MX2014000133A - Proceso para fermentacion de gas de sintesis. - Google Patents

Proceso para fermentacion de gas de sintesis.

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Abstract

Se proporciona un proceso para fermentar gas de sintesis que es efeclivo para reducir una cantidad de tiempo necesaria para inocular un reactor principal. El proceso incluye propagar un cultivo de bacterias acetogénicas para proporcionar un inóculo para un reactor principal y fermentar gas de síntesis en el reactor principal.

Description

PROCESO PARA FERMENTACIÓN DE GAS DE SÍNTESIS CAMPO DE LA INVENCION Se proporciona un proceso para fermentación de gas de síntesis. Más específicamente, el proceso incluye propagar un cultivo efectivo para usar como un inoculo para un reactor principal y fermentar gas de síntesis en el reactor principal.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los microorganismos anaeróbicos pueden producir etanol de monóxido de carbono (CO) a través de la fermentación de sustratos gaseosos. Las fermentaciones gue usan microorganismos anaeróbicos del género Clostridíum producen etanol y otros productos útiles. Por ejemplo, la Patente de E.U.A. No. 5,173,429 describe Clostridíum ljungdahlii ATCC No. 49587, un microorganismo anaeróbico que produce etano y acetato de gas de síntesis. La Patente de E.U.A. No. 5,807,722 describe y un método y aparato para convertir gases residuales en ácidos orgánicos y alcoholes usando Clostridíum ljungdahlii ATCC No. 55380. La Patente de E.U.A. No. 6,136,577 describe y método y aparato para convertir gases residuales en etanol usando Clostridíum ljungdahlii ATCC No. 55988 y 55989.
El CO se proporciona frecuentemente a la fermentación como parte de un sustrato gaseoso en la forma de un gas de síntesis. La gasificación de los materiales carbónicos para producir gas pobre o gas de síntesis o gas de síntesis que incluye monóxido de carbono e hidrógeno es bien conocido en la técnica. Típicamente, esté proceso de gasificación implica una oxidación parcial u oxidación escasa de aire del material carbónico en la cual una cantidad sub-estequiométrica de oxígeno se suministra al proceso de gasificación para primer la producción de monóxido de carbono como se describe en la WO 2009/154788.
El proceso de fermentación con bacterias acetogénicas puede incluir uno o más reactores de sembrado, uno o más reactores de crecimiento y al menos un reactor principal. Las bacterias acetogénicas se hacen crecer normalmente hasta una cierta densidad celular en un reactor de sembrado. El reactor de sembrado se usa entonces para inocular un termentador de crecimiento. El termentador de crecimiento usualmente será de un tamaño más grande que el reactor de sembrado. Las bacterias acetogénicas¦ en el reactor de crecimiento se hacen crecer entonces hasta una densidad celular deseada. El reactor de crecimiento pueden entonces usarse para inocular otro reactor de crecimiento más grande o puede usarse para inocular un reactor principal. El reactor principal será de un tamaño más grande que el reactor de crecimiento. En vista de este proceso, inocular un reactor principal partiendo de un reactor de sembrado requiere tiempo. Además, si el reactor de crecimiento falla, el proceso necesita reiniciarse, lo que requiere aún más tiempo.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Se proporciona un proceso para fermentar gas de síntesis que es efectivo para reducir una cantidad de tiempo necesaria para inocular un reactor principal. En este aspecto, el tiempo total desde la . inoculación de un reactor de alimentación a la inoculación de un reactor principal se reduce. El proceso también proporciona reinicios más rápidos en el evento de falla del reactor.
En un aspecto, se proporciona un proceso para fermentar gas de síntesis que incluye propagar un cultivo de bacterias acetogénicas efectivo para inocular un reactor principal. La propagación incluye: i) inocular un primer cultivo de bacterias acetogénicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable mínima, y ii) hacer crecer el cultivo de bacterias acetogénicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad celular objetivo del pre-reactor. La propagación puede describirse además por las siguientes ecuaciones: (a) en donde, si (la densidad celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicado por (un volumen del pre-reactor ÷' un volumen del pre-reactor que se transfiere)) es mayor que o igual a una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en el reactor principal, o (b) si (la densidad celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicada por (un volumen del pre-reactor ÷ un volumen del pre-reactor que se transfiere) ) es menor que una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor a un pre-reactor posterior en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en el pre-reactor posterior. La Etapa ii se repite hasta que el volumen del pre-reactor se transfiere al reactor principal. La' fermentación del gas de síntesis se conduce entonces en el reactor principal.
