MXPA06013654A - Produccion de etanol a partir de residuos biologicos. - Google Patents

Abstract

La invencion proporciona metodos, aparatos, equipos para producir etanol y otros alcoholes. Los metodos incluyen fermentar material organico en una mezcla de fermentacion a un biogas que comprende metano; convertir al menos una porcion del biogas a un gas de sintesis que comprende CO y H2 y poner en contacto al menos una porcion del gas de sintesis con un catalizador para producir alcohol. En algunas modalidades, en la mezcla de fermentacion se incluye un microorganismo que reduce hierro ferrico a hierro ferroso para mejorar la eficiencia de la fermentacion y el rendimiento de alcohol. La invencion tambien proporciona un metodo para producir alcohol que incluye fermentar material organico a un biogas que comprende metano; retirar los compuestos sulfidrilicos del biogas; convertir al menos una porcion del biogas a gas de sintesis que comprende CO y H2 poner en contacto al menos una porcion del gas de sintesis con un catalizador libre de azufre para producir un alcohol practicamente libre de azufre; y purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado esta practicamente libre de azufre y comprende al menos metanol al 5% y al menos C2+ alcoholes al 70% en peso.

Description

PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE RESIDUOS BIOLÓGICOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene como campo los métodos, aparatos, y equipos para fermentar material orgánico para obtener productos de interés comercial.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La eliminación de aguas negras municipales y residuos agrícolas con frecuencia es un proceso costoso. Las aguas negras y los residuos biológicos, tales como por ejemplo, fertilizantes artificiales, con frecuencia se eliminan mediante digestión anaeróbica para convertir el sólido digerible y la materia líquida a un biogás compuesto principalmente de CH y C02. El biogás con frecuencia se quema para evitar la liberación del potente gas metano proveniente de invernadero. Algunas veces, el calor proveniente de la quema del biogás se utiliza, por ejemplo, para calentar edificios o para energizar turbinas y producir electricidad. Aunque el calor y la electricidad son productos de bajo valor, de esta forma usualmente el proceso de eliminación sigue siendo un desperdicio económico neto. Además del fracaso para proporcionar un producto de alto valor, la digestión anaeróbica de las aguas negras y residuos biológicos con frecuencia es más lenta y más incompleta de lo que se podría desear. La digestión microbiana anaeróbica también produce sulfuro de hidrógeno y otros compuestos sulfidrílicos que corroen las tuberías metálicas y los depósitos de fermentación y provocan olores que son desagradables para los vecinos de la planta para tratamiento de residuos. Son necesarios métodos novedosos para la eliminación de aguas negras y otros residuos biológicos u orgánicas. De preferencia, los métodos podrían permitir una conversión más completa y, eficiente de los residuos. De preferencia, los métodos podrían retirar o convertir los compuestos que provocan olores. De preferencia, los métodos podrían proporcionar un producto de mayor valor que los métodos actuales.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención proporciona métodos y aparatos para la producción de alcohol, y en particular etanol, a partir de residuos biológicos tales como por ejemplo, fertilizantes artificiales, aguas negras, y residuos de cosechas, así como también provenientes de otros materiales orgánicos. En los métodos, el material orgánico primero se fermenta mediante microorganismos anaeróbica a un biogás que consiste principalmente en metano y dióxido de carbono.

El biogás luego se convierte a gas de síntesis que consiste principalmente de CO y H2. Esto típicamente se lleva a cabo mediante la reformación con vapor u oxidación parcial del metano. El gas de síntesis (syngas) luego se pone en contacto con un catalizador, tal como por ejemplo, el catalizador de rutenio descrito en la patente de los Estados Unidos No. 4,333,852, que cataliza la condensación de CO y H2 para formar alcohol -alcoholes mezclados típicamente que consisten principalmente de etanol. El alcohol industrial es un producto de alto valor. El mayor mercado para el alcohol industrial es como un combustible o un aditivo para gasolina. En estos usos es conveniente tener una baja concentración de metanol y una alta concentración de etanol y alcoholes C3+ en la mezcla de alcohol. De preferencia, la concentración de metanol es menor al 0.5% y la concentración de etanol es mayor al 60% p/p en la mezcla de alcohol. Los alcoholes producidos mediante los métodos de la presente también son valiosos debido a que contienen cantidades significativas de alcoholes C3+. Los alcoholes C3+ aumentan el octanaje de combustibles y tienen más valor que el etanol. Los inventores han encontrado que el rendimiento de biogás en la fermentación se puede aumentar al incluir un microorganismo en la mezcla de fermentación que utiliza Fe3+ como un aceptor electrónico terminal, reduciéndolo a Fe2+, y que convierte sustratos orgánicos, tales como por ejemplo, el etanol formado por levaduras, a ácidos volátiles, incluyendo ácido acético y típicamente ácido propiónico y butírico, así como también, potencialmente ácido fórmico. Los microorganismo reductores de hierro aumentan el rendimiento de metano y C02. Aunque no se desea estar vinculados por la teoría, los inventores creen que esto es debido a que los ácidos, y las formas de microorganismos reductores de hierro son sustratos eficientes para microorganismos metanogénicos en la mezcla de fermentación. Al mejorar el rendimiento de metano, la inclusión de microorganismos reductores de hierro también mejora el rendimiento de alcohol en el proceso total. Un microorganismo reductor de hierro preferido es ATCC 55339, descrito en las patentes de los Estados Unidos No. 5,543,049, 5,620,893 y 5,667,673. Otra ventaja de incluir el microorganismo reductor de hierro en la mezcla de fermentación es que éste puede eliminar los compuestos que provocan olor. El microorganismo reductor de hierro convierte el Fe3+ relativamente insoluble al Fe2+ más soluble. El Fe2+ une los grupos sulfidrílicos y precipita los compuestos que contienen los sulfidrílos que son los constituyentes de los compuestos que provocan olor. Los sulfidrilos también se pueden eliminar al agregar otros cationes metálicos, sin agregar necesariamente un microorganismo reductor de hierro. Los inventores también han descubierto que en algunas modalidades, la conducción de la fermentación en el paso de fermentación tanto termofílico (45°C o superior) como mesofílico (inferior a 45°C) mejora el rendimiento de biogás en la fermentación, y por lo tanto el rendimiento de alcohol en el proceso. Esto puede ser en parte debido a que durante el paso termofílico se presenta alguna descomposición química inducida por calor de los materiales orgánicos, y esto aumenta la cantidad de material fermentable disponible en el paso mesofílico. El proceso también se puede hacer más eficiente en energía al utilizar calor generado en el paso catalítico para la producción de alcohol para calentar la mezcla de fermentación. Cuando el proceso implica eliminar los sulfidrílos del biogás (por ejemplo, con Fe2+ formado por el microorganismo reductor de hierro) y la producción de alcohol catalítico con un catalizador libre de azufre, el proceso puede producir un alcohol prácticamente libre de azufre que tenga valor particular como combustible o aditivo de combustible. Por consiguiente, la invención proporciona un método para producir alcohol que comprende: (a) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un bio-gás que comprende metano; (b) eliminar los sulfidrílos del biogás; (c) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que comprende CO y H2; (d) poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador libre de azufre para producir alcohol; y (e) purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado comprende menos de 10 ppm de átomos de azufre, menos de metanol al 5%, y al menos alcoholes C2+ al 70% en peso. Otra modalidad de la invención proporciona un método para producir alcohol que incluye: (a) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que contiene metano, en donde la mezcla de fermentación comprende un microorganismo que reduce Fe3+ y produce al menos un ácido orgánico volátil a partir de sustratos orgánicos; (b) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que contiene CO y H2; y (c) poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol. Otra modalidad de la invención proporciona un método para producir alcohol que incluye: (a) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que contiene metano; (b) eliminar los compuestos de olor provenientes del biogás al poner en contacto el biogás con un catión metálico que une sulfidrilos; (c) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que contiene CO y H2; y (d) poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol. Otra modalidad de la invención proporciona un método para producir alcohol que incluye: (a) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que contiene metano; (b) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que contiene CO y H2; (c) poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol; y (d) purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado contiene mehos del 0.5% en peso de metanol. De preferencia el alcohol contiene al menos 70% en peso de alcoholes C2+, en donde el rendimiento de alcoholes C2+ es al menos 22.71 litros por 28.3 metros cúbicos (6 galones por 1000 pies cúbicos) de metano en el biogás, y la conversión de los orgánicos volátiles en la mezcla de fermentación a biogás es de al menos 65% eficiente. Otra modalidad de la invención proporciona un método para producir alcohol que incluye: (a) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que contiene metano, en donde la fermentación incluye fermentar durante al menos 12 horas a temperatura en la variación de 45-100°C seguida por fermentación durante al menos 12 horas a una temperatura en la variación de 0-44 °C; (b) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que contiene CO y H2; y (c) poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol; en donde el alcohol comprende menos del 0.5% en peso de metanol. Otra modalidad de la invención proporciona un aparato para producir etanol a partir de material orgánico, que tiene: (a) un recipiente de fermentación que contiene una mezcla de fermentación que comprende un microorganismo que reduce Fe3+ y produce al menos un ácido orgánico volátil a partir de los sustratos orgánicos; (a) ser acoplado funcionalmente a (b) un dispositivo para producir gas de síntesis que comprende CO y H2 proveniente del biogás que comprende CH4, el dispositivo comprende un reformador de vapor, una unidad de oxidación parcial, o ambos; (b) estar funcionalmente acoplado a (c) un catalizador para convertir el gas de síntesis a una mezcla alcohólica que contiene alcohol C2+. Otra modalidad de la invención proporciona un aparato para producir etanol a partir de material orgánico, que tiene: (a) un recipiente de fermentación para contener una mezcla de fermentación y microorganismos que fermentan la mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano; (a) estar acoplado funcionalmente a (b) un dispositivo para producir gas de síntesis que comprende CO y H2 proveniente del biogás que comprende CH , el dispositivo comprende un reformador de calor, una unidad de oxidación parcial, o ambos; (b) estar funcionalmente acoplado a (c) un catalizador para convertir el gas de síntesis a una mezcla alcohólica que contiene alcohol C2+; (c) estar funcionalmente acoplado a (d) una unidad de purificación que comprende un condensador para condensar preferencialmente al menos un alcohol C2+ proveniente de la mezcla alcohólica, generando una fracción alcohólica rica en C2+ y una fracción rica en metanol, y (e) una unidad de recirculación acoplada funcionalmente a (c) y (d) para recircular al menos una porción de la fracción rica en metanol para - catalizar (c) para la reacción con el gas de síntesis . La invención también proporciona un equipo para utilizarse en la producción de etanol, que comprende envasar material que contiene: (a) un microorganismo que reduce Fe3+ y produce al menos un ácido orgánico volátil proveniente de los materiales orgánicos; y (b) medios de instrucción que indiquen que el microorganismo se utilizará en un aparato para la producción de etanol proveniente de materiales orgánicos mediante la fermentación del material orgánico a un biogás, convertir el biogás a un gas de síntesis, y poner en contacto' el gas de síntesis con un catalizador para producir etanol. La invención también proporciona productos alcohólicos preparados mediante los procesos para producción de alcohol de la invención. Entre éstos se encuentra un alcohol purificado preparado mediante un proceso que incluye (a) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano; (b) eliminar los sulfidrílos del biogás; (c) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que comprende CO y H2; (d) poner' en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador libre de azufre para producir alcohol; y (e) purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado comprende menos de 10 ppm de átomos de azufre, menos de 5% de metanol, y al menos 70% en peso de alcoholes C2+.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato de la invención para producir alcohol a partir de material orgánico.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Definiciones : "Biogás" en el sentido en el que se utiliza en la presente, se refiere a un 'gas producido mediante el metabolismo anaeróbico fermentativo de microorganismos. Los biogases descritos en la presente contienen metano y típicamente contienen dióxido de carbono como sus principales constituyentes. El término "fermentar" material orgánico, en el sentido en el que se utiliza en la presente se refiere a la digestión del material orgánico mediante microorganismos utilizando respiración anaeróbica. El término "oxidar parcialmente", en el sentido en el que se utiliza en la presente se refiere a la oxidación incompleta de un sustrato reducido mediante la reacción con oxígeno u otro agente oxidante. Un ejemplo es la conversión de metano a un compuesto más oxidado distinto del dióxido de carbono, por ejemplo, metanol o monóxido de carbono. En una modalidad particular, oxidar parcialmente un biogás implica hacer reaccionar metano con 02 para producir CO y H2. "Oxidar parcialmente" el biogás incluye oxidar parcialmente la totalidad del biogás y oxidar parcialmente una porción del biogás. El término "sulfidrílos" en el sentido en el que se utiliza en la presente se refiere a grupos SH o a compuestos que tengan uno o más grupos SH. El término "sulfidrílos" incluye, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, metantiol, etantiol, y 2-mercaptoetanol . El término "catalizador de metal de transición nanonizado, tratado con sulfuro", se refiere a un catalizador compuesto principalmente de un metal de transición o una combinación de metales de transición, en donde las partículas tienen un diámetro de partícula medio menor a 200 nm, de preferencia menor a 100 nm, y en donde el metal se trata con sulfuro. El término "ácido orgánico volátil" se refiere a compuesto que tiene un grupo COOH y que contiene 6 o menos átomos de carbono. Esto incluye ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, y ácido butírico. Los términos "alcoholes C2+" y "alcoholes C3+" se refieren a alcoholes que tienen respectivamente, dos o más y tres o más átomos de carbono. Los términos "alcohol" y "alcohol purificado" producido mediante los métodos de la invención incluyen mezclas de alcoholes y mezclas que contienen alcoholes y otros componentes, incluyendo en algunos casos agua, aldehidos, cetonas, éteres, esteres, ácidos orgánicos, y anhídridos ácidos. De preferencia, los productos alcohólicos y de alcohol purificado de los métodos de la invención consisten de más del 50%, de mayor preferencia más del 60%, de mayor preferencia más del 70%, de mayor preferencia más del 80%, de mayor preferencia más del 90%, y con la máxima preferencia todavía más del 95% en peso de alcoholes . El término "orgánicos volátiles" se refiere a la masa de material en una biomasa que es líquida o sólido después del secado a 105°C y se gasifica después del calentamiento a 550°C en aire.

