, de salida de producto gaseoso 24, pueden comprender uno o más de, por ejemplo la totalidad de, (i) componentes C1 sin reaccionar que pasan a través del caldo de fermentación sin ser metabolizados (es decir, sin consumirse en el proceso de conversión biológica), (ii) componentes del sustrato que contiene C1 que sustancialmente no están implicados en (es decir, sustancialmente inerte para) el proceso de conversión biológica (p.ej., N2), (iii) CO2 producido como metabolito del proceso de conversión biológica, (iv) vapor de agua del medio de cultivo acuoso, y (v) varios componentes del sustrato que contiene C1 que están presentes en cantidades menores o ínfimas (p.ej., H2, H2S, NH3, h Cn ).

Por consiguiente, la FIG. 1 representa un sistema de biorreactores 100 en el que el sustrato gaseoso 12 que contiene C1 se puede introducir en paralelo al primer y segundo biorreactores 10, 20, mientras que los productos líquidos, que pueden incluir bacterias fijadoras de C1 (biomasa), se pueden introducir sucesivamente desde el primer biorreactor 10 al segundo biorreactor 20. En la realización de la FIG. 1, el biorreactor final, del cual la corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50 se extraen del sistema de biorreactores 100, es concretamente el segundo biorreactor 20. En realizaciones alternativas que tienen sistemas de biorreactores con biorreactores adicionales (p.ej., tres o cuatro biorreactores), y específicamente uno o más biorreactores intermedios aguas abajo de un primer biorreactor y aguas arriba de un biorreactor final, las alimentaciones gaseosas y líquidas pueden introducirse en dichos biorreactores intermedios de manera similar, y los productos gaseosos y líquidos pueden extraerse de dichos biorreactores intermedios de manera similar. Los productos líquidos intermedios, incluyendo corrientes intermedias de purga y permeado, pueden pasar a y desde sucesivos biorreactores intermedios de una manera similar. En general, uno o más productos metabolitos (p.ej., etanol) del sistema de biorreactores 100 se recupera de las corrientes de purga y permeado, o partes de las mismas, extraídas de un biorreactor final, tal como la corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50 extraídas del segundo biorreactor 20 en la realización de la FIG. 1. Opcionalmente, tales productos metabolitos también pueden recuperarse de corrientes de purga y/o permeado, o partes de las mismas, extraídas de uno o más biorreactores distintos de un biorreactor final.

La FIG. 1 por lo tanto, ilustra esquemáticamente varias corrientes de alimentación que se introducen y corrientes de productos que se extraen de, un sistema de biorreactores representativo. Las realizaciones de la invención pueden incluir otras características no mostradas en la FIG. 1, tal como el uso de (i) aditivos, incluyendo un agente neutralizante básico (p.ej., NH4OH o NaOH) y/o un agente antiespumante; (ii) sistemas de control (p.ej., circuitos de control de retroalimentación) y equipos, instrumentación y programa informático asociados, para el control de los parámetros de funcionamiento (p.ej., pH, temperatura y/o nivel de líquido del caldo de fermentación); (iii) circuitos de reciclaje del biorreactor externo para mejorar la transferencia de masa entre fases; (iv) estructuras internas del biorreactor en las zonas de fase líquida continua (p.ej., placas horizontales y/o materiales de envasado) y/o en las zonas de fase continua de vapor (por ejemplo, distribuidores de líquido tal como cabezales de ducha) para mejorar la transferencia de masa entre fases; (v) sistemas de muestreo en línea para la monitorización continua del proceso y/o control automatizado; y/o (vi) reciclado de productos líquidos, extraídos de un biorreactor, a un biorreactor aguas arriba

La recuperación de productos metabolitos como el etanol, de acuerdo con las realizaciones de la invención, se describe con mayor detalle con referencia a la FIG. 2. Como se muestra, la totalidad o una parte del flujo de permeado 50, extraído del sistema de biorreactores 100 (FIG. 1) y obtenido de la filtración de un producto líquido de este sistema, se divide en al menos una primera parte de permeado 50' y una segunda parte de permeado 50" que se introduce en un separador de alta presión 60 y un separador de baja presión 70, respectivamente. La separación de la corriente de permeado se refiere por tanto a dividir esta corriente en al menos dos partes y, con frecuencia, solamente en dos partes. "La separación" no excluye el uso de etapas opcionales, antes y/o después de dividir la corriente de permeado, cuyas etapas pueden afectar o no a la composición de la corriente de permeado y/o sus partes separadas. Dichas etapas opcionales incluyen, por ejemplo (i) separar una o más partes adicionales (p.ej., una tercera parte) de la corriente de permeado y/o sus partes separadas (p.ej., para fines de muestreo), y/o (ii) mezclar la corriente de permeado y/o sus partes separadas con otras corrientes y/o aditivos discretos (p.ej., tensioactivos o agentes neutralizantes, tal como NH4OH o NaOH). En algunas realizaciones, sin embargo, una corriente de permeado extraída de un sistema de biorreactores puede separarse en sus partes separadas que se introducen en los separadores de alta y baja presión, sin que la corriente de permeado o sus partes se sometan a (i) y/o (ii) anteriores.

