一种发酵方法技术

本发明专利技术涉及氨生产过程与发酵过程的整合以产生产物例如醇和/或酸以及氨。在一个具体实施方案中，含甲烷的天然气流被传递到重整区以产生含CO和H2的底物。然后所述底物被传递到含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器，发酵所述培养物以产生一种或多种含醇和/或酸的发酵产物以及含CO2和H2的排出流。然后所述排出流可被传递到分离区以除去所述CO2的至少一部分并产生纯化的含H2的排出流，然后所述排出流被传递到氨生产区并用于产生氨。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种发酵方法相关申请的交叉引用本申请要求2010年12月20日提交的美国临时申请No.61/424,893的权益。
本专利技术涉及将用于产生液体产物的系统和方法整合到现有的工业过程中。所述包括一种或多种醇和/或一种或多种酸的液体产物通过微生物发酵包含CO并任选包含H2的气体流产生。
技术介绍
乙醇正迅速地成为全球各地的主要富含氢的液体运输燃料。2005年全球范围内的乙醇消耗量估计为122亿加仑。由于欧洲、日本、美国和几个发展中国家对乙醇兴趣增加，燃料乙醇工业的全球市场也被预测会在未来急剧增长。例如，在美国，乙醇用于生产E10，一种乙醇在汽油中的10％的混合物。在E10掺合物中，乙醇组分作为氧合剂起作用，提高燃烧的效率并且降低空气污染的产生。在巴西，乙醇作为混合在汽油中的氧合剂以及自身即可作为纯燃料满足了约30％的运输燃料需求。同样，在欧洲，围绕温室气体(GHG)排放后果的环境问题已经成为欧盟(EU)为成员国设置消费可持续运输燃料(例如生物质衍生的乙醇)的强制目标的动力。燃料乙醇的绝大部分通过传统的基于酵母的发酵过程生产，所述过程使用源自作物的碳水化合物(例如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉)作为主要的碳源。然而，这些碳水化合物原料的成本受到它们作为人类食物或动物食物的价值的影响，同时栽培用于乙醇生产的淀粉或产蔗糖作物并不是在所有的地理区域中都是经济上可持续的。因此，需要开发将更低成本的和/或更充足的碳源转化为燃料乙醇的技术。CO是有机材料(例如煤或者油和油衍生产品)的不完全燃烧的主要的、低成本的、富含能量的副产物。例如，有报道称澳大利亚的钢铁工业每年产生并向大气中排放超过500000吨CO。并且/或者，富含CO的气体流(合成气)可通过含碳材料例如煤、石油和生物质的气化来产生。可使用包括高温裂解、焦油裂化和煤焦气化的多种方法通过气化将含碳材料转化为包括CO、CO2、H2和较少量CH4的气体产物。合成气还可产生于蒸气重整过程，例如甲烷或天然气的蒸气重整。甲烷可在金属催化剂的存在下通过甲烷重整被转化为氢气和一氧化碳和/或二氧化碳。例如，甲烷的蒸气重整按如下发生：CH4+H2O→CO+3H2(1)CO+H2O→CO2+H2(2)该过程占如今全球上产生的氢气的重要部分。可使用催化过程将主要由CO和/或CO和氢气(H2)组成的气体转化为多种燃料和化学制品。还可使用微生物将这些气体转化为燃料和化学制品。这些生物学过程尽管通常比化学反应慢，但是比起催化过程来有一些优势，包括更高的特异性、更高的产率、更低的能量消耗和对中毒的更高抗性。微生物将CO作为唯一碳源而生长的能力于1903年被首次发现。后来确定这是使用自养生长的乙酰辅酶A(乙酰CoA)生物化学途径(也被称作Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶(CODH/ACS)途径)的生物的特性。已表明包括一氧化碳营养生物、光合生物、产甲烷生物和产乙酸生物的大量厌氧生物可将CO代谢为多种终产物，即CO2、H2、甲烷、正丁醇、乙酸盐和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有这样的生物都产生至少两种这些终产物。已证明厌氧细菌(例如来自梭菌属(Clostridium)的那些厌氧细菌)可通过乙酰CoA生物化学途径从CO、CO2和H2产生乙醇。例如，WO00/68407、EP117309、美国专利5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO98/00558和WO02/08438中描述了从气体产生乙醇的多个扬氏梭菌(Clostridiumljunedahlii)菌株。还已知自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenumsp)这个细菌从气体产生乙醇(Abrinietal.，ArchivesofMicrobiology161，pp345-351(1994))。但是，由微生物通过发酵气体进行的乙醇产生通常伴随着乙酸盐和/或乙酸的共产生。因为一些可用的碳通常被转化为乙酸盐/乙酸而不是乙醇，使用这样的发酵过程产生乙醇的效率可能低于所希望的。并且，除非所述乙酸盐/乙酸副产物可被用于某些其他目的，否则还将面临废物处理的问题。乙酸盐/乙酸可被微生物转化为甲烷，因此可能会增加GHG排放。WO2007/117157和WO2008/115080——其公开的内容以引用的方式纳入本文——描述了通过对含一氧化碳气体进行厌氧发酵产生醇尤其是乙醇的过程。