En un aspecto, se proporciona un proceso para fermentar gas de síntesis que incluye propagar un cultivo de bacterias acetogénicas efectivo para inocular un reactor principal. La propagación incluye: i) inocular un primer cultivo de bacterias acetogénicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable mínima, y ii) hacer crecer el cultivo de bacterias acetogénicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad celular objetivo del pre-reactor. La propagación puede describirse además por las siguientes ecuaciones: (a) en donde, si (la densidad celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicada por (un volumen del pre-reactor ÷ un volumen del pre-reactor que se transfiere) ) es mayor que o igual a una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en el reactor principal, o (b) si (la densidad celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicada por (un volumen del pre-reactor ÷ un volumen del pre-reactor que se transfiere) ) es menor que una densidad celular viable mínima, ajusfar el volumen del reactor principal y transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en el reactor principal, e incrementar el volumen del reactor principal mientras se mantiene una densidad celular viable mínima. La fermentación del gas de síntesis se conduce entonces en el reactor principal.
En otro aspecto, se proporciona un proceso para iniciar un termentador principal para la fermentación del gas de síntesis. El proceso incluye inocular un primer cultivo de bacterias acetogénicas en un reactor de alimentación para proporcionar una densidad celular viable inicial mínima en el reactor de alimentación de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro. El cultivo de bacterias acetogénicas se hace crecer con gas de síntesis para proporcionar una densidad celular en el reactor de alimentación de al menos alrededor de 5 gramos por litro. Ün primer reactor de crecimiento se inocula con un inoculo del reactor de alimentación en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor de crecimiento de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro. El cultivo se hace crecer con gas de síntesis para proporcionar una densidad celular en el primer reactor de crecimiento de al menos alrededor de 5 gramos por litro. Un segundo reactor de crecimiento se inocula con un inoculo del primer reactor de crecimiento en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor de crecimiento de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro. El cultivo se hace crecer con gas de síntesis para proporcionar una densidad celular en el segundo reactor de crecimiento de al menos alrededor de 5 gramos por litro. Un fermentador principal se inocula con un inoculo del segundo reactor de crecimiento en una cantidad- efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor principal de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Lo anterior y otros aspectos, características -y ventajas de varios aspectos del proceso serán más aparentes a partir de la siguiente figura.
La Figura 1 ilustra un proceso para fermentar gas de síntesis.
Los caracteres de referencia correspondientes indican componentes correspondientes a través de varias vistas de los dibujos. Los técnicos expertos apreciarán gue los elementos en las figuras se ilustran para simplicidad y claridad y no necesariamente se han dibujado a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos en las figuras puede ser exageradas con relación a otros elementos para ayudar a mejorar el entendimiento de varios aspectos del proceso y aparato actual. También, los elementos comunes pero bien entendidos que son útiles o necesarios en aspectos comercialmente posibles, a menudo no se describen con objeto de facilitar una vista menos obstruida de estos diversos aspectos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción no es para tomarse en un sentido limitante, sino se hace únicamente para el propósito de describir los principios generales de las modalidades ejemplares. El alcance de la invención se determinará con referencia a las reivindicaciones.
Se proporciona una serie de uno o más prereactores que son efectivos para proporcionar rápidamente un inoculo a un reactor principal. El uno o más. pre-reactores y el reactor principal se conectan operativamente para permitir la transferencia de cultivo. Cada uno del uno o más prereactores se inocula con una densidad celular viable mínima y luego se hace crecer para proporcionar una densidad celular objetivo para la inoculación posterior. Un volumen de alrededor de 25% hasta alrededor de 75% de cualquier pre-reactor se transfiere a un reactor posterior. El volumen restante se mantiene y puede usarse para re-inoculación en caso de que cualquier reactor posterior falle.
Definiciones A menos que se defina de otra manera, los siguientes términos como se usan · por toda esta especificación para la presente descripción se definen como sigue y pueden incluir ya sea las formas singulares o plurales de las definiciones definidas a continuación: El término "aproximadamente" que modifica cualquier cantidad se refiere a la variación en que la cantidad se encuentra en las condiciones del mundo real, por ejemplo, en el laboratorio, planta piloto o instalación de producción. Por ejemplo, una cantidad de un ingrediente o medición empleados en una mezcla o cantidad cuando se modifica por "aproximadamente" incluye la variación y grado de cuidado empleado típicamente en la medición de una condición experimental en la planta de producción o laboratorio. Por ejemplo, la cantidad de un componente de un producto cuando se modifica por "aproximadamente" incluye la variación entre lotes en múltiples experimentos en la planta o laboratorio y la variación inherente el método analítico. Si se modifica o no por "aproximadamente," las cantidades incluyen equivalentes a aquellas cantidades. Cualquier cantidad establecida en la presente y modificada por "aproximadamente" también se puede emplear en la presente descripción como la cantidad no modificada por "aproximadamente".