Ventajosamente, la segunda parte de permeado 50" puede procesarse junto con al menos una parte de la corriente de purga 40, también extraída del sistema de biorreactores 100 (FIG. 1), para mejorar la integración general del calor del proceso, como se describe anteriormente. De acuerdo con una realización particular, la integración de calor se basa en relacionar, o ajustar, el caudal de la segunda parte de permeado 50" al separador de baja presión 70, al menos en parte, basándose en el caudal de la corriente de purga 40 a este separador. Por ejemplo, un aumento en el caudal de la corriente de purga 40 puede ir acompañado de un aumento en el caudal de la segunda parte de permeado 50", basándose, opcionalmente, el control del caudal de la segunda parte de permeado 50" en una medición del caudal de la corriente de purga 40. Como alternativa, la integración de calor puede explicar la contribución relativamente mayor del caudal de la corriente de permeado a la corriente combinada de purga y los caudales de la corriente de permeado, a mayores productividades de productos metabolitos (p. ej., etanol). Por ejemplo, los caudales relativos de la primera parte de permeado 50' al separador de alta presión 60 y la segunda parte de permeado 50" al separador de baja presión 70 pueden basarse en, o ajustarse de acuerdo con, el caudal total de la corriente de permeado 50 en relación con el caudal combinado de la corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50. Por ejemplo, un aumento en el caudal total de la corriente de permeado 50 en relación con el caudal combinado de la corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50 puede ir acompañado de un aumento en el caudal de la primera parte de permeado 50', con respecto a la segunda parte de permeado 50", basándose, opcionalmente, el control de la primera parte de permeado 50' y la segunda parte de permeado 50" en una medición del caudal total de la corriente de permeado 50 en relación con el caudal combinado de la corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50. En cualquiera de los esquemas de control descritos anteriormente, el control puede realizarse de forma manual o automática, por ejemplo, usando un circuito de control de retroalimentación para ajustar los caudales, es decir, separación, de la primera parte de permeado 50' y/o la segunda parte de permeado 50'' basándose en uno o más caudales medidos.

A diferencia de la corriente de permeado 50, la corriente de purga 40 comprende bacterias fijadoras de C1 (biomasa) y, en virtud del paso sucesivo de productos líquidos desde los biorreactores aguas arriba hacia los aguas abajo, al menos una parte, o la totalidad, de la biomasa en la corriente de purga 40 puede ser biomasa que se encuentra originalmente en el primer biorreactor (p.ej., biorreactor 10 de la FIG. 1). En general, la corriente de purga 40 puede ser cualquier producto líquido extraído del sistema de biorreactores 100 que comprenda caldo de fermentación (p.ej., como producto líquido sin filtrar), incluida la biomasa, mientras que la corriente de permeado 50 puede ser cualquier producto líquido extraído del sistema de biorreactores 100 que comprenda un producto líquido filtrado que esté sustancialmente sin biomasa. Preferentemente, la corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50 son ambos productos líquidos obtenidos de un biorreactor posterior (p.ej., segundo biorreactor 20 del sistema de biorreactores 100), dispuesto aguas abajo de un primer biorreactor, por ejemplo, con respecto a los flujos de producto líquido de un biorreactor al siguiente. La corriente de purga 40 y la corriente de permeado 50 pueden ser productos líquidos sin filtrar y filtrados, respectivamente, obtenidos directamente del sistema de biorreactores 100, o productos sin filtrar y filtrados de otro modo después de (i) separación (p.ej., distintos de la filtración para eliminar la biomasa), por ejemplo en corrientes de la misma o diferentes composiciones y/o (ii) mezcla (p.ej., con otras corrientes de proceso o aditivos discretos).

Debido a la presencia de biomasa, procesos de separación realizados en la corriente de purga 40, a diferencia de los realizados en la corriente de permeado 50, se llevan a cabo ventajosamente a temperaturas relativamente más bajas para reducir el ensuciamiento del equipo de separación. En consecuencia, una temperatura máxima del separador de baja presión 70, al que se introduce la corriente de purga 40, es menor que la temperatura máxima del separador de alta presión 60, al que se introduce la corriente de permeado 50. De acuerdo con una realización, una temperatura máxima de un separador de baja presión, al que se introduce la corriente de purga 40, es de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 95 °C, por ejemplo, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 80 °C. De acuerdo con la misma realización o una alternativa, una temperatura máxima de un separador de alta presión 60 es de aproximadamente 95 °C a aproximadamente 125 °C o de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 120 °C. En general, una temperatura de al menos una corriente de material asociada con el separador de alta presión 60 puede exceder una temperatura de al menos una corriente de material asociada con el separador de baja presión 70, de tal manera que el calor pueda transferirse del primero al segundo. De acuerdo con una realización particular, una temperatura mínima del separador de alta presión 60, por ejemplo, la temperatura del condensador 75 del separador de alta presión, puede exceder la temperatura máxima del separador de baja presión 70, por ejemplo, la temperatura del calderín 45 del separador de baja presión. Debido a que las corrientes de purga y permeado 40, 50 de otro modo incluyen agua y los mismos productos metabolitos a recuperar, y considerando las diferencias descritas anteriormente con respecto a las temperaturas de funcionamiento de los separadores de alta y baja presión 60, 70, el uso de separaciones basadas en diferencias en la volatilidad relativa requiere presiones absolutas relativamente más bajas para realizar dichas separaciones en la corriente de purga, en comparación con las presiones utilizadas con respecto a la corriente de permeado. De acuerdo con una realización, el separador de baja presión 70 tiene una presión absoluta que es casi la presión atmosférica, por ejemplo, de aproximadamente 50 kPa a aproximadamente 150 kPa de presión absoluta o de aproximadamente 50 kPa a aproximadamente 100 kPa de presión absoluta. De acuerdo con la misma realización o una alternativa, el separador de alta presión 60 puede tener una presión absoluta mayor que la del separador de baja presión, pero menor que una presión a la que funciona un biorreactor final. Por ejemplo, el separador de alta presión puede tener una presión de aproximadamente 150 kPa a aproximadamente 650 kPa de presión absoluta o de aproximadamente 150 kPa a aproximadamente 500 kPa de presión absoluta. Como alternativa, el separador de baja presión 70 puede tener presión de vacío, es decir, una presión absoluta que está por debajo de la presión atmosférica, por ejemplo, de aproximadamente 20 kPa a aproximadamente 90 kPa de presión absoluta o de aproximadamente 30 kPa a aproximadamente 90 kPa de presión absoluta.

Pueden usarse separadores de alta y baja presión 60, 70 para purificar productos metabolitos (p.ej., etanol) de las corrientes de purga y permeado 40, 50 basándose en las diferencias en la volatilidad relativa. En el caso de la purificación de etanol, este metabolito puede ser relativamente más volátil que el agua y otros metabolitos como el ácido acético y el 2,3-butanodiol, como se describe anteriormente. En consecuencia, el etanol puede estar enriquecido (es decir, presente en una concentración más alta) en un vapor de la corriente superior, extraído del separador de alta y/o baja presión 60, 70, en comparación con la concentración de etanol en la corriente de permeado 50, introducido en el separador de alta presión 60, y/o corriente de purga 40, introducido en el separador de baja presión 70. Asimismo, el etanol puede estar agotado (es decir, presente en una concentración más baja) en el líquido inferior, extraído del separador de alta y/o baja presión 60, 70, en comparación con la concentración de etanol en la corriente de permeado 50, introducido en el separador de alta presión 60 y/o corriente de purga 40, introducido en el separador de baja presión 70. Los separadores de alta y baja presión 60, 70 incluyen tanques de destello que realizan una separación basándose sustancialmente en una única etapa teórica de equilibrio vapor-líquido. Preferentemente, sin embargo, los separadores de alta y baja presión 60, 70 son columnas de destilación que realizan una separación basándose en múltiples etapas teóricas de equilibrio vapor-líquido, opcionalmente usando entrada y salida de calor (p.ej., entrada de calor del calderín y salida de calor del condensador), vapor de la corriente superior y reflujo de líquido inferior, y estructuras internas tales como placas perforadas y/o materiales de envasado. Los separadores de alta y baja presión 60, 70, además de realizar separaciones basándose en múltiples etapas de equilibrio vapor-líquido, pueden, de acuerdo con algunas realizaciones, funcionar con la entrada de una corriente de gas auxiliar que fluye hacia arriba (como en el caso de una columna de destilación) o alternativamente con la entrada de una corriente de líquido auxiliar que fluye hacia abajo (como en el caso de una columna absorbente).

De acuerdo con la realización de la FIG. 2, la corriente de purga 40, o al menos una parte de la misma, se introduce, junto con la segunda parte de permeado 50" al separador de baja presión 70 (por ejemplo, una columna de destilación de baja presión combinada de permeado y purga). La corriente superior 62 del separador de baja presión se extrae (p.ej., como fracción de vapor) y, como se describe anteriormente, está enriquecido en etanol, con relación tanto a la corriente de purga 40 como a la segunda parte de permeado 50". El separador de baja presión 70, se hace funcionar de una manera en la que la fracción líquida 82 (es decir, la corriente de purga combinada 40 y la segunda parte de permeado 50") se mantiene en una sección inferior, mientras que las fracciones gaseosas, 86 que se volatilizan de la fracción líquida (es decir, siendo los niveles de líquido, concretamente, las fracciones líquidas de la corriente de purga y la segunda parte de permeado, que quedan después de la volatilización de las respectivas fracciones gaseosas) se pueden combinar en una sección superior. De esta manera, la corriente superior 62 del separador de baja presión comprende etanol separado tanto de la corriente de purga 40 como de la corriente de permeado 50".

De acuerdo con la realización de la FIG. 2, una corriente inferior 64 del separador de baja presión puede extraerse del separador de baja presión 70. En vista de la descripción anterior, la corriente inferior 64 del separador de baja presión pueden comprender, o consistir esencialmente en, la fracción líquida 82 de la corriente de purga 40 y, segunda parte de permeado 50".

Ventajosamente, el procesamiento conjunto de la corriente de permeado 50 con al menos una parte de la corriente de purga 40, también extraída del sistema de biorreactores 100 (FIG. 1), mejora la integración general del calor del proceso. De acuerdo con una realización particular, la integración de calor se basa en relacionar, o ajustar, el caudal de la corriente de permeado 50" al separador de baja presión 70, al menos en parte, basándose en el caudal de la corriente de purga 40 a este separador. Por ejemplo, un aumento en el caudal de la corriente de purga 40 puede ir acompañado de un aumento en el caudal de la corriente de permeado 50, basándose, opcionalmente, el control del caudal de la corriente de permeado 50" en una medición del caudal de la corriente de purga 40. Como alternativa, la integración de calor puede explicar la contribución relativamente mayor del caudal de la corriente de permeado a la corriente combinada de purga y los caudales de la corriente de permeado, a mayores productividades de productos metabolitos (p. ej., etanol).

La primera parte de permeado 50' puede procesarse en un separador de alta presión 60 (p.ej, una columna de destilación de permeado a alta presión), para separar, o fraccionar, la primera parte de permeado 50' en al menos la corriente superior 68 del separador de alta presión y la corriente inferior 52 del separador de alta presión, por lo que la corriente superior 68 del separador de alta presión se enriquece en etanol y la corriente inferior 52 del separador de alta presión se empobrece en etanol, en relación con la corriente de permeado 50. Por tanto, tanto la corriente superior 68 del separador de alta presión como la corriente inferior 52 del separador de alta presión pueden extraerse del separador de alta presión 60. La corriente inferior 52 del separador de alta presión puede combinarse con la corriente inferior 64 del separador de baja presión, de acuerdo con la realización de la FIG. 2, ya que ambas corrientes están enriquecidos en agua, en relación con la corriente de permeado 50. La corriente inferior 54 neta puede reciclarse al sistema de biorreactores 100 (p.ej., usándose en la preparación de medio de cultivo) o enviarse a un proceso de tratamiento de aguas residuales. Asimismo, el etanol puede estar agotado (es decir, presente en una concentración más baja) en el líquido inferior, extraído del separador de alta y/o baja presión 60, 70, en comparación con la concentración de etanol en la corriente de permeado 50, en el separador de alta presión 60 y/o en la corriente de purga 40 en el separador de baja presión 70.

Como se ilustra en la realización de la FIG. 2, tanto el separador de alta presión 60 (p. ej., columna de destilación de alta presión) como el separador de baja presión 70 (p. ej., columna de destilación de baja presión) generalmente incluyen un condensador superior y un calderín inferior. Estos calderines 45 del separador de baja presión junto con un condensador 65 del separador de baja presión, un condensador 75 del separador de alta presión y un calderín 85 del separador de alta presión, proporcionan sitios de consumo de calor en dichos cambiadores de calor y sitios de generación de calor en dichos condensadores. En vista de las diferencias en las temperaturas de funcionamiento entre el separador de alta presión 60 y el separador de baja presión 70, el calor puede transferirse entre estos separadores, por ejemplo, utilizando medios de transferencia de calor adecuados, como agua de refrigeración o vapor, para proporcionar la función de refrigeración o calefacción necesaria, respectivamente, de los condensadores y cambiadores de calor, dando como resultado una integración de calor ventajosa que puede reducir los costes de funcionamiento.

Como se ilustra en la realización de la FIG. 2, uno o más de los siguientes pueden ser posibles, en vista del uso de condensadores superiores y calderines inferiores: (i) la corriente superior 62 del separador de baja presión, además de la parte de reflujo de la corriente superior 63 del separador de baja presión, puede separarse de la corriente de salida de vapor 67 del separador de baja presión extraída del separador de baja presión 70, (ii) la corriente inferior 64 del separador de baja presión, además de la parte de reflujo líquido 69 del separador de baja presión, puede separarse de la corriente de salida de líquido 71 del separador de baja presión extraída del separador de baja presión 70, (iii) la corriente superior 68 del separador de alta presión, además de la parte de reflujo de la corriente superior 79 del separador de alta presión, puede separarse de la corriente de salida de vapor 81 del separador de alta presión extraída del separador de alta presión 60, y (iv) la corriente inferior 52 del separador de alta presión, además de la parte de reflujo líquido 83 del separador de alta presión, puede separarse de la corriente de salida de líquido 87 del separador de alta presión extraída del separador de alta presión 60. Además, debido al uso de condensadores superiores y calderines inferiores, también pueden ser posibles uno o más de los siguientes, esquemas de flujo particulares: (i) la corriente de salida de vapor 67 del separador de baja presión se puede introducir al condensador 65 del separador de baja presión para condensar al menos una parte de la misma, devolver la parte de reflujo de la corriente superior 63 del separador de baja presión al separador de baja presión 70, y recuperar el calor del condensador 89 del separador de baja presión, (ii) la corriente de salida de líquido 71 del separador de baja presión puede introducirse al calderín de purga 45 del separador de baja presión para vaporizar al menos una parte de la misma, devolver la parte de reflujo líquido de purga 69 del separador de baja presión al separador de baja presión 70, y consumir el calor del calderín 96 del separador de baja presión, (i) la corriente de salida de vapor 81 del separador de alta presión se puede introducir al condensador 75 del separador de alta presión para condensar al menos una parte de la misma, devolver la parte de reflujo de la corriente superior 79 del separador de alta presión al separador de alta presión 60, y recuperar el calor del condensador 98 del separador de alta presión, y (iv) la corriente de salida de líquido 87 del separador de alta presión puede introducirse al calderín 85 del separador de alta presión para vaporizar al menos una parte de la misma, devolver la parte de reflujo líquido 83 del separador de alta presión al separador de baja presión 70, y consumir el calor del calderín 99 del separador de alta presión.

Las estrategias de integración de calor particularmente ventajosas implican la transferencia de calor desde el separador de alta presión al separador de baja presión, y especialmente desde el condensador 75 del separador de alta presión a un calderín de separador de baja presión 70 en el caso en el que la temperatura del primero exceda la temperatura de este último. Por consiguiente, al menos una parte del calor del condensador 98 del separador de alta presión puede consumirse como calor del calderín 96 del separador de baja presión. De acuerdo con la realización de la FIG. 2, el etanol contenido tanto en la corriente superior 62 del separador de baja presión como en la corriente superior 68 del separador de alta presión puede representar una cantidad neta de etanol recuperado del sistema de biorreactores 100 y, en consecuencia, una productividad neta de etanol de este sistema. Como se describe anteriormente, los sistemas de biorreactores de acuerdo con la presente invención pueden proporcionar ventajas en términos de integración de calor del proceso, particularmente frente a los caudales de corriente de permeado relativamente altos, en comparación con los caudales de corriente de purga, acompañando altas productividades de etanol. Las productividades de etanol ilustrativas son generalmente al menos aproximadamente 35 gramos por día por litro de volumen de biorreactor (g/día/l), por ejemplo en el intervalo de aproximadamente 35 g/día/l a aproximadamente 80 g/día/l, normalmente al menos aproximadamente 45 g/día/l, por ejemplo en el intervalo de aproximadamente 45 g/día/l a aproximadamente 75 g/día/l, y con frecuencia al menos aproximadamente 55 g/día/l, por ejemplo en el intervalo de aproximadamente 55 g/día/l a aproximadamente 70 g/día/l. Al determinar la tasa de productividad basándose en el volumen del biorreactor, este volumen incluye las zonas de fase líquida continua 18, 18' y las zonas de fase gaseosa continua 22, 22' del o de los biorreactores usados en el sistema de biorreactores.