Descripción : La invención proporciona los métodos para producir alcohol que incluyen los pasos de (1) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que contiene metano, (2) convertir al menos una porción del biogás a gas de sintesis que contiene CO y H2, y (3) poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol. La Figura 1 es un dibujo esquemático de un aparato de la invención. El aparato incluye un recipiente de fermentación 10 que contiene una mezcla de fermentación 13. La mezcla de fermentación incluye un microorganismo reductor de hierro 14 que mejora la eficiencia de la fermentación. El microorganismo reductor de hierro 14 reduce Fe3+ y produce al menos un ácido orgánico volátil (un compuesto que tiene un grupo COOH y 6 o menos átomos de carbono) a partir de los sustratos orgánicos. La fermentación produce un biogás que incluye CH4 y ocupa el espacio superior del recipiente de fermentación. El biogás comprende CH4 que pasa a un dispositivo 11 para la producción de gas de síntesis que contiene CO y H2. El dispositivo 11 puede ser o incluir, por ejemplo, un reformador de vapor, una unidad de oxidación parcial, o ambos. El gas de síntesis pasa por encima y se pone en contacto con un catalizador 12 para ser convertido a un alcohol C2+ (por ejemplo, etanol, propilalcohol, butanol, o una mezcla de los mismos) . En algunas modalidades de los métodos y aparatos de la invención, la mezcla de fermentación contiene un microorganismo que reduce Fe3+ y que produce al menos un ácido orgánico volátil (típicamente una mezcla de ácidos que contienen predominantemente ácido acético) proveniente de los sustratos orgánicos. En algunas modalidades, el microorganismo produce ácido acético. En algunas modalidades, el microorganismo reduce Fe3+ a Fe2+. En algunas modalidades, el microorganismo reduce Fe3+ a Fe2+ y produce ácido acético. El microorganismo reductor de hierro preferido se deposita con la American Type Collection de conformidad con el número de acceso ATCC 55339. De esta forma, en algunas modalidades, el microorganismo se deriva de ATCC 55339. por "derivado de ATCC 55339", se debe entender que el microorganismo reductor de hierro se desarrolla a partir del cultivo de ATCC 55339, en una de la especie representada en el cultivo, o se selecciona del cultivo, por ejemplo, mediante mutagénesis y selección para una cepa mejorada.

En algunas modalidades, el microorganismo es ATCC 55339. ATCC 55339 mejora la eficiencia de conversión del material orgánico a biogás. La eficiencia de conversión se mide como demanda de oxígeno químico (COD, por sus siglas en ingles) destruido por la fermentación, dividido entre el COD de partida del material orgánico. Esto es aproximadamente (metano + C02 producido) / (orgánicos volátiles) . Los orgánicos volátiles se definen como la cantidad de material orgánico gasificado mediante el tratamiento a 550°C en aire. Los inventores han encontrado que la fermentación de fertilizantes artificiales durante 12 días a 35°C (95°F) utilizando únicamente la flora natural encontrada en el fertilizante artificial proporciona una eficiencia de conversión del 46-52%. Con la adición de ATCC 55339 y magnetita como una fuente de hierro, esto aumenta significativamente. ATCC 55339 reduce Fe3+ a Fe2+ y produce una mezcla de ácidos volátiles, incluyendo ácido acético, ácido propiónico, y ácido butírico. Se puede utilizar Fe3+ proveniente de la solución o extraerlo de una fuente de hierro insoluble tal como por ejemplo, magnetita o taconita . Se cree que ATCC 55339 mejora la eficiencia de fermentación primero debido a que se puede utilizar un aceptador electrónico externo, algunas veces abundante, a saber, Fe3+ que mejora la velocidad y eficiencia de descomposición de los sustratos orgánicos. En segundo lugar, se cree que mejora la eficiencia de fermentación debido a que produce ácido acético y otros ácidos orgánicos volátiles, y éstos son buenos sustratos para la archaea metanogénica (archaebacteria) para convertir a CH4 y C02. por consiguiente, mientras que ATCC 55339 se prefiere particularmente, cualquier microorganismo que reduzca Fe3+ y produzca al menos un ácido orgánico volátil mejorará el rendimiento de la producción del biogás y por lo tanto el rendimiento de etanol. En una modalidad de la invención, la mezcla de fermentación contiene además una fuente de hierro. La fuente de hierro de preferencia incluye Fe3+. En principio, la fuente de hierro puede ser una forma más reducida de hierro, tal como por ejemplo, Fe0, y se puede oxidar in si tu a Fe3+ mediante acción química o microbiana. Aunque bajo condiciones de fermentación anaeróbica, hierro más reducido no se espera que se oxide a Fe3+. De esta forma, de preferencia la fuente de hierro comprende Fe3+. Una fuente de hierro que comprende Fe3+ puede incluir Fe3+ en solución o una forma insoluble complejada de hierro en donde algunos de los átomos de hierro están en el estado de oxidación 3+, por ejemplo, magnetita o taconita. En modalidades particulares, la fuente de hierro es magnetita. En otras modalidades particulares, es taconita. En algunas modalidades de los métodos de la invención, el método incluye oxidar parcialmente el biogás. Esto aumenta la proporción de CO a H2 en el syngas en comparación con la reformación con vapor al biogás. La oxidación parcial de metano produce una proporción de 2 H2 por CO. La reformación con vapor produce una proporción de 3 H2 por CO. La proporción aumentada de CO a H2 a partir de la oxidación parcial disminuye la cantidad de metanol y aumenta la cantidad de etanol' y los alcoholes superiores producidos a partir del syngas. Los métodos de oxidación parcial son bien conocidos, y las unidades para oxidación parcial de metano a CO y H2 están disponibles comercialmente. Por ejemplo, la oxidación parcial se puede llevar a cabo mediante la quema sub-alimentada con oxígeno. En algunas modalidades de la invención, una porción del biogás se oxida parcialmente y una porción se reforma con vapor. La reformación con vapor, implica la reacción de metano con vapor de agua a altas temperaturas y presiones para producir CO y H2. Los reformadores de vapor, similares a unidades de oxidación parciales, están disponibles comercialmente.

