MX2010005879A - Tratamiento de biomasa celular eucariotica. - Google Patents
Tratamiento de biomasa celular eucariotica.Info
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Abstract
La solicitud describe un proceso para tratar una corriente que contenga una biomasa derivada de células eucarióticas que comprende: (i) pasar la corriente a través de una cámara: (ii) comprimir la corriente; (iii) introducir un gas en la corriente comprimida, siendo el gas soluble en la biomasa derivada de células eucarióticas; y (iv) descomprimir la corriente para causar que el gas disuelto se expanda y disrupte la biomasa derivada de células eucarióticas. La biomasa puede ser derivada de materiales vegetales o animales.
Description
TRATAMIENTO PE BIQMASA CELULAR EUCARIÓTICA
CAMPO DE LA INVENCION
La invención concierne a procesos y a un aparato para tratar biomasa celular eucariótica y derivados tales como materiales derivados de madera o animales, y al uso de dichos procesos en la producción de productos renovables, tales como etanol o metano.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Hay interés creciente ^en la producción de combustibles u otros productos a partir de materiales de desecho tal como troceados de madera o papel, u otros materiales de desecho. Un problema con dichos materiales es que necesitan ser desintegrados para liberar eficientemente compuestos tales como azúcar, la cual puede ser usada en otros procesos, tal como procesos de fermentación. Estos pueden entonces ser usados para producir productos útiles tal como metano, hidrógeno o etanol, u otros productos de fermentación tal como ácido láctico, ácido butírico o acetona. La biomasa, una vez desintegrada, puede ser usada también como una fuente de nutrientes para el crecimiento de microorganismos tales como hongos para alimentos.
WO 2007/059487, describe un proceso para tratar una corriente que contenga microorganismos por compresión de la corriente, introducción de un gas de alimentación, que sea soluble en los microorganismos, y descompresión para causar que el gas disuelto se expanda en los microorganismos y los rompa. Opcionalmente , puede añadirse a los microorganismos un ácido, tal como ácido sulfámico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido oxálico, ácido clorhídrico o ácido sulfúrico para reducir el pH a menos de 6.5. El objetivo de este proceso es esterilizar los lodos de desecho y deshidratarlos.
US 5,635,069 describe la mezcla de lodos de desecho con un óxido y ácido sulfámico, la compresión de los lodos y la descarga de los lodos comprimidos . Se hacen reaccionar el óxido y el ácido para elevar la temperatura de los lodos a entre 50 °C y 450 °C.
Se ha usado también la elevación del pH a al menos 9.8 para tratar lodos que contengan patógenos (ver US 5,868,942) . Esta utilizó óxido de calcio, amoníaco y dióxido de carbono y otra vez usó presión. De manera similar, US 6,056,880, utilizó ácido, un óxido y compresión para tratar un lodo de desecho de sólidos biológicos.
Los lodos residuales están indicados como que son lodos de desecho y heces animales y por consiguiente contienen patógenos los cuales son esterilizados por medio de los procesos mostrados en estos documentos.
Se han producido productos combustibles usando lodos de desecho mezclados con ácido y óxido y comprimidos. Estos son entonces mezclados con finos de carbón y solidificados para producir un material combustible.
Los inventores han realizado que los principios mostrados en el arte previo para romper células microbianas podrían también ser usados para auxiliar a la desintegración de estructuras multi-celulares tales como células de madera o de animales . Podían también ser usadas para desintegrar materiales derivados de dichos productos, tales como papel o algodón .
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Por consiguiente, el primer aspecto de la invención proporciona un proceso para tratar una corriente que contenga biomasa derivada de células eucarióticas que comprende :
(i) pasar la corriente a través de una cámara:
(ii) comprimir la corriente;
(iii) introducir un gas en la corriente comprimida, siendo el gas soluble en la biomasa derivada de células eucarióticas; y
(iv) descomprimir la corriente para causar que el gas disuelto se expanda y disrupte la biomasa derivada de células eucarióticas.
Preferiblemente la corriente y el gas son conservados en la cámara o en una cámara de residencia subsecuente por tiempo suficiente para que el gas y la corriente se equilibren. Típicamente, esto es entre 1 y 60 minutos, o 1 y 30 minutos.
