发酵和气化的集成制造技术

本发明专利技术提供气体发酵工艺与气化工艺的集成，由此将所述气体发酵工艺下游的流出物再循环到所述气化工艺中。本发明专利技术能够将包括以下的一种或多种流出物再循环到气化工艺：从废水处理工艺产生的沼气、从所述发酵工艺产生的尾气、未使用的由所述气化工艺产生的合成气、从所述发酵工艺产生的微生物生物质、从废水处理工艺产生的微生物生物质、来自产物回收工艺的粗乙醇、来自所述产物回收工艺的杂醇油、微生物生物质贫化水、从所述发酵工艺产生的废水和来自废水处理工艺的澄清水。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发酵和气化的集成
本专利技术涉及用于改进气体发酵与气化的集成的工艺。特别地，本专利技术涉及气体发酵工艺下游的一种或多种流出物到气化工艺的再循环。
技术介绍
随着世界人口的增加，由这类人口产生的废物日益引起人们的关注。废物处置的一种解决方案为气化。气化为将有机或化石燃料基含碳材料转化成包含一氧化碳、二氧化碳和氢气的合成气的工艺。气化有利地减少最终进入填埋场的废物量并且产生产物合成气，其可由一个或多个后续工艺转化成有用的产物。由气化产生的合成气可由包括费托的许多工艺利用。费托工艺提供一氧化碳的催化加氢以产生各种产物，包括烃、醇或其它氧化烃。然而，费托工艺中的催化床对取决于气化原料而可能存在于合成气流中的各种组分特别敏感。一种这类组分为硫。如果硫在被传送到费托工艺之前未从合成气流中去除，那么硫可使费托反应所需的催化剂失活。因此，为了获得适合于费托工艺的气体，经常需要广泛的气体净化技术。费托工艺的一种替代方法为气体发酵。气体发酵提供将包括合成气的气体生物固定到一种或多种产物中。与费托工艺相比，气体发酵具有多种优势。首先，费托利用高温(150–350℃)、高压(30bar)和非均相催化剂，如钴、钌和铁。相比之下，气体发酵在约37℃下进行并且通常在大气压下进行，这相对于费托工艺节省大量能量和成本。另外，费托工艺需要合成气中相对固定的H2:CO比率，约为2:1，而气体发酵能够接收和利用一系列多种多样的具有不同H2:CO比率的底物。废水处理工艺通常与费托工艺和气体发酵工艺同时使用。典型的废水处理工艺可包括几个单独的处理步骤，如产物去除、厌氧消化和生物氧化。这类处理步骤用于去除各种组分并且产生澄清水流。去除这些组分通常导致相当大量的固体废物。废水处理的一个必要考虑为如何处理从工艺产生的固体废物。除了产生固体废物之外，废水处理工艺(更具体地厌氧消化步骤)还产生沼气。沼气典型地为约百分之六十(60％)的甲烷和百分之四十(40％)的二氧化碳。沼气CHP(热电联产或废热发电)为利用沼气的常见方式，这典型地发生在沼气发动机中，其中沼气燃烧以产生电能和有用的热量。然而，沼气含有各种组分，这些组分在由沼气发动机利用之前必须去除。一种这类组分为水蒸气。由于原料的产生方式，沼气含有水蒸气。在沼气发动机中利用沼气之前，必须将水蒸气含量降低到允许的水平，以避免燃烧挑战。沼气还含有各种硫化合物，如硫化氢，其当在发动机中燃烧时可与水凝结形成硫酸。硫酸具有高度的腐蚀性并且可损坏沼气发动机。为了避免产生硫酸，可能必需去除硫化氢。在决定如何加工废水处理工艺中产生的沼气时必须考虑与这些去除工艺相关联的成本。因此，仍然需要以有效方式组合气化、气体发酵和废水处理的集成系统，使得有效地处置由工艺产生的流出物。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于改进气体发酵工艺与气化工艺的集成的方法，由此回收气体发酵工艺下游的一种或多种流出物的至少一部分并且将其引导至气化工艺。在特定实施例中，流出物选自由以下组成的组：从废水处理工艺产生的沼气、从发酵工艺产生的尾气、未使用的由气化工艺产生的合成气、从发酵工艺产生的微生物生物质、从废水处理工艺产生的微生物生物质、来自产物回收工艺的粗乙醇、来自产物回收工艺的杂醇油、微生物生物质贫化水、从发酵工艺产生的废水和来自废水处理工艺的澄清水。在一个或多个优选实施例中，发酵工艺利用一种或多种C1固定微生物，其适于发酵含C1的气态底物，如通过气化产生的合成气。在各种实施例中，C1固定微生物选自由以下组成的组：穆尔氏菌属(Moorella)、梭菌属(Clostridium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、醋杆菌属(Acetobacterium)、真杆菌属(Eubacterium)、丁酸杆菌属(Butyribacterium)、产醋杆菌属(Oxobacter)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)。优选地，微生物为梭菌属的成员。在某些情况下，微生物为自产乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)。在各种实施例中，将至少一种流出物的至少一部分气化以产生合成气流。在某些情况下，将多种流出物气化以产生合成气流。优选地，将流出物中的至少两种气化以产生合成气流。优选地，将来自发酵工艺的至少一种流出物和来自废水处理工艺的至少一种流出物气化以产生合成气流。