En algunas modalidades de la invención, una porción o la totalidad del biogás se reforma con vapor. El alcohol para combustible de preferencia es predominantemente alcoholes superiores. Las mezclas de alcohol que son demasiado ricas en metanol son sensibles a una separación de fase en presencia de agua, que está omnipresente en los sistemas de gasolina. De esta forma, la preferencia los productos alcohólicos son ricos en alcoholes C2+ y tienen bajo contenido de metanol. En algunas modalidades el alcohol comprende menos del 5% en peso de metanol peso. De preferencia, el alcohol comprende al menos 70% en peso de C2+. En algunas modalidades, el alcohol comprende menos del 0.5% en peso de metanol. En algunas modalidades, el alcohol comprende al menos 60% en peso de etanol. En algunas modalidades, el alcohol comprende menos del 0.5% en peso de metanol y al menos 60% en peso de etanol. En algunas modalidades, el alcohol comprende al menos 92.1% en peso de etanol. En algunas modalidades, el alcohol comprende al menos 5% o al menos 10% en peso los alcoholes C3+. Diversos factores pueden contribuir a la obtención de alcohol con un alto contenido de alcohol C2+. Uno de los factores es la utilización de un syngas que tiene una proporción mayor de CO a H2. Como se analizó anteriormente, la oxidación parcial de metano produce una mayor proporción de CO:H2 que la reformación con vapor. Otro factor implicado en la obtención de alcohol con un alto contenido de alcohol C2+ es la utilización de un catalizador y las condiciones de reacción que estimulan la formación de alcohol C2+ con respecto a la formación del metanol. Los catalizadores adecuados incluyen los catalizadores descritos en Bao, J. , et al., 2003, Chem . Commun . 2003: 746-747; patente de los Estados Unidos No. 4,235,801; y la patente' de los Estados Unidos No. 4,333,852. El catalizador descrito en Bao et al. es un catalizador K-Co-Mo/C. Éste se forma mediante el siguiente procedimiento. Se preparan soluciones acuosas de Co(N03)2 y (NH4)6Mo7024 y se mezclan a una proporción molar de Co/Mo de 0.5. Se agrega ácido cítrico a la solución bajo agitación constante (ácido cítrico/proporción molar de iones metálicos = 0.1) . Luego se vacía lentamente una solución de K2C03 en la solución (proporción molar de K/Mo = 0.1). El valor de pH de la solución se ajusta a 3.5 con HCOOH y NHOH. La solución se mantiene en un baño con agua a 65°C hasta que la solución se convierta en un gel. El gel se seca a 120°C durante 15 horas y se calcina en argón a 400°C durante 4 horas. Las condiciones de reacción adecuadas con el gas de síntesis son una temperatura de 230°C, una presión de 6.0 MPa, y una velocidad espacial de hora de gas de 9600 hora"1. Bajo estas condiciones, la conversión de CO fue del 7.5% C, la selectividad alcohólica fue del 60.4% de carbono, el rendimiento de espacio-tiempo de alcohol fue de 296 g por kg-hora, y la proporción de alcohol C2+ a metanol fue 1.48. (Bao, J. et al., 2003, Chem . Commun . 2003:746-747) . Otros catalizadores adecuados se describen en la patente de los Estados Unidos No. 4,333,852. Los catalizadores son catalizadores de rutenio con un promotor de halógeno y un compuesto de óxido de fosfina como un solvente. Un ejemplo de la preparación catalítica y la síntesis alcohólica implica el siguiente procedimiento. 16 miligramos de átomos de Ru como trirutenio dodecacarbonilo, 5.6 mmoles de yodo elemental, y 75 ml de óxido de tripropilfosfina se colocan en una autoclave para retro-mezclado con un volumen neto de 128 ml y se calienta con agitación a 55°C. El reactor se presuriza a 35.153 kg/cm2 (500 psi) con CO, se calienta a 240°C, y luego se presuriza con una mezcla de H2/C0 (proporción de H2/CO = 2.0) a 421.842 kg/cm2 (6,000 psi). A medida que la reacción prosigue la presión disminuye. Cuando disminuye a 35.153 kg/cm2 (500 psi) el reactor se vuelve a presurizar con el gas de síntesis a 421.842 kg/cm2 (6,000 psi). Con este procedimiento, se produce etanol a una velocidad de 2.05 moles/litro/hora a una selectividad de 50 por ciento en peso. La selectividad de etanol más metanol es del 74 por ciento de peso. Quizá el mecanismo más importante para obtener alcohol con bajo contenido de metanol y alto contenido de alcohol C2+ es fraccionar el alcohol a medida que se forma en una fracción de alcohol rico en C02+ y una fracción rica en metanol, recolectar la fracción de alcohol rico en C2+, y hacer recircular la fracción rica en metanol en el gas de síntesis para que entre en contacto con el catalizador. Agregar metanol a la reacción del gas de síntesis sobre el catalizador fuerza el equilibrio de la reacción CO + 2H2 ? CH3OH a la izquierda (Gavin, D.G. y Richard D. G., solicitud de patente europea 0 253 540) . Con el equilibrio evitando la formación adicional neta de metanol, el CO y H2 reaccionan para formar etanol y otros productos de C2+. El metanol recirculado también puede ser un reactivo para la formación de productos C2+ mediante la reacción con CO, H2, y/o una segunda molécula de metanol. Si la totalidad del metanol producido se hacer recircular, no existe producción neta de metanol. En el proceso de recirculación de metanol, los productos alcohólicos provenientes del catalizador se dividen en una fracción alcohólica rica en C2+ y una fracción rica en metanol. Esto de preferencia se realiza al condensar los alcoholes C2+ provenientes de la mezcla de productos a una temperatura y presión inferiores al punto de ebullición de los alcoholes C2+ y superiores al punto de ebullición de metanol. La fracción rica en metanol, gaseosa entonces se mezcla con el gas de síntesis para que entre en contacto con el catalizador. Los alcoholes producidos en los métodos de la invención, incluyendo la fracción alcohólica rica en C2+ separada de la fracción rica' en metanol, se pueden procesar o dividir adicionalmente. Por ejemplo, el etanol se puede separar de los otros alcoholes y los otros componentes en las mezclas. Las mezclas con frecuencia contienen propoanol, butanol, e isobutanol los cuales se pueden purificar. En las mezclas de alcohol pueden estar presentes, acetaldehído, ácido acético, anhídrido acético, y otros componentes y se pueden purificar o separar de los alcoholes. En algunas modalidades de la invención, la fermentación implica fermentar durante al menos 12 horas a temperatura eri' la variación de 45-100°C, seguido por fermentación durante al menos 12 horas a temperatura en la variación de 0-44°C, ATCC '55339 es' sólo activo a temperaturas mesofílicas, de tal forma si ATCC 55339 se utiliza en la fermentación, se debe utilizar en el paso de fermentación a una temperatura en la variación de 0-44 °C. En algunas modalidades de la invención, el paso de poner en contacto el gas de sintesis con el catalizador produce calor que se utiliza para calentar la mezcla de fermentación. En algunas modalidades de la invención, el microorganismo reductor de hierro produce Fe2+ que se une a los sulfidrílos en la mezcla de fermentación y/o en el biogás. En algunas modalidades, el paso de fermentar material orgánico a biogás implica los pasos de alimentar el material orgánico en un recipiente, fermentar y mezclar el material orgánico en condiciones anaeróbicas en el recipiente para formar el biogás, descontinuar el mezclado para permitir que el material orgánico sin fermentar en partículas se sedimente en ' el recipiente dando por resultado en la formación de un sobrenadante sólido bajo suspendido, decantar el sobrenadante del recipiente, y repetir al menos los pasos de alimentación y fermentación. Este método implica la eficiencia de gasificación del material orgánico, en comparación con un sistema de dos recipientes (patente de los Estados Unidos No. 5,185,079). En el sistema de dos recipientes, la fermentación se presenta en un recipiente y luego el agua residual fluye hacia una unidad de separación de sólidos por separado en donde se lleva a cabo la sedimentación. Los sólidos sedimentados luego se reciclan al recipiente de fermentación (patente de los Estados Unidos No. 5,185,079). El sistema de un solo recipiente también requiere menos inversión de capitales. En una modalidad del método de un solo recipiente, el método implica además la extracción de al menos una porción del biogás proveniente del recipiente, opcionalmente con el uso de un vacío, inmediatamente antes del paso de sedimentación. En algunas modalidades de los métodos de la invención, el material orgánico comprende fertilizantes artificiales lácteos. En otras modalidades, el material orgánico comprende fertilizantes artificiales de cerdo, fertilizantes artificiales de pavo, fertilizantes artificiales de pollo, residuo de matanza, aguas negras municipales, o residuo de cosechas. Un residuo de cosechas adecuado para fermentar en los métodos de la invención es el residuo de remolacha azucarera (por ejemplo, desechos de remolacha azucarera) . En algunas modalidades, el material orgánico comprende residuos de productos forestales (por ejemplo, aserrín) . En algunas modalidades de la invención, la fermentación implica fermentar a una temperatura en la variación de 0-44°C (con organismos mesofílicos) . ' En algunas modalidades, la fermentación implica fermentar a una temperatura en la variación de 45-100°C (con organismos termofílicos) .