La biomasa derivada de células eucarióticas puede ser material que aún contenga células eucarióticas, tal como madera, material vegetal herbáceo, esquileo de césped o de animales, tales como vacas, cerdos, cabras, caballos o peces, tejido, y se incluye adicionalmente material derivado de dicha células, y tales como algodón, celulosa y colágeno. Dicha biomasa puede comprender una mezcla de varios materiales, tanto de origen vegetal como animal, tales como residuos alimenticios.
Preferiblemente, la biomasa derivada de células eucarióticas comprende material derivado de plantas. Dicho material vegetal preferiblemente comprende celulosa lignina y/o hemicelulosa . Este material derivado de plantas preferiblemente comprende, recortes de madera, serrín, papel, material vegetal herbáceo, tal como maleza u otro material vegetal a partir de cultivos vegetales alimenticios y no alimenticios, esquileo de césped, algodón, cáñamo y/o lino. El algodón, cáñamo y/o lino pueden estar en la forma de ropas recicladas tales como telas de lino o ropas que contengan algodón .
Alternativa o adicionalmente , la biomasa derivada de células eucarióticas puede ser obtenida a partir de material animal e incluir material animal proteináceo, tal como colágeno, carne y/o tejido espinal.
La corriente que contenga biomasa derivada de células eucarióticas puede ser derivada de aguas residuales municipales. Dichas aguas residuales municipales pueden tener otros materiales, tales como plásticos o metales, removidos por técnicas conocidas en el arte tales como tamizado, selección manual o, por ejemplo, separado por separación dinámica de fluidos, antes de ser pasadas a través de la cámara. La biomasa derivada de células eucarióticas puede también comprender residuos alimenticios.
Preferiblemente, la biomasa es desintegrada, por ejemplo, por molido, desmenuzado o por maceración en partículas. La desintegración física del material ayuda al aumentar el área superficial abierta al medio circundante.
La corriente de biomasa puede tener el contenido de humedad ajustado, por ejemplo, por medio de la adición de vapor o agua u otro líquido acuoso, tal como licores de proceso de líneas de salida. Típicamente, el contenido de sólidos de la biomasa es ajustado al intervalo de 2 - 50 % en peso de sólidos secos. Esto puede lograrse por tratamiento con, por ejemplo, vapor por 1 minuto o, por ejemplo, impregnando en agua por hasta típicamente, 4 horas. El líquido acuoso puede ser agua potable o reciclada y puede añadirse antes de o después de desintegrar físicamente la biomasa antes de pasar a través de la cámara.
Preferiblemente, la corriente de biomasa no es cloacal, lodos de alcantarilla o material fecal.
Preferiblemente, el material de la biomasa tiene humedad añadida de modo que contenga al menos 2 % , preferiblemente al menos 5 % en peso de sólidos secos, o al menos, 10 % en peso de sólidos secos.
La corriente de biomasa es pasada a través de una cámara. La cámara es comprimida a encima de la presión atmosférica. Típicamente, la presión atmosférica en la cámara es de hasta 2500 kPag (25 barg, del inglés "bar gauge" , bar patrón) , pero típicamente está entre 50 kPag - 1200 kPag o hasta 1000 kPag o hasta 600 kPag (0.5 barg - 12 barg, o hasta 10 barg o hasta 6 barg) .
El proceso puede ser operado sobre una base continua o discontinua con incrementos graduales o rápidos de presión .
El gas es añadido en la corriente comprimida. Bajo presión, el gas se disuelve en la humedad de la biomasa derivada de células eucarióticas .
La corriente es descomprimida rápidamente para causar que el gas disuelto se expanda. Esta expansión rápida da como resultado la expansión del gas disuelto en burbujas. El gas se expande por tanto como 1800 % a partir de la descompresión. La descompresión puede llevarse a cabo en, por ejemplo, una cámara instantánea, la cual tenga una presión más baja que la presión en la cámara.
La expansión del gas disuelto disrupta la biomasa derivada de células eucarióticas e incrementa tanto el área superficial como el material disponible para procesos en la línea de salida, como la disponibilidad de, por ejemplo, azúcares o proteínas en la corriente.