优选地，将合成气流的至少一部分传递到发酵工艺以产生一种或多种产物和/或副产物。在特定实施例中，将从发酵工艺产生的微生物生物质传送到气化工艺。在各种情况下，来自发酵工艺的微生物生物质的至少一部分在被传递到气化工艺之前被干燥。在某些情况下，基本上所有来自发酵工艺的微生物生物质在被传递到气化工艺之前被干燥。在特定情况下，基本上所有由发酵工艺产生的微生物生物质在产物回收后再循环到发酵工艺中，由废水处理工艺处理和/或传送到气化工艺以产生合成气。在某些情况下，气化工艺接收至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或基本上所有来自发酵工艺的微生物生物质。在特定实施例中，将从废水处理工艺产生的微生物生物质传送到气化工艺。从废水处理工艺产生的微生物生物质可至少部分从废水处理工艺内的厌氧消化工艺中回收。在各种情况下，来自废水处理工艺的微生物生物质的至少一部分在被传递到气化工艺之前被干燥。在某些情况下，基本上所有来自废水处理工艺的微生物生物质在被传递到气化工艺之前被干燥。在特定实施例中，将来自发酵工艺的微生物生物质贫化水的至少一部分传送到气化工艺。在各种情况下，将微生物生物质贫化水传送到气化工艺以增加合成气流中的H2:CO比率。优选地，将微生物生物质贫化水的至少一部分传送到气化工艺以将合成气流中的H2:CO比率增加到至少2:1、至少3:1或至少4:1。将微生物生物质贫化水传送到气化工艺，其中合成气流中的H2:CO比率增加，可导致对由气体发酵工艺产生的乙醇的选择性增加、对微生物生物质产生的选择性降低、发酵反应的耗水量减少和/或废水处理工艺的排出流减少。在特定实施例中，将从发酵工艺产生的废水的至少一部分传送到气化工艺。此废水可含有一种或多种产物和/或副产物，其包括但不限于微生物生物质。在各种情况下，将从发酵工艺产生的废水传送到气化工艺以增加合成气流中的H2:CO比率。优选地，将从发酵工艺产生的废水的至少一部分传送到气化工艺以将合成气流中的H2:CO比率增加到至少2:1、至少3:1或至少4:1。将从发酵工艺产生的废水传送到气化工艺，其中合成气流中的H2:CO比率增加，可导致对由气体发酵工艺产生的乙醇的选择性增加、对微生物生物质产生的选择性降低、发酵反应的耗水量减少和/或废水处理工艺的排出流减少。在特定实施例中，将来自废水处理工艺的澄清水的至少一部分传送到气化工艺。在各种情况下，将来自废水处理工艺的澄清水传送到气化工艺以增加合成气流中的H2:CO比率。优选地，将来自废水处理工艺的澄清水的至少一部分传送到气化工艺以将合成气流中的H2:C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将发酵工艺下游的流出物再循环的方法，所述方法包含：/na.回收所述发酵工艺下游的至少一种流出物的至少一部分；和/nb.将至少一种流出物的至少一部分引导至气化工艺。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181119 US 62/769,043;20181214 US 62/779,6961.一种用于将发酵工艺下游的流出物再循环的方法，所述方法包含：
a.回收所述发酵工艺下游的至少一种流出物的至少一部分；和
b.将至少一种流出物的至少一部分引导至气化工艺。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述流出物选自由以下组成的组：从废水处理工艺产生的沼气、未使用的由所述气化工艺产生的合成气、从所述发酵工艺产生的微生物生物质、从废水处理工艺产生的微生物生物质、来自产物回收工艺的粗乙醇、来自所述产物回收工艺的杂醇油、微生物生物质贫化水、从所述发酵工艺产生的废水和来自废水处理工艺的澄清水。


3.根据权利要求2所述的方法，其中将至少一种流出物的至少一部分气化以产生合成气流。


4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述合成气流的至少一部分传递到所述发酵工艺。


5.根据权利要求3所述的方法，其中从所述发酵工艺或所述废水处理工艺产生的微生物生物质在被气化之前被干燥。


6.根据权利要求2所述的方法，其中选自由以下组成的组的至少一种流出物的至少一部分用作所述气化工艺中的加热源：从所述废水处理工艺产生的所述沼气、未使用的由所述气化工艺产生的合成气、来自所述产物回收工艺的粗乙醇、来自所述产物回收工艺的杂醇油。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述气化工艺利用至少一种流出物的至少一部分来熔化由所述气化工艺产生的炉渣的至少一部分。

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【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·孔拉多，A·H·高，
申请(专利权)人：朗泽科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US