在用于生物转化合成气为氧合有机化合物产物的厌氧发酵液中控制共产生的氧合有机物浓度的方法技术

公开了从用于生物转化合成气为氧合有机化合物产物的厌氧含水发酵液经济和高效移除共产生的氧合有机化合物的方法。所述方法包括在将氧合有机化合物产物回收之后将一部分含水发酵液进行厌氧有机生物转化，并将所述培养液再循环以用于合成气的生物转化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在用于生物转化合成气为氧合有机化合物产物的厌氧发酵液中控制共产生的氧合有机物浓度的方法
本专利技术涉及控制用于生物转化合成气为氧合有机化合物产物的从厌氧含水发酵液共产生的氧合有机物的浓度的方法。专利技术背景氢和一氧化碳的厌氧发酵涉及使含有气态底物的进料与含水发酵液接触，所述含水发酵液含有能够产生氧合有机化合物如乙醇、乙酸、丙醇和正丁醇的微生物。一氧化碳的生物转化导致产生氧合有机化合物和二氧化碳。氢的转化涉及氢和二氧化碳的消耗，并且这种转化有时称作H2/CO2转化，或如本文所用，氢转化。一般，用于一氧化碳和氢转化的底物气体是合成气体(合成气)或来源自所述合成气体，所述合成气来自碳质材料的气化、来自重整天然气和/或源于厌氧消化的生物气或来自多种工业方法的废气流。气体底物含有一氧化碳、氢和二氧化碳并且通常含有其他组分如水蒸气、氮气、甲烷、氨、硫化氢等。为了方便起见，底物气体在本文中称作“合成气”，即便它可能仅含有一氧化碳和氢之一并且可能未通过气化碳质材料衍生。这些厌氧发酵过程适于连续方法。将合成气传递入生物反应器的含水发酵液用于生物转化。可以从生物反应器移除尾气，并且含水培养液可以按照足以维持稳态运行的速率从生物反应器抽出以回收氧合的有机化合物。为了使厌氧发酵在商业上可行，要求规模经济。因此，商业规模反应器，即，液体容量为至少1百万升并且更经常地至少约五百万升(如约五百万升至二千五百万升)的那些，将是有利的。连续合成气发酵过程一般产生除寻求的氧合有机化合物产物之外共产生的氧合有机化合物。共产生的氧合有机化合物可以是共代谢物，所述共代谢物是不需要的或是生物生产所寻求的氧合有机化合物产物中的中间代谢物。另外，共产生的氧合有机化合物可以由含水发酵液中存在的掺杂性或外来微生物产生。在一些情况下，这些共产生的氧合有机化合物可以按这样的速率产生，其中相对于所寻求的氧合有机化合物产物的生产速率，所述速率引起共产生的氧合有机化合物在含水培养液中积累。在共产生的氧合有机化合物达到对用于合成气发酵的微生物抑制或有毒的浓度水平，共产生的氧合有机化合物的这种积累特别不利。在一些其他情况下，处于足够的浓度时，共产生的氧合有机化合物可能不利地影响用于生物转化合成气的某些微生物的代谢途径。例如，在醇是寻求的氧合有机化合物产物的情况下，借助某些微生物，某些浓度的游离羧酸存在可能引起产物分布偏移，其中微生物产生更高百分数的羧酸。指数渐增的酸生产导致发酵液中酸度渐增，造成能够维持细胞膜电位的微生物最终损失和微生物群损失。虽然发酵液可以在不利有机化合物的浓度变得过高情况下弃去，但是发酵用的水、养分和溶解的底物也将损失。另外，对于商业规模生物反应器，依据废水处理系统的能力处置生物反应器中的大体积含水培养液可能棘手。由于商业规模生物反应器可以含有超过1百万升含水培养液，来自生物反应器的废水或许将不得不缓慢释放至废水处理系统以防止超过能力。因此，受影响的生物反应器的停工期将延长，导致产量进一步损失。丢失的水量也可能是经济损失。在一些情况下，或许有能力选择性地移除不利的有机化合物，如通过离子交换树脂或膜分离移除。