El gas usado para compresión es preferiblemente dióxido de carbono. Este, ayuda al acidificar la corriente, lo cual puede ayudar al hidrolizar la biomasa. Esta puede estar presente en la forma de 1 a 100 % de CO2 en volumen, más preferiblemente 25 a 100 % en volumen. Gases alternativos incluyen aire, nitrógeno, metano y mezclas de gases. Por ejemplo, el gas puede ser mezclas de metano-dióxido de carbono formadas a partir de la digestión anaeróbica de la corriente descomprimida en un bio-reactor.
El gas liberado de la etapa de descompresión puede ser reciclado y usado de nuevo.
La desintegración de la biomasa puede ser incrementada adicionalmente al tratar la corriente antes de y/o durante la etapa de compresión con uno o más tratamientos físicos, químicos o biológicos.
Por ejemplo, el tratamiento químico puede comprender tratar a la biomasa con agentes humectantes tal como hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio, hidróxido de amonio, sulfato de bencil trimetil amonio, cloruro de zinc, carbonato de calcio, carbonato de sodio, dióxido de azufre, ácido sulfúrico o ácido fosfórico. Otros productos químicos incluyen peróxido de hidrógeno u óxido de calcio. Pueden incorporarse también solventes orgánicos, tales como metanol . Además, pueden incorporarse también detergentes.
US 4,304,649 describe muchos de los agentes anteriores en la solubilización de materiales de ligno-celulosa .
Puede usarse también el tratamiento de materiales, tales como materiales ligno-celulósicos con álcalis o ácidos (ver US 5,515,816) . Preferiblemente, se usan álcalis tal como hidróxido de sodio. Pueden usarse ácidos minerales, tal como ácido sulfúrico e hidróxido de metales alcalinos.
El dióxido de carbono, el cual es gas específicamente preferido, se disuelve mejor bajo condiciones ácidas. Además, el dióxido de carbono por sí mismo forma un ácido en agua y ayuda al proceso.
Típicamente, los productos químicos, que incluyen los tratamientos ácidos o alcalinos, son puestos en contacto con la corriente por 1 a 60 minutos. Son añadidos típicamente como sales disueltas, cuando sea apropiado al material de biomasa concentrado de alimentación
Los tratamientos ácidos pueden ser utilizados por períodos más prolongados de tiempo, como se describe en US 4,515,816, el cual muestra que material lignocelulósico puede ser tratado por 5 - 21 días en solución acuosa ácida diluida a pH de 2 a 3, para inducir hidrólisis ligera.
Pueden usarse también materiales biológicos, en la forma de microorganismos enteros o extractos de microorganismos para desintegrar y liberar materiales de alimentación que contengan carbono al proceso de producción. Dichos tratamientos usan enzimas intracelulares o extracelulares tal como peroxidasa y quitinasa , o ácidos orgánicos producidos sobre los microorganismos vivientes, tal como los usados en bio- lixiviado de metales a partir de minerales. Microorganismos vivientes tal como Lactobacillus species pueden ser utilizados, tal como los usados en producción de ensilados agrícolas.
Los tratamientos físicos incluyen calentamiento y reducción del tamaño de partícula, por ejemplo, por medio de mezcladores de alto esfuerzo cortante o maceradores. Más preferiblemente, el calentamiento físico incluye el uso de vapor. El vapor ha sido usado previamente con métodos de desintegración física a temperaturas de en exceso de 150 °C. El pre- o co- tratamiento usando calor con la adición de dióxido de carbono comprimido indicado en al invención puede ser usado para reducir las temperaturas, presiones y tiempos de residencia requeridos para tratamiento con vapor. Donde se considere el co-tratamiento con calor y dióxido de carbono, entonces son preferibles temperaturas en el intervalo de 40 a 180 °C.
La corriente descomprimida es preferiblemente dirigida hacia un bio-reactor, por ejemplo un bio-reactor anaeróbico o aeróbico. La corriente es entonces digerida, por ejemplo, utilizando bacterias o enzimas adecuadas para producir productos tales como metano, hidrógeno, etanol, ácido láctico, ácido butírico o acetona. La fermentación aeróbica o anaeróbica del material es generalmente conocida en el arte. El producto residual de la corriente puede ser usado también, por ejemplo, como un medio de crecimiento para, por ejemplo, hongos, plantas o micro-organismos. El contenido de la corriente puede ser variado, por ejemplo, por residuos vegetales mezclados con residuos animales para ajustar la cantidad de proteínas y carbohidratos disponibles en el producto final.
