【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高氢气利用率和气体再循环优先权声明本专利申请要求2018年3月30日提交的美国临时专利申请号62/650,590以及2018年3月30日提交的美国临时专利申请号62/650,575的权益，这两个申请出于所有目的以引用方式并入本文。
本公开整体涉及可用于合成过程的系统和方法。具体地，本公开涉及包括补充气体再循环以支持利用大量氢气的生物过程的系统和方法。
技术介绍
在气体进料发酵中，挥发性气体(诸如二氧化碳、一氧化碳、氢气和甲烷)由微生物转化成广泛范围的产物，诸如燃料、蛋白质和化合物(例如，醇和有机酸)。这些产物可由化学、石化、医药、动物饲料、环境和农业领域的行业使用。涉及生物反应器的各种配置的发酵系统用于生成各种各样的材料，包括抗生素、疫苗、合成生物聚合物、合成氨基酸和可食用蛋白质。有利地，气体发酵过程可利用各种原料，包括家庭、工业或农业废物，由此减小对化石碳源的依赖并且减小温室气体的排放。此外，当与高温和高压化学催化反应相比时，发酵反应通常在更低的反应温度和压力下操作。气体进料发酵的示例可见于美国专利申请公布号US2012/0003706，其描述了用于通过与发酵液体接触而将包括一氧化碳、二氧化碳和氢气的气体输入流转化成液体产物的厌氧过程，其中过程控制发酵容器中的一氧化碳和二氧化碳的浓度。过程将进料气体流和再循环气体流充入发酵容器，并且在发酵液体上方收集废气流。废气流流动到气体喷射器，该气体喷射器使用再循环液体作为动力流体以将废气与再循环液体混合成气-液分散体。再循环液体与废气的接触吸收二氧化碳...
【技术保护点】
1.一种用于使废气流在气体发酵生物合成系统中再循环的方法，所述方法包括：/n向气体发酵反应器系统提供能够合成一种或多种生物合成产物的化学自养生物体的培养物；/n将供应气体引入所述培养物，其中所述供应气体包括再循环气体，其中所述供应气体中的氮气的浓度小于5％(v/v)，其中所述供应气体中的一种或多种目标组分的浓度各自独立地在目标浓度范围内，并且其中所述一种或多种目标组分选自由氢气、二氧化碳和氧气组成的组；/n通过所述培养物产生废气；/n由所述废气的至少一部分形成所述再循环气体；/n测量所述再循环气体中的所述一种或多种目标组分中的每一种的浓度；/n计算将与所述再循环气体合并以形成所述供应气体的所述一种或多种目标组分中的每一种的量，所述供应气体具有的所述一种或多种目标组分的浓度在所述目标浓度范围内；以及/n将所述再循环气体和所计算量的所述一种或多种目标组分中的每一种引入所述培养物。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180330 US 62/650,590;20180330 US 62/650,5751.一种用于使废气流在气体发酵生物合成系统中再循环的方法，所述方法包括：
向气体发酵反应器系统提供能够合成一种或多种生物合成产物的化学自养生物体的培养物；
将供应气体引入所述培养物，其中所述供应气体包括再循环气体，其中所述供应气体中的氮气的浓度小于5％(v/v)，其中所述供应气体中的一种或多种目标组分的浓度各自独立地在目标浓度范围内，并且其中所述一种或多种目标组分选自由氢气、二氧化碳和氧气组成的组；
通过所述培养物产生废气；
由所述废气的至少一部分形成所述再循环气体；
测量所述再循环气体中的所述一种或多种目标组分中的每一种的浓度；
计算将与所述再循环气体合并以形成所述供应气体的所述一种或多种目标组分中的每一种的量，所述供应气体具有的所述一种或多种目标组分的浓度在所述目标浓度范围内；以及
将所述再循环气体和所计算量的所述一种或多种目标组分中的每一种引入所述培养物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述供应气体中的所述一种或多种目标组分的流速各自独立地在目标流速范围内；
所述方法还包括测量所述再循环气体中的所述一种或多种目标组分中的每一种的流速；并且
所述计算包括计算将与所述再循环气体合并以形成所述供应气体的所述一种或多种目标组分中的每一种的量，所述供应气体具有的所述一种或多种目标组分的浓度在所述目标浓度范围内并且具有的所述一种或多种目标组分的流速在所述目标流速范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一种或多种目标组分包括氢气、二氧化碳和氧气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述再循环气体的形成不包括将所述一种或多种目标组分与所述废气分离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述一种或多种目标组分包括氧气，并且其中所述氧气的目标浓度为2％(v/v)至20％(v/v)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述一种或多种目标组分包括氢气，并且其中所述氢气的目标浓度为10％(v/v)至95％(v/v)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述一种或多种目标组分包括二氧化碳，并且其中所述二氧化碳的目标浓度为1％(v/v)至50％(v/v)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述供应气体中的氮气的浓度小于1％(v/v)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述供应气体中的氮气的浓度小于0.1％(v/v)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述供应气体还包括一个或多个补充气体流，其中所述补充气体流包括所计算量的所述一种或多种目标组分，并且其中所述供应气体具有0.5标准升/分钟/(升培养物)至5标准升/分钟/(升培养物)的流速。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个补充气体流中的至少一个基本上由氧气组成。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述一个或多个补充气体流包括两个或更多个补充气体流，其中所述两个或更多个补充气体流中的至少一个中的所述一种或多种目标组分的浓度和流速不同于所述两个或更多个补充气体流中的每个其他补充气体流中的所述一种或多种目标组分的浓度和流速。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述一个或多个补充气体流中的至少一个在引入所述培养物之前与所述再循环气体合并。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述再循环气体的流速和组成各自不同于所述一个或多个补充气体流中的每一个的流速和组成。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述再循环气体的流速和组成各自在所述一个或多个补充气体流中的至少一个的流速和组成的10％内。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中所述再循环气体和所述一个或多个补充气体流中的每个补充气体流在引入所述培养物之前是不可燃的。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其中所述再循环气体中以及所述一个或多个补充气体流中的每个补充气体流中的氧气浓度小于极限氧气浓度(LOC)，或者其中所述再循环气体中以及所述一个或多个补充气体流中的每个补充气体流中的氢气浓度低于可燃下限(LFL)。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其中所述供应气体中的气态氧气浓度高于所述LOC。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中所述供应气体作为至少两个供应气体流被引入所述培养物中，其中所述供应气体流中的至少一个包括气态氧气并且不包括氢气或包括浓度低于所述LFL的氢气，并且其中所述供应气体流中的至少另一个包括氢气并且不包括氧气或包括浓度低于所述LOC的氧气。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，还包括：
通过控制所述供应气体的流速和组成来将所述气体发酵反应器的顶部空间中的所述气态氧气浓度维持在低于所述LOC。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述顶部空间中的所述气态氧气浓度维持在低于所述LOC的75％。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中所述气体发酵反应器系统选自由以下各项组成的组：单个发酵罐、串联的多个发酵罐、膜发酵罐、固定床发酵罐、流化床发酵罐、单个高压釜、串联的多个高压釜、活塞流发酵罐、气动搅动发酵罐、带有具有强制循环的外部回路的气升式发酵罐、鼓泡塔发酵罐、固定(填充)床塔式发酵罐、具有多个隔室的水平单个发酵罐以及多级塔式发酵罐。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中所述气体发酵反应器系统是恒化器。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，其中不主动搅拌所述气体发酵反应器系统。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述气体发酵反应器系统具有1bar至10bar的表压。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的方法，其中所述再循环气体由多于50％(v/v)的所述废气形成。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其中从所述气体发酵反应器吹扫所述废气中不用于形成所述再循环气体的部分。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中由所述培养物转化所述供应气体中的多于50％的所述氢气。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的方法，其中由所述培养物转化所述供应气体中的多于90％的所述氢气。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的方法，其中所述化学自养生物体选自罗尔斯通菌属(Ralstonia)、沃特氏菌属(Wausteria)、贪铜菌属(Cupriavidus)、产碱菌属(Alcaligenes)、伯克氏菌属(Burkholderia)或潘多拉菌属(Pandoraea)的非致病性成员。...
【专利技术属性】
技术研发人员：加里·J·史密斯，保罗·S·珀尔曼，格雷戈里·S·柯比，
申请(专利权)人：英威达纺织英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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