PRODUCCIÓN BIOLÓGICA DE ÁCIDO ACÉTICO A PARTIR DE GASES RESIDUALES.

PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA CONVERTIR LOS GASES RESIDUALES PROCEDENTES DE PROCESOS INDUSTRIALES,

TALES COMO LAS REFINERIAS DE PETROLEO, EL NEGRO CARBON, EL COQUE, EL AMONIACO, Y LA PRODUCCION DE METANOL, EN PRODUCTOS UTILES. EL PROCEDIMIENTO INCLUYE INTRODUCIR LOS GASES RESIDUALES EN UN BIORREACTOR, EN DONDE SE FERMENTAN CONVIRTIENDOLOS EN DIVERSOS PRODUCTOS, TALES COMO ACIDOS ORGANICOS, ALCOHOLES H 2 , SCP Y SALES DE ACIDOS ORGANICOS, POR LAS BACTERIAS ANAEROBICAS QUE EXISTEN DENTRO DEL BIORREACTOR. A CONTINUACION SE RECUPERAN, SEPARAN Y PURIFICAN ESTOS VALIOSOS PRODUCTOS FINALES

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US1996/011146.

Solicitante: EMMAUS FOUNDATION, INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 3781 N SASSAFRAS HILL ROAD FAYETTEVILLE, AR 72703 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: GADDY, JAMES, L., CHEN,GUANGJIONG.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 1 de Julio de 1996.

Fecha Concesión Europea: 29 de Septiembre de 2010.

Clasificación PCT:

  • C12N1/20 QUIMICA; METALURGIA.C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA.C12N MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS CONTIENEN; PROPAGACION, CULTIVO O CONSERVACION DE MICROORGANISMOS; TECNICAS DE MUTACION O DE INGENIERIA GENETICA; MEDIOS DE CULTIVO (medios para ensayos microbiológicos C12Q 1/00). › C12N 1/00 Microorganismos, p.ej. protozoos; Composiciones que los contienen (preparaciones de uso médico que contienen material de protozoos, bacterias o virus A61K 35/66, de algas A61K 36/02, de hongos A61K 36/06; preparación de composiciones de uso médico que contienen antígenos o anticuerpos bacterianos, p. ej. vacunas bacterianas, A61K 39/00 ); Procesos de cultivo o conservación de microorganismos, o de composiciones que los contienen; Procesos de preparación o aislamiento de una composición que contiene un microorganismo; Sus medios de cultivo. › Bacterias; Sus medios de cultivo.
  • C12P1/00 C12 […] › C12P PROCESOS DE FERMENTACION O PROCESOS QUE UTILIZAN ENZIMAS PARA LA SINTESIS DE UN COMPUESTO QUIMICO DADO O DE UNA COMPOSICION DADA, O PARA LA SEPARACION DE ISOMEROS OPTICOS A PARTIR DE UNA MEZCLA RACEMICA.Preparación de compuestos o de composiciones, no prevista en los grupos C12P 3/00 - C12P 39/00, utilizando microorganismos o enzimas; Procedimientos generales de preparación de compuestos o composiciones que utilizan microorganismos o enzimas.
  • C12P1/04 C12P […] › C12P 1/00 Preparación de compuestos o de composiciones, no prevista en los grupos C12P 3/00 - C12P 39/00, utilizando microorganismos o enzimas; Procedimientos generales de preparación de compuestos o composiciones que utilizan microorganismos o enzimas. › utilizando bacterias.
  • C12P21/00 C12P […] › Preparación de péptidos o de proteínas (proteína monocelular C12N 1/00).
  • C12P21/04 C12P […] › C12P 21/00 Preparación de péptidos o de proteínas (proteína monocelular C12N 1/00). › Péptidos o polipéptidos cíclicos o puenteados, p. ej. bacitracina.
  • C12P7/02 C12P […] › C12P 7/00 Preparación de compuestos orgánicos que contienen oxígeno. › que contienen un grupo hidroxilo.
  • C12P7/06 C12P 7/00 […] › Etanol como producto químico y no como bebida alcohólica.
  • C12P7/08 C12P 7/00 […] › preparado como subproducto, o preparado a partir de un sustrato constituido por desechos o por materias celulósicas.
  • C12P7/40 C12P 7/00 […] › que contienen un grupo carboxilo.
  • C12P7/54 C12P 7/00 […] › Acido acético.
  • C12P7/62 C12P 7/00 […] › Esteres de ácidos carboxílicos.