Preferiblemente, el gas liberado a partir de la etapa de descompresión es reciclado y retro-alimentado en la corriente comprimida.
Donde la corriente descomprimida es entonces fermentada o utilizada de otra manera en un bio-reactor, un proceso tal a menudo produce un producto sólido. Este producto sólido por sí mismo puede ser secado y quemado para producir calor para calentar ya sea directa o indirectamente la corriente o producir vapor para tratar la corriente antes de o durante la etapa de compresión.
La invención proporciona también un aparato que comprende un puerto de entrada para recibir una corriente que contenga biomasa derivada de células eucarióticas ; un puerto para añadir un líquido acuoso a la corriente; una cámara para comprimir la corriente, la cámara que comprenda un puerto para introducir un gas en la corriente comprimida; una cámara de descompresión para descomprimir la corriente que sale de la cámara, y un bio-reactor para recibir la corriente descomprimida.
Puede proporcionarse una cámara de residencia después de la cámara donde la corriente y el gas pueden equilibrarse, antes de descompresión.
Se proporcionan también el aparatos para usar en los procesos de la invención.
Un aspecto adicional de la invención proporciona un aparato de conformidad con la invención cuando se usa en el proceso de conformidad con la invención.
Usos y aspectos preferidos del aparato pueden ser como se definieron anteriormente.
La invención será descrita a manera de Ejemplo solamente con referencia a las figuras siguientes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA
La Figura 1, muestra un diagrama de flujo que resume un proceso de conformidad con la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La Figura muestra una corriente que contiene biomasa derivada de células eucarióticas , la cual se introduce al proceso en un puerto de entrada. La biomasa puede ser, por ejemplo, material celulósico tal como troceado de madera, papel, serrín, material vegetal herbáceo, esquilado de césped, algas, materiales alimenticios mezclados, algodón, cáñamo y/o lino. Puede usarse también material animal proteináceo, tal como colágeno, carne y/o tejido espinal. Con respecto a este último material, la ventaja del proceso es que el proceso esterilizará al menos parcialmente el material, reduciendo así la probabilidad de que el material contenga patógenos. La biomasa es pasada a través de un macerador que desintegra el material en componentes más pequeños. Donde sea necesario, se añade al material agua u otro fluido acuoso a fin de aumentar el contenido de humedad del material a típicamente 2 a 50 % en peso de material seco. El vapor puede ser también usado para incrementar el contenido de humedad del material .
Típicamente, el material pasa entonces a un tanque de retención donde puede ser tratado térmicamente y/o pre-tratado por medio de un ácido u otro tratamiento biológico como se describió anteriormente. Típicamente, se usa un agente humectante tal como hidróxido de sodio para solubilizar el material si es un material ligno-celulósico . El tanque de retención puede ser separado a la cámara donde el material es comprimido. Alternativamente, el tanque de retención de compresión puede ser el mismo componente del aparato usado en el proceso. La cámara es comprimida a típicamente 50 kPag a 2500 kPag (0.5 a 25 barg) , especialmente 50 kPag a 1200 kPag o 50 kPag a 1000 kPag o 50 kPag a 600 kPag (0.5 a 12 barg o 0.5 a 10 barg o 0.5 a 6 barg) . Un gas, el cual es típicamente un gas que contenga dióxido de carbono, es introducido en la cámara. El gas se disuelve en la humedad en la corriente.
Puede proporcionarse una cámara de residencia donde la corriente y el gas pueden equilibrarse.
Al salir de la cámara o cámara de residencia, la corriente comprimida es descomprimida, por ejemplo, pasando a una cámara instantánea. Esto causa que el gas disueltos e expanda y desintegre la biomasa en la corriente. El gas liberado de la biomasa puede ser colectado y reciclado para ser usado otra vez en la cámara de compresión.
