Producción de un producto de fermentación.

Un procedimiento de separación de sólidos suspendidos de un licor de fermentación sometiendo el licor a una etapa de separación sólidos-líquido,

en el que el licor de fermentación se produce en un procedimiento de fermentación para la producción de un producto de fermentación,

comprendiendo el licor agua, lignina y DBO,

en el que el licor de fermentación se somete a una etapa de deshidratación mecánica durante o después de la aplicación de un sistema de tratamiento,

en el que el residuo sólido resultante del procedimiento de separación contiene principalmente lignina, en el que la etapa de separación sólidos-líquido está asistida por un sistema de tratamiento, caracterizado porque el sistema de tratamiento comprende,

(ii) un polímero catiónico que tiene una viscosidad intrínseca (VI) de al menos 4 dl/g y,

(iii) un polímero aniónico, y/o

(iv) un poliímero catiónico de viscosidad intrínseca por debajo de 4 dl/g y una densidad de carga catiónica de al menos 3 meq/g y/o

(v) coagulantes inorgánicos y/o

(vi) material microparticulado cargado.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2003/008427.

Solicitante: CIBA SPECIALTY CHEMICALS WATER TREATMENTS LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: CLECKHEATON ROAD, LOW MOOR, P.O. BOX 38 BRADFORD WEST YORKSHIRE BD12 0JZ REINO UNIDO.

Inventor/es: SYMES, KENNETH, CHARLES, HUGHES, JONATHAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla... > C02F1/52 (por floculación o precipitación de las impurezas en suspensión)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla... > C02F1/56 (Compuestos macromoleculares)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento de los fangos; Dispositivos a este efecto > C02F11/14 (con adición de productos químicos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > Tratamiento de los fangos; Dispositivos a este efecto > C02F11/12 (por deshidratación, secado o espesamiento)

PDF original: ES-2461557_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Producción de un producto de fermentación La presente invención se refiere a procedimientos de tratamiento de materiales procedentes de plantas para proporcionar azúcares que contienen líquidos acuosos que se usan en un procedimiento de fermentación para producir un producto de fermentación. En particular, la presente invención se refiere a un procedimiento de deshidratación de un residuo de caldo de fermentación, producido como sub-producto de la recuperación de destilación de un producto de fermentación. Normalmente, los sólidos deshidratados se secan y se usan como combustible sólido. Normalmente, el agua depurada se devuelve a los cursos de agua y/o se usa como líquido de lavado en algún punto anterior del procedimiento.

Normalmente, dichos productos de fermentación incluyen por ejemplo, etanol, glicerol, acetona, n-butanol, butanodiol, isopropanol, ácido butírico, metano, ácido cítrico, ácido fumárico, ácido láctico, ácido propiónico, ácido succínico, ácido itacónico, ácido acético, acetaldehído, ácido 3-hidroxipropiónico, ácido glicónico y ácido tartárico y amino ácidos tales como ácido L-glutárico, L-lisina, ácido L-aspártico, L-triptófano, L-arilglicinas o sales de cualesquiera de estos ácidos.

Se conoce el tratamiento de una biomasa con un ácido con el fin de hidrolizar los polisacáridos hasta los azúcares de componente que se puede usar en un procedimiento de fermentación para producir un producto de fermentación. Por ejemplo, el documento US-A-4384897 describe un procedimiento para tratar material de biomasa que se somete a una hidrólisis de dos etapas, en el cual se despolimerizan los polisacáridos que se hidrolizan más fácilmente, tal como hemicelulosa y posteriormente en una segunda etapa el material que es más difícil de polimerizar, por ejemplo celulosa, usando un tratamiento hidrolítico más intenso. Los productos de la primera y segunda etapas incluyen soluciones de azúcar y ácidos orgánicos, aldehídos. Los monosacáridos se someten a fermentación para producir etanol y la cerveza producida por medio de la fermentación se puede someter posteriormente a rectificación para producir etanol de calidad comercial. El documento US-A-4384897 define el aporte de mejoras en lavados de sólidos más eficaces, el uso de lavado en co-corriente o lavado en contra-corriente de sólidos y propone el uso de iones férricos o de aluminio como agentes floculantes para separar los sólidos finamente dispersados procedentes de la neutralización de la corriente de licor de hidrolisato.

