Proceso para separación líquido/sólido de un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica.

Un proceso para separar una fracción líquida de un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende:

a) proporcionar un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende un producto diana seleccionado del grupo constituido por etanol, butanol y 1,3-propanodiol;

b) opcionalmente, retirar el producto diana del caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica de (a), produciendo un caldo empobrecido;

c) tratar térmicamente el caldo de (a) o el caldo empobrecido de (b) a una temperatura y durante un tiempo suficientes para producir un caldo o caldo empobrecido que tiene una resistencia de la torta de filtración reducida al menos aproximadamente un 20% en comparación con el caldo inicial respectivo de (a) o el caldo empobrecido de (b); y

d) hacer pasar el caldo tratado o caldo empobrecido de (c) a través de un filtro, separando con ello una fracción líquida de una fracción sólida.

Proceso para separación líquido/sólido de un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica Campo de la invención

La invención se refiere al campo de la tecnología de procesos de fermentación. Específicamente, se ha descubierto que la separación de caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica en fracciones líquida y sólida aumenta su eficiencia por aplicación de un tratamiento térmico.

Antecedentes de la invención

Las materias primas y desechos celulósicos y lignocelulósicos, tales como desechos agrícolas, madera, desechos forestales, papillas de fabricación de papel, y desechos sólidos municipales e industriales, proporcionan una materia prima renovable potencialmente abundante para la fabricación de productos valiosos que incluyen alcoholes para uso como combustibles, y otros productos químicos. Las materias primas y desechos celulósicos y lignocelulósicos, compuestos de polímeros de carbohidratos que comprenden celulosa, hemicelulosa, y lignina se tratan generalmente por una diversidad de medios químicos, mecánicos y enzimáticos a fin de liberar fundamentalmente azúcares hexosa y pentosa en un hidrolizado que puede fermentarse para fabricar productos útiles utilizando un biocatalizador.

Además de los azúcares metabolizables que están presentes en la biomasa hidrolizada, el hidrolizado incluye lignina no digerida y otros componentes de biomasa que son transportados conduciendo al aislamiento de productos y procesos aguas abajo. Estos componentes del hidrolizado, mezclados con el biocatalizador y otros componentes del caldo de fermentación, requieren ser procesados además del producto principal. Particularmente en la producción de alcoholes para uso como combustible, donde los volúmenes de producción son muy altos, es importante el uso de agua pura como lo es el uso de energía fósil para producir el alcohol combustible. A fin de minimizar el uso de agua pura, el caldo de fermentación con el producto retirado puede reciclarse a etapas previas en el proceso, o se pueden separar los sólidos de este caldo y reciclarse la corriente líquida a etapas previas en el proceso (a lo que se hace referencia como retorno). Asimismo, la corriente líquida puede purificarse por diversos métodos antes del reciclo. La corriente sólida, que contiene un gran porcentaje de lignina, tiene escaso valor nutritivo como alimentación animal, pero puede utilizarse como combustible que se quema para proporcionar energía en el proceso de producción global.

Existen procesos de tratamiento para caldo de fermentación estándar, que no incluye hidrolizado de biomasa, y para corrientes de desecho de materiales biológicos. La mezcla de componentes en estos sistemas difiere de los de un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa, requiriendo por tanto el desarrollo de procesos específicamente adecuados para manipulación eficiente de la mezcla de caldo de hidrolizado.

Para la separación de fracciones líquida y sólida en el proceso de molienda en seco para producción de etanol, se utiliza típicamente centrifugación. Las centrífugas de tipo decantador horizontales de alta velocidad utilizadas típicamente no son eficientes en lo que respecta a la separación de los sólidos suspendidos y no son eficientes en la deshidratación de los sólidos. WO 2876716 da a conocer el uso de floculantes polímeros aniónicos para mejorar la aglomeración de los sólidos en el concentrado procedente de las centrífugas, a fin de favorecer la separación sólido/liquido subsiguiente.

Puede utilizarse calor en el procesamiento en sistemas conocidos, usualmente en presencia de un agente floculante como en GB 1.413.236, utilizándose opcionalmente el calentamiento del caldo de cultivo (no-hidrolizado), que incluye un agente tensioactivo, a una temperatura de 7°C a 95°C durante 1 a 3 minutos se utiliza opcionalmente en la recuperación de L-lisina producida microbialmente. US 4.374.981 da a conocer métodos de separación de inosina y guanosina de caldo de fermentación (no-hidrolizado) que incluye calentamiento del caldo de fermentación a temperatura comprendida entre 9°C y 11°C durante 5 a 1 minutos, y separación por ultrafiltración.

US 2717825 da a conocer procesos para tratamiento de corrientes de desechos de material biológico tales como desechos de cerdo, lactosuero de queso, y desechos de material biológico animal de establos. Los procesos incluyen degradación de al menos una porción de la corriente de desechos de material biológico en otros componentes o materiales que pueden reintroducirse en un proceso de fermentación. El tratamiento puede incluir ajuste del pH y tratamiento térmico seguido por eliminación del precipitado/agregado basada en densidad, por ejemplo por centrifugación.

Persiste necesidad de procesos eficientes y de bajo coste para el tratamiento de corrientes de producción secundarias a partir de caldo de fermentación que incluyan hidrolizado de biomasa lignocelulósica, particularmente donde tengan que procesarse grandes volúmenes de caldo.

Sumario de la invención

La invención proporciona un proceso para separación eficiente líquido/sólido en el procesamiento de un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica.