作为WO2007/117157中所述发酵过程的副产物而产生的乙酸盐被转化为氢气和二氧化碳气体，它们可以各自或者两者一起用于所述厌氧发酵过程。对含CO的气态底物进行发酵以产生产物例如酸和醇，通常有助于酸产生。通过本领域已知方法，例如WO2007/117157、WO2008/115080、WO2009/022925和WO2009/064200(其所有全文以引用的方式纳入本文)中描述的方法，可以增强醇生产力。US7,078,201和WO02/08438还描述了通过改变在其中进行发酵的液体营养培养基的条件(例如pH和氧化还原电势)用于产生乙醇的发酵过程。如在这些出版物中公开的，类似的过程可被用于产生其他醇，例如丁醇。在H2的存在下CO的微生物发酵可导致基本上全部的碳转移到醇中。但是，缺乏足够的H2时，一些CO被转化为醇，而大部分被转化为CO2，如以下方程所示：6CO+3H2O→C2H5OH+4CO212H2+4CO2→2C2H5OH+6H2OCO2的产生表示总的碳捕获没有效率，并且如果被释放，还可能促进温室气体排放。此外，在气化过程中产生的二氧化碳和其他含碳化合物例如甲烷，如果在整合的发酵反应中没有被消耗，也可能被释放到大气中。本专利技术的目的是提供可克服本领域已知缺点的一个或多个系统和/或一种或多种方法，并且为公众提供用于多种有用产物的最佳生产的新方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种效率提高的可与已知的氨生产过程整合的方法和系统。首先，所述整合可导致液体产物例如乙醇的产生。另外，所述整合通过减少CO2的产生可提高所述氨生产过程的总碳捕获效率。此外，本专利技术的方法和系统的整合可提高所述氨生产方法的总能量效率。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于氨生产过程的通过对废气流进行微生物发酵产生一种或多种产物的方法，所述方法包括：a.将含天然气的气体流传递到转化区，所述转化区在将所述气体流的至少一部分转化为含CO和H2的底物的条件下操作；b.将所述底物的至少一部分传递到含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器；和c.在所述生物反应器中对所述培养物进行发酵以产生一种或多种发酵产物，所述发酵产物包含醇和/或酸。在具体实施方案中，需要保留H2用于产生氨，因此在这些具体的实施方案中对H2进行厌氧发酵产生发酵产物是很少的。例如，产生发酵产物消耗的H2的量可以少于20％，少于15％，少于10％，少于5％，少于2％或可以是0％。在本专利技术一些实施方案中，将天然气在催化剂的存在下通过蒸气重整转化为含CO和H2的气体流。然后，在所述初级蒸气重整阶段后残留在所述气体流中的甲烷在次级重整器中被转化为H2。在一些实施方案中，从所述蒸气重整器和/或次级重整器离开的含CO和H2的气体流的至少一部分被导入生物反应器。将所述气体流的至少一部分通过厌氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从氨生产过程产生的气体流产生一种或多种产物的方法，所述方法包括：a.将含甲烷的气体流的至少一部分转化为含CO、CO2和H2的底物；b.将所述底物的至少一部分传递到含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器，对所述含CO和H2的底物的至少一部分进行厌氧发酵以产生一种或多种产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.20 US 61/424,8931.一种从气体流产生一种或多种产物的整合的氨生产和发酵方法，所述方法包括：a.通过蒸气重整将含甲烷的气体流的至少一部分转化为含CO、CO2和H2的底物；b.将离开蒸气重整过程的所述底物的至少一部分传递到生物反应器，而不是传递到氨生产过程中的水气转换反应器，其中所述生物反应器含有一种或多种一氧化碳营养微生物的培养物；c.对所述底物的至少一部分进行厌氧发酵以产生一种或多种含醇和/或酸的产物和含H2和CO2的排出气流；d.将所述排出气流导入条件操作的CO2分离区以除去CO2的至少一部分并产生含H2的纯化的排出气流；和e.将纯化的排出气流导入条件操作的氨合成区以产生氨。2.权利要求1的方法，其中离开蒸气重整过程的全部排出气流转移到所述生物反应器，并且其中所述生物反应器代替了氨生产过程中的水气转换反应器。3.权利要求1的方法，其中所述(c)的一种或多种产物选自乙醇、2,3-丁二醇和乙酸。4.权利要求1的方法，其中所述一种或多种一氧化碳营养菌选自穆尔氏菌属(Moorella)、梭菌属(Clostridium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、醋酸杆菌属(Acetobacterium)、真杆菌属(Eubacterium)、丁酸杆菌属(Butyribacterium)、产醋杆菌属(Oxobacter)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)。5.一种从气体流产生一种或多种产物的整合...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·舒尔茨，
申请(专利权)人：新西兰郎泽科技公司，
类型：发明
国别省市：新西兰;NZ