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Bioprocess Development for 2,3-Butanediol Production from Crude Glycerol and Conceptual Process Design for Aqueous Conversion into Methyl Ethyl Ketone
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2021-06-21 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c00253 Sofia Maina 1 , Endrit Dheskali 2, 3 , Harris Papapostolou 1, 3 , Aline Machado de Castro 4 , Denise Maria Guimaraes Freire 5 , George J. E. Nychas 1 , Seraphim Papanikolaou 1 , Ioannis K. Kookos 2, 3 , Apostolis Koutinas 1
ACS Sustainable Chemistry & Engineering ( IF 7.1 ) Pub Date : 2021-06-21 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c00253 Sofia Maina 1 , Endrit Dheskali 2, 3 , Harris Papapostolou 1, 3 , Aline Machado de Castro 4 , Denise Maria Guimaraes Freire 5 , George J. E. Nychas 1 , Seraphim Papanikolaou 1 , Ioannis K. Kookos 2, 3 , Apostolis Koutinas 1
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The transition to the circular economy era necessitates the sustainable production of chemicals using crude renewable resources via integrated biological and chemical conversion routes. Within this concept, this study combined experimental fermentation development with conceptual process design and technoeconomic evaluation to demonstrate the feasibility of bio-based methyl ethyl ketone (MEK) production from crude glycerol derived from industrial biodiesel production using soybean oil alone or mixed with tallow fat. 2,3-Butanediol (BDO) production via fermentation of crude glycerol was initially developed using a Klebsiella michiganensis strain leading to 76.1 g/L BDO concentration with a productivity of 1.38 g/(L h) at a volumetric mass transfer coefficient of 77 h–1. Direct aqueous BDO conversion into MEK followed by purification via pressure swing distillation was subsequently evaluated via conceptual process design. The bio-based MEK minimum selling price (MSP) is close to the 11 year average market price of petroleum-derived MEK ($1.8/kg) when the crude glycerol cost is up to $0.1/kg at annual MEK production capacities higher than ca. 20 000 t. Monte Carlo simulations showed ca. 30% probability of obtaining an MSP lower than $1.8/kg at a crude glycerol cost of $0.1/kg. This study demonstrated the feasibility of cost-competitive bio-based MEK production as an industrial solvent and an intermediate chemical.
中文翻译：
从粗甘油生产 2,3-丁二醇的生物工艺开发和水转化为甲基乙基酮的概念工艺设计
向循环经济时代的过渡需要通过综合生物和化学转化路线，使用粗可再生资源可持续生产化学品。在这个概念下，本研究将实验发酵开发与概念过程设计和技术经济评估相结合，以证明从工业生物柴油生产中提取的粗甘油生产生物基甲基乙基酮 (MEK) 的可行性，该粗甘油仅使用大豆油或与牛脂混合。通过粗甘油发酵生产 2,3-丁二醇 (BDO) 最初是使用密歇根克雷伯菌菌株开发的，BDO 浓度为 76.1 g/L，体积传质系数为 77 h，生产率为 1.38 g/(L h) –1. 随后通过概念性工艺设计对 BDO 水溶液直接转化为 MEK，然后通过变压蒸馏进行纯化进行了评估。生物基 MEK 最低销售价格 (MSP) 接近石油衍生 MEK 的 11 年平均市场价格（1.8 美元/公斤），当 MEK 年生产能力高于约 5 美元时，粗甘油成本高达 0.1 美元/公斤。20 000 吨。蒙特卡罗模拟显示大约。以 0.1 美元/公斤的粗甘油成本获得低于 1.8 美元/公斤的 MSP 的可能性为 30%。该研究证明了具有成本竞争力的生物基 MEK 生产作为工业溶剂和中间化学品的可行性。
更新日期：2021-07-05
中文翻译：
从粗甘油生产 2,3-丁二醇的生物工艺开发和水转化为甲基乙基酮的概念工艺设计
向循环经济时代的过渡需要通过综合生物和化学转化路线，使用粗可再生资源可持续生产化学品。在这个概念下，本研究将实验发酵开发与概念过程设计和技术经济评估相结合，以证明从工业生物柴油生产中提取的粗甘油生产生物基甲基乙基酮 (MEK) 的可行性，该粗甘油仅使用大豆油或与牛脂混合。通过粗甘油发酵生产 2,3-丁二醇 (BDO) 最初是使用密歇根克雷伯菌菌株开发的，BDO 浓度为 76.1 g/L，体积传质系数为 77 h，生产率为 1.38 g/(L h) –1. 随后通过概念性工艺设计对 BDO 水溶液直接转化为 MEK，然后通过变压蒸馏进行纯化进行了评估。生物基 MEK 最低销售价格 (MSP) 接近石油衍生 MEK 的 11 年平均市场价格（1.8 美元/公斤），当 MEK 年生产能力高于约 5 美元时，粗甘油成本高达 0.1 美元/公斤。20 000 吨。蒙特卡罗模拟显示大约。以 0.1 美元/公斤的粗甘油成本获得低于 1.8 美元/公斤的 MSP 的可能性为 30%。该研究证明了具有成本竞争力的生物基 MEK 生产作为工业溶剂和中间化学品的可行性。
京公网安备 11010802027423号