En algunas modalidades de la invención, el catalizador es un catalizador del metal de transición nanonizado, tratado con sulfuro seleccionado de los metales del Grupo VI. En algunas modalidades, el catalizador es un catalizador de molibdeno, nanonizado, tratado con sulfuro (patente de los Estados Unidos No. 6,248,796.) En algunas modalidades, el catalizador de metal de transición nanonizado, tratado con sulfuro, se suspende en un solvente, por ejemplo, un aceite para maquinaria pesada, y el gas de síntesis se pone en contacto con el catalizador a una temperatura en la variación de 250-325°C y a una presión en la variación de 35.153 a 210.921 kg/cm2 (500 a 3000 psi) . El catalizador también puede ser otro de los catalizadores metálicos o inorgánicos, tal como por ejemplo se expone en las patente de los Estados Unidos Nos. 4,675,344; 4,749,724; 4,752,622; 4,752,623; y 4,762,858. De preferencia, el catalizador está libre de azufre, debido a que un catalizador que contiene azufre lixivia el azufre en las mezclas alcohólicas a media que se producen. Los sulfidrílos son indeseables en el alcohol para combustible debido a que portan un olor, al quemarse producen óxidos de azufre que provocan lluvia acida y problemas para la salud humana, y pueden dañar las partes de la maquinaría en las máquinas de combustión interna. De esta forma, de preferencia los alcoholes contienen menos de 10 ppm de átomos de azufre, de mayor preferencia menos de 1 ppm de átomos de azufre. Esto se puede alcanzar al eliminar los sulfidrílos del biogás antes que el biogás se convierta a gas de síntesis, y luego utilizar un catalizador libre de azufre para la conversión del gas de síntesis a alcohol. Un método para eliminar los sulfidrilos del biogás es poner en contacto el biogás con un catión metálico que se una a los sulfidrílos, tal como por ejemplo, Fe2+. Otro método es poner en contacto el biogás con otro tipo de agente que se una al los sulfidrílos, tal como por ejemplo, compuestos de amina que se pueden inmovilizar sobre una resina. Alternativamente, los sulfidrílos se pueden eliminar del producto alcohólico. Un método' para realizar esto es poner en contracto el alcohol con un catión metálico que se una a los 'sulfidrilos, tal como por ejemplo, Fe2+. Otro método es poner en contacto el alcohol con otro tipo de agente que se una a los sulfidrílos, tal como por ejemplo, compuestos de amina que se pueden inmovilizar sobre una resina. En modalidades particulares de los métodos y productos de la invención, el alcohol o alcohol purificado tiene menos de 10 ppm o menos de 1 ppm (en peso) de átomos de azufre en los compuestos sulfidrílicos . En otras modalidades, el alcohol o alcohol purificado tiene menos de 10 ppm o menos de 1 ppm de átomos de azufre (en cualquier forma) . Los métodos de la invención también pueden implicar poner en contacto el biogás con un depurador de azufre separado del Fe2+ producido mediante el organismo reductor de hierro. El depurador de azufre puede eliminar uno o más de los sulfidrílos, H2S, las formas oxidadas aniónicas de azufre (por ejemplo, sulfato y sulfito), y COS. Los sulfidrílos y otras formas de azufre también se pueden eliminar del alcohol después de que se forma. De esta forma, una modalidad de la invención proporciona un método para producir alcohol que implica (a) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano; (b) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que comprende CO y H2; (c) poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol; (d) poner en contacto el alcohol con un depurador para eliminar los sulfidrilos del alcohol; y (e) purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado contiene menos de 10 ppm átomos de azufre, menos de 5% de metanol, y al menos 70% de alcoholes de C2+ por el peso. En el principio, el catalizador para convertir el syngas a alcohol podría ser un catalizador biológico, tal como por ejemplo, un microorganismo o enzima purificada que convierta CO y H2 a etanol u otros alcoholes. Algunos de éstos se describen en Bredwell, M.D., et al., 1999, Biotechnol . Prog. 15:834-844; Vega, J.L., et al., 1989, Appl . Biochem . and Biotech . 20/21:781; Barik, S., et al., 1988, Appl . Biochem . and Biotech . 18:379. En algunas modalidades de los métodos de la invención, el alcohol incluye alcoholes C2+ y el rendimiento de alcoholes C2+ es al menos 15.14 litros (4 galones), al menos 18.925 litros (5 galones, o al menos 22.71 litros (6 galones) por 28.3 metros cúbicos (1000 pies cúbicos) de metano en el biogás. En modalidades particulares de los métodos, la conversión de orgánicos volátiles en la mezcla de fermentación a biogás es al menos 50%, al menos 65%, al menos 70%, o al menos 75% eficiente. En alguna modalidad de los métodos, el alcohol incluye alcoholes C2+ y el rendimiento de alcoholes C2+ es al menos 22.71 litros por 28.3 metros cúbicos (6 galones por 1000 pies cúbicos) de metano en el biogás, y la conversión de orgánicos volátiles en la mezcla de fermentación al biogás es al menos 65% eficiente. En algunas modalidades de la invención, el material orgánico fermentado incluye celulosa, y el método incluye diferir el material orgánico con celulasa antes o durante el paso de fermentación. La celulasa puede ser una enzima aislada o celulasa en un microorganismo que contenga celulasa. En una modalidad, la invención proporciona un método para producir alcohol que comprende: (1) fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano, (2) eliminar los compuestos de olor provenientes del biogás al poner en contacto el biogás con un catión metálico que se une a sulfidrílos, (3) convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que comprende CO y H2, y (4) poner en contacto al menos una porción del gas de sintesis con un catalizador para producir alcohol. El catión metálico que se une a los sulfidrílos pueden ser Fe2+. En algunas modalidades, el Fe2+ se forma mediante la acción microbiana proveniente del hierro en otros estados de oxidación. En algunas modalidades, la acción microbiana implica reducir Fe3+ a Fe2+ mediante un microorganismo reductor de hierro que produce al menos un ácido orgánico volátil a partir de 'sustratos orgánicos. En otras modalidades, el catión metálico que se une a los sulfidrílos es un catión de zinc o cobre. En algunas modalidades de los métodos de la invención, a la mezcla de fermentación se agrega un microorganismo exógeno (es decir, un organismo además de los organismos encontrados en el material orgánico que será fermentado) para mejorar la eficiencia o velocidad de la producción del biogás. Los alcoholes producidos mediante los métodos de la invención tienen una ventaja con respecto al etanol fermentado de grano como un aditivo para combustible ya que los alcoholes presentes incluyen cantidades sustanciales de propanol, n-butanol, iso-butanol y pentanol. Estos alcoholes C3+ fomentan al octano del combustible más efectivamente que el etanol. De está forma, en algunas modalidades de los alcoholes producidos mediante el proceso de la invención, los alcoholes incluyen al menos 5% o al menos 10% en peso de alcoholes C+. En algunas modalidades de los aparatos de la invención, el aparato incluye una unidad de purificación acoplada funcionalmente al catalizador para convertir el gas de síntesis a alcohol, la unidad de purificación comprende un condensador para condensar preferencialmente al menos un alcohol C2+ proveniente de la mezcla de alcoholes, que genera una fracción alcohólica rica en alcohol C2+ y una fracción rica en metanol. En algunas modalidades, además de la unidad de purificación, el aparato incluye una unidad de recirculación acoplada funcionalmente al catalizador y la unidad de purificación. La unidad de recirculación hace recircular al menos una porción de la fracción rica en metanol producida mediante la unidad de purificación al catalizador para la reacción con el gas de síntesis. La invención ahora se ilustrará con los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos Ejemplo comparativo 1 Fertilizante artificial lácteo, incluyendo algo de agua utilizada para lavar el fertilizante artificial del cual se recolectó, se colocó en un reactor para fermentación de acero inoxidable o Plexiglás como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 5,185,079. Los reactores se obtuvieron de Columbia Tech Tank (Kansas City, Missouri) . El fertilizante artificial se fermentó primero en un digestor termofílico a 57.22°C (135°F). No se agregaron microbios adicionales. La fermentación depende de la flora encontrada en el fertilizante artificial. El reactor se mezcló durante 2 minutos cada hora. Al término de cada periodo de 8 horas, la mezcla de fermentación se mezcló, 1/30 del volumen se extrajo y se transfirió a un segundo recipiente para fermentación mesofílica, y se agregó un volumen igual de fertilizante artificial al digestor termofílico. De esta forma, el tiempo de residencia promedio en el digestor termofílico fue de 10 dias. Un segundo recipiente fermentador alojó una fermentación mesofílica. La fermentación mesofílica se presentó a 35°C (95°F). Nuevamente no se agregaron microbios, y la fermentación dependió de la flora natural encontrada en el fertilizante artificial. Ambos digestores mesofílico y termofílico se llenaron aproximadamente en 3/4 partes con liquido, con 1/4 del volumen del recipiente que fue un espacio principal de gas. El termentador mesofílico siguió un ciclo de tiempo de 8 horas, con (a) 6 horas de reacción, en donde la mezcla se mezcló durante 2 minutos cada hora; (b) 1.5 horas sin mezclado para permitir que los sólidos se sedimentaran; (c) 15 minutos de decantación del sobrenadante líquido de "agua gris" igual a 1/54 del volumen líquido del reactor; (d) 15 minutos para agregar un volumen del digestor termofilico igual al volumen de extracción de agua gris. Con 1/54 del volumen reemplazado cada 8 horas, el reactor mesofílico tuvo un tiempo de residencia promedio de 18 días. El lodo sedimentado se puede eliminar periódicamente del reactor mesofílico, se puede secar, y se vende como fertilizante. El biogás se extrajo del espacio principal de ambos fermentadores tanto termofilico como mesofílico continuamente . El biogás proveniente de los dos fermentadores se recolectó. Contuvo aproximadamente 69-75% de metano, y 25-29% de dióxido de carbono, con el resto que incluye pequeñas cantidades de nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. El biogás se oxidó parcialmente utilizando un quemador de gas sub-alimentado con oxígeno para convertir el metano a gas de síntesis que contiene principalmente CO y H2 en una proporción 1:2. El dióxido de carbono en el biogás está sin afectar por la oxidación parcial y está presente también en el gas de sintesis. Para demostrar la viabilidad de la síntesis de alcoholes, una muestra de gas de síntesis obtenida por separado que contuvo 18% de H2, 28% de CO, 30% de C02, 15% de CH4 y 9% de N2 se puso en contacto con un catalizador de molibdeno tratado con sulfuro nanonizado suspendido en aceite para máquina pesada, según se describe en la patente de los Estados Unidos No. 6,248,796, a 200-325°C y 35.153-210.921 kg/cm2 (500-3000 psi). El catalizador produjo una mezcla de alcohol que contuvo 232 g/l de metanol, 126 g/l de etanol, 168 g/l de propanol, y. 69 g/l de butanol y alcoholes superiores, y aproximadamente 120 g/l de agua (debido al alto contenido de C02) . El calor residual del catalizador se transfirió para calentar los fermentadores, utilizando un medio de transferencia térmica con etilenglicol. La producción de metano se puede calcular al multiplicar el factor de conversión 22.64 cm3 (8 pies cúbicos) de metano por 45.36 cm (libra) de orgánicos volátiles, tiempos de la eficiencia de conversión de orgánicos volátiles. La eficiencia de conversión de orgánicos volátiles en el sustrato para la mezcla de fermentación a biogás fue del 45-55%, según se calculó por la pérdida de líquido volátil y orgánico sólido. Aproximadamente 22.71-26.495 litros (6-7 galones) de la mezcla de alcohol se produjeron por 28.3 metros3 (1000 pies cúbicos) de metano.

Ejemplo 1 Este ejemplo utilizó un recipiente fermentador individual, que alojó una fermentación mesofílica a 35°C (95°F). Se agregó fertilizante artificial lácteo al fermentador como en el Ejemplo comparativo 1. Se agrego ATCC 55339 al fermentador al inicio de la fermentación. No se agregaron otros microorganismos. El fermentador siguió un tiempo de ciclo de 8 horas, con (a) 6 horas de reacción, donde la mezcla se mezcló durante 2 minutos cada hora; (b) 1.5 horas sin mezclar para permitir que los sólidos se sedimenten; (c) 15 minutos que de decantación del sobrenadante líquido de "agua gris" igual a 1/36 del volumen líquido del reactor; (d) 15 minutos para agregar un volumen de digestor termofílico igual al volumen de agua gris extraída. Con 1/36 del volumen reemplazado cada 8 horas, el reactor mesofílico tuvo un tiempo de residencia promedio de 12 días. Se agregó óxido de hierro granulado (magnetita) al bio-reactor mediante un dispositivo augur o similar automático. Aproximadamente 1/8 de 45.36 cm (una libra) de magnetita se agregó al día por vaca. A pesar de sólo una residencia de 12 dias y la falta de una digestión termofílica, con la bacteria reductora de hierro ATCC 55339 agregada, la eficiencia de conversión de orgánicos volátiles fue del 75-86%. Esto se compara aproximadamente 50-65% en condiciones comparables sin las bacterias. El biogás se convirtió a syngas, y el syngas se convirtió a alcohol al igual que en el Ejemplo comparativo 1. El agua gris retirada del reactor en el Ejemplo 1 contuvo fosfato y polímeros que contienen fosfato formado a partir del fertilizante artificial. Los fosfatos conducen a la eutrofización de aguas terrestres, y se deben reducir al mínimo en las aguas residuales descargadas. Sin embargo, el agua gris también ' contuvo Fe2+ formado por el microbio reductor de hierro. Si el agua gris se airea después de la eliminación del fermentador, el . hierro ferroso se oxida a férrico, que une y precipita los fosfatos. El precipitado se puede separar antes de la descarga del agua gris, y se puede secar y vender como un fertilizador rico en fosfato y hierro. Véanse las patentes de los Estados Unidos Nos. 5,667,673; 5,543,049; y 5,620,893.

