Un procedimiento de conversión de biomasa que comprende: fermentar biomasa en al menos un fermentador para producir un caldo de fermentación que comprende sal de carboxilato de amonio;

hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con una amina de peso molecular alto para producir sal de carboxilato de amina; y craquear térmicamente la sal de carboxilato de amina para producir ácido carboxílico; en el que los fermentadores contienen un tampón seleccionado del grupo constituido por carbonato de amonio y bicarbonato de amonio

Campo técnico

La presente invención se refiere generalmente al procesamiento de biomasa y, más específicamente, a procedimientos para convertir biomasa en ácidos carboxílicos y alcoholes.

Antecedentes

Una gran cantidad de biomasa, particularmente biomasa lignocelulósica, permanece sin usar o usada ineficazmente durante los procedimientos agrícolas e industriales. La eliminación de esta biomasa a menudo es difícil o costosa. Por lo tanto, los procedimientos de uso de esta biomasa para producir productos químicos útiles son bastante valiosos. Los ácidos orgánicos son un ejemplo de tales productos químicos útiles. Históricamente, los ácidos orgánicos se producían a partir de fuentes de grasa animal o de aceite vegetal o a partir de fuentes de petróleo en sistemas sustancialmente no acuosos. Más recientemente, los ácidos orgánicos se han identificado de entre los productos más atractivos para su elaboración mediante fermentación a partir de biomasa. Los alcoholes también son productos químicos industriales importantes que se pueden producir mediante fermentación de biomasa. Sin embargo, la extracción de ácidos orgánicos y alcoholes a partir del producto de fermentación general no es fácil y a menudo es ineficaz en el uso de energía, agua y productos químicos reactivos. Se pueden encontrar ejemplos de técnicas anteriores en el documento WO 2005/044743 en el que el dióxido de carbono o una mezcla de gases que contiene dióxido de carbono y el amoniaco o una mezcla de gases que contiene amoniaco se combinan para formar compuestos tampón; y en "Conversion of Municipal Solid Waste to Carboxylic Acids using a Mixed Culture of Mesophilic Microorganisms" publicado por Aiello-Mazzarri, y col., BioResource technology, vol. 97,12 de abril de 2005, páginas 47-56.

Sumario

De acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, se proporciona un procedimiento para convertir biomasa en productos químicos útiles. En una realización particular, el procedimiento comprende fermentar la biomasa en uno o más fermentadores para producir un caldo de fermentación que comprende una sal de carboxilato de amonio, conteniendo los fermentadores un tampón seleccionado del grupo constituido por carbonato de amonio y bicarbonato de amonio. El procedimiento comprende además hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con una amina de peso molecular alto para producir sal de carboxilato de amina, y craquear térmicamente la sal de carboxilato de amina para producir ácido carboxílico. En otra realización, el procedimiento comprende hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio de los fermentadores con una amina de peso molecular bajo para producir una sal de carboxilato de amina de peso molecular bajo, cambiar la amina de peso molecular bajo en la sal de carboxilato de amina de peso molecular bajo por una amina de peso molecular alto para formar una sal de carboxilato de amina de peso molecular alto y craquear térmicamente la sal de carboxilato de amina de peso molecular alto para producir ácido carboxílico. En otra realización más, el procedimiento comprende hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio de los fermentadores con un alcohol de peso molecular alto para producir un éster de peso molecular alto e hidrogenar el éster de peso molecular alto para producir alcohol.

Una ventaja técnica de las realizaciones particulares puede incluir la capacidad para tamponar la reacción de fermentación usando carbonato de amonio o bicarbonato de amonio. Si se añadió amoniaco directamente a las reacciones, el pH puede llegar a ser demasiado alto y dañar los microorganismos usados para fermentar la biomasa. El uso de carbonato de amonio o bicarbonato de amonio reduce o elimina este problema. Adicionalmente, el uso de tampones de carbonato de amonio o bicarbonato de amonio permite el procesamiento aguas abajo simplificado del caldo de fermentación, en comparación con sistemas tampón basados en calcio. Tales sistemas tampón basados en calcio pueden dar como resultado la formación de sales de calcio que se acumulan sobre las superficies de los intercambiadores de calor y de otros equipos. En contraste, las sales de amonio de la presente invención no tienden a acumularse sobre las superficies de los equipos.

