具有硫供应的将合成气生物转化成含氧有机化合物的联合方法技术

提供了具有硫供应的将合成气生物转化成含氧有机化合物的联合方法，其具有使硫营养素再循环并产生合成气发酵的硫营养素的能力。在本发明专利技术的优选方面，产酸消化用于提供包含硫化氢的生物气，然后可进行产甲烷发酵以提供具有低硫化氢浓度的含甲烷生物气。

【技术实现步骤摘要】
具有硫供应的将合成气生物转化成含氧有机化合物的联合方法本申请是申请号为201380031427.1、申请日为2013年6月4日、专利技术名称为“具有硫供应的将合成气生物转化成含氧有机化合物的联合方法”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及将合成气生物转化成含氧有机化合物如乙醇、丙醇和丁醇以及产生生物转化用微生物的至少一部分硫营养素的联合方法。更特别地，该联合方法从资本和能量成本观点看以及避免获得硫营养素的成本而言是有吸引力的。
技术介绍
代谢方法中所用微生物需要营养素和微量营养素。一种所需的营养素是还原硫的来源，其通常为硫化物如半胱氨酸的形式。在许多情况下发现硫化氢是微生物使用的还原硫的来源。尽管硫化氢比所述半胱氨酸更便宜，它是有毒的，因此需要特殊处理，并且以纯形式是特别危险的。因此，如果硫化氢是可行的还原硫来源，则需要在发酵场所以避免显著的硫化氢储存所需的速率产生。存在产生硫化氢的大量方法，其中硫化氢作为所寻求的产物或者作为另一方法中的污染物。例如，Velt等人在美国专利出版物No.2010/0221804中提出了联合乙醇和生物气系统，其中加工酒糟以产生生物气。在第0028段，申请人陈述，生物气包含甲烷和二氧化碳，并且还可包含氢气、硫化氢和氨。他们建议生物气可用于加热或操作各种类型的发动机以产生机械电力。尽管硫化氢可从气流中回收，回收方法必然招致资本和操作成本。这些成本因此降低了这些含硫化氢气流作为发酵方法的硫来源的吸引力。Offerman在美国公开的专利申请No.2008/0220489中公开了一种方法，其中生物气由废物如肥料产生，并将生物气转化成合成气以合成液体燃料。申请人讨论了在发酵中使用来自铁还原性微生物的Fe+2以产生生物气或含胺树脂以降低生物气以及因此最终燃料产物中的硫化氢浓度。Balmat在美国专利No.4,200,523中公开了通过与脱硫弧菌属(Desulfovibrio)硫酸盐还原细菌接触以将硫酸盐转化成硫化物并除去硫化物离子而从稀水流中除去硫酸根离子的方法。需要使用电子给体(气态氢)。需要一种方法以增强产生含氧有机化合物的合成气发酵的经济性，其中还原硫营养素可以有效且便宜地以所需速率由该方法提供。
技术实现思路
本专利技术提供了将合成气生物转化成含氧有机化合物如乙醇、丙醇和丁醇的方法，其中将还原硫营养素供应并入方法中。还原硫营养素供应衍生自代谢方法，所述代谢方法使用来自合成气生物转化以产生含硫化氢气体的进料流，所述含硫化氢气体可直接供入用于合成气生物转化的发酵介质中。一方面，还原硫营养素作为来自由用于合成气生物转化的发酵介质得到的生物固体代谢降解的含硫化氢气体得到。通常，至少约30％，有时多达50％或更多的用于合成气生物转化的硫营养素可从由发酵介质回收的生物固体中回收。该硫营养素回收本身代表了明显的节约。然而，本专利技术方法能使硫营养素由容易得到、较小毒性且较便宜的硫来源，即亚硫酰基(sulfoxy)结构部分产生。如果组合使用，则基本可实现合成气生物转化的全部还原硫营养素需求。本专利技术这些方面可单独或者优选组合使用。在其中使亚硫酰基结构部分代谢成硫化氢的本专利技术方面，合适的电子给体可固有地由回收硫化氢的生物质提供，且在不存在生物质下，或者另外，在生物质存在下，合成气和废气中的至少一种提供电子给体。在整个一体化中，能够以经济上有吸引力的方式将还原硫供入用于合成气转化的发酵介质中。尤其有吸引力的本专利技术实施方案增强含氧有机化合物的收率并可提供具有低硫化氢浓度的含甲烷生物气。根据本专利技术方法的一个方面，使固体碎片，包括用于合成气生物转化成含氧有机化合物的微生物，经受厌氧消化，这提供包含硫化氢以及其它组分如二氧化碳和水蒸气的生物气。将生物气直接供入用于合成气生物转化的含水发酵液中。由于生物气的体积与引入发酵液中的合成气的体积相比较小，不会不利地影响生物转化合成气的发酵操作。此外，由于硫化氢在生物气中稀释，获得在处理和引入发酵液中的降低风险。稀释硫化氢的气体可通过发酵液并最终作为尾气排出。可以是或不是厌氧消化的代谢方法可用于将硫的氧化形式(亚硫酰基结构部分)或元素硫转化成硫化氢。用于将亚硫酰基结构部分生物转化成硫化氢的代谢方法的电子给体衍生自合成气生物转化方法，例如包含未反应氢气和一氧化碳中至少一种的废气或者衍生自用于合成气生物转化的发酵介质的水流或生物固体。有利地，合成气或来自合成气发酵的气体流出物进入代谢方法中以转化亚硫酰基结构部分，因为不仅提供电子给体，而且气体用作清扫气体并稀释硫化氢。本专利技术方法的一个宽泛方面涉及具有一体化硫化氢供应的将合成气生物转化成含氧有机化合物的方法，其包括：a.使合成气进入在发酵条件下的含有含水发酵液的合成气反应器中，所述发酵液包含适于将合成气转化成含氧有机化合物的微生物，以产生溶于发酵液中的含氧有机化合物和废气；b.从合成气反应器中除去至少一整分部分的含有含氧有机化合物且含有生物固体的发酵液；c.从所述整分部分发酵液中分离出具有比所述整分部分更高的固体含量和降低的含氧有机化合物浓度的含有生物固体的含水含生物固体相；d.使含生物固体相经受厌氧消化条件以将含水液相中的固体生物降解以提供含水降解固体产物和包含硫化氢的生物气产物；和e.使至少一整分部分，即至少约75体积％至优选基本所有生物气进入合成气反应器中以提供给微生物至少一部分硫营养素。在本专利技术方法的一个实施方案中，亚硫酰基结构部分或元素硫以足够的量供入步骤(d)中以提供包含满足反应器中微生物的营养素需求所寻求量的硫化氢的生物气。亚硫酰基结构部分包括但不限于二氧化硫、磺酰胺和硫的含氧阴离子如硫酸根、亚硫酸根、氨基磺酸根和硫代硫酸根。如果亚硫酰基结构部分由硫酸或亚硫酸提供，则促进保持所寻求的pH。提供包含硫化氢的生物气的厌氧消化条件可以为产甲烷或产酸的。产甲烷消化通常在约6.8-7.6的pH下操作。产酸消化条件通常优选用于厌氧消化以产生含硫化氢生物气。产酸消化条件通常不产生甲烷，而是提供降解成有机酸如乙酸。产酸消化因此提供几个优点。首先，生物气不被甲烷稀释。尽管甲烷在合成气发酵中是惰性的且是来自反应器的尾气的非常小的组分，产酸消化容许在随后的产甲烷厌氧消化器中处理生物固体以提供具有较高能量密度和较低硫含量的生物气。第二，产酸消化中产生的有机酸可被回收并进入合成气反应器中以生物转化成含氧有机化合物。第三，通常产酸消化条件提供生物质中所含硫的更大转化率或者如通过亚硫酰基结构部分转化成硫化氢所提供，这与通过保持比硫化氢的pKa更酸性的pH的HS-相反。通常，产酸条件包含约6，例如4.5或5至6的pH。优选，如果产酸条件用于厌氧消化，则使含水降解固体产物经受随后的厌氧产甲烷消化以提供含甲烷生物气。由于硫化氢在产酸发酵期间被除去，来自产甲烷消化的生物气可相对不含硫化氢，因此可直接用作通过燃烧产生热或者向发动机供以动力的气体。在一些情况下，含甲烷生物气中硫化氢的浓度为小于约100，优选小于约20ppmv。本专利技术方法的另一宽泛方面涉及具有一体化硫化氢供应的将合成气生物转化成含氧有机化合物的方法，所述方法包括：a.将亚硫酰基结构部分供入包含含水代谢液的亚硫酰基生物反应器中，所述含水代谢液包含能够将亚硫酰基结构部分在电子给体的存在下还原成硫化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有一体化硫化氢供应的将合成气转化成含氧有机化合物的方法，其包括：a.使合成气进入在发酵条件下的含有含水发酵液的合成气反应器中，所述发酵液包含适于将合成气转化成含氧有机化合物的微生物，以产生溶于发酵液中的含氧有机化合物和废气；b.从合成气反应器中除去至少一整分部分的含有含氧有机化合物且含有生物固体的发酵液；c.从所述整分部分发酵液中分离出具有比所述整分部分更高固体含量和比所述整分部分更低的含氧有机化合物浓度的含有生物固体的含水液相；d.使含水液相经受厌氧消化条件以将含水液相中的固体生物降解以提供包含降解固体的含水产物和包含硫化氢的生物气产物；和e.使至少一整分部分的生物气产物进入合成气反应器中以提供给微生物至少一部分硫营养素。