这些方案可能不提供合适的选择性并且是资本密集的，然而可以仅零星或间歇需要。但是当需要时，这些单元操作必须能够在短时间内处理大量发酵液。另外，它们遭遇潜在的结垢问题。因此，寻求从厌氧发酵液移除至少一种不利有机化合物的方法，所述方法涉及资本支出低。专利技术简述通过本专利技术，提供了在用于生物转化合成气为氧合有机化合物产物的厌氧含水发酵液中经济和高效控制一种或多种共产生的氧合有机化合物(本文单独和统称为不良组分)的浓度的方法。本专利技术的方法能避免因不良组分不可接受的浓度发生而抛弃全部体积的含水发酵液。因此，能减少停工期损失和损失的氧合有机化合物产物生产。另外，本专利技术的方法不需要过度的损失或移除培养液的养分或溶解的底物。本专利技术的方法可以在连续或间歇的基础上使用以控制发酵液中的不良组分的浓度。这些方法适于用来生产氧合有机化合物产物的小规模设施以及商业规模设施。本专利技术涉及的合成气生物转化方法的特征在于其是连续方法，其中发酵液从用于合成气生物转化的生物反应器组合体连续或间歇地取出，用于回收氧合有机化合物产物，并且至少一部分取出的发酵液，在从其回收氧合有机化合物产物之后，返回到生物反应器组合体。根据本专利技术的方法，在再循环到生物反应器组合体之前，将一部分取出的发酵液进行厌氧有机生物转化，优选高速率厌氧有机生物转化。厌氧有机生物转化降解不良组分并提供具有降低的不良组分浓度的经处理的发酵液。经过厌氧有机生物转化的取出的发酵液的部分足以将不良组分的浓度维持在对微生物群体过度不利的浓度之下，例如将是抑制性的或有毒的，或者将导致增加通过产品分布偏移产生不良组分。有利地，厌氧有机生物转化产生包含甲烷和二氧化碳的生物气。甲烷可以用作能源或者被传递到例如用于转化为合成气的重整装置，因此不良组分被转化为有用的产物。由于所产生的生物气包含二氧化碳和潜在的硫化氢和氨，所以全部或部分的生物气可以被传入用于合成气生物转化的含水发酵液中。所述部分可以是等分部分或者可以具有一种或多种组分的全部或一部分被去除。所述方法可以在无额外的过度资本支出情况下实施。另外，这些方法实际上不造成与使用膜或离子交换树脂除去不良组分相关的相同类型的结垢问题。因为本专利技术的方法仅需要在回收氧合有机化合物产物之后将一部分取出的发酵液再循环到生物反应器组合体，养分和溶解的底物被再循环到生物反应器组合体。在其广义方面，用于在厌氧含水发酵液中控制至少一种共产生的氧合有机化合物的浓度的本专利技术的方法用于在含有适于将所述底物转化成氧合有机化合物产物的微生物的含水发酵液中生物转化包含一氧化碳、氢和二氧化碳的气体底物，所述方法包括：a.使所述气体底物与所述含水发酵液在生物反应器组合体中连续接触，所述培养液处于在酸性厌氧发酵条件下，以将气体底物生物转化成氧合有机化合物并提供含有氧合有机化合物产物的培养液和废弃气相，所述厌氧发酵条件还产生共产生的氧合有机化合物；b.从所述含水培养液连续取出废弃的气相；c.连续地或间歇地取出一部分所述培养液以回收所述氧合有机化合物产物，所述取出足以维持所述培养液中的氧合有机化合物产物低于过度不利影响微生物的浓度；d.从所述培养液的取出部分连续分离至少一种氧合有机化合物产物以提供富含所述至少一种氧合有机化合物产物的至少一种级分和含有所述至少一种共产生的氧合有机化合物的废弃的含水级分；e.将至少一部分废弃的含水级分连续再循环至生物反应器组合体；和f.在再循环到生物反应器组合体之前，连续地或间歇地使一部分废弃的含水部分经受厌氧有机生物转化，其中经过厌氧有机生物转化的废弃的含水部分的部分足以保持至少一种共产生的氧合有机化合物的浓度低于对微生物过度不利影响的浓度。