产生烃产物的方法和系统技术方案

用于产生烃产物的方法和系统，包括将含CO的底物提供至含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器；和在所述生物反应器中发酵所述培养物以产生一种或多种烃产物。所述含CO的底物来自选自以下的工业过程：蒸汽重整过程、精炼厂过程、蒸汽裂化过程和反向水煤气变换过程。

Method and system for producing hydrocarbon products

A method and system for generating hydrocarbon products, including CO containing substrates to provide bioreactor cultures containing one or more microorganisms; and in the bioreactor in the fermentation culture to produce one or more hydrocarbon products. The CO containing substrate is derived from an industrial process selected from the following: steam reforming process, refinery process, steam cracking process, and reverse water gas conversion process.

【技术实现步骤摘要】
产生烃产物的方法和系统本申请为分案申请，其原申请的申请日为2011年10月21日，申请号为201180062306.4，名称为“产生烃产物的方法和系统”。
本专利技术总的来说涉及通过微生物发酵产生产物(特别是醇)的方法。具体地，本专利技术涉及从与蒸汽重整相关的工业气体产生发酵产物的方法。
技术介绍
乙醇正迅速地成为全球主要的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的兴趣增加，燃料乙醇工业的全球市场也被预测会在未来持续急剧增长。例如，在美国，乙醇用于产生E10——10％乙醇在汽油中的混合物。在E10掺混物中，乙醇组分作为氧化剂起作用，改进燃烧效率并降低空气污染物的产生。在巴西，乙醇满足约30％的运输燃料需求，既作为掺混在汽油中的氧化剂，本身又作为纯净燃料。同样，在欧洲，围绕温室气体(GHG)排放后果的环境问题已促使欧盟(EU)规定其成员国对可持续运输燃料(例如，由生物质获得的乙醇)的消费有强制性目标。极大多数燃料乙醇是经传统的基于酵母的发酵方法生产的，该方法使用来自于作物的碳水化合物，如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉，作为主要碳源。但是，这些碳水化合物原料的成本受到它们有作为人的食物或动物饲料的价值的影响，并且用于乙醇生产的产生淀粉或蔗糖的作物的种植不是在所有地理条件下都是在经济上可持续的。因此，人们对开发将更低成本和/或更丰富的碳源转化为燃料乙醇的技术有兴趣。CO是有机材料(如煤、石油或石油衍生产物)不完全燃烧的主要的、无成本、富含能量的副产物。例如，据报道，澳大利亚的钢铁工业每年生产并向大气释放超过500,000吨的CO。催化方法可用于将主要由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。微生物还可用于将这些气体转化为燃料和化学制品。这些生物学方法虽然通常比化学反应慢，但与催化方法相比具有数个优点，包括更高的特异性、更高的收率、更低的能量成本和更大的中毒抗性。微生物依靠以CO作为唯一碳源生长的能力首先发现于1903年。这随后被确定是使用自养生长的乙酰辅酶A(乙酰CoA)生物化学途径(也称为Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶(CODH/ACS)途径)的生物的性质。大量厌氧生物(包括一氧化碳营养生物、光合成生物、产甲烷生物和产丙酮生物)已显示出可将CO代谢为多种终产物，即CO2、H2、甲烷、正丁醇、乙酸和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有这些生物均至少产生这些终产物中的两种。厌氧菌，如来自梭菌属的厌氧菌，已被证明可从CO、CO2和H2经乙酰基CoA生物化学途径产生乙醇。例如，可从气体产生乙醇的杨氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)的多个菌株描述于WO00/68407、EP117309、美国专利5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO98/00558和WO02/08438。