Producción de un producto de fermentación.

Un proceso para separar sólidos suspendidos de un licor de fermentación que tiene un pH por debajo de neutro alsometer el licor de fermentación a una etapa de separación de sólidos-líquido,

en donde el licor de fermentación se produce en un proceso de fermentación para la producción de un producto defermentación,

cuyo licor de fermentación comprende lignina,

en donde la etapa de separación de sólido-líquido es asistida por un sistema de tratamiento, caracterizado porque elsistema de tratamiento comprende un polímero aniónico seleccionado de polímeros naturales y polímeros naturalesmodificados que tienen una carga aniónica de tal manera que el peso equivalente está por debajo de 250, ypolímeros sintéticos formados de por lo menos 50% en peso unidades de monómeros aniónicos,

con la condición que el sistema de tratamiento no incluye un polímero catiónico que tiene una viscosidad intrínseca(IV) de por lo menos 4 dl/g.

Producción de un producto de fermentación

La presente invención se relaciona con procesos para tratar un sustrato, y en particular material derivado de plantas, para proporcionar un licor acuoso que contiene azúcares que se utilizan en un proceso de fermentación para generar un producto de fermentación. En particular la presente invención se relaciona con un proceso para deshidratar un residuo de caldo de fermentación, producido como un subproducto de la recuperación de destilación de un producto de fermentación o deshidratar un caldo de fermentación para eliminar sólidos antes de llevar cabo una recuperación de destilación de un producto de fermentación. Normalmente los sólidos deshidratados se secan y utilizan como un combustible sólido. El agua decantada normalmente sería regresada a conductos y/o utilizada como líquido de lavado nuevamente en el proceso.

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 y ácido 3-hidroxipropiónico, ácido glicónico y ácido tartárico y aminoácidos tales como ácido L-glutámico, L-lisina, y ácido L-aspártico, L-triptófano, L-arilglicinas o sales de cualquiera de estos ácidos.

Se conoce el tratamiento de la biomasa con ácido con el fin de hidrolizar polisacáridos a los azúcares componentes que se pueden utilizar en un proceso de fermentación para producir un producto de fermentación. Por ejemplo el documento US-A-4384897 describe un método para tratar material de biomasa en el que se somete a una hidrólisis de dos etapas en la que los polisacáridos que se hidrolizan más fácilmente, tal como hemicelulosa y luego en una segunda etapa el material que es más difícil de despolimerizar por ejemplo celulosa, se despolimeriza utilizando un tratamiento hidrolítico más severo. Los productos de las primeras y segundas etapas incluyen soluciones de azúcar, ácidos orgánicos y aldehídos. Los monosacáridos se someten a fermentación para producir etanol y la cerveza que resulta de la fermentación luego se puede someter a rectificación para producir etanol de grado comercial. El documento US-A-4384897 pretende ofrecer mejoras más eficientes en lavados de sólidos, el uso de lavado cocorriente o lavado contracorriente de sólidos y propone el uso de iones férricos y/o de aluminio como agentes de floculación para separar sólidos finamente dispersos que resultan de la neutralización de la corriente de licor hidrolizada.

El documento US 4, 728, 613 describe el uso de un derivado de glicol y una sal inorgánica para recuperar enzimas extracelulares de la cerveza de un derivado de glicol y una sal inorgánica para recuperar enzimas extracelulares de la cerveza de fermentación completa. Se utilizan altas concentraciones del derivado de glicol (1-15 por ciento en peso) y sal inorgánica (8-35 por ciento en peso) para formar un sistema de fase 2 para recuperar la enzima.

El documento US 5, 552, 316 se relaciona con la combinación de floculantes aniónicos y catiónicos que se utilizan para decantar una solución acuosa que contiene células microbianas (Escherichia coli) . La E. coli se genera en un proceso de fermentación.

También se conoce un informe del Laboratorio National Renewable Energy Laborator y (NREL) titulado “Lignocellulose Biomass to Ethanol Process Design and Economics of Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis Current and Future Scenarios”, NREUIP-580-26157 (Julio 1999) para tratar celulosa como el segundo polisacárido mediante una enzima celulasa con el fin de hidrolizar la celulosa en sus azúcares componentes. En una forma de este proceso el residuo de subproducto sólido que resulta de la primera etapa de hidrólisis y que contiene celulosa se divide en una corriente principal y una corriente secundaria. La corriente principal se carga directamente en el recipiente de fermentación y la segunda corriente se pasa a una etapa de producción de celulasa, en la que se deja crecer los hongos y actuar sobre la celulosa, de tal manera que se forman azúcares y celulasa. Luego se cargan en el recipiente los azúcares y celulasa de fermentación y la celulasa actúa sobre la celulosa de la corriente principal y la convierte en los azúcares componentes que a su vez se pueden fermentar para producir el producto de fermentación.