"Material carbónico" como se usa en la presente se refiere a un material rico en carbón tal como carbón mineral, y petroquímicos . Sin embargo, en esta especificación, el material carbónico incluye cualquier material de carbón ya sea en estado sólido, líquido, gas o en plasma. Entre los numerosos artículos que se pueden considerar material carbónico, la presente descripción contempla: material carbónico, producto líquido carbónico, reciclado de líquido industrial carbónico, residuo sólido municipal carbónico (MSW o msw) , residuo urbano carbónico, material agrícola carbónico, material forestal carbónico, residuo de madera carbónico, material de . construcción carbónico, material vegetal carbónico, residuo industrial carbónico, residuo de fermentación carbónico, co-productos petroquímicos carbónicos, co-productos de producción de alcohol carbónico, carbón mineral carbónico, llantas, plásticos, plástico residual, alquitrán de horno de coque, fibersoft, lignina, licor negro, polímeros, polímeros residuales, polietilen tereftalato (PETA) , poliestireno (PS) , lodo de alcantarilla, residuo de animales, residuos . de cultivo, cultivos energéticos, residuos de procesamiento de bosques,, residuos de procesamiento de madera, residuos de ganado, residuos de aves de corral, residuos de procesamiento de alimentos, residuos de proceso fermentativos, co-productos de etanol, bagazo, microorganismos agotados o sus combinaciones.
El término "fibersoft" o "Fibersoft" o "fibrosoft" o "fibrousoft" significa un tipo de material carbónico que se produce como resultado del ablandamiento y concentración de varias sustancias; en un ejemplo se produce material carbónico a través de autoclave de vapor de varias sustancias. En otro ejemplo, el fibersoft puede incluir autoclave de vapor de residuos municipales, industriales, comerciales y médicos que dan por resultado un material blando fibroso.
El término "residuos sólidos municipales" o "MSW" o "msw" significa residuos que pueden incluir residuos domésticos, comerciales, industriales y/o residuales.
El término "gas de síntesis" o "syngas" significa gas de síntesis que es el nombre dado a una mezcla de gas que contiene grandes cantidades de monóxido de carbono e hidrógeno. Ejemplos de' métodos de producción incluyen reformación de vapor del gas natural o hidrocarburos para producir hidrógeno, la gasificación de carbón mineral y en algunos tipos de instalaciones de gasificación de residuo energía. El nombre proviene de su uso como intermediarios en la creación de gas natural sintético (SNG) y para producir amoniaco o metanol. El gas de síntesis comprende el uso común intermediario en la producción de petróleo sintético para el uso común combustible o lubricante a través de la síntesis de Fischer-Tropsch y previamente el proceso de metanol a gasolina Mobil. El gas de síntesis consiste principalmente de hidrógeno, monóxido de carbono, y algún dióxido de carbono, y tiene menos de la mitad de densidad de energía (es decir, contenido BTÜ) de gas natural. El gas de síntesis es combustible y se usa frecuentemente como una fuente de combustible o como un intermediario para la producción de otros químicos.
Los términos "fermentación", "proceso de fermentación" o "reacción de fermentación" y similares se proponen para abarcar tanto la fase de crecimiento como la fase de biosíntesis del producto del proceso. En un aspecto, la fermentación se refiere a la conversión de CO a alcohol.
Diseño del Pre-Reactor De acuerdo con el proceso, un cultivo de bacterias acetogénicas se inocula en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular mínima. En este aspecto, el pre-reactor puede ser uno o más reactores de alimentación y uno o más reactores de crecimiento. El reactor de alimentación puede tener un volumen de alrededor de 500 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 400 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 300 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 200 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 100 litros o menos, y en otro aspecto, alrededor de 50 litros o menos. Los reactores de crecimiento pueden tener un volumen de alrededor de 250,000 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 150,000 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 100,000 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 50,000 litros o menos, en otro aspecto, alrededor de 10,000 litros o menos, y en otro aspecto, alrededor de 1,000 litros o menos. Como se usa en la presente, "volumen" se refiere a un volumen trabajado líquido no gasificado.
El reactor de alimentación puede suministrarse con gas de síntesis, incluyendo por ejemplo gas de síntesis embotellado. En este aspecto, usando un reactor de alimentación que tiene un volumen de 500 litros o menos se permite que el reactor de alimentación sea suministrado con gas de síntesis embotellado. El uso de gas de síntesis embotellado puede ser importante- si un suministro de gas de síntesis desde un proceso de gasificación no está disponible. Las composiciones de gas de síntesis útiles se describe en la presente. En un aspecto, los pre-reactores pueden suministrarse con gas reciclado del reactor principal.
El cultivo en el reactor de alimentación se hace crecer hasta una densidad celular objetivo del pre-reactor y un volumen del reactor de alimentación se usa para inocular un pre-reactor posterior que tiene un volumen más grande que el reactor de alimentación. En este aspecto, el segundo pre-reactor puede ser uno o más reactores de crecimiento. En un aspecto importante, el proceso utiliza al menos dos reactores de crecimiento, en otro aspecto, al menos tres reactores de crecimiento, y en otro aspecto al menos cuatro reactores de crecimiento.
Un aspecto de un proceso para fermentación de gas de síntesis se ilustra generalmente en la Figura 1. En este aspecto, el proceso incluye un reactor de alimentación 100, un primer reactor de crecimiento 200, un segundo reactor de crecimiento 300, y un reactor principal 400. Cada reactor puede suministrarse con gas de síntesis a través de un suministro de gas.500.. Los nutrientes pueden suministrarse a cada reactor a través del suministro de nutrientes 600. Cada reactor puede incluir un agitator 150 y al menos un impulsor 250. Medio de cada reactor puede asentarse en un enfriador/intercambiador de calor 550 y el medio de enfriamiento puede reciclarse al recipiente reactor. Medio de un reactor puede transferirse al siguiente reactor a través de una tubería de transferencia 700.
Medio de cada reactor puede asentarse en un filtro de reciclado 350. Las células concentradas 425 pueden regresarse al recipiente reactor y el permeado 450 puede asentarse para procesamiento adicional. El procesamiento adicional puede incluir separación del producto deseado tal como por ejemplo etanol, ácido acético y butanol .
Operación del Pre-Reactor La operación del pre-reactór permite un inicio rápido para la inoculación del reactor principal. En este aspecto, el tiempo desde la inoculación de un primer pre-reactor a la inoculación de un reactor principal es alrededor de 20 días o menos, en otro aspecto, alrededor de 15 días o menos, y en otro aspecto, alrededor de 10 días o menos. El proceso también permite una recuperación más rápida si cualquiera de los pre-reactores falla.
De acuerdo con el proceso, un cultivo de bacterias acetogénicas se inocula en un pre-reactor o reactor de alimentación para proporcionar una densidad celular mínima. Como se usa en la 'presente, "densidad celular mínima" significa una densidad celular viable de al menos alrededor de 0.1 gramos por litro, en otro aspecto, al menos alrededor de 0.2 gramos por litro, en otro aspecto, al menos alrededor de 0.3 gramos por litro, en otro aspecto, al menos alrededor de 0. gramos por litro, y en otro aspecto, al menos alrededor de 0.5 gramos por litro. La densidad celular mínima no excederá alrededor de 1.2 gramos por litro. En otro aspecto, el primer cultivo usado para inocular un pre-reactor o reactor de alimentación tiene un pH de 6.5 o menos, en otro aspecto 4.5 o menos, -y en otro aspecto, alrededor de 4.0 hasta alrededor de 4.5. El primer cultivo usado para inocular un pre-reactor o reactor de alimentación tiene una concentración de ácido acético de alrededor de 10 gramos por litro o menos, en otro aspecto, alrededor de 1 hasta alrededor de 10 gramos por litro, en otro aspecto, alrededor de 1 hasta alrededor de 5 gramos por litro, en otro aspecto, alrededor de 1 hasta alrededor de 3 gramos por litro, y en otro aspecto, alrededor de 2 gramos por litro.
Las bacterias acetogénicas se hacen crecer en el pre-reactor hasta que se alcanza una densidad celular objetivo. Como se usa en la presente, "densidad celular objetivo de pre-reactor" significa una densidad celular viable de al menos alrededor de 5 gramos por litro, en otro aspecto, al menos alrededor de 10 gramos por litro, en otro aspecto, al menos alrededor de 15 gramos por litro, y en otro aspecto, al menos alrededor de 20 gramos por litro. La densidad celular objetivo del pre-reactor generalmente no excederá alrededor de 50 gramos por litro. En otro aspecto, la densidad celular objetivo del pre-reactor es .alrededor de 12 hasta alrededor de 15 gramos por litro, y en otro aspecto, alrededor de 20 hasta alrededor de 24 gramos por litro.
En un aspecto, cada pre-reactor posterior tiene un volumen más grande que su pre-reactor precedente. De acuerdo con este proceso, una relación en volumen del volumen del pre-reactor transferido a un pre-reactor posterior o reactor principal es alrededor de 0.02 hasta alrededor de 0.5, y en otro aspecto, alrededor de 0.02 hasta alrededor de 0.2. En otro aspecto, alrededor de 20 hasta alrededor de 75% de un volumen de un pre-reactor se usa para inocular un pre-reactor posterior o reactor principal. Otros volúmenes de reactor que pueden transferirse incluyen alrededor de 30 hasta alrededor de 70%, alrededor de 40 hasta alrededor de 60%, y alrededor de 45 hasta alrededor de 55%. En este aspecto, mantener un volumen permite una recuperación más rápida si un reactor posterior falla. Como se usa en la presente, "falla del reactor" se refiere a una condición donde las conversiones de gas no toman lugar y las células parecen visualmente muertas después de la evaluación por microscopio. En este aspecto, una vez que ocurre la falla del reactor, el reactor puede reinocularse dentro de 24 horas.
Una vez que se alcanza una densidad celular objetivo en un pre-reactor, las etapas posteriores en el proceso pueden describirse como sigue: (densidad celular objetivo del pre-reactor) x (volumen del pre-reactor) : : ~ = densidad (volumen de pre-reactor) (volumen de reactor principal) x ' celular volumen de transferencia de pre-reactor) viable entonces un volumen del pre-reactor se transfiere a un reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular mínima en el reactor principal; o (densidad celular objetivo del pre-reactor) (volumen del pre-reactor) si = densidad celular viable entonces un volumen del pre-reactor se transfiere a un pre-reactor posterior en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular mínima en el reactor principal. Esta etapa de transferir desde un pre-reactor a otro puede repetirse hasta la transferencia a un reactor principal.
En otro aspecto, una vez que se alcanza la densidad celular objetivo en un pre-reactor, las etapas posteriores en el proceso pueden describirse' como sigue: (densidad celular objetivo del pre-reactor) x (volumen del pre-reactor) = densidad (volumen de pre-reactor) (volumen de reactor principal) x celular volumen de transferencia de pre-reactor) viable entonces un volumen del pre-reactor se transfiere a un reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular mínima en el reactor principal; o (densidad celular objetivo del pre-reactor) x (volumen del pre-reactor) = densidad celular viable entonces un volumen del reactor principal puede ajustarse y un volumen del pre-reactor puede transferirse en una cantidad para proporcionar una densidad celular viable mínima en el reactor principal. El volumen del reactor principal se incrementa entonces con el tiempo hasta un volumen deseado mientras se mantiene una densidad celular viable mínima.
Cada reactor puede operarse en una manera efectiva para maximizar el crecimiento celular y mantener la salud del cultivo. En un aspecto, el medio usado en cada reactor puede ser el mismo o diferente. Los ejemplos de medios apropiados incluyen aquellos descritos en la Patente E.U.A. No. 7,285,402, PCT/US2009/001522, y Solicitudes Provisionales de E.U.A. Nos. 61/458,899, 61/458,903, y 61/458,976, todas presentadas el 3 de . diciembre de 2010, y todas las cuales se incorporan en su totalidad en la presente para referencia. Los niveles de concentración más altos de una o más vitaminas pueden usarse durante la fase de crecimiento.
En un aspecto, un reactor de alimentación puede inocularse con alrededor de 0.3 hasta alrededor de 0.7 gramos de células por litro. Puede burbujearse gas de síntesis en el reactor de alimentación a una velocidad de alrededor de 0.5 hasta alrededor de 2.0 litros por minuto, en otro aspecto, alrededor de 0.75 hasta alrededor de 1.25 litros por minuto. La agitación inicial se conduce a alrededor de 10 hasta alrededor de 40 de potencia de agitación completa. Las velocidades de agitación pueden incrementarse hasta potencia completa durante una hora. Por ejemplo, las velocidades de agitación pueden incrementarse desde alrededor de 100 hasta alrededor de 1000 rpm para reactores más pequeños, y los incrementos pueden ser correspondientemente menores para reactores más grandes.