El material descomprimido es entonces pasado a un bio-reactor para procesamiento adicional. El material puede ser usado para numerosos propósitos diferentes, incluyendo producción de metano y etanol . Una selección de diferentes microorganismos y diferentes condiciones, tales como condiciones aeróbicas o anaeróbicas, permiten que sean producidos productos diferentes a partir de la biomasa. El bio-reactor por sí mismo puede tener materiales adicionales, tal como elementos en trazas, agentes anti-espumantes , reguladores tales como carbonato de calcio, o factores de crecimiento, tales como tiamina, añadidos para mejorar las condiciones de crecimiento en el bio-reactor para los organismos o enzimas usadas para producir los productos finales. Otros materiales adicionales incluyen, por ejemplo, secuestrantes, para evitar la precipitación de iones metálicos .
El producto, tal como etanol o metano, es extraído típicamente del bio-reactor. Este dejará típicamente un residuo sólido, el cual puede ser secado y luego quemado para producir calor o vapor para calentar la corriente de biomasa antes de , o durante la etapa de compresión. El dióxido de carbono y/o el metano u otros gases producidos a partir del bio-reactor pueden también ser utilizados como el gas que se usa en la etapa de compresión
El proceso de la invención mejora la eficiencia de los bio-reactores por liberación de compuestos tales como azúcares a partir de la corriente de biomasa. Puede usarse para un amplio intervalo de aplicaciones diferentes y es especialmente útil para utilizar materiales residuales y convertirlos en productos comercialmente útiles.
Claims (21)
1. -Un proceso para tratar una corriente que contenga biomasa derivada de células eucarióticas, caracterizado porque comprende: (i) pasar la corriente a través de una cámara: ( ii ) comprimir la corriente; (iii) introducir un gas en la corriente comprimida, siendo el gas soluble en la biomasa derivada de células eucarióticas; y (iv) descomprimir la corriente para causar que el gas disuelto se expanda y disrupte la biomasa derivada de células eucarióticas.
2. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas comprendé dióxido de carbono.
3. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque la biomasa derivada de células eucarióticas comprende materiales derivados de plantas .
4. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la biomasa derivada de células eucarióticas comprende celulosa, lignina y/o hemicelulosa .
5. - Un proceso de conformidad con las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque la biomasa derivada de células eucarióticas comprende recortes de madera, papel, serrín, material vegetal herbáceo, esquilado de césped, algas, materiales alimenticios mezclados, algodón, cáñamo y/o lino.
6. - Un proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la biomasa derivada de células eucarióticas comprende material animal proteináceo .
7. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el material animal proteináceo comprende colágeno, carne y/o tejido espinal.
8. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la biomasa derivada de células eucarióticas está en desechos municipales.
9. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la biomasa derivada de células eucarióticas comprende desechos alimenticios .
10. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende tratar la corriente antes de y/o durante la etapa de compresión (ii) con uno o más tratamientos químicos, físicos o biológicos.
11. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el tratamiento químico comprende el tratamiento con al menos uno de un agente humectante, un ácido, una base, un tensoactivo, y/o agente oxidante.
12. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende calentar la corriente con vapor.
13. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el tratamiento biológico comprende el uso de una o más enzimas y/o microorganismos .
14. - Un proceso de conformidad con las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende la etapa de (v) pasar la corriente descomprimida a un bio-reactor aeróbico o aneróbico.
15. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la corriente es usada para producir metanol, etanol o metano.
16. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el gas obtenido a partir del bio-reactor es colectado e introducido en la corriente comprimida (iii) .
17. - Un proceso de conformidad con la reivindicación 14 a 16, caracterizado porque el material residual del bio-reactor es secado y quemado para calentar directa o indirectamente la corriente.
18. - Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende añadir un líquido acuoso a la biomasa derivada de células eucarióticas antes de pasar la corriente a través de la cámara .
19. -Un aparato caracterizado porque comprende un puerto de entrada para recibir una corriente que contenga una biomasa derivada de células eucarióticas; un puerto para añadir un líquido acuoso a la corriente; una cámara para comprimir la corriente, la cámara que comprende un puerto para introducir un gas en la corriente comprimida; una cámara de descompresión para descomprimir la corriente que sale de la cámara, y un bio-reactor para recibir la corriente descomprimida .
20. -Un aparato para uso en un proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.
21. -Un aparato de conformidad con la reivindicación 19 o la reivindicación 20 cuando se usa en un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA | Abandonment or withdrawal |