还已知自产醇梭菌属(Clostridiumautoethanogenumsp.)细菌可从气体产生乙醇(Abrinietal.,ArchivesofMicrobiology161,pp345-351(1994))。虽然通过微生物对含CO和H2的底物进行发酵的方法是已知的，但是将这些方法规模化和集成化到工业背景中的潜能几乎没有被开发过。石化厂和炼油厂产生大量的CO作为副产物，并且存在使用该“废”气以产生有价值的产物可能性。另外，目前很大比例的废气被送入火焰中(被燃烧掉)或者被用作燃料的来源，两者都产生不需要的温室气体CO2。因此，存在通过利用废气和由此产生的能量用于发酵以产生想要的产物并同时减少工业工厂的气态碳排放而改进工业方法的可能性。据预测，氢气将成为用于氢气燃料电池的主要原料，正在开发该燃料电池用于从汽车到消费电子的技术。此外，它可用作可燃燃料。精炼厂也需要氢气用于大量的加氢处理和加氢裂化过程以除去来自加氢器进料的硫、氮和其它杂质和以将重瓦斯油加氢裂化为馏出物。因为氢气的产生是资本密集型的，需要开发提高氢气产生和回收效率(特别是从低纯度流中)的方法。在不回收氢气的情况下，这些流最终可作为燃料气体或被送到火焰中，高价值的氢气组分被大量地浪费了。本专利技术的目的是提供一种至少克服或改善现有技术的一种缺点的方法，或至少为公众提供了一种可用的选择。
技术实现思路
根据第一大方面，本专利技术提供了一种产生至少一种烃产物的方法，该方法包括：i)将含CO和/或H2的底物提供至含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器；和ii)在所述生物反应器中发酵所述培养物以产生一种或多种烃产物，其中，所述步骤(i)的底物来自选自以下的工业过程：蒸汽重整过程、精炼厂过程、蒸汽裂化过程和反向水煤气变换过程。在优选的实施方案中，所述一种或多种烃产物是一种或多种醇。在一个实施方案中，所述一种或多种烃产物是乙醇。在一个替代的实施方案中，所述一种或多种烃产物是2,3-丁二醇。在一些实施方案中，所述一种或多种烃产物是乙醇和2,3-丁二醇。根据第二方面，本专利技术提供了一种产生烃产物的方法，该方法包括：i)将含CO和/或H2的底物提供至含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器；ii)在所述生物反应器中发酵所述培养物以产生一种或多种烃产物；其中从所述蒸汽重整过程中接收所述含CO和/或H2的底物，该过程至少包括以下步骤中的一个：i)通常由反应式CH4+H2O→CO+3H2定义的蒸汽重整(SR)步骤；和/或ii)通常由反应式CO+H2O→H2+CO2定义的水煤气变换(WGS)步骤。优选地，直接从所述蒸汽重整步骤中接收所述含CO和/或H2的底物。在一个实施方案中，提供了一种产生烃产物的方法，该方法包括至少含有以下步骤中一个的预重整(pre-forming)：i)通常由反应式CH4+H2O→CO+3H2定义的蒸汽重整步骤；和/或ii)通常由反应式CO+H2O→H2+CO2定义的水煤气变换步骤其中所述预重整用于为生物反应器处理和/或提供含CO和/或H2的底物。在一个实施方案中，从所述生物反应器接收至少含有一种气体的发酵后气态底物，并将一种或多种气体与一种或多种其他气体中分离。在一个实施方案中，所述发酵后气态底物包含H2。更优选地，所述气体分离会受变压吸附(PSA)模块的影响。优选地，从所述变压吸附模块中接收所述含CO和/或H2的底物。优选地，将所述变压吸附模块用于从气体流中回收氢气，该气体流接收自所述SR步骤或WGS步骤。在替代的实施方案中，将所述PSA用于从所述生物反应器中回收氢气。优选地，所述含CO的底物也包含氢气，并且从所述底物中回收所述氢气。优选地，将从所述底物中回收的氢气再循环至所述变压吸附模块。优选地，所产生的烃是乙醇或丙醇或丁醇。优选地，将所产生的烃重新用于SR过程。优选地，使所述烃通过预重整装置然后重新用于所述蒸汽重整过程。通过预重整装置部分地完成了所述蒸汽重整过程的蒸汽重整步骤，这可提高产生氢气的效率并降低蒸汽重整炉所需的容量。优选地，所产生的烃是二醇，更优选2,3-丁二醇。优选地，所产生的烃是丁酸、丙酸、己酸、丙烯、丁二烯、异丁烯或乙烯。优选地，所产生的烃是汽油(约8碳)、喷气式发动机燃料(约12碳)或柴油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生至少一种烃产物的方法，所述方法包括：i.将含CO的底物提供至含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器中；和ii.在所述生物反应器中发酵所述培养物以产生一种或多种烃产物，其中，步骤(i)的所述底物来自选自以下工业过程：蒸汽重整过程、精炼厂过程、蒸汽裂化过程和反向水煤气变换过程。

