气体测试单元和方法技术

本发明专利技术描述了用于有效评估含C1基质的设备和相关方法，并且特别是针对此类评估在本地进行，或者在用于为了所需最终产物使用C1碳源的生物转化过程的实施的预期设施处现场进行。如为精确预测/模拟商业性能以证明用于商业按比例扩大的大量资本支出所需，给定工业含C1基质的精确成分，以及成分波动的范围，通常在远程设施处(例如，实验室或半工业规模或示范规模过程)难以复现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体测试单元和方法
本专利技术的方面涉及包括用于评估测试含CO基质与参考含CO基质之间的比较性能的独立的生物反应器段的设备。有利地，此类设备可以容纳在用于(例如，向产生工业含CO废气的地方)运输的容器内
技术介绍
化石燃料温室气体(GHG)排放方面的环境问题使得对可再生能源越来越关注。因此，乙醇正迅速成为全世界主要的富氢液态运输燃料。基于在欧洲、日本、美国以及若干发展中国家对乙醇生产越来越重视，可以预期在可预见的未来燃料乙醇工业在全球市场会有持续的增长。例如，在美国，乙醇被用于生产E10，一种汽油中含10％乙醇的混合物。在E10共混物中，乙醇成分起氧合剂的作用，从而改进了燃烧效率并减少了空气污染物的产生。在巴西，乙醇满足大约30％的运输燃料需求，其既作为共混到汽油中的氧合剂，又以其本身作为纯燃料。此外，欧盟(EU)已经对其每个成员国家强制要求了消耗诸如生物质来源乙醇的可持续运输燃料的目标。绝大多数的燃料乙醇是通过传统的基于酵母的发酵过程来生产，所述发酵过程使用来源农作物的碳水化合物作为主要碳源，诸如从甘蔗中提取的蔗糖或从谷类作物中提取的淀粉。然而，这些碳水化合物原料的成本受其在竞争用途的市场上的价值影响，即同时作为人类和动物的食物来源。此外，用于乙醇生产的产生淀粉或蔗糖的作物的种植并非在所有地理区域都是经济可持续的，因为其依据当地的土地价值和气候。基于这些原因，开发将更低成本和/或更丰富的碳源转化成燃料乙醇的技术是特别令人感兴趣的。就这一点而言，一氧化碳(CO)是诸如煤炭、石油以及石油衍生产物的有机材料不完全燃烧的主要的富含能量的副产物。富含CO的废气由各种工业过程而产生。例如，据报道，在澳大利亚钢铁工业每年产生并释放到大气中超过500,000公吨的CO。最近，用于在工业规模上从CO生产乙醇的基于微生物(细菌)的过程替代方案已经成为商业兴趣和投资的主题。微生物培养物以CO作为唯一碳源来生长的能力在1903年被首次发现。此特性稍后被确定存在于生物对自养生长的乙酰辅酶A(acetylCoA)生物化学途径的使用中(也被认为是Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰辅酶A合酶(CODH/ACS)途径)。大量的厌氧生物，包括一氧化碳营养(carboxydotrophic)、光合的、产甲烷的以及产乙酸的生物，自此之后显示为能够代谢CO。厌氧细菌，诸如那些来自梭菌属的，已知为通过乙酰辅酶A生物化学途径从CO、CO2以及H2生产乙醇。例如，WO00/68407、EP1117309A1、US5,173,429、US5,593,886、US6,368,819、WO98/00558以及WO02/08438中描述了从气体生产乙醇的杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)的各种菌株。细菌产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenumsp)同样已知为从气体生产乙醇(Abrini等，《微生物学档案(ArchivesofMicrobiology)》161:345-351(1994))。由于生物的每种酶以基本上完美的选择性促进其指定的生物转化，相比于传统催化路线，微生物合成路线可以以更低的能量消耗获得更高的产量。例如，可以降低用于将产自非选择性副反应的副产物从所需产物中分离的能量要求。此外，可以减少对由于反应介质中的杂质而产生的催化剂中毒问题的关注。尽管有这些明显的优点，然而，所述本领域必须解决目前与从CO微生物合成乙醇相关的一定的挑战，特别是在确保生产率与其它技术相比具备竞争力的方面。当使用CO作为其碳源时，以上所述的厌氧细菌通过发酵生产乙醇，但是其也生产至少一种代谢物，例如CO2、甲烷、正丁醇和/或乙酸。任何这些代谢物的形成能够潜在地显著影响给定过程的生产率和总体经济可行性，因为可用碳损失于代谢物并且所需最终产物的生产效率受到影响。此外，除非代谢物(例如，乙酸)本身在微生物发酵过程时和在微生物发酵的地方具有价值，其可能会造成废物处理问题。WO2007/117157、WO2008/115080以及WO2009/022925中讨论了在制造乙醇的厌氧发酵含CO气体中，解决除了所需最终产物之外的产物的形成的各种建议。乙醇生产率，其是给定发酵过程是否在经济上具有吸引力的关键决定因素，高度依赖于管理用于细菌生长的适当条件。例如，由WO2010/093262可知，含CO基质必须以导致最优微生物生长和/或所需代谢产物的速率提供给微生物培养物。如果未提供足够的基质，微生物生长变慢并且以乙醇作为代价发酵产物产量转向乙酸。如果提供了过量基质，可能导致不良的微生物生长和/或细胞死亡。在WO2011/002318中可以找到关于这些过程中的操作参数之间的关系的进一步信息。与用于从CO并且特别是含CO废物流(例如通常在钢铁生产和在化学工业中排放的气体排放物)来生产乙醇的生物过程有关的领域，正在不断寻求可以改进总体过程经济性(并且由此带来的工业竞争力)和/或可以导致在工业规模上采用相对新的技术中的更大确定性的解决方案。就这一点而言，除了气体成分的变化之外，给定细菌培养物的商业性能可能对含CO基质的特定来源敏感，并且特别是对驻留在特定工业运营商(例如，钢铁生产者)的气体废物流中的杂质的种类和数量敏感。如果所感到的与未测试的本地含CO基质和公共设施(例如，水源)相关的风险被认为是过度的，那么用于商业生物转化过程的大型投资难以进行财政承担。因此，获得客户/投资者对给定技术的信心的有效方法对于将用于乙醇生产的生物转换过程推进到商业实现是具有重大意义的。
