一种生产C5-C19烷酮的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种生产C5-C19烷酮的系统及方法，属于生物化工技术领域。所述系统包括发酵装置、产物分离纯化装置、化学催化装置，所述发酵装置通过产物分离纯化装置与化学催化装置连接；所述产物分离纯化装置为气提纯化装置、渗透汽化膜纯化装置、吸附纯化装置、蒸汽渗透纯化装置、液液萃取纯化装置、离心装置、多效蒸发纯化装置和精馏纯化装置中的至少一种。本发明专利技术有益效果为：通过本发明专利技术所述系统与方法，可以使工业含糖废弃物糖蜜或农业废弃物秸秆经过生物催化和化学催化转化为C5-C19的长链烷酮，可以直接或脱氧后作为汽油、柴油或航空燃油使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产C5-C19，属于生物化工

技术介绍
目前，制糖工业中的废弃物，例如:糖蜜等含糖有机废弃物，在现有技术中得不到有效利用，给企业排污造成很大压力，直接排放会对环境造成极大污染。农业中的废弃物，例如:含木质纤维素的玉米秸杆、高粱秸杆和菊芋秸杆等，现有的处理方法有:田间焚烧、生产燃料乙醇等，田间焚烧的缺点为是造成雾霾的重要原因之一，生产燃料乙醇的缺点为乙醇的能量密度只有汽油的60%，不是一种理想的液体能源。如果能将工业和农业的含糖有机废弃物合理转化为有价值的化工产品，将会对企业和社会产生巨大的贡献。现有技术中采用丙酮丁醇梭菌或拜氏梭菌发酵生产丁醇的同时也会产生丙酮和乙醇，发酵终点的丁醇浓度不超过2.0% (w/v)，丙酮浓度不超过1.0% (w/v)，乙醇浓度不超过0.5% (w/v)。在利用丙酮丁醇梭菌发酵的过程中，往往希望转化得到高比例的丁醇，降低副产物丙酮和乙醇的生成(详见文献:Diirre ,P.B1butanol: an attractiveb1fuel.B1technol.J.2:1525-1534，2007)。丁醇是一种重要的化学品和潜在的液体生物能源。作为潜在的液体生物能源，丁醇的分子结构中含有4个碳，其能量密度为汽油的90%，比柴油和航空燃油的能量密度低得更多，因此，也不是一种非常理想的液体生物燃料。
技术实现思路
本专利技术利用工业和农业含糖有机废弃物通过预处理、发酵、分离纯化和化学催化获得C5-C19的长链烷酮，以此解决上述问题。本专利技术提供了一种生产(:5_(:19烷酮的系统，所述系统包括发酵装置、产物分离纯化装置、化学催化装置，所述发酵装置通过产物分离纯化装置与化学催化装置连接；所述产物分离纯化装置为气提纯化装置、渗透汽化膜纯化装置、吸附纯化装置、蒸汽渗透纯化装置、液液萃取纯化装置、离心装置、多效蒸发纯化装置和精馏纯化装置中的至少一种。本专利技术所述产物分离纯化装置优选为气提纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用、离心装置与多效蒸发纯化装置组合使用或离心装置与精馏纯化装置组合使用。本专利技术所述系统优选为还包括原料预处理装置；所述原料预处理装置依次通过发酵装置、产物分离纯化装置与化学催化装置连接；所述原料预处理装置为吸附装置、粉碎装置、气爆装置、干燥装置、酸处理装置、碱处理装置、臭氧分解装置、热水处理装置、氨纤维爆破装置、超声处理装置、微波处理装置和酶解装置中的至少一种。本专利技术所述发酵装置内优选为设有气泡分散器。本专利技术的另一目的是提供一种利用上述系统生产C5-C19烷酮的方法，所述方法包括如下步骤:①将原料与丙酮丁醇生产菌通过发酵装置发酵，可以在发酵过程中边发酵边分离纯化发酵产物，也可以在发酵结束后分离纯化发酵产物，所述原料为葡萄糖、未经预处理的糖蜜、预处理的糖蜜或预处理的秸杆；②将步骤①分离纯化后的发酵产物与催化剂通过化学催化装置化学催化得到C5-C19的烷酮。本专利技术所述秸杆预处理后所得产品中主要组分优选为葡萄糖、木糖、果糖、阿拉伯糖、纤维二糖和半乳糖中的至少一种，总糖浓度为50_150g/L。本专利技术所述糖蜜预处理后所得产品中主要组分优选为蔗糖，总糖浓度为50_150g/L0本专利技术所述秸杆的预处理方法优选为将秸杆粉碎、酸或碱处理酶解。本专利技术所述酸处理方法优选为150_200°C用0.5-2%(w/v)的稀硫酸或稀盐酸处理20_60mino本专利技术所述碱处理方法优选为110_150°C用0.5-2%(w/v)的氢氧化钠溶液处理20-60min，水洗至pH为8.0，干燥。本专利技术所述酶解方法优选为40-60°C酶解24-72h，所用纤维素酶的酶活力为10-100FPU/g，所用酶缓冲液为柠檬酸缓冲液、稀硫酸、磷酸缓冲液或稀盐酸，所述酶缓冲液的pH为4.5-5.0。