Bacterias acetogénicas En un aspecto, los microorganismos utilizados incluyen bacterias acetogénicas. Los ejemplos de bacterias acetogénicas útiles incluyen aquellas del género Clostridium, tales como cepas de Clostridium ljungdahlii, incluyendo aquellas descritas en WO 2000/68407, EP 117309, Patentes de E.U.A. Nos. 5,173,429, 5,593,886 y 6,368,819, WO 1998/00558 y WO 2002/08438, cepas de Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 y DSM 19630 ' de DSMZ, Alemania) incluyendo aquellas descritas en WO 2007/117157 y WO 2009/151342 y Clostridium ragsdalei (Pll, ATCC BAA-622) y Alkalibaculum bacchi (CP11, ATCC BAA-1772) incluyendo aquellas, descritas repectivamente en la Patente de E.U.A. No. 7,704,723 y "Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas", Hasan Atiyeh, presentada en Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, 29 abril 2010 y Clostridium carboxidivorans (ATCC PTA-7827) descrita en el Solicitud de Patente E.U.A. No. 2007/0276447. Otros microorganismos apropiados incluyen aquellos de los géneros Moorella, incluyendo Moorella sp. HUC22-1, y aquellos de los géneros Carboxydothermus . Cada una de estas referencias se incorpora en la presente para referencia. Pueden usarse los cultivos mezclados de dos o más microorganismos.
Algunos ejemplos de bacterias útiles incluyen Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta , Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus , Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostrídium acetobutylicúm, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemania) , Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemania), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA-10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587'), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemania), Clostridium ragsdali Pll (ATCC BAA-622) , Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, . Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii , Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus, Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de las mismas.
Gas de síntesis El gas de síntesis puede proporcionarse de cualquier fuente conocida. En un aspecto, el gas de síntesis puede ser originado de la gasificación de materiales carbónicos. La gasificación involucra la combustión parcial de biomasa en un suministro restringido de oxígeno. El gas resultante incluye principalmente CO y H2. En este aspecto, el gas de síntesis contendrá al menos alrededor de 10 % mol de CO, en un aspecto, al menos alrededor de 20 % mol, en un aspecto, alrededor de 10 hasta alrededor de 100 % mol^ en otro aspecto, alrededor de 20 hasta alrededor de 100 % mol de CO, en otro aspecto, alrededor dé 30 hasta alrededor de 90 % mol de CO, en otro aspecto, alrededor de 40 hasta alrededor de 80 % mol de CO, y en otro aspecto, alrededor de 50 hasta alrededor de 70 % mol¦ de CO. El gas de síntesis tendrá una relación molar CO/C02 de al menos alrededor de 0.75. Algunos ejemplos de métodos de gasificación y aparatos apropiados se proporcionan en los Números de Serie E.U.A. 61/516,667, 61/516,704 y 61/516,646, todos los cuales se presentaron el 6 de abril de 2011, y todos los cuales se incorporan en la presente para referencia.
En otro aspecto, el gas de síntesis utilizado para propagar bacterias acetogénicas puede ser sustancialmente CO. Como se usa en la presente, "sustancialmente CO" significa al menos alrededor de 50 % mol de CO, en otro aspecto, al menos alrededor de 60 % mol de CO, en otro aspecto, al menos alrededor de 70 % mol de CO, en otro aspecto, al menos alrededor de 80 % mol de CO, y en otro aspecto, al menos alrededor de 90 % mol de CO.
EJEMPLO 1: Inicio con dos reactores de crecimiento Un fermentador de alimentación (90 litros) se inocula con Clostridium ljungdahlii. El gas de síntesis se fermentó hasta que se obtiene una densidad celular de alrededor de 12 gramos/litro. La mitad del fermentador de alimentación (alrededor de 45 litros) se usa para inocular un primer reactor de crecimiento para proporcionar un volumen total en el primer reactor de crecimiento de alrededor de 1390 litros y una densidad celular de partida de alrededor de 0.38 gramos por litro. El gas de síntesis se fermenta por 140 horas desde el momento de la inoculación para proporcionar una densidad celular de alrededor de 12 gramos por litro. El cultivo del primer reactor de crecimiento (alrededor de 703 litros) se usa para inocular un segundo reactor de crecimiento para proporcionar un volumen total en el segundo reactor de crecimiento de alrededor de 22200 litros y una densidad celular de alrededor de 0.38 gramos por litro. El gas de síntesis se fermenta por, 140 horas desde el momento de la inoculación para proporcionar una densidad celular de alrededor de 12 gramos por litro. El cultivo del segundo reactor de crecimiento (alrededor de 12,000 litros) se usa para inocular el reactor principal para proporcionar un volumen total en el reactor principal de alrededor de 350,000 hasta 400,000 litros y una densidad celular de alrededor de 0.40 gramos por litro. El tiempo transcurrido total desde la inoculación del primer reactor . de crecimiento a la inoculación del reactor principal es 11.7 días.
EJEMPLO 2: Inicio con Reactor de alimentación y Un reactor de crecimiento Un fermentador de alimentación (alrededor de 1600 litros) se inocula con Clostridium Ijungdahlií . El gas de síntesis se fermentó hasta que se obtiene una densidad celular de alrededor de 12 gramos/litro. La mitad del termentador de alimentación (alrededor de 700 litros) se usa para inocular un primer reactor de crecimiento para proporcionar un volumen total en el primer reactor de crecimiento de alrededor de 2250 litros y una densidad celular de partida de alrededor de 0.38 gramos por litro. El gas de síntesis se fermenta por 140 horas desde el momento de la inoculación para proporcionar una densidad celular de alrededor de 12 gramos por litro. El cultivo del primer reactor de crecimiento (alrededor de 11,000 litros) se usa para inocular un reactor principal para proporcionar un volumen total en el reactor principal de alrededor de 350,000 hasta alrededor de 400,000 litros y una densidad celular de alrededor de 0.38 gramos por litro. El tiempo transcurrido total desde la inoculación del primer reactor de crecimiento a la inoculación del reactor principal es 9.2 días.
Aunque la invención descrita en la presente se ha descrito por medio de modalidades específicas, ejemplos y aplicaciones de los mismos, podrán hacerse numerosas modificaciones y variaciones a esto por aquellos expertos en el campo sin salirse del alcance de la invención establecida en las reivindicaciones.

Claims (27)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un proceso para fermentar gas de síntesis, caracterizado porque comprende propagar un cultivo de bacterias acetogénicas efectivo para inocular un reactor principal, la propagación incluye, i) inocular un primer cultivo de bacterias acetogénicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable mínima, ii) hacer crecer el cultivo de bacterias acetogénicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad celular objetivo del pre-reactor, (a) en donde, si (la densidad celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicada por (un volumen del pre-reactor ÷ un volumen del pre-reactor que se transfiere) ) es mayor que o igual a una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en el reactor principal, o (b) si (la densidad celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicada por (un volumen del pre-reactor ÷ un volumen del pre-reactor que se transfiere) ) es menor que una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor a un pre-reactor posterior en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en un pre-reactor posterior, y iii) repetir la etapa ii hasta que un volumen de pre-reactor se transfiera al reactor principal.
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la densidad celular viable mínima es al menos alrededor de 0.2 gramos por litro.
3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la densidad celular objetivo del pre-reactor es al menos alrededor de 5 gramos por litro.
4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque alrededor del 25% hasta alrededor de 75% de un volumen de un pre-reactor se usa para inocular un pre-reactor posterior o reactor principal.
5. El proceso dé conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una relación en volumen del volumen del pre-reactor transferido a un volumen de pre-reactor posterior o volumen de reactor principal es alrededor de 0.02 hasta alrededor de 0.5.
6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque l gas de síntesis tiene una relación molar CO/C02 de al menos alrededor de 0.75.
7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porqué el primer cultivo tiene un pH de 6.5 o menos y una concentración de ácido acético de 10 gramos por litro o menos .
8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas de síntesis tiene alrededor de 20 hasta alrededor de 100 % mol de CO.
9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas de síntesis usado para propagar bacterias acetogénicas es sustancialmente CO.
10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las bacterias acetogénicas se seleccionan del grupo que consiste de Acetogenium kivuí, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium acetícum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium. acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania) , Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemania) , Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA-10522) , Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum . (DSM 525 de DSMZ Alemania), Clostridium ragsdali ¦ Pll (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Methanosareina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetíca, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus , Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de las mismas.
11. Un proceso para fermentar gas de síntesis, caracterizado porque comprende propagar un cultivo de bacterias acetogénicas efectivo para inocular un reactor de fermentación principal, la propagación incluye, i) inocular un primer cultivo de bacterias acetogénicas en un pre-reactor para proporcionar una densidad celular viable mínima, ii) hacer crecer el cultivo de bacterias acetogénicas en el pre-reactor para proporcionar una densidad celular objetivo del pre-reactor, (a) en donde, si (la densidad celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicada por dos) es mayor que o igual a una densidad celular viable mínima, transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en el reactor principal, o (b) si (la densidad' celular objetivo del pre-reactor multiplicada por el volumen del pre-reactor) ÷ (un volumen del reactor principal multiplicada por dos) es menor que una densidad celular viable mínima, ajustar el volumen del reactor principal y transferir un volumen del pre-reactor al reactor principal . en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular viable mínima en el reactor principal, e incrementar el volumen del reactor principal mientras se mantiene una densidad celular viable mínima.
12. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la dénsidad celular viable mínima es al menos alrededor de 0.2 gramos por litro.
13. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la densidad celular objetivo del pre-reactor es al menos alrededor de 5 gramos por litro.
14. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el gas de síntesis tiene una relación molar CO/CO2 de al menos alrededor de 0.75.
15. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el gas de síntesis tiene alrededor de 20 hasta alrededor de 100 '% mol de CO.
16. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el gas de síntesis usado para propagar bacterias acetogénicas es sustancialmente CO.
17. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primer cultivo tiene un pH de 6.5 o menos y una concentración de ácido acético de 10 gramos por litro o menos.
18. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las bacterias acetogénicas se seleccionan del grupo' que consiste de Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacteríum methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacíficus , Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostrídium acetobutylicum, Clostridium acetobutylícum P262 (DSM 19630 de DS Z Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemania) , Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 de DSMZ Alemania), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA-10522), Clostridium drakei, Clostridium Ijungdahlii PETC. (ATCC 49587), Clostridium Ijungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium Ijungdahlii C-Ol (ATCC 55988), Clostridium Ijungdahlii 0-52 (ATCC 55889) , Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemania) , Clostridium ragsdali Pll (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica , Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii , Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus , Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de las mismas.
19. Un proceso para iniciar un termentador principal para la fermentación del gas de síntesis, el proceso caracterizado porque comprende: inocular un primer cultivo de bacterias acetogénicas en un reactor de alimentación para proporcionar una densidad celular viable inicial mínima en el reactor de alimentación de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro; hacer crecer el cultivo de bacterias acetogénicas con gas de síntesis para proporcionar una densidad celular en el reactor de alimentación de al menos alrededor de 5 gramos por litro; inocular un primer reactor de crecimiento con un inoculo del reactor de alimentación, en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor de crecimiento de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro; hacer crecer el cultivo con gas de síntesis para proporcionar una densidad celular en el primer reactor de crecimiento de al menos alrededor de 5 gramos por litro; inocular un segundo reactor de crecimiento con un inoculo del primer reactor de crecimiento en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor de crecimiento de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro; hacer crecer el cultivo con gas de síntesis para proporcionar una densidad celular en el segundo reactor de crecimiento de al menos alrededor de 5 gramos por litro; e inocular un termentador principal con un inoculo del segundo reactor de crecimiento en una cantidad efectiva para proporcionar una densidad celular en el reactor principal de al menos alrededor de 0.2 gramos por litro.
20. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el primer cultivo tiene un pH de 6.5 o menos y una concentración de ácido acético de 10 gramos por litro o menos.
21. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque alrededor de 25% hasta alrededor de 75% de un volumen del reactor de alimentación se inocula en el primer reactor de crecimiento, alrededor de 25% hasta alrededor de 75% de un volumen del primer reactor de crecimiento se inocula en el' segundo reactor de crecimiento, y alrededor de 25% hasta alrededor de 75% de un volumen del segundo reactor de crecimiento se inocula en el termentador principal.
22. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque una relación de volumen del reactor a volumen de un reactor que recibe el inoculo es alrededor de 0.02 hasta alrededor de 0.5.
23. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el reactor de alimentación tiene un volumen de 500 litros o menos'.
24. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el gas de síntesis tiene una relación molar CO/CO2 de al menos alrededor de 0.75.
25. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el gas de síntesis tiene alrededor de 20 hasta alrededor de 100. % mol de CO.
26. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el gas de síntesis usado para propagar bacterias acetogénicas es sustancialmente CO.
27. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque las bacterias acetogénicas se seleccionan del grupo- que consiste de Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacteríum woodii, Alkalíbaculum bacchi CP11 (ATCC BAA-1772), Blautia producía, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans , Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 de DSMZ Alemania) , Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 de DSMZ Alemania) , Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 de DSMZ Alemania), Clostridium autoethanogenum ( DSM 24138 de DSMZ Alemania), Clostridium carboxidivorans P7 (ATCC PTA-7827), Clostridium coskatii (ATCC PTA-10522) , Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988) , Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium agnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 de DSMZ Alemania) , Clostridium ragsdali Pll (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii , Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica , Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus , Thermoanaerobacter kivui, y mezclas de las mismas.
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