在合成气发酵中减少CO2排放和提高醇生产率的方法技术

本发明专利技术提供一种有效减少CO2排放、提高STY和/或提高细胞密度的方法。该方法允许通过控制提供到发酵的合成气中CO、CO2和H2的浓度水平和通过控制提供到发酵的合成气中CO、CO2和H2的相对浓度利用来自不同源的合成气。所述方法包括将合成气提供到第一发酵区域，并使合成气发酵。如果第一发酵区域排气包含约4%摩尔或更多CO，则将至少一部分第一发酵器排气提供到一个或多个后续发酵区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在合成气发酵中减少CO2排放和提高醇生产率的方法本申请要求均在2012年9月19日提交的美国临时申请61/702,824、61/702,826、61/702,832和61/702,837的权益，所有申请均通过引用以全文并入本文。本专利技术提供一种有效从合成气发酵减少CO2排放和提高醇生产率的方法。更具体地讲，控制合成气中CO、CO2和H2的相对量，以在合成气发酵中使CO2排放最大限度地减少和/或提高总醇STY。该方法可包括利用一个或多个发酵区域。专利技术背景厌氧微生物可从一氧化碳(CO)通过气态底物发酵产生醇和其它产物。用厌氧微生物从梭菌属(Clostridium)发酵产生乙醇和其它有用产物。例如，美国专利5,173,429描述杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)ATCCNo.49587，一种从合成气产生乙醇和乙酸盐的厌氧微生物。美国专利5,807,722描述用杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)ATCCNo.55380使废气转化成有机酸和醇的方法和装置。美国专利6,136,577描述用杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)ATCCNo.55988和55989使废气转化成乙醇的方法和装置。合成气形式的气态底物可将CO提供到发酵。合成气可包含CO、CO2和H2。然而，合成气中CO、CO2和H2的相对量可根据如何产生合成气而变化。一些合成气源可包含提高的CO2水平。CO到醇和其它产物的最佳转化和提高的CO2利用率可取决于提供到发酵的合成气中CO、CO2和H2的相对量。专利技术概述本专利技术提供一种有效减少CO2排放、提高STY和/或提高细胞密度的方法。该方法允许通过控制提供到发酵的合成气中CO、CO2和H2的浓度水平和通过控制提供到发酵的合成气中CO、CO2和H2的相对浓度利用来自不同源的合成气。在一个方面，处理来自CO发酵的排气的方法包括将合成气提供到第一发酵区域，并使合成气发酵，以产生具有约4%摩尔或更多CO的CO浓度的第一发酵器排气。将至少一部分第一发酵器排气提供到一个或多个后续发酵区域。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使第一发酵排气与含H2气体混合，所述含H2气体的量有效提供具有约0.2或更大的H2:CO摩尔比的气体。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使第一发酵区域排气与含CO气体混合，所述含CO气体的量有效提供具有约0.2或更大的H2:CO摩尔比的气体。在一个方面，处理来自CO发酵的排气的方法包括将合成气提供到第一发酵区域，并使合成气发酵。如果第一发酵区域排气包含约4%摩尔或更多CO，则将第一发酵区域排气提供到一个或多个后续发酵区域。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使第一发酵排气与含CO气体混合，所述含CO气体的量有效提供具有约4%摩尔或更多CO的气体。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使第一发酵排气与含H2气体混合，所述含H2气体的量有效提供具有约0.2或更大的H2:CO摩尔比的气体。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使第一发酵区域排气与含CO气体混合，所述含CO气体的量有效提供具有约0.2或更大H2:CO摩尔比的气体。在一个方面，处理来自CO发酵的排气的方法包括将合成气提供到第一发酵器，并使合成气发酵。如果第一发酵器排气包含约4%摩尔或更多CO，则将第一发酵器排气提供到一个或多个后续发酵器。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵器之前，使第一发酵器排气与含CO气体混合，所述含CO气体的量有效提供具有约4%摩尔或更多CO的气体。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵器之前，使第一发酵器排气与含H2气体混合，所述含H2气体的量有效提供具有约0.2或更大的H2:CO摩尔比的气体。在另一个方面，在提供到一个或多个后续发酵器之前，使第一发酵器排气与含CO气体混合，所述含CO气体的量有效提供具有约0.2或更大的H2:CO摩尔比的气体。在另一个方面，本专利技术提供一种从合成气发酵制备醇的方法。该方法包括将合成气提供到发酵器。提供到发酵器的合成气具有约3.5或更大的H2:CO摩尔比和约4%摩尔或更大的CO含量。合成气发酵方法有效用于提供约1g或更多总醇/(L·天)的STY。在一个方面，该方法可包括使H2与高CO气体混合，以提供具有约3.5或更大的H2:CO摩尔比的合成气。与其中合成气的H2:CO摩尔比为约1.0或更小的方法比较，所述方法有效使发酵器中每克细胞减少CO2排放约10%或以上。附图简述由以下附图，本方法的以上和其它方面、数个方面的特征和优点将更显而易见。图1为具有不同发酵区域的发酵器的透视图。图2为一系列发酵器的透视图，其中在第一发酵器之后的所有发酵器可分别直接从第一发酵器接收排气。图3为一系列发酵器的透视图，其中使来自各发酵器的排气转移到后续发酵器。在全部附图中，相应引用字符表示相应组件。