【技术特征摘要】
2010.12.03 NZ NZ589700;2010.10.22 US 61/405,854;201.一种产生至少一种烃产物的方法，所述方法包括：i.将含CO的底物提供至含有一种或多种微生物的培养物的生物反应器中；和ii.在所述生物反应器中发酵所述培养物以产生一种或多种烃产物，其中，步骤(i)的所述底物来自选自以下工业过程：蒸汽重整过程、精炼厂过程、蒸汽裂化过程和反向水煤气变换过程。2.权利要求1的方法，其中所选择的工业过程是蒸汽重整过程。3.权利要求1的方法，其中所选择的工业过程是精炼厂过程。4.权利要求1的方法，其中所选择的工业过程是蒸汽裂化过程。5.权利要求1的方法，其中所选择的工业过程是反向水煤气变换过程。6.权利要求2的方法，其中所述蒸汽重整过程包括以下步骤中的至少一个：i.蒸汽重整步骤；和/或ii.水煤气变换步骤。7.权利要求6的方法，其中从所述蒸汽重整步骤中直接接收所述含CO的底物。8.权利要求2的方法，其中所述底物还包含氢气。9.权利要求8的方法，其中所述蒸汽重整过程还包含变压吸附模块。10.权利要求9的方法，其中所述变压吸附(PSA)模块被构造以从气体流中回收氢气，所述气体流接收自所述蒸汽重整步骤和/或所述水煤气变换步骤。11.权利要求9的方法，其中所述PSA模块被构造以接收所述生物反应器排出的气体流，并且其中所述PSA模块从所述生物反应器排出的气体流中回收氢气。12.权利要求3的方法，其中所述精炼厂过程选自：i.流化催化裂化(FCC)；ii.连续催化再生重整(CCR)；iii.精炼厂原料的气化；或iv.焦炭燃烧。13.权利要求3的方法，还包含变压吸附模块，所述变压吸附模块被构造用于接收所述生物反应器排出的气体流。14.权利要求13的方法，其中所述PSA模块从所述生物反应器排出的气体流中回收氢气。15.权利要求4的方法，其中将所述蒸汽裂化过程的一种或多种副产物或未反应的原料组分提供至所述生物反应器用于发酵。16.权利要求15的方法，其中所述一种或多种副产物或未反应的原料组分是氢气、二氧化碳和甲烷。17.权利要求5的方法，其中通过所述反向水煤气变换过程将含H2和CO2的气态流转化为含CO的气态底物。18.权利要求17的方法，还包含以下步骤：i.将所述生物反应器排出的气体流提供至所述反向水煤气变换反应器；ii.使所述步骤(i)的气体流发生反应以提供含CO的气态底物；和iii.将所述步骤(ii)的气态底物传递回所述生物反应器用于发酵。19.前述权利要求任一项的方法，其中所述烃是乙醇。20.权利要求1-18任一项的方法，其中所述烃是2,3-丁二醇。21.权利要求1-18任一项的方法，其中所述烃选自乙酸、乙醇、丙醇、丁醇、2,3-丁二醇、丁酸、丙酸、己酸、丙烯、丁二烯、异丁烯、乙烯。22.权利要求1-18任一项的方法，其中所述产生的烃是汽油的组分、喷气式发动机燃料的组分或柴油的组分。23.前述权利要求任一项的方法，其中所述一种或多种微生物是一氧化碳营养细菌。24.XX的方法，其中所述一氧化碳营养细菌选自穆尔氏菌属(Moorella)、梭菌属(Clostridium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、醋酸杆菌属(Acetobacterium)、真杆菌属(Eubacterium)、丁酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·舒尔茨，J·奥博恩，S·辛普森，
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