Clasificación antigua:

  • C12N1/20 C12N 1/00 […] › Bacterias; Sus medios de cultivo.
  • C12P1/00 C12P […] › Preparación de compuestos o de composiciones, no prevista en los grupos C12P 3/00 - C12P 39/00, utilizando microorganismos o enzimas; Procedimientos generales de preparación de compuestos o composiciones que utilizan microorganismos o enzimas.
  • C12P21/04 C12P 21/00 […] › Péptidos o polipéptidos cíclicos o puenteados, p. ej. bacitracina.
  • C12P7/06 C12P 7/00 […] › Etanol como producto químico y no como bebida alcohólica.
  • C12P7/08 C12P 7/00 […] › preparado como subproducto, o preparado a partir de un sustrato constituido por desechos o por materias celulósicas.
  • C12P7/54 C12P 7/00 […] › Acido acético.
  • C12P7/62 C12P 7/00 […] › Esteres de ácidos carboxílicos.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Mónaco, Irlanda, Finlandia.

PRODUCCIÓN BIOLÓGICA DE ÁCIDO ACÉTICO A PARTIR DE GASES RESIDUALES.

Fragmento de la descripción:

Producción biológica de ácido acético a partir de gases residuales.

El campo general de la invención está relacionado con los procedimientos, procesos, microorganismos y aparatos biológicos para la producción de productos, materiales, productos intermedios, y similares, tales como ácidos orgánicos, proteína celular simple ("SCP"), hidrógeno, alcoholes y sales de ácidos orgánicos a partir de corrientes de gases residuales de ciertos procesos industriales. Más en particular, la invención se refiere a procedimientos que utilizan fermentación continua de substrato gaseoso bajo condiciones anaeróbicas para producir ácido acético y sus sales, y a microorganismos útiles en tales procedimientos.

El procedimiento convencional para producir ácidos orgánicos, alcoholes, hidrógeno y sales de ácidos orgánicos, es la síntesis química de las materias primas derivadas del petróleo. La rápida escalada del coste del petróleo ha generado un interés considerable en cuanto a la producción de estas valiosas mercancías mediante procesos de fermentación que utilizan materiales renovables o residuales como materia prima. La proteína celular simple se produce como subproducto de las fermentaciones, para ser utilizada como un suplemento de la alimentación animal.

Existe también una preocupación creciente sobre las cantidades masivas de contaminantes atmosféricos y gases de efecto invernadero producidos por los procesos industriales convencionales. La Agencia de Protección del Medio Ambiente estimó recientemente que más de seis millones de toneladas métricas de monóxido de carbono y casi cuatro millones de toneladas métricas de hidrógeno, fueron vertidos anualmente por el complejo industrial. Una porción sustancial de estos monóxido de carbono e hidrógeno residuales, es el resultado de la fabricación de negro de carbono y de la producción de coque, aproximadamente 2,6 millones de toneladas métricas de CO y 0,5 millones de toneladas métricas de H2. Grandes cantidades de monóxido de carbono o de hidrógeno son producidos también por la industria del amoníaco (125, 144 toneladas métricas de CO en 1991), la de refinado del petróleo (8 toneladas métricas por cada mil barriles), la de los laminados de acero (alrededor de 69 kg por cada tonelada métrica de acero producido), la del proceso kraft de la madera (alrededor de 130 kg por tonelada de pulpa). En 1991, la industria del ácido adípico generó 40,773 toneladas métricas de monóxido de carbono que fue quemado como combustible de valor o que ardió. En muchos casos, estos gases son descargados directamente a la atmósfera, colocando una pesada carga de contaminación en el ambiente.

Típicamente, los gases residuales procedentes de la fabricación de productos industriales, son liberados a presiones y temperaturas bajas. La tecnología actual no puede utilizar estos gases diluidos bajo tales condiciones. Adaptar la tecnología existente para separar y recuperar el hidrógeno o el monóxido de carbono a partir de estas corrientes residuales, sería caro y poco práctico.

En vista de cuanto antecede, existe una necesidad de un procedimiento, un microorganismo y un aparato que sean prácticos y de bajo coste para la utilización de los gases residuales descritos en lo que antecede y para la producción de productos, materiales, sustancias intermedias y similares, tales como ácidos orgánicos, alcoholes, hidrógeno y sales de ácidos orgánicos mediante procesos distintos de la síntesis química de las materias primas derivadas del petróleo.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se produce ácido acético a partir del monóxido de carbono residual, del hidrógeno y/o del dióxido de carbono de los procesos industriales, reduciendo con ello la contaminación ambiental mientras que al mismo tiempo se ahorra energía y materias primas químicas.

La presente invención proporciona, en un aspecto, un proceso para la producción de ácido acético, que comprende:

(a) suministrar un flujo continuo de gas que comprende:

(i) un gas que comprende monóxido de carbono; (ii) un gas que comprende monóxido de carbono e hidrógeno, o (iii) un gas que comprende hidrógeno y dióxido de carbono; quada un bio-reactor que contiene un medio nutriente acuoso y la bacteria anaeróbica C. ljungdahlii ERI-2, ATCC núm. 55380; (b) dirigir un flujo de dicho medio nutriente acuoso hacia el bio-reactor, y

(c) fermentar dicho gas y dicho medio nutriente utilizando la citada bacteria a un bajo pH, bajo condiciones que permitan convertir el gas en dicho ácido acético en un medio fluido.

El ácido acético se recupera a partir de la fase acuosa en un recipiente, o en varios recipientes separados, utilizando un proceso de recuperación adecuado. Ejemplos de procesos de recuperación incluyen extracción, destilación o una combinación de los mismos, u otros procesos de recuperación eficaces. Las bacterias se extraen de la fase acuosa y son recicladas para evitar la toxicidad y mantener altas concentraciones celulares, optimizando así las velocidades de reacción. La separación celular, si se desea, se realiza por centrifugación, ultrafiltración membranosa, u otras técnicas.

La invención proporciona también, según un aspecto alternativo, un cultivo biológicamente puro del microorganismo Clostridium ljungdahlii ERI-2 [ATCC núm. 55380].

El principal objeto de la presente invención consiste en la provisión de un proceso y/o un microorganismo para la producción de ácido acético y sus sales a partir de monóxido de carbono, hidrógeno y/o dióxido de carbono. Otro objeto de la presente invención consiste en la provisión de procedimientos, microorganismos y aparatos para la producción de ácido acético y sus sales a partir de la corriente de gas residual de procesos industriales tales como el refinado del petróleo, la producción de negro de carbono, coque, amoníaco y metanol.

Todavía un objeto adicional de la presente invención consiste en la provisión de un procedimiento para la producción de ácido acético a partir de una corriente de gas residual de composición idéntica a la encontrada en la fabricación del negro de carbono.

Todavía un objeto adicional y más particular de la presente invención consiste en la provisión de un procedimiento, un microorganismo y un aparato que incluyen la fermentación continua de substrato gaseoso bajo condiciones anaeróbicas para llevar a cabo la conversión de las corrientes de gases residuales de ciertos procesos industriales en productos útiles, en particular ácido acético y sus sales.

Otros objetos y alcance adicional de la aplicabilidad de la presente invención, se pondrán de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue, tomada junto con los dibujos que se acompañan, en los que las mismas partes han sido designadas con los mismos números de referencia.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama esquemático de un proceso para la producción de ácido acético a partir de gas residual;

La Figura 2 es un diagrama esquemático de un proceso para la producción de CMA a partir de gas residual;

La Figura 3 es una representación esquemática de un sistema de fermentación en continuo de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 4 es una ilustración gráfica de la concentración celular (OD) respecto al tiempo;

La Figura 5 es una representación gráfica del ácido acético (HAC) respecto al tiempo.

Descripción detallada de la invención

La expresión "gas residual" o "corriente de gas residual", según se utiliza en la presente memoria descriptiva, significa monóxido de carbono e hidrógeno mezclados con otros elementos o compuestos, incluyendo el dióxido de carbono, nitrógeno y metano, en estado gaseoso, y que son típicamente liberados o expulsados a la atmósfera ya sea directamente o ya sea a través de combustión. Normalmente, la liberación tiene lugar bajo temperaturas y presiones de chimenea estándar. En consecuencia, los procesos de la...

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para producir ácido acético, que comprende:

(a) proporcionar un flujo continuo de gas que comprende:

(i) un gas que comprende monóxido de carbono; (ii) un gas que comprende monóxido de carbono e hidrógeno, o (iii) un gas que comprende hidrógeno y dióxido de carbono; quada un bio-reactor, conteniendo dicho bio-reactor un medio nutriente acuoso y la bacteria anaeróbica C. ljungdahlii ERI-2, ATTC núm. 55380; (b) dirigir un flujo de dicho medio nutriente acuoso a dicho bio-reactor, y

(c) fermentar el citado gas y dicho medio nutriente utilizando la citada bacteria a un bajo pH, bajo condiciones que permitan convertir el gas en dicho ácido acético en un caldo de cultivo.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además liberar gases de evacuación desde dicho bio-reactor.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además separar la citada bacteria de dicho caldo de cultivo.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además devolver la citada bacteria extraída, a dicho bio-reactor.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se forma una fase de solvente que contiene ácido acético y agua, y una fase acuosa que contiene nutrientes, en una cámara de extracción.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además separar de dicha fase de solvente que contiene solvente, ácido acético y agua, una fase acuosa que contiene nutrientes, y hacer pasar dicha fase acuosa que contiene nutrientes y materiales a dicho bio-reactor.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende además destilar dicha fase de solvente para separar ácido acético y agua del citado solvente inmiscible en agua.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además devolver el citado solvente inmiscible en agua a la citada cámara de extracción.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además separar dicho ácido acético de dicha agua en una columna de destilación final, y reciclar dicha agua en dicho bio-reactor.

10. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el gas (i) o (ii) contiene además dióxido de carbono.

11. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho gas comprende además uno o más de entre nitrógeno y metano.

12. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho gas se produce mediante un proceso industrial seleccionado en el grupo consistente en la fabricación de negro de carbono, amoniaco, metanol o coque o refinado de petróleo.

13. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho bio-reactor es un reactor de tanque agitado en continuo, un bio-reactor de célula microbiana inmovilizada, un bio-reactor de lecho de goteo, un bio-reactor de columna de burbuja, o un bio-reactor de elevación de gas.

14. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho bio-reactor se mantiene a una presión mayor de una atmósfera (1 x 105 N.m-2).

15. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho procedimiento se realiza a una presión de hasta a 15 atmósferas (1,5 x 106 N.m-2).

16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha separación se lleva a cabo mediante centrifugación, filtración con membrana de fibra hueca, sedimentación o ultrafiltración.

17. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que dicho bio-reactor comprende además otra bacteria acetogénica anaeróbica elegida en el grupo consistente en Acetobacterium kivui, A. woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, C. acetobutylicum, C. kluyveri, C. ljungdahlii PETC, C. thermoaceticum, C. thermocellum, C. thermohydrosulfuricum, C. thermosaccharolyticum, Eubacterium limosum, y Peptostreptococcus productus.

18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además poner en contacto al ácido acético con cal dolomítica y óxido de magnesio, y realizar un secado, produciendo con ello acetato de calcio y magnesio.

19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además poner en contacto el ácido acético con potasa cáustica, produciendo con ello acetato de potasio.

20. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que el pH en el bio-reactor es de 4,9.

21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

(d) extraer de forma continua una porción de dicho caldo de cultivo que contiene ácido acético desde el citado bio-reactor;

(e) poner en contacto el citado caldo de cultivo extraído que contiene el ácido acético, con un solvente inmiscible en agua que tiene afinidad por el ácido acético, y

(f) opcionalmente, destilar el ácido acético a partir de dicho solvente.

22. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 21, en el que, después de la etapa (e) o (f), el ácido acético se pone en contacto con cal dolomítica y óxido de magnesio y se seca, produciendo con ello acetato de calcio y magnesio.

23. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 21, en el que después de la etapa (e) o (f), el ácido acético se pone en contacto con potasa cáustica, produciendo con ello acetato de potasio.

24. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, en el que dicho bio-reactor contiene además un surfactante que incrementa el consumo de monóxido de carbono por parte de dicha bacteria.

25. Un cultivo biológicamente puro del microorganismo Clostridium ljungdahlii ERI-2 ATCC núm. 55380.


 

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