合成气发酵领域以产生氧合有机化合物的技术人员将容易理解，将不适当地不利地影响微生物的不良组分的浓度将取决于微生物，氧合有机化合物和发酵条件。过度不利的影响是指微生物受到不良组分浓度的不利影响，这导致每升每克活细胞的一氧化碳或氢气的转化显着降低，例如降低至少15％，所有其他条件保持不变。通常通过评估比活性速率，即每单位时间每活性微生物的质量的质量生物消耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在厌氧含水发酵液中控制至少一种共产生的氧合有机化合物的浓度的方法，其用于在含有适于将所述底物转化成氧合有机化合物产物的微生物的含水发酵液中生物转化包含一氧化碳、氢和二氧化碳的气体底物，所述方法包括：a.使所述气体底物与所述含水发酵液在生物反应器组合体中连续接触，所述培养液处于在酸性厌氧发酵条件下，以将气体底物生物转化成氧合有机化合物并提供含有至少一种氧合有机化合物产物的培养液和废弃气相，所述厌氧发酵条件还产生共产生的氧合有机化合物；b.从所述含水培养液连续取出废弃的气相；c.连续地或间歇地取出一部分所述培养液以回收所述至少一种氧合有机化合物产物，所述取出足以维持所述培养液中的氧合有机化合物产物低于过度不利影响微生物的浓度；d.从所述培养液的取出部分连续分离至少一种氧合有机化合物产物以提供富含所述至少一种氧合有机化合物产物的至少一种级分和含有所述至少一种共产生的氧合有机化合物的废弃的含水级分；e.将至少一部分废弃的含水级分连续再循环至生物反应器组合体；和f.在将一部分废弃的含水级分再循环到生物反应器组合体之前，连续地或间歇地使所述一部分废弃的含水级分经受厌氧有机生物转化，其中经过厌氧有机生物转化的废弃的含水部分的部分足以保持至少一种共产生的氧合有机化合物的浓度低于对微生物过度不利影响的浓度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.09 US 14/327,3701.用于在厌氧含水发酵液中控制至少一种共产生的氧合有机化合物的浓度的方法，其用于在含有适于将所述底物转化成氧合有机化合物产物的微生物的含水发酵液中生物转化包含一氧化碳、氢和二氧化碳的气体底物，所述方法包括：a.使所述气体底物与所述含水发酵液在生物反应器组合体中连续接触，所述培养液处于在酸性厌氧发酵条件下，以将气体底物生物转化成氧合有机化合物并提供含有至少一种氧合有机化合物产物的培养液和废弃气相，所述厌氧发酵条件还产生共产生的氧合有机化合物；b.从所述含水培养液连续取出废弃的气相；c.连续地或间歇地取出一部分所述培养液以回收所述至少一种氧合有机化合物产物，所述取出足以维持所述培养液中的氧合有机化合物产物低于过度不利影响微生物的浓度；d.从所述培养液的取出部分连续分离至少一种氧合有机化合物产物以提供富含所述至少一种氧合有机化合物产物的至少一种级分和含有所述至少一种共产生的氧合有机化合物的废弃的含水级分；e.将至少一部分废弃的含水级分连续再循环至生物反应器组合体；和f.在将一部分废弃的含水级分再循环到生物反应器组合体之前，连续地或间歇地使所述一部分废弃的含水级分经受厌氧有机生物转化，其中经过厌氧有机生物转化的废弃的含水部...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·哈腾，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