Tanto la corriente superior 62 del separador de baja presión como la corriente superior 68 del separador de alta presión, que están enriquecidos en etanol, pueden combinarse en la corriente de alimentación 72 de la columna de deshidratación. La columna de deshidratación fracciona esta corriente en la corriente de producto de etanol anhidro 76, que comprende etanol sustancialmente puro (p.ej., que tiene una pureza de al menos aproximadamente el 99 % en peso) y una corriente de agua residual 74.

De acuerdo con realizaciones adicionales, la corriente inferior 64 del separador de baja presión pueden extraerse del separador de baja presión 70. La corriente inferior 64 del separador de baja presión pueden pasar al sistema de separación de productos 90, que puede ser un sistema de filtración de membrana de producto, para la separación y eliminación de la fracción de biomasa 78 (p.ej., como fracción retenida obtenida del sistema de separación de productos 90) de la fracción líquida 88 (p.ej., como fracción de permeado obtenida del sistema de separación de productos 90). La fracción líquida se puede reutilizar en el sistema de biorreactores 100 (p.ej., siguiendo una o más etapas de tratamiento para obtener agua apta para su uso en el sistema) o, alternativamente, enviar a una instalación de tratamiento de aguas residuales. Al menos una parte de la corriente inferior 52 del separador de alta presión y/o al menos una parte de la corriente inferior 64 del separador de baja presión, como corrientes de agua sustancialmente pura que opcionalmente comprenden metabolitos de mayor punto de ebullición, tal como ácido acético y 2,3-butanodiol, puede reciclarse al proceso de biorreactores 100, opcionalmente siguiendo una o más etapas de tratamiento. De acuerdo con la realización de la FIG. 2, estas corrientes 52, 64 pueden combinarse en la corriente inferior 54 neta, antes de dicho reciclaje y/o tratamiento. El agua de las corrientes 52, 64 se puede reciclar, por ejemplo, para la preparación de medio de cultivo nuevo.

En términos de aparatos de conversión biológica correspondientes a las realizaciones representadas en las FIG. 1 y 2, es evidente a la vista de la descripción anterior que tales aparatos pueden comprender un sistema de biorreactores 100 que comprende (i) una entrada 12 para introducir un sustrato que contiene CO en el sistema de biorreactores 100, (ii) al menos un primer biorreactor 10 para contener un medio de cultivo y bacterias fijadoras de C1 para metabolizar el CO en el sustrato que contiene CO y producir etanol, (iii) un sistema de filtración 25' para filtrar un producto líquido del sistema de biorreactores, (iv) una salida de corriente de purga 40 para extraer una corriente de purga que comprende bacterias fijadoras de C1, y (v) una salida de corriente de permeado 50 en comunicación fluida con un lado de permeado del sistema de filtración 25' para extraer una corriente de permeado del sistema de biorreactores 100, y opcionalmente un conducto de reciclaje 36' en comunicación fluida con un lado retenido del sistema de filtración 25' para mantener una parte de reciclaje de bacterias fijadoras de C1 en el sistema de biorreactores 100; y un separador de baja presión 70 que tiene (i) un volumen de líquido 82 en comunicación fluida con (I) la salida de corriente 40 y (II) la salida de corriente de permeado 50, en una entrada de corriente de purga 91 del separador de baja presión y una entrada de corriente de permeado 92 del separador de baja presión colocadas en la sección inferior A, y (ii) una salida de la corriente inferior 64 del separador de baja presión ubicada debajo de la entrada de corriente de purga de baja presión 91 y la entrada de corriente de permeado de baja presión 92 colocada en la sección inferior A. El aparato puede comprender opcionalmente además un separador de alta presión 60 que tiene (i) una primera entrada de la parte de permeado 93 en comunicación fluida con la salida de corriente de permeado 50, para recibir una primera parte de permeado de la corriente de permeado y hacer pasar una segunda parte de permeado de la corriente de permeado a la entrada de la corriente de permeado 92 del separador de baja presión, (ii) una salida de la corriente superior 68 del separador de alta presión, y (iii) una salida inferior 52 del separador de alta presión, en donde la entrada de la primera parte de permeado 93 está situada debajo de la salida de la corriente superior 68 del separador de alta presión y por encima de la salida inferior 52 del separador de alta presión.

El separador de baja presión 70 puede configurarse con un condensador 65 del separador de baja presión en comunicación fluida con la salida de vapor 67 del separador de baja presión y tanto (i) el conducto de reflujo de la corriente superior 63 del separador de baja presión como (ii) el conducto de la corriente superior 62 del separador de baja presión. El separador de baja presión también puede estar configurado con un calderín 45 del separador de baja presión en comunicación fluida con la salida de líquido 71 del separador de baja presión y tanto (i) el conducto de reflujo de líquido 69 del separador de baja presión como (ii) el conducto inferior 64 del separador de baja presión. El separador de alta presión 60 puede configurarse con un condensador 75 del separador de alta presión en comunicación fluida con la salida de vapor 81 del separador de alta presión y tanto con (i) el conducto de reflujo de la corriente superior 79 del separador de alta presión como con (ii) el conducto de la corriente superior 68 del separador de alta presión. El separador de alta presión 60 también puede estar configurado con un calderín 85 del separador de alta presión en comunicación fluida con la salida de líquido 87 del separador de alta presión y tanto (i) el conducto de reflujo de líquido 83 del separador de alta presión como (ii) el conducto inferior 52 del separador de alta presión. Cualquiera de, o cualquier combinación de, condensador 65 del separador de baja presión y calderín 45 del separador de baja presión, como se describe anteriormente, se puede configurar para proporcionar integración de calor con el condensador 75 del separador de alta presión y/o el calderín 85 del separador de alta presión, como se describe anteriormente. De acuerdo con realizaciones ilustrativas, el condensador 75 del separador de alta presión se puede configurar (p.ej., utilizando un medio de transferencia de calor como agua de refrigeración o vapor) para transferir el calor generado en este condensador, para el consumo en el calderín 45 del separador de baja presión, como se describe anteriormente.

El aparato pueden comprender opcionalmente además una columna de deshidratación 95 que tiene (i) una entrada de la columna de deshidratación 72 en comunicación fluida tanto con la salida de la corriente superior 62 del separador de baja presión como con la salida de la corriente superior 68 del separador de alta presión, (ii) una salida de la corriente superior de la columna de deshidratación 76, y (iii) una salida inferior de la columna de deshidratación 74, en donde la entrada de la columna de deshidratación 72 está situada debajo de la salida de la corriente superior de la columna de deshidratación 76 y por encima de la salida inferior de la columna de deshidratación 74.

El aparato puede comprender opcionalmente además un sistema de filtración de producto 90 en comunicación fluida con la salida inferior 64 del separador de baja presión para filtrar una corriente inferior del separador de baja presión.

De forma general, los aspectos de la divulgación están asociados con procesos de conversión biológica que implican la recuperación aguas abajo de etanol a partir de corrientes de purga y permeado y se refieren, más particularmente, a realizar dicha recuperación con una eficacia mejorada que puede reducir ventajosamente los costes de capital (p.ej., equipo) y/o de funcionamiento (p.ej., utilidad).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso de conversión biológica que comprende:

a. introducir un sustrato a un sistema de biorreactores(100) que comprende al menos un primer biorreactor (10) que incluye un medio de cultivo y una bacteria para metabolizar una fuente de carbono en el sustrato y producir al menos un producto de fermentación.

b. extraer del sistema de biorreactores (100) una corriente de permeado (50) obtenida de la filtración de una corriente líquida del sistema de biorreactores (100);

c. extraer del sistema de biorreactores (100) una corriente de purga (40) que comprende una bacteria;

d. introducir al menos una parte de la corriente de permeado (50) en un separador de alta presión (60);

e. introducir al menos una parte de la corriente de purga (40) en un separador de baja presión (70);

en donde dicho proceso comprende además (i) extraer, del separador de baja presión (70), una corriente superior (62) del separador de baja presión enriquecida en un producto de fermentación deseado, con respecto a la corriente de purga (40); y (ii) extraer, del separador de alta presión (60), una corriente superior (68) del separador de alta presión y una corriente inferior (52) del separador de alta presión, en donde la corriente superior (68) del separador de alta presión está enriquecida en el producto de fermentación deseado.

2. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además, mezclar al menos una segunda parte (50") de la corriente de permeado (50) con la corriente de purga (40) para proporcionar una corriente combinada e introducir al menos una parte de la corriente combinada en el separador de baja presión (70).

3. El proceso de la reivindicación 1, en donde el separador de alta presión (60) y el separador de baja presión (70) son una columna de destilación de alta presión y una columna de destilación de baja presión, respectivamente.

4. El proceso de la reivindicación 1, en donde el separador de alta presión (60) tiene una presión absoluta en el intervalo de aproximadamente 150 kPa a aproximadamente 650 kPa.

5. El proceso de la reivindicación 1, en donde el separador de baja presión (70) tiene una presión de vacío.

6. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además extraer, a partir del separador de baja presión (70), una corriente inferior (64) del separador de baja presión.

7. El proceso de la reivindicación 1, en donde uno o más de (i) la corriente superior (62) del separador de baja presión, además de una parte de reflujo de la corriente superior (63) del separador de baja presión, se separan de una corriente de salida de vapor (67) del separador de baja presión extraída del separador de baja presión (70), (Ii) la corriente inferior (64) del separador de baja presión, además de una parte del calentador (69) del separador de baja presión, se separan de una corriente de salida de líquido (71) del separador de baja presión extraída del separador de baja presión (70), (iii) la corriente superior (68) del separador de alta presión, además de una parte de reflujo de la corriente superior (79) del separador de alta presión, se separan de una corriente de salida de vapor (81) del separador de alta presión extraída del separador de alta presión (60), y (iv) la corriente inferior (52) del separador de alta presión, además de una parte llevada a ebullición del separador de alta presión, se separan de una corriente de salida de líquido (87) del separador de alta presión extraída del separador de alta presión (60).

8. El proceso de la reivindicación 7, en donde una o más de (i) la corriente de salida de vapor (67) del separador de baja presión se introduce en un condensador (65) del separador de baja presión para condensar al menos una parte del mismo, devolver la parte de reflujo de la corriente superior (63) del separador de baja presión al separador de baja presión (70) y recuperar el calor del condensador (89) del separador de baja presión, (ii) la corriente de salida de líquido (71) del separador de baja presión se introduce en un calderín (45) del separador de baja presión para vaporizar al menos una parte del mismo, devolver una parte de reflujo de líquido (69) del separador de baja presión al separador de baja presión (70) y consumir el calor del calderín (96) del separador de baja presión, (iii) la corriente de salida de vapor (81) del separador de alta presión se introduce en un condensador (75) del separador de alta presión para condensar al menos una parte del mismo, devolver la parte de reflujo de la corriente superior (79) del separador de alta presión al separador de alta presión (60) y recuperar el calor del condensador (98) del separador de alta presión, y (iv) la corriente de salida del líquido (87) del separador de alta presión se introduce en un calderín (85) del separador de alta presión para vaporizar al menos una parte del mismo, devolver una parte de reflujo de líquido (83) del separador de alta presión al separador de alta presión (60) y consumir el calor del calderín (99) del separador de alta presión.

9. El proceso de la reivindicación 8, en donde al menos una parte del calor del condensador (98) del separador de alta presión se consume como calor del calderín (96) del separador de baja presión.

10. El proceso de la reivindicación 8, en donde la corriente de salida de líquido (71) del separador de baja presión se introduce en un calderín (45) del separador de baja presión para vaporizar partes del mismo, devolver la parte de reflujo de líquido (69) del separador de baja presión al separador de baja presión (70) y consumir el calor del calderín (96) del separador de baja presión.

11. El proceso de la reivindicación 1, en donde el sustrato es un sustrato que contiene C1, la bacteria es una bacteria fijadora de C1, y el al menos un producto de fermentación se selecciona del grupo que consiste en etanol, isopropanol y mezclas de los mismos.

12. El proceso de la reivindicación 2, que comprende además (i) extraer, del separador de baja presión (70), una corriente superior (62) del separador de baja presión enriquecida en un producto de fermentación deseado, con respecto a la corriente de purga (40); y (ii) extraer, del separador de alta presión (60), una corriente superior (68) del separador de alta presión y una corriente inferior (52) del separador de alta presión, en donde la corriente superior (68) del separador de alta presión está enriquecida en el producto de fermentación deseado.

13. El proceso de la reivindicación 12, en donde la corriente superior (62) del separador de baja presión comprende el producto de fermentación deseado separado tanto de la segunda parte (50") de la corriente de permeado (50) como de la corriente de purga (40).