De acuerdo con ello, la invención proporciona un proceso para separación de una fracción líquida a partir de un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende:

a) proporcionar un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende un producto diana seleccionado del grupo constituido por etanol, butanol y 1,3-propanodiol;

b) opcionalmente, retirar el producto diana del caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica de (a), produciendo un caldo empobrecido;

c) tratar térmicamente el caldo de (a) o el caldo empobrecido de (b) a una temperatura y durante un tiempo suficientes para producir un caldo o caldo empobrecido que tiene una resistencia de la torta de filtración reducida al menos aproximadamente un 2% en comparación con el caldo inicial respectivo de (a) o el caldo empobrecido de (b); y

d) hacer pasar el caldo tratado o caldo empobrecido de (c) a través de un filtro, separando con ello una fracción líquida de una fracción sólida.

En una realización particular, la invención proporciona un proceso para la producción de etanol que comprende:

a) proporcionar un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende un producto etanol;

b) tratar el caldo de fermentación de (b) a una temperatura y durante un tiempo suficientes para producir un caldo calentado que tiene una resistencia de la torta de filtración reducida al menos aproximadamente un 2% en comparación con el caldo inicial de (a);

c) hacer pasar el caldo calentado de (b) a través de un filtro, separando con ello una fracción líquida de una fracción sólida; y

d) destilar la fracción líquida de (c) para producir una corriente de producto etanol y un líquido remanente.

En otra realización, la invención proporciona un proceso para la producción de etanol que comprende:

a) proporcionar un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende un producto

etanol;

b) destilar el caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica de (a) para producir una corriente de producto etanol y una hez total;

c) tratar térmicamente la hez total de (b) a una temperatura y durante un tiempo suficientes para producir una hez total que tiene una resistencia de la torta de filtración reducida al menos aproximadamente un 2% en comparación con la hez total inicial de (b); y

d) hacer pasar la hez total de (c) a través de un filtro, con lo cual se separa una fracción líquida de una fracción sólida.

En una realización adicional, la invención proporciona un proceso para la producción de butanol que comprende:

a) proporcionar un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende un producto butanol;

b) extraer el butanol del caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica de (a) para producir una corriente de producto butanol y un caldo empobrecido;

c) tratar térmicamente el caldo empobrecido de (b) a una temperatura y durante un tiempo suficientes para producir un caldo empobrecido que tiene una resistencia de la torta de filtración reducida al menos aproximadamente un 2% de en comparación con el caldo empobrecido inicial de (b); y

d) hacer pasar el caldo empobrecido de (c) a través de un filtro, separando con ello una fracción líquida de una fracción sólida.

Tabla 1. Números SEQ ID... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para separar una fracción líquida de un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende:

a) proporcionar un caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica que comprende un producto diana seleccionado del grupo constituido por etanol, butanol y 1,3-propanodiol;

b) opcionalmente, retirar el producto diana del caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica de (a), produciendo un caldo empobrecido;

c) tratar térmicamente el caldo de (a) o el caldo empobrecido de (b) a una temperatura y durante un tiempo suficientes para producir un caldo o caldo empobrecido que tiene una resistencia de la torta de filtración reducida al menos aproximadamente un 2% en comparación con el caldo inicial respectivo de (a) o el caldo empobrecido

de (b); y

d) hacer pasar el caldo tratado o caldo empobrecido de (c) a través de un filtro, separando con ello una fracción

líquida de una fracción sólida.

2. El proceso de la reivindicación 1 en donde el paso de tratamiento de (c) se realiza a una temperatura entre

7°C y 15°C.

3. El proceso de la reivindicación 2 en donde la temperatura está comprendida entre 95°C y 15°C.

4. El proceso de la reivindicación 1 en donde el tiempo de tratamiento en el paso (c) está comprendido entre 3 minutos y 21 minutos.

5. El proceso de la reivindicación 1 en donde el tratamiento del paso (c) tiene lugar a una temperatura comprendida entre 11°C y 15°C, y durante un tiempo comprendido entre 3 segundos y 2 minutos.

6. El proceso de la reivindicación 1 en donde el caldo de fermentación del hidrolizado de biomasa lignocelulósica de (a) o caldo empobrecido de (b) alcanza un pH de pH 6 o inferior antes o durante el tratamiento de

(c).

7. El proceso de la reivindicación 1 en donde el paso a través de un filtro de (d) tiene lugar por filtración a vacío o filtración a presión.

8. El proceso de la reivindicación 1 en donde el producto diana es etanol, y en donde el etanol se retira del caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica en el paso (b) por destilación, produciéndose un caldo empobrecido que es una hez completa.

9. El proceso de la reivindicación 1 en donde el producto diana es butanol, y en donde el butanol se retira del caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica en el paso (b) por extracción con disolvente, produciéndose un caldo empobrecido.

1. El proceso de la reivindicación 1 en donde el caldo de fermentación de hidrolizado de biomasa lignocelulósica se produce a partir de biomasa que se selecciona del grupo constituido por mijo perenne, papel de desechos, papilla de fabricación de papel, mazorcas de maíz, cascarilla de maíz, forraje de maíz, hierbas, trigo, paja de trigo, heno, paja de cebada, paja de arroz, bagazo de caña de azúcar, componentes obtenidos del procesamiento de cereales, árboles, ramas, raíces, hojas, virutas de madera, serrín de madera, arbustos y matorrales, hortalizas, frutos, y flores.

11. El proceso de la reivindicación 1 en donde la fracción líquida del paso (d) se recicla.