【技术特征摘要】
2012.06.15 US 13/525,0791.具有一体化硫化氢供应的将合成气转化成含氧有机化合物的方法，其包括：a.使合成气进入在发酵条件下的含有含水发酵液的合成气反应器中，所述发酵液包含适于将合成气转化成含氧有机化合物的微生物，以产生溶于发酵液中的含氧有机化合物和废气；b.从合成气反应器中除去至少一整分部分的含有含氧有机化合物且含有生物固体的发酵液；c.从所述整分部分发酵液中分离出具有比所述整分部分更高固体含量和比所述整分部分更低的含氧有机化合物浓度的含有生物固体的含水液相；d.使含水液相经受厌氧消化条件以将含水液相中的固体生物降解以提供包含降解固体的含水产物和包含硫化氢的生物气产物；和e.使至少一整分部分的生物气产物进入合成气反应器中以提供给微生物至少一部分硫营养素。2.根据权利要求1的方法，其中厌氧消化条件包括产酸条件以及优选产甲烷条件。3.根据权利要求1或2的方法，其中步骤(d)中含水液相的pH为4.5-6。4.根据权利要求1、2或3的方法，其中将包含亚硫酰基结构部分和元素硫中的至少一种的硫结构部分供入步骤(d)中并在步骤(d)中将至少一部分硫结构部分生物转化成硫化氢。5.根据权利要求1或4的方法，其中将废气供入步骤(d)中以提供将硫化氢从含水液相中汽提出来。6.根据权利要求1、2或3的方法，其中有机酸在步骤(d)中产生，选择性脱除并进入发酵液中。7.根据权利要求6的方法，其中选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·希基，
申请(专利权)人：赛纳塔生物有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US