技术实现思路
本专利技术与用于有效评估含C1基质的设备及相关方法的发现相关，并且特别是针对此类评估在本地进行，或者在用于从C1碳源生产乙醇的生物转化过程的实施的预期设施处现场进行。通常含C1基质包含选自由CO、CO2以及CH4组成的群组的至少一种C1碳源。重要地，已经确定的是，给定工业含C1基质的精确成分在远程设施处(例如，实验室或中试规模或示范规模过程)难以复现，至少在精确预测商业性能所需的程度上难以复现。重要地，在没有足够确信给定过程可以获得其性能目标的情况下，无法证明按比例扩大(例如，过程设计和工程化)所需要的大量资本支出是正确的。就这一点而言，即使痕量的某些污染物(例如，烃或含杂原子烃)可能不利地影响细菌培养物，其是一种液体基系统，易于从含C1基质提取此类较重分子，而允许此类分子在生物反应器的液体循环回路的内部和外部累积。而且，本地气体成分的波动同样难以在现场外的测试设施中进行复现，并且在多数情况下，没有对所述含C1基质的直接本地存取就不能知道或感知此类波动的程度。此外，在重大投资决定之前，可能对预期商业生物转化设施的所在地十分重要的其它方面的适合性(例如，将用于细菌培养基中的本地水源)应当进一步得到评估和确认。有利地，本文所描述的设备和方法可以用于识别和修复次优性能的原因(例如，代谢生产率和/或基质利用率)。可以在商业规模运行之前有利地确定必须对含C1基质和/或添加到过程的其它本地来源的添加剂实施或增强预处理的程度，从而改进商业设计和相关成本估计的精确性。此外，功效的现场展示使供应商和用户等均对利用本地(即实际的或工业的)供应的含C1基质和可能的其它本地添加剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体测试单元，其包含：第一生物反应器段，其用于评估参考含C1基质的性能；第二生物反应器段，其用于评估测试含C1基质的性能；分析部分，其配置为分析所述第一生物反应器和所述第二生物反应器的气态产物和液态产物两者；其中所述气体测试单元能够被容纳在具有小于约6m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.22 US 62/067,3921.一种气体测试单元，其包含：第一生物反应器段，其用于评估参考含C1基质的性能；第二生物反应器段，其用于评估测试含C1基质的性能；分析部分，其配置为分析所述第一生物反应器和所述第二生物反应器的气态产物和液态产物两者；其中所述气体测试单元能够被容纳在具有小于约6m3体积的容器内并且可运输至多个位置。2.根据权利要求1所述的气体测试单元，其中所述气体测试单元能够被容纳在具有各自小于约1.8米的长度、宽度以及高度尺寸的盒子内。3.根据权利要求2所述的气体测试单元，其中所述盒子具有各自小于约1.6米的长度、宽度以及高度尺寸。4.根据权利要求3所述的气体测试单元，其中所述盒子具有：长度、宽度以及高度尺寸中的一个小于约1.6米，并且长度、宽度以及高度尺寸中的另两个小于约1.3米。5.根据权利要求1所述的气体测试单元，其中所述分析部分包含气相色谱(GC)分析仪，所述分析仪具有分别配置为分析所述气态产物和所述液态产物的第一色谱柱和第二色谱柱。6.根据权利要求1所述的气体测试单元，其中所述第一生物反应器段和所述第二生物反应器段每个包含循环回路生物反应器。7.根据权利要求6所述的气体测试单元，其中所述第一生物反应器段和所述第二生物反应器段每个进一步包含用于再循环从所述生物反应器的邻近底端向所述生物反应器的邻近相对顶端收回的液体的外部再循环回路和循环泵。8.根据权利要求1所述的气体测试单元，其进一步包含操作控制系统，所述操作控制系统用于控制选自由新鲜培养基添加速率、气态含C1基质进给速率、反应器温度以及反应器pH所组成的群组的一个或多个操作参数。9.根据权利要求8所述的气体测试单元，其中所述一个或多个操作参数包括反应器pH，并且所述控制系统包括用于基于测量的反应器pH控制到所述生物反应器的碱性中和剂的流动的检测仪器。10.根据权利要求1所述的气体测试单元，其进一步包含安全控制系统，所述安全控制系统用于响应于环境C1碳源浓度的测量值在阈值浓度以上，暂停至少所述测试含C1基质或所述参考含C1基质的流动。11.一种用于评估测试含C1基质用于生物转化过程中的适合性的方法，所述方法包含：(a)向含有固C1微生物的第一培养物的第一生物反应器进给参考含C1基质；(b)向含有所述固C1微生物的第二培养物的第二生物反应器进给所述测试含C1基质；(c)分析所述第一生物反应器和所述第二生物反应器的气态产物和液态产物两者以确定所述第一生物反应器和所述第二生物反应器的性能；其中由所述第一生物反应器的性能相对于所述第二生物反应器的性能的比较来确立所述测试含C1基质的适合性。12.根据权利要求11所述的方法，其中同时地执行步骤(a)和步骤(b)的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·黑斯特拉，S·D·辛普森，N·布尔达科斯，J·C·布罗姆利，KM·叶，
申请(专利权)人：朗泽科技新西兰有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