Otra ventaja técnica de las realizaciones particulares puede incluir la capacidad de reducir o eliminar el manejo de sólidos durante el procesamiento aguas abajo.

Breve descripción de los dibujos

Para una comprensión más completa de la presente invención y de las características y ventajas de la misma, ahora se hace referencia a la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que:

La FIGURA 1 ilustra un sistema para convertir biomasa en ácido carboxílico de acuerdo con un procedimiento particular de la presente invención;

La FIGURA 2 ilustra un organigrama de un procedimiento de conversión de biomasa en ácido carboxílico usando el sistema que se muestra en la FIGURA 1;

La FIGURA 3 ilustra un sistema para convertir biomasa en ácido carboxílico de acuerdo con un procedimiento particular de la presente invención;

La FIGURA 4 ilustra un organigrama de un procedimiento de conversión de biomasa en ácido carboxílico usando el sistema que se muestra en la FIGURA 3;

La FIGURA 5 ilustra un sistema para convertir biomasa en alcohol de acuerdo con un procedimiento particular de la presente invención; y

La FIGURA 6 ilustra un organigrama de un procedimiento de conversión de biomasa en alcohol usando el sistema que se muestra en la FIGURA 5.

Descripción detallada de realizaciones de ejemplo

De acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, se proporciona un procedimiento para convertir biomasa en productos químicos útiles. En una realización particular, el procedimiento comprende fermentar la biomasa en uno o más fermentadores para producir un caldo de fermentación que comprende sales de carboxilato de amonio, conteniendo los fermentadores un tampón de carbonato de amonio o bicarbonato de amonio. El procedimiento comprende además hacer reaccionar las sales de carboxilato de amonio de los fermentadores con una amina de peso molecular alto para producir sal de carboxilato de amina y craquear térmicamente la sal de carboxilato de amina para producir ácido carboxílico. En otra realización, se pueden hacer reaccionar las sales de carboxilato de amonio de los fermentadores con una amina de peso molecular bajo para producir una sal de carboxilato de amina de peso molecular bajo. La amina de peso molecular bajo en la sal de carboxilato de amina de peso molecular bajo se puede cambiar después por una amina de peso molecular alto para formar una sal de carboxilato de amina de peso molecular alto, que después se craquea térmicamente para producir ácido carboxílico. En otra realización más, las sales de carboxilato de amonio de los fermentadores se pueden hacer reaccionar con un alcohol de peso molecular alto para producir un éster de peso molecular alto, que se puede hidrogenar para producir alcohol. En realizaciones particulares, el uso de carbonato de amonio o bicarbonato de amonio como tampón en los fermentadores permite procedimientos de procesamiento aguas abajo alternativos para producir ácidos carboxílicos, ésteres y alcoholes. Además, las realizaciones particulares pueden permitir la recuperación simplificada de ácidos carboxílicos y/o alcoholes del caldo de fermentación.

La FIGURA 1 ilustra un sistema de fermentación 100 de acuerdo con un procedimiento particular de la presente invención. El sistema de fermentación 100 es un sistema de fermentación que se puede usar para producir ácidos carboxílicos a partir de biomasa. Generalmente, el sistema de fermentación 100 comprende uno o más fermentadores 102, un sistema de deshidratación 106, un reactor 108, una columna de destilación 110 y una columna de relleno 112. Tal Como se muestra en la FIGURA 1, el sistema de fermentación 100 comprende cuatro fermentadores en contracorriente 102a-d, aunque se puede usar cualquier número de disposiciones y geometrías de fermentadores adecuadas. Estos cuatro fermentadores 102a-d comprenden un sistema de fermentadores en contracorriente en los que se añade biomasa recién preparada en la parte superior del fermentador 102a y se añade agua dulce en el fondo del fermentador 102d, y la biomasa y el agua se mueven en los fermentadores 102 en direcciones opuestas. Por ejemplo, los residuos no digeridos retirados del fondo del fermentador 102a se envían al fermentador 102b, los residuos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de conversión de biomasa que comprende:

fermentar biomasa en al menos un fermentador para producir un caldo de fermentación que comprende sal de carboxilato de amonio;

hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con una amina de peso molecular alto para producir sal de carboxilato de amina; y

craquear térmicamente la sal de carboxilato de amina para producir ácido carboxílico;

en el que los fermentadores contienen un tampón seleccionado del grupo constituido por carbonato de amonio y bicarbonato de amonio.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el al menos un fermentador comprende una pluralidad de fermentadores en contracorriente.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además producir el tampón haciendo reaccionar dióxido de carbono con agua y amoniaco liberados durante la reacción de la sal de carboxilato de amonio con la amina de peso molecular alto.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además concentrar el caldo de fermentación para concentrar la sal de carboxilato de amonio antes de hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con la amina de peso molecular alto.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además desespumar el caldo de fermentación.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los fermentadores contienen un cultivo mezclado de microorganismos que forman ácido.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que los microorganismos son al menos uno de:

(i) adaptados a ambientes de alto contenido en sal;

(ii) nativos del inóculo; y

(iii) nativos del suelo o rumen de ganado vacuno.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los fermentadores se mantienen a un pH entre aproximadamente 6,5 y aproximadamente 7,5.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los fermentadores contienen un inhibidor de metano.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que el inhibidor de metano es yodoformo, bromoformo o ácido bromoetanosulfónico.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la amina de peso molecular alto comprende trioctilamina o trietanolamina.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio incluye

hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con una amina de peso molecular bajo para producir una sal de carboxilato de amina de peso molecular bajo;

cambiar la amina de peso molecular bajo en la sal de carboxilato de amina de peso molecular bajo por una amina de peso molecular alto para formar una sal de carboxilato de amina de peso molecular alto.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, que comprende además producir el tampón haciendo reaccionar dióxido de carbono con agua y amoniaco liberados durante la reacción de la sal de carboxilato de amonio con la amina de peso molecular bajo.

14. El procedimiento de la reivindicación 12, que comprende además concentrar el caldo de fermentación para concentrar la sal de carboxilato de amonio antes de hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con la amina de peso molecular bajo.

15. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la amina de peso molecular bajo es al menos una de:

(i) una amina terciaria;

(ii) soluble en agua; y 8

(iii) trietilamina, metildietilamina, dimetiletanolamina o etanolamina.

16. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la amina de peso molecular bajo amina tiene un punto de ebullición estándar por encima de aproximadamente 100ºC.

17. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio incluye:

5 hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con un alcohol de peso molecular alto para producir un éster de peso molecular alto; e hidrogenar el éster de peso molecular alto para producir alcohol.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además separar el alcohol en alcohol de peso molecular bajo y alcohol de peso molecular alto.

19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el alcohol de peso molecular alto comprende al menos cuatro 10 carbonos.

20. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además producir el tampón haciendo reaccionar dióxido de carbono con agua y amoniaco liberados durante la reacción de la sal de carboxilato de amonio con el alcohol de peso molecular alto.

21. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además concentrar el caldo de fermentación para

15 concentrar la sal de carboxilato de amonio antes de hacer reaccionar la sal de carboxilato de amonio con el alcohol de peso molecular alto.

22. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además mantener los fermentadores a un pH entre aproximadamente 6,5 y aproximadamente 7,5.

23. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que hidrogenar el éster de peso molecular alto para producir alcohol 20 comprende utilizar un catalizador.

24. El procedimiento de la reivindicación 23, en el que el catalizador es níquel Raney, platino o paladio.