También se conoce por el National Renewable Energy Laborator y (NREL) el informe que lleva por título "Lignocelullose Biomass to Ethanol Process Design and Economics of Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis Current and Future Scenarios", NREL/IP-580-26157 (Julio de 1999) para tratar celulosa como segundo polisacárido por medio de una enzima celulasa con el fin de hidrolizar la celulosa para dar lugar a sus azúcares de componente. En una forma del presente procedimiento, el residuo de sub-producto sólido resultante de la primera etapa de hidrólisis y que contiene celulosa se divide en una corriente principal y una corriente secundaria. La corriente principal se alimenta directamente en el interior del recipiente de fermentación y se hace pasar la corriente secundaria a una etapa de producción de celulasa, en la cual se permite la proliferación de hongos que actúan sobre la celulosa, de manera que se forman azúcares y celulasa. Posteriormente, se alimentan los azúcares y la celulasa en el interior del recipiente de fermentación y la celulasa actúa sobre la celulosa a partir de la corriente principal y se convierte en sus azúcares de componente que, a su vez, se pueden fermentar para producir el producto de fermentación.

Se conoce el tratamiento de material celulósico usando ácido concentrado para proporcionar soluciones acuosas de azúcares, que se pueden usar en un procedimiento de fermentación. Por ejemplo, el documento US-A-4650689 divulga un procedimiento de preparación de etanol a partir de material celulósico sometiendo el material celulósico a un gas de ácido mineral altamente concentrado como HCl bajo presión, y tratamiento con agua caliente para proporcionar un líquido que contiene azúcares que se puede fermentar.

El documento US-A-5975439 describe un procedimiento automatizado para producir etanol por medio de trituración del componente celulósico del residuo sólido municipal y mezcla de éste con cantidades iguales de ácido sulfúrico concentrado a temperatura elevada para proporcionar la mezcla sometida a digestión. Se separa la solución acuosa de azúcar de los sólidos por medio de un procedimiento de filtración antes de someter a un procedimiento de fermentación.

No obstante, en la recuperación del producto de fermentación a partir del caldo de fermentación, en ocasiones, es necesario destilar de forma continua el producto de fermentación en una etapa de destilación, en la que se retira la corriente de residuos, comprendiendo residuos y sub-productos.

El documento WO-A8603514 describe la fabricación de etanol por medio de fermentación y posterior extracción de etanol a partir del caldo de fermentación. El licor residual de caldo de fermentación contiene levadura y materiales poliméricos disueltos tales como polisacáridos y proteínas. Una ventaja de ubicar la etapa de separación sólido y líquido tras la etapa de dilución es que parte de la proteína disuelta no apta para separación del licor de fermentación se transfiere al interior de una forma apta para separación a través de coagulación debido al calentamiento en los procedimientos de destilación e intercambio de calor.

En un estudio de Ann C Wilkie y col. (Biomass and Bioenergy 19 (2000) 63-102, se evalúa el tratamiento de residuo de etanol. La bacteria, Zymomonas mobilis ha mostrado que produce elevados rendimientos de etanol pero resulta difícil separar el licor residual del material sólido. El estudio también identifica la dificultad de separar sólidos suspendidos de los cultivos de azúcar y cultivos celulósicos.

Galbe y col. describen el uso de un floculante (catiónico o aniónico) en el procedimiento de separación de lignina de un licor resultante de un procedimiento de fermentación. La separación se puede llevar a cabo en presencia de un polímero catiónico.

En general, la corriente residual o las fracciones de fondo del calderín que resultan de los procedimientos de destilación se someten a una etapa de separación sólido-líquido para producir un producto deshidratado que se puede secar para producir un producto de combustible sólido seco. El líquido acuoso separado de los sólidos bien se devuelve a los cursos de agua y/o bien se recicla como agua de lavado usada en el lavado del material tratado con ácido procedente de la planta. Normalmente, la corriente residual o las fracciones de fondo del calderín presentan una DBO elevada (Demanda Biológica de Oxígeno) y por eso es importante garantizar que el licor acuoso se depura de forma eficaz y el agua producida a partir del mismo está sustancialmente libre de impurezas con el fin de no envenenar los cursos de agua y/o, cuando se usa como líquido de lavado, no contaminar el sustrato objeto de lavado.