Ejemplo 2 El agua residual proveniente de una instalación para fabricación de levadura (levadura en crecimiento sobre residuos de remolacha azucarera) se digirió en un fermentador anaeróbico como se describe en el Ejemplo 1 para generar biogás. Se produjo biogás que contiene 600 scf/hora de metano. Una corriente de oxígeno de 300 scf/hora se mezcló con la corriente de biogás, y los gases entraron a un reactor de oxidación parcial para una reacción a 850°C a presión ambiente en presencia de un catalizador comercial para formar gas de síntesis que consiste principalmente de H2 y CO. El gas de síntesis sale del sistema de oxidación parcial y se enfría y se comprime. El gas de síntesis entra en contacto 'con el catalizador de rutenio cuya preparación se describió anteriormente en la patente de los Estados Unidos No. 4,333,852 a 421.842 kg/cm2 (6,000 psi) y 240°C para producir una mezcla de productos que contiene etanol como el producto más abundante, metanol sustancial, y alcoholes superiores . Después de la salida del reactor, la corriente de gas se despresuriza, se enfría, y el etanol y los alcoholes superiores (C3+) se condensan y se retiran. Esta fracción alcohólica rica en etanol se dirige a un tambor de almacenamiento . El gas de sintesis sin reaccionar y los sub-productos de reacción (metanol, dióxido de carbono, y agua) salen del condensador y se depuran con depuradores del H20 y C02 para la eliminación de H20 y C02. El gas de síntesis sin reaccionar y el metanol se volvieron a calentar, se volvieron a presurizar, y se mezclaron con el gas de sintesis entrante proveniente de la unidad de oxidación parcial. La mezcla de gases luego se hace circular nuevamente a través del reactor de alcoholes. Todas las referencias, patentes, y documentos de patentes citados en la presente se incorporan como referencia.

Claims (60)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES : 1. Un método para la producción de alcohol caracterizado porque comprende: fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano; eliminar los sulfidrílos del biogás; convertir al menos una porción del biogás al gas de síntesis que comprende CO y H2; poner en contacto al menos una porción del gas de biosíntesis con un catalizador libre de azufre para producir alcohol; y purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado comprende menos de 10 ppm de átomos de azufre, menos de 5% de metanol, y al menos 70% de alcoholes C2+ en peso.
2. 2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el rendimiento de alcoholes C2+ es al menos 22.71 litros por 28.3 metros cúbicos (6 galones por 1000 pies cúbicos) de metano en el biogás, y la conversión de orgánicos volátiles en la mezcla de fermentación a biogás es al menos 65% eficiente.
3. 3. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de la eliminación de sulfidrílos del biogás comprende poner en contacto el biogás con un catión metálico que se une a los sulfidrílos.
4. 4. El método según la reivindicación 3, caracterizado porque el catión metálico es Fe2+ formado mediante la reducción de Fe3+ en la mezcla de fermentación mediante un microorganismo que reduce Fe3+ y produce al menos un ácido orgánico volátil proveniente de los menos de los sustratos orgánicos.
5. 5. El método según la reivindicación 4, caracterizado porque la mezcla de fermentación comprende además una fuente hierro.
6. 6. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el alcohol purificado comprende menos del 0.5% en peso del metanol.
7. 7. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el alcohol purificado comprende al menos 60% en peso de etanol.
8. 8. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de purificar el alcohol comprende fraccionar el alcohol en una fracción rica en C2+ y una fracción rica en metanol, en donde el método comprende además hacer recircular la fracción rica en metanol en el gas de síntesis para que entre en contacto con el catalizador.
9. 9. Un método para producir alcohol caracterizado porque comprende: fermentar material orgánico residual biológico en una mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano, en donde la mezcla de fermentación comprende un microorganismo que reduce Fe3+ 'y produce al menos un ácido orgánico volátil proveniente de los sustratos orgánicos; convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que comprende CO y H2; y poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol.
10. 10. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el microorganismo que reduce Fe3+ se deriva de ATCC 55339.
11. 11. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque la mezcla de fermentación comprende además una fuente hierro.
12. 12. El método según la reivindicación 11, caracterizado porque la fuente hierro es magnetita.
13. 13. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el paso • de convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis comprende oxidar parcialmente al menos una porción del biogás.
14. 14. El método según la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado comprende menos del 0.5% en peso de metanol.
15. 15. El método según la reivindicación 14, caracterizado porque el paso de purificar el alcohol comprende fraccionar el alcohol en una fracción rica en C2+ y una fracción rica en metanol, en donde el método comprende además hacer recircular la fracción rica en metanol en el gas de síntesis para que entre en contacto con el catalizador.
16. 16. El método según la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado comprende al menos 60% en peso de etanol.
17. 17. El método según- la reivindicación 9, caracterizado porque el paso de poner en contacto produce calor que se utiliza para calentar la mezcla de fermentación.
18. 18. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el microorganismo reductor de hierro produce Fe2+ que se une a los sulfidrílos en la mezcla de fermentación .
19. 19. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el paso de fermentar material orgánico a un biogás comprende los pasos de alimentar el material orgánico en un recipiente, fermentar y mezclar el material orgánico en condiciones anaeróbicas en el recipiente para formar el biogás, discontinuar el mezclando para permitir que el material orgánico sin fermentar en partículas se sedimente en el recipiente dando por resultado en la formación de un sobrenadante sólido suspendido bajo, que decanta el sobrenadante del recipiente, y repetir al menos los pasos de alimentación y fermentación.
20. 20. El método según la' reivindicación 19, caracterizado además porque comprende extraer al menos una porción del biogás del recipiente inmediatamente antes de la sedimentación.
21. 21. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el material orgánico comprende fertilizante artificial lácteo.
22. 22. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el material orgánico comprende fertilizante artificial de cerdo, fertilizante artificial de pavo, fertilizante artificial de pollo, residuos de matanza, aguas negras municipales o residuos de cosechas.
23. 23. El método según la reivindicación 22, caracterizado porque el material orgánico comprende residuo de cosechas, en donde el residuo de cosechas es residuo de remolacha azucarera.
24. 24. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el material orgánico comprende residuos de productos forestales.
25. 25. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque la fermentación comprende fermentar a una temperatura en la variación de 0-44 °C.
26. 26. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque la fermentación comprende fermentar a una temperatura en la variación de 45-100°C. .
27. 27. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque el alcohol comprende alcoholes C2+, el rendimiento de alcoholes C2+ es de al menos 22.71' litros por 28.3 metros cúbicos (6 galones por 1000 pies cúbicos) de metano en el biogás, y la conversión de orgánicos volátiles en la mezcla de fermentación a biogás es al menos 65% eficiente.
28. 28. El método según la reivindicación 18, caracterizado porque el catalizador está libre de azufre y el alcohol comprende menos de 10 ppm de átomos de azufre.
29. 29. El método según la reivindicación 28, caracterizado porque el alcohol comprende menos de 1 ppm de átomos de azufre.
30. 30. El método según la reivindicación 28, caracterizado porque el método comprende además poner en contacto el biogás con un depurador de azufre separado del Fe2+ producido mediante el microorganismo reductor de hierro .
31. 31. Un método para la producción de alcohol caracterizado porque comprende: fermentar material orgánico de residuos biológicos en una mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano; eliminar los compuestos con olor del biogás al poner en contacto el biogás con un catión metálico que se une a sulfidrílos; convertir al menos una porción del biogás al gas de síntesis que comprende CO y >H2; y poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol.
32. 32. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el catión metálico es Fe2+ formado mediante la acción microbiana del hierro y otros estados de oxidación.
33. 33. El método según la reivindicación 32, caracterizado porque la acción microbiana comprende reducir Fe3+ a Fe2+ mediante un microorganismo reductor de hierro que produce al menos un ácido orgánico volátil proveniente de los sustratos orgánicos.
34. 34. El método según la reivindicación 33, caracterizado ' porque el microorganismo reductor de hierro se deriva de ATCC 55339.
35. 35. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el paso de convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis comprende oxidar parcialmente al menos una porción del biogás.
36. 36. El método según la reivindicación 31, caracterizado además porque comprende purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado comprende menos del 0.5% en peso de metanol.
37. 37. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el material orgánico comprende fertilizantes artificiales lácteos.
38. 38. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el material orgánico comprende fertilizante artificial de cerdo, fertilizante artificial de pavo, fertilizantes artificial de pollo, residuo de matanza, aguas negras municipales, o residuo de cosechas.
39. 39. El método según ,1a reivindicación 38, caracterizado porque el material orgánico comprende la residuos de cosechas, en donde el residuo de cosechas es residuo de remolacha azucarera.
40. 40. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el material orgánico comprende residuos de productos forestales.
41. 41. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el alcohol comprende alcoholes C2+, el rendimiento de los alcoholes C2+ es de al menos 22.71 litros por 28.3 metros cúbicos (6 galones por 1000 pies cúbicos) de metano en el biogás, y la conversión de los orgánicos volátiles en la mezcla de fermentación a biogás es al menos 65% eficiente.
42. 42. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el catalizador está libre de azufre y el alcohol comprende menos de 10 ppm átomos de azufre.
43. 43. El método según la reivindicación 42, caracterizado porque el alcohol comprende menos de 1 ppm átomos de azufre.
44. 44. Un método para la producción de alcohol caracterizado porque comprende: fermentar material orgánico en una mezcla de fermentación a un biogás que comprende metano; convertir al menos una porción del biogás a gas de síntesis que comprende CO y H2; poner en contacto al menos una porción del gas de síntesis con un catalizador para producir alcohol; y purificar el alcohol, en donde el alcohol purificado comprende menos de 0.5% en peso de metanol y al menos 70% en peso los alcoholes C2+; en donde el rendimiento de alcoholes de C2+ en el alcohol purificado es al menos 22.71 litros por 28.3 metros cúbicos (6 galones por 1000 pies cúbicos) de metano en el biogás, y la conversión de orgánicos volátiles en la mezcla de fermentación a biogás es al menos 65% eficiente.
45. 45. El método según la reivindicación 44, caracterizado porque el paso de convertir al menos • una porción del biogás a gas de síntesis comprende oxidar parcialmente al menos una porción del biogás.
46. 46. El método según lá reivindicación 44, caracterizado porque el catalizador está libre de azufre y el método comprende además la eliminación de sulfidrílos del biogás; en donde el alcohol comprende menos de 10 ppm de átomos de azufre.
47. 47. El método según la reivindicación 46, caracterizado porque el alcohol comprende menos de 1 ppm átomos de azufre.
48. 48. El método según la reivindicación 44, caracterizado porque la mezcla de fermentación comprende un microorganismo que reduce Fe3+ y produce al menos un ácido orgánico volátil proveniente de los sustratos orgánicos.
49. 49. El método según la reivindicación 48, caracterizado porque el microorganismo se deriva de ATCC 55339.
50. 50. El método según la reivindicación 44, caracterizado porque la mezcla de fermentación comprende además una fuente hierro.
51. 51. El método según la reivindicación 44, caracterizado porque el material orgánico comprende fertilizante artificial lácteo.
52. 52. El método según la reivindicación 44, caracterizado porque el material orgánico comprende fertilizante artificial de cerdo, fertilizantes artificiales de pavo, fertilizantes artificiales de pollo, residuo de matanza, aguas negras municipales, o residuo de cosechas .
53. 53. Un alcohol purificado preparado mediante el proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el alcohol purificado comprende menos de 10 ppm átomos de azufre, menos de 5% metanol, y al menos 70% de alcoholes C2+ en peso.
54. 54. El alcohol purificado según la reivindicación 53, caracterizado porque el alcohol purificado comprende al menos 5% de alcoholes C3+ en peso.
55. 55. Un aparato para Ja producción de etanol a partir de material orgánico, caracterizado porque comprende: (a) un recipiente de fermentación que contiene una mezcla de fermentación que comprende un microorganismo que reduce Fe3+ y produce al menos un ácido orgánico volátil proveniente de sustratos orgánicos; (a) que esté funcionalmente acoplado a (b) un dispositivo para la producción de gas de síntesis que comprende CO y H2 proveniente de biogás que comprende CH4, el dispositivo comprende un reformador de vapor, una unidad de oxidación parcial, o ambos; (b) que esté funcionalmente acoplado a (c) un catalizador para convertir el gas de síntesis a una mezcla de alcohol que contiene alcohol C2+.
56. 56. El aparato según la reivindicación 55, caracterizado porque el microorganismo se deriva de ATCC 55339.
57. 57. El aparato según la reivindicación 55, caracterizado porque la mezcla de fermentación comprende además una fuente de hierro.
58. 58. El aparato según la reivindicación 55, caracterizado además porque comprende: (d) una unidad de purificación funcionalmente acoplada al catalizador (c) , , la unidad de purificación comprende un condensador para condensar de preferencial al menos un alcohol C2+ proveniente de la mezcla de alcohol, generando una fracción alcohólica rica en C2+ y una fracción rica en metanol.
59. 59. El aparato según la reivindicación 58, caracterizado además porque comprende: (e) una unidad de recirculación acoplada funcionalmente (c) y (d) para hacer recircular al menos una porción de la fracción rica en metanol al catalizador (c) para reacción con el gas de síntesis.
60. 60. El método según la reivindicación 31, caracterizado porque el catalizador en contacto con el gas de síntesis para producir el alcohol es un catalizador que contiene azufre.