Se conoce el tratamiento de material celulósico triturado utilizando ácido concentrado para proporcionar soluciones acuosas de azúcares, que se pueden utilizar en un proceso de fermentación. Por ejemplo el documento USA4650689 describe un proceso para preparar etanol a partir de material celulósico al someter el material celulósico a gas de ácido mineral altamente concentrado tal como HCl bajo presión, y a tratamiento con agua caliente para proporcionar un licor que contiene azúcares que se pueden fermentar.

El documento USA-5975439 describe un proceso automatizado para producir etanol al triturar el componente celulósico de los residuos sólidos urbanos y mezclarlos con iguales cantidades de ácido sulfúrico concentrado a alta temperatura para proporcionar una mezcla digerida. La solución de azúcar acuosa se separa de los sólidos mediante un proceso de filtración antes de ser sometida a un proceso de fermentación.

Sin embargo, en la recuperación del producto de fermentación a partir del caldo de fermentación es algunas veces necesario destilar continuamente el producto de fermentación en una etapa de destilación, en donde se elimina una corriente de vinaza, que comprende residuos y subproductos.

El documento WO-A-8603514 describe la fabricación de etanol mediante fermentación y luego extracción a partir del etanol del caldo de fermentación. El licor de caldo de fermentación residual contiene levadura y materiales poliméricos disueltos tales como polisacáridos y proteínas. Una ventaja de ubicar la etapa de separación de líquidosólido después de la etapa de destilación es tal que alguna parte de la proteína disuelta no separable en el licor de fermentación se transfiere en una forma separable a través de coagulación debido al calentamiento en los procesos de destilación e intercambio de calor.

En un estudio por Ann C Wilkie et al., (Biomass and Bioenergy 19 (2000) 63-102) , se evalúa el tratamiento de vinaza de etanol. Se ha mostrado que la bacteria, Zymomonas mobilis produce mayores rendimientos de etanol pero subsisten dificultades en la separación del licor de vinaza del material sólido. El estudio también identifica la dificultad en separar los sólidos suspendidos de los cultivos de azúcar y cultivos celulósicos.

En general, la corriente de vinaza o residuos de destilación que resultan de estos procesos se someten a una etapa de separación de sólidos-líquido para producir un producto deshidratado que se puede secar para producir un producto combustible sólido seco. El líquido acuoso separado de los sólidos se devuelve a los conductos y/o se recicla como agua de lavado utilizada en el lavado del material derivado de plantas tratadas con ácido. La corriente de vinaza o residuos de destilación son normalmente altos en la demanda de oxígeno biológico (BOD) y así es importante asegurar que el líquido acuoso se decante de forma efectiva y el agua producida de este esté sustancialmente libre de impurezas con el fin de no envenenar el agua y/o cuando se utiliza como líquido de lavado contaminar el sustrato que se va a lavar.

La corriente de vinaza contiene impurezas con base en proteína precipitada y altos niveles de lignina, que hace difícil la floculación y efectúa la separación de líquidos-sólidos. Se conoce a partir de un informe de NREL titulado “Liquid/Solid Separation” 99-10600/14 (Marzo 2001) el tratamiento de la lechada post-destilada con una solución de polímero de concentración de 0.01 a 0.02 % en peso, identificada como Perc-765, en dosis en el rango de 0.4 a 1 kg/tonelada de sólidos secos para efectuar la deshidratación de los sólidos sobre una prensa de banda para un contenido de sólidos final de 26-29 % en peso. Sin embargo, la claridad de filtrado es pobre. Al separar una carga diluida de 3 a 4 % en peso de insolubles se produce un filtrado que contiene sólidos de 0.25 % en peso o más. Observe que cuando se opera con una concentración de carga deseada de 11.7 % en peso, la capacidad de flocular los sólidos puede ser incluso peor y será necesario ya... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para separar sólidos suspendidos de un licor de fermentación que tiene un pH por debajo de neutro al someter el licor de fermentación a una etapa de separación de sólidos-líquido,

en donde el licor de fermentación se produce en un proceso de fermentación para la producción de un producto de fermentación,

cuyo licor de fermentación comprende lignina,

en donde la etapa de separación de sólido-líquido es asistida por un sistema de tratamiento, caracterizado porque el sistema de tratamiento comprende un polímero aniónico seleccionado de polímeros naturales y polímeros naturales modificados que tienen una carga aniónica de tal manera que el peso equivalente está por debajo de 250, y polímeros sintéticos formados de por lo menos 50% en peso unidades de monómeros aniónicos,

con la condición que el sistema de tratamiento no incluye un polímero catiónico que tiene una viscosidad intrínseca