La corriente residual contiene impurezas basadas en la proteína precipitada y niveles elevados de lignina, que hacen difícil llevar a cabo la floculación y la separación sólidos-líquido. Se conoce a partir del informe NREL titulado "Liquid/Solid Separation" 99-10600/14 (Marzo 2001) el tratamiento de la suspensión posterior al destilado con una solución polimérica individual de concentración de un 0, 01 a un 0, 02 % en peso, identificada como Perc-765, a dosis dentro del intervalo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de separación de sólidos suspendidos de un licor de fermentación sometiendo el licor a una etapa de separación sólidos-líquido,

en el que el licor de fermentación se produce en un procedimiento de fermentación para la producción de un producto de fermentación, comprendiendo el licor agua, lignina y DBO, en el que el licor de fermentación se somete a una etapa de deshidratación mecánica durante o después de la aplicación de un sistema de tratamiento, en el que el residuo sólido resultante del procedimiento de separación contiene principalmente lignina, en el que la etapa de separación sólidos-líquido está asistida por un sistema de tratamiento, caracterizado porque el sistema de tratamiento comprende,

(ii) un polímero catiónico que tiene una viscosidad intrínseca (VI) de al menos 4 dl/g y,

(iii) un polímero aniónico, y/o

(iv) un poliímero catiónico de viscosidad intrínseca por debajo de 4 dl/g y una densidad de carga catiónica de al menos 3 meq/g y/o

(v) coagulantes inorgánicos y/o

(vi) material microparticulado cargado.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el licor de fermentación se somete a un etapa de destilación en la que se recupera el producto de fermentación, en el que el licor se retira de la etapa de destilación como corriente residual y posteriormente se somete a una etapa de separación sólidos-líquido.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el licor de fermentación contiene el producto de fermentación en el que el licor se somete a una etapa de separación de sólidos-líquido y posteriormente se hace pasar a una etapa de destilación en la cual se recupera el producto de fermentación.

4. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sistema de tratamiento comprende (i) un polímero catiónico de VI baja por debajo de 4 dl/g y un densidad de carga catiónica de al menos 3 meq/g y (ii) un polímero catiónico de VI elevada de al menos 4 dl/g.

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el polímero de VI baja está seleccionado entre el grupo que consiste en poliamidas, polímeros de adición de amina/epihalohidrina, polímeros de diciandiamida con formaldehído, polímeros de cloruro de dialildimetil amonio (DADMAC) , almidón catiónico e inulina catiónica.

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que el coagulante inorgánico está seleccionado entre alumbre y poli (cloruro de aluminio) (PAC) .

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el que el coagulante es un material microparticulado cargado.

8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que el polímero de VI elevada está seleccionado entre polímeros solubles en agua o susceptibles de hinchamiento en agua, siendo el polímero un polímero natural, un polímero semi-natural o un polímero sintético que se ha formado a partir de un monómero o mezcla de monómeros solubles en agua y etilénicamente insaturados.

9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicación 5 a 8 en el que el polímero de VI elevada es bien un material basado en quitosano o bien un polímero de acrilamida con uno o más monómeros catiónicos solubles en agua seleccionados entre (met) acrilatos de dialquilaminoalquilo, dialquilaminoalquil (met) acrilamidas y sales de adición ácidas o sus sales de amonio cuaternario.

10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9 en el que el coagulante y el polímero de VI elevada se añaden secuencialmente, preferentemente empleando el primer coagulante.

11. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el coagulante y el polímero de VI elevada se añaden simultáneamente, preferentemente en forma de una premezcla.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la premezcla comprende (i) un polímero catiónico de VI baja por debajo de 4 dl/g y una densidad de carga catiónica de al menos 3 meq/g y (ii) un polímero catiónico de VI elevada de viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g.

13. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la dosis de coagulante es de 50 gramos por tonelada (basado en el peso seco del licor de fermentación) .

14. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 13 en el que la dosis del polímero de VI elevada es de al menos 50 gramos por tonelada (basado en el peso seco del licor de fermentación) .

15. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el mecanismo de la etapa de deshidratación está seleccionado entre al menos uno de, una centrífuga, una prensa de tornillo, una prensa filtrante, una prensa filtrante de bandas, un filtro de bandas horizontal o preferentemente un filtro de presión.

16. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que el licor tratado a partir del 5 cual se han retirado los sólidos suspendidos se recicla y se usa como agua de lavado.

17. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el licor de fermentación comprende lignina y en el cual los sólidos separados se deshidratan y posteriormente se someten a una etapa de secado para proporcionar un material sólido seco y en el cual se usa el material de sólido seco como combustible sólido.

18. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que el producto de fermentación está seleccionado entre el grupo que consiste en etanol, glicerol, acetona, n-butanol, butanodiol, isopropanol, ácido butírico, metano, ácido cítrico, ácido fumárico, ácido láctico, ácido propiónico, ácido succínico, ácido itacónico, ácido acético, acetaldehído, ácido 3-hidroxipropiónico, ácido glucónico y ácido tartárico y amino ácidos tales como ácido L-glutárico, L-lisina, ácido L-aspártico, L-triptófano, L-arilglicinas o sales de cualesquiera de dichos ácidos.