本专利技术所述糖蜜的预处理方法优选为脱毒脱色。本专利技术所述丙酮丁醇生产菌优选为丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、大肠杆菌、热纤梭菌或酪丁酸梭菌，进一步优选为丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii)、大肠杆菌(Escherichia coli)、热纤梭菌(ClostridiumthermoceIlum)或酪丁酉爱梭菌(Clostridium tyrobutyricum)。本专利技术所述发酵方法为先将发酵培养基121°C灭菌30min，通入氮气或其他惰性气体除氧2h，冷却至室温，接入丙酮丁醇生产菌，35-39°C发酵，当pH低于5.0时，补入氢氧化钠溶液或氨水，调节pH至5.0以上。本专利技术所述发酵培养基中的碳源优选为葡萄糖、淀粉、蔗糖、木薯、未经预处理的糖蜜、预处理的糖蜜或预处理的秸杆。本专利技术所述产物分离纯化装置优选为气提纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用、液液萃取纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用、蒸汽渗透纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用或吸附纯化装置与蒸汽渗透纯化装置组合使用时的分离纯化方法为:与发酵装置耦合，一边发酵，一边分离纯化，使发酵液中的丁醇、丙酮和乙醇不断被移除，降低丁醇、丙酮和乙醇对细胞的毒性;或不与发酵装置耦合，发酵结束后对发酵液中的丁醇、丙酮和乙醇分离纯化。本专利技术所述产物分离纯化装置进一步优选为气提纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用，气提得到的产物只含丁醇、丙酮、乙醇和水，对下一步的渗透汽化膜无污染，有效防止发酵液中的菌体和蛋白质等污染渗透汽化膜。本专利技术所述气提的条件优选为:气体流速为1-20L/min，冷凝温度为_15-+15V。本专利技术所述渗透汽化的条件优选为:加热温度为25_90°C，膜透过液一侧的真空度为0-200KPa，冷凝温度为-30-+15°C。本专利技术所述产物分离纯化装置也可以优选为离心装置与多效蒸发纯化装置组合使用或离心装置与精馏纯化装置组合使用时的分离纯化方法为:发酵结束后，先通过离心装置除去发酵液中菌体细胞，再通过多效蒸发纯化装置或精馏纯化装置纯化发酵液中丁醇、丙酮和乙醇。本专利技术所述分离纯化后的发酵产物优选为丁醇、丙酮、乙醇和水，所述丁醇浓度为400g/L以上，所述丙酮浓度为100g/L以上，所述乙醇浓度为8g/L以上。本专利技术所述催化剂优选为Pd、Ru、Pt或Ir，与催化剂混合的碱性固体为K3P04、K0H、K2C03、KH2P04、NaHP04或Ba(0H)28H20，所述催化剂占碱性固体重量的5-100%。本专利技术所述化学催化优选为采用连续式反应或批式反应。本专利技术所述化学催化反应的进料流速优选为0.5-lmL/ho本专利技术所述化学催化反应的进料量与催化剂Pd的液固重量比优选为2:1-10。本专利技术所述化学催化优选为在甲苯体系中醇类与酮进行一次或多次烷基化反应。本专利技术所述化学催化反应温度优选为150-300°C。本专利技术所述C5-C19烷酮优选为2-戊酮、2-庚酮、4-庚酮、4-壬酮、^^一烷酮、十三烷酮、十五烧酮、十七烧酮和十九烧酮。本专利技术有益效果为:①通过本专利技术所述系统与方法，可以使工业含糖废弃物糖蜜或农业废弃物秸杆经过生物催化和化学催化转化SC5-C19的长链烷酮，可以直接或脱氧后作为汽油、柴油或航空燃油使用。②本专利技术采用连续反应操作，可以实现糖蜜或秸杆原料进入反应系统的同时，产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产C5‑C19烷酮的系统，其特征在于：所述系统包括发酵装置、产物分离纯化装置、化学催化装置，所述发酵装置通过产物分离纯化装置与化学催化装置连接；所述产物分离纯化装置为气提纯化装置、渗透汽化膜纯化装置、吸附纯化装置、蒸汽渗透纯化装置、液液萃取纯化装置、离心装置、多效蒸发纯化装置和精馏纯化装置中的至少一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛闯，刘民，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21