(IV) de por lo menos 4 dl/g.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el licor de fermentación se somete a una etapa de destilación en donde se recupera el producto de fermentación, en donde el licor se recupera de la etapa de destilación como una corriente de vinaza y luego se somete a la etapa de separación de sólido-líquido.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el licor de fermentación contiene el producto de fermentación en donde el licor se somete a la etapa de separación de sólido-líquido y luego se pasa a una etapa de destilación en donde se recupera el producto de fermentación.

4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que el sistema de tratamiento comprende un polímero aniónico seleccionado de polímeros sintéticos formados de por lo menos 65% en peso de unidades de monómero aniónico.

5. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que el polímero aniónico se forma a partir de monómeros aniónicos seleccionados del grupo que consiste de ácido (met) acrílico (o sales) , ácido maleico (o sales) , ácido itacónico (o sales) , ácido fumárico (o sales) , ácido vinil sulfónico (o sales) , ácido alil sulfónico y ácido 2-acrilamido-2-metil sulfónico (o sales) .

6. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que polímero aniónico exhibe una viscosidad intrínseca de por lo menos 4 dl/g (medido en NaCl 1 M a 25° C) .

7. Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6 en el que el sistema de tratamiento comprende adicionalmente la adición de un polímero catiónico que exhibe una viscosidad intrínseca por debajo de 4 dl/g (medido en NaCl 1 M a 25° C) .

8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7 en el que el polímero catiónico exhibe una densidad de carga de por lo menos 3 meq/g.

9. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8 en el que el polímero catiónico se selecciona del grupo que consiste de poliaminas, amina/polímeros de adición de epihalohidrina, polímeros de diciandiamida con formaldehído, polímeros de cloruro de dialildimetil amonio (DADMAC) , almidón catiónico y insulina catiónica, polímeros de (met) acrilatos de dialquil amino alquilo (o sales) y (met) acrilamidas de dialquil amino alquilo (o sales) .

10. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9 en el que el polímero aniónico y polímero catiónico se agregan de forma secuencial, preferiblemente empleando primero el polímero aniónico.

11. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en el que la dosis de polímero aniónico es por lo menos 50 gramos por tonelada (con base en el peso seco del licor de fermentación) .

12. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11 en el que la dosis de polímero catiónico es por lo menos 50 gramos por tonelada (con base en el peso seco del licor de fermentación) .

13. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en el que el sistema de tratamiento adicionalmente comprende la adición de un material silíceo.

14. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 13 en el que el material silíceo se selecciona del grupo que consiste de partículas con base de sílice, microgeles de sílice, sílice coloidal, soles de sílice, geles de sílice, polisilicatos, sílice catiónica, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeolitas o arcilla hinchable.

15. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 13 o reivindicación 14 en el que el material silíceo es un material microparticulado aniónico.

16. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15 en el que el material silíceo es una arcilla tipo bentonita.

17. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16 en el que el material silíceo se selecciona

del grupo que consiste de hectorita, esmectitas, montmorilonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas y sepiolitas.

18. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 en el que el licor de fermentación se somete a una etapa de deshidratación mecánica durante o posterior a la aplicación del sistema de tratamiento.

19. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 18 en el que la etapa de deshidratación mecánica está se

selecciona del grupo que consiste de una centrífuga, una prensa de tornillo, una prensa de filtro, una prensa de filtro de banda, un filtro de banda horizontal o un filtro de presión.

20. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 en el que el licor tratado del cual se han eliminado los sólidos suspendidos se recicla y utiliza como agua de lavado.

21. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20 en el que el licor de fermentación

comprende lignina y en el que los sólidos separados se deshidratan y luego someten a una etapa de secado para proporcionar un material sólido seco y en el que el material sólido seco se utiliza como un combustible sólido.

22. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o cualquiera de las reivindicaciones 3 a 21 en el que el licor de fermentación no se ha sometido a una temperatura de por lo menos 50° C.

23. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22 en el que el producto de fermentación se

selecciona del grupo que consiste de 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 y ácido 3-hidroxipropiónico, ácido glicónico y ácido tartárico, y aminoácidos tales como ácido Lglutámico, L-lisina, ácido L-aspártico, L-triptófano, Larilglicinas o sales de cualquiera de estos ácidos.