技术人员应了解，以简单和清楚起见说明附图中的元件，不一定按比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大，以帮助增进了解本专利技术方法和装置的不同方面。同样，为了便于这些不同方面的较少阻挡的视图，通常未描绘在商业可行方面可用或必要的普通但广为了解的元件。专利技术详述以下描述不应以限制意义理解，而只为了描述示例性实施方案的一般原理作出。本专利技术的范围应关于权利要求确定。定义除非另外定义，在整个本说明书关于本公开使用的以下术语限定如下，且可包括以下限定定义的单数或复数形式：修饰任何量的术语“约”是指在真实世界条件遇到的那个量的变化，例如，在实验室、中试装置或生产设施。例如，在由“约”修饰时，在混合物或量中利用的成分或测量的量包括在生产设备或实验室内在试验条件测量中通常利用的变化和关注程度。例如，在由“约”修饰时，产物的组分的量包括在设备或实验室在多个试验中批料之间的变化，和在分析方法中固有的变化。无论是否由“约”修饰，所述量包括这些量的等价物。本文所述和由“约”修饰的任何量也可作为未由“约”修饰的量用于本公开。术语“合成气”或“合成气体”是指合成气体，它是对包含不同量一氧化碳和氢的气体混合物给予的名称。制备方法的实例包括天然气或烃蒸汽重整成氢，煤的气化，和一些类型的废物-能量气化设备。这一名称来自其用作产生合成天然气(SNG)和制备氨或甲醇的中间体。合成气易燃，且通常用作燃料源或用作中间体制备其它化学品。术语“发酵器”包括由一个或多个容器和/或塔或管布置组成的发酵装置，包括连续搅拌釜反应器(CSTR)、固定细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、移动床生物膜反应器(MBBR)、泡罩塔、气升发酵器、膜反应器(例如，中空纤维膜生物反应器(HFMBR))、静态混合器或适用于气体-液体接触的其它容器或其它装置。术语“发酵”、“发酵过程”或“发酵反应”等旨在包括过程的生长阶段和产物生物合成阶段二者。在一个方面，发酵指CO转化成醇。术语“细胞密度”指微生物细胞质量/单位体积发酵培养液，例如克/升。术语“排气”是指离开发酵器的所有气体。合成气合成气可从任何已知源提供。在一个方面，合成气可源自含碳物质气化。气化包括在限制氧源中生物质的部分燃烧。所得气体主要包含CO和H2。在此方面，合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理来自CO发酵的排气的方法，所述方法包括：将合成气提供到第一发酵区域；使所述合成气发酵；和产生具有约4%摩尔或更多CO的CO浓度的第一发酵器排气，其中将至少一部分所述第一发酵器排气提供到一个或多个后续发酵区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.19 US 61/702826;2012.09.19 US 61/702832;201.一种处理来自CO发酵的排气的方法，所述方法包括：将合成气提供到第一发酵区域；使所述合成气发酵；和产生具有4%摩尔或更多CO的CO浓度的第一发酵器排气，其中将至少一部分所述第一发酵器排气提供到一个或多个后续发酵区域，其中在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使所述第一发酵器排气与含H2气体混合，其量有效提供1.0或更大的H2:CO摩尔比比率。2.权利要求1的方法，其中将来自第一发酵区域或任何后续发酵区域的排气提供到排气锅炉。3.权利要求1的方法，其中使合成气与一种或多种产乙酸菌接触。4.权利要求3的方法，其中所述产乙酸菌选自凯伍产醋菌(Acetogeniumkivui)、潮湿厌氧醋菌(Acetoanaerobiumnoterae)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)、巴奇嗜碱菌(Alkalibaculumbacchi)CP11ATCCBAA-1772、产生性布洛提菌(Blautiaproducta)、嗜甲基丁酸杆菌(Butyribacteriummethylotrophicum)、地下嗜热厌氧菌(Caldanaerobactersubterraneous)、太平洋地下嗜热厌氧菌(Caldanaerobactersubterraneouspacificus)、产氢羧基嗜热菌(Carboxydothermushydrogenoformans)、醋酸杆菌(Clostridiumaceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM19630、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM10061、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM23693、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM24138、食羧基梭菌(Clostridiumcarboxidivorans)P7ATCCPTA-7827、克氏梭菌(Clostridiumcoskatii)ATCCPTA-10522、德可氏梭菌(Clostridiumdrakei)、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)PETCATCC49587、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)ERI2ATCC55380、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)C-01ATCC55988、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)O-52ATCC55889、大梭菌(Clostridiummagnum)、巴氏梭菌(Clostridiumpasteurianum)DSM525、拉格利梭菌(Clostridiumragsdali)P11ATCCBAA-622、粪味梭菌(Clostridiumscatologenes)、热醋酸梭状芽胞杆菌(Clostridiumthermoaceticum)、突那梭菌(Clostridiumultunense)、库氏脱硫肠状菌(Desulfotomaculumkuznetsovii)、粘液真杆菌(Eubacteriumlimosum)、硫还原地杆菌(Geobactersulfurreducens)、噬乙酸甲烷八叠球菌(Methanosarcinaacetivorans)、巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcinabarkeri)、热乙酸穆尔氏菌(Morrellathermoacetica)、热自养穆尔氏菌(Morrellathermoautotrophica)、芬妮产醋杆菌(Oxobacterpfennigii)、产生消化链球菌(Peptostreptococcusproductus)、产生瘤胃球菌(Ruminococcusproductus)、凯伍嗜热厌氧菌(Thermoanaerobacterkivui)及它们的混合物。5.权利要求1的方法，其中所述方法有效用于提供1.0g或更大总醇/(L·天)的STY。6.一种处理来自CO发酵的排气的方法，所述方法包括：将合成气提供到第一发酵区域；使所述合成气发酵；和产生第一发酵器排气，其中在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使所述第一发酵器排气与含CO气体混合，以提供具有4%摩尔或更多CO的气体，其中在提供到一个或多个后续发酵区域之前，使所述第一发酵器排气与含H2气体混合，其量有效提供1.0或更大的H2:CO摩尔比比率。7.权利要求6的方法，其中使合成气与一种或多种产乙酸菌接触。8.权利要求7的方法，其中所述产乙酸菌选自凯伍产醋菌(Acetogeniumkivui)、潮湿厌氧醋菌(Acetoanaerobiumnoterae)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)、巴奇嗜碱菌(Alkalibaculumbacchi)CP11ATCCBAA-1772、产生性布洛提菌(Blautiaproducta)、嗜甲基丁酸杆菌(Butyribacteriummethylotrophicum)、地下嗜热厌氧菌(Caldanaerobactersubterraneous)、太平洋地下嗜热厌氧菌(Caldanaerobactersubterraneouspacificus)、产氢羧基嗜热菌(Carboxydothermushydrogenoformans)、醋酸杆菌(Clostridiumaceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM19630、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM10061、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM23693、自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)DSM24138、食羧基梭菌(Clostridiumcarboxidivorans)P7ATCCPTA-7827、克氏梭菌(Clostridiumcoskatii)ATCCPTA-10522、德可氏梭菌(Clostridiumdrakei)、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)PETCATCC49587、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)ERI2ATCC55380、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)C-01ATCC55988、杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)O-52ATCC55889、大梭菌(Clostridiummagnum)、巴氏梭菌(Clostridiumpasteurianum)DSM525、拉格利梭菌(Clostridiumragsdali)P11ATCCBAA-622、粪味梭菌(Clostridiumscatologenes)、热醋酸梭状芽胞杆菌(Clostridiumthermoaceticum)、突那梭菌(Clostridiumultunense)、库氏脱硫肠状菌(Desulfotomaculumkuznetsovii)、粘液真杆菌(Eubacteriumlimosum)、硫还原地杆菌(Geobactersulfurreducens)、噬乙酸甲烷八叠球菌(Methanosarcinaacetivorans)、巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcinabarkeri)、热乙酸穆尔氏菌(Morrellathermoacetica)、热自养穆尔氏菌(Morrellathermoautotrophica)、芬妮产醋杆菌(Oxobacterpfennigii)、产生消化链球菌(Peptostreptococcusproductus)、产生瘤胃球菌(Ruminococcusproductus)、凯伍嗜热厌氧菌(Thermoanaerobacterkivui)及它们的混合物。9.权利要求6的方法，其中所述方法有效用于提供1.0g或更大总醇/(L·天)的STY。10.一种处理来自CO发酵的排气的方法，所述方法包括：将合成气提供到第一发酵器；使所述合成气发酵；和产生第一发酵器排气，其中如果所述第一发酵器排气具有4%摩尔或更多CO，则将至少一部分所述第一发酵器排气提供到一个或多个后续发酵器，其中在提供到一个或多个后续发酵器之前，使所述第一发酵器排气与含H2气体混合，其量有效提供1....

【专利技术属性】
技术研发人员：赖安·塞纳拉特涅，
申请(专利权)人：伊内奥斯生物股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH