一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统技术方案

本实用新型专利技术属于生物工程领域，涉及一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统，包括生物反应器、过滤设备和有机物分离装置，生物反应器上连接有接收外部输入的气相底物的气相底物输入管，所述系统还包括逸出气体气液分离装置和尾气处理装置，所述逸出气体气液分离装置与生物反应器之间连接有逸出气体输送管，逸出气体气液分离装置与尾气处理装置之间连接有发酵尾气输送管，尾气处理装置和气相底物输入管之间连接有处理后发酵尾气输送管。本实用新型专利技术的系统提高了气相底物的转化率，提高有机醇产率，降低气相底物和二氧化碳的排放，保护环境。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于生物工程领域，涉及一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统。
技术介绍
能源是现代社会赖以生存和发展的基础。为弥补化石燃料的不足、优化能源结构和保护生态环境，大力开发新能源和可再生能源是当今世界研究开发的热点，其中利用含CO或氏/0)2的气体为底物厌氧发酵生产有机酸或有机醇就是很有潜力和竞争力的技术。含CO和/或H2的气体主要来自碳黑、焦炭、制氨、石油加工、钢铁等工厂产生的废气。每年通过工业复合物排放超过600万吨CO和接近400万吨H2。许多情况下，这些气体被排放到大气中，对环境造成严重的污染。另一类含CO和/或H2的气体源自煤、石油、生物质和有机废物等含碳物质的气化，它的主要成分为CO、H2和CO2，还含有少量的CH4和一些硫、氮的化合物，是一类丰富而廉价的生物加工原料。这些气体可通过厌氧发酵转化为多种有用的燃料和化学品，比如乙酸、丁酸、乙醇和丁醇等。与合成气化学转化相比，生物转化具有以下几个优点(I)生物转化的反应条件温和；(2)酶的专一性比无机催化剂高，因而产物得率高，副产物少；(3)生物转化不需要固定的0)和氏比例；(4)发酵菌对合成气中的硫化物具有耐受性，减少了气体净化成本。以CO和/或H2和CO2为底物通过厌氧微生物发酵生产乙酸、乙酸盐或其它具有商业价值的产品的方法已经有了实验室规模的实施。参见，例如，Vega等(1989)，生物技术与生物工程，34 :785-793 ;Klasson等(1990)，应用生物化学与生物技术，24/25 I。作为合成气发酵底物的气体如CO或者H2在水中溶解度不大，气相底物的传递涉及气、固、液三相气体底物、培养基(发酵液、液相)和悬浮在培养基中的微生物细胞(固相)；气相底物必须先扩散到气-液界面，再在液相中微生物细胞表面为细胞所用，气液传质主要阻力在气-液界面上。以CO和H2为底物合成乙酸、乙醇的反应方程式如下6C0+3H20 = C2H50H+4C02(I)6H2+2C02 = C2H50H+3H20(2)4C0+2H20 = CH3C00H+2C02(3)4H2+2C02 = CH3C00H+2H20(4)合成气连续通入生物反应器，发酵产生乙酸、乙醇和C02，N2和甲烷等非反应气体不参与发酵反应。由未被转化的CO和H2、副产物C02、N2和甲烷等非反应气体组成的发酵尾气从生物反应器上排出。⑶和仏的单程转化率低于100%，一般为60-80%，所以发酵尾气中存在一定比例的发酵底物。发酵尾气一般组成为(体积％，组分和新鲜合成气组成、底物转化率有关)C0250 60%，C0 16 30%，H216 28%，队和甲烷等O. I 5%。回收利用尾气中有用底物，既经济又环保。中国专利ZL200510109722. I “生产乙酸的微生物工艺以及从发酵液中萃取乙酸的溶剂”，ZL99810663. I “生产乙酸的微生物工艺以及从发酵液中萃取乙酸的溶剂”，ZL96180363. O “用生物学工艺从废气中制备乙酸”公开了用此类气体、培养基和一种或多种厌氧菌在生物反应器内发酵的方法大规模生产乙酸等有用化学品的方法。这些专利方法中气相底物在经过生物反应器后其中非反应气体和未反应基质气体作为废气释放，没有提及发酵尾气的处理和回用。另一方面，在工业实际生产中，发酵液逸出气体气量非常大，当这些逸出气体逸出发酵液时，会携带出部分生成的乙醇和水，如果不采取措施，会导致生物反应器中水分大量流失，需要不断地补充水分以继续发酵过程；而生成的乙醇随之逸出也影响了乙醇的终产量。常规的气相底物发酵生产有机醇的系统包括生物反应器、过滤设备和有机物分离 装置，其中生物反应器用于气相底物发酵，生物反应器上连接有接收外部输入的气相底物的气相底物输入管，生物反应器与过滤设备之间连接有流通管，用于将发酵物输送至过滤设备中进行细胞过滤；过滤设备和有机物分离装置之间连接有流通管，用于将过滤出细胞后的过滤物进行分离，以分离出有机物。使用常规的系统无法实现发酵尾气的处理和回用。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统，以处理和回用发酵尾气。一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统，包括生物反应器、过滤设备和有机物分离装置，生物反应器上连接有接收外部输入的气相底物的气相底物输入管，其中，所述系统还包括逸出气体气液分离装置和尾气处理装置，所述逸出气体气液分离装置与生物反应器之间连接有逸出气体输送管，逸出气体气液分离装置与尾气处理装置之间连接有发酵尾气输送管，尾气处理装置和气相底物输入管之间连接有处理后发酵尾气输送管。优选地，所述生物反应器和过滤设备之间连接有将过滤出的细胞浓溶液输回至生物反应器的细胞回流管。优选地，所述有机物分离装置与生物反应器之间连接有将有机物分离装置中分离出的水输回至生物反应器的返回水管。优选地，所述逸出气体气液分离装置与有机物分离装置之间连接有有机醇水溶液输送管。进一步优选地，所述逸出气体气液分离装置与生物反应器之间还连接有液体输送管。优选地，所述生物反应器是固定化细胞反应器或悬浮细胞反应器；进一步优选地，所述生物反应器是滴流床反应器、连续搅拌反应器或气升式反应器。优选地，所述过滤设备是离心机、超滤膜过滤装置或中空纤维膜过滤装置。进一步优选地，所述过滤设备是中空纤维膜过滤装置。优选地，所述有机物分离装置是精馏塔或萃取精馏装置。进一步优选地，所述有机物分离装置是精馏塔。优选地，所述逸出气体气液分离装置是换热器、气液分离膜组块、溶剂吸收捕集装置。优选地，所述尾气处理装置是精馏塔、变压吸附装置、膜分离装置或者化学吸附装置；进一步优选地，所述尾气处理装置是变压吸附装置。优选地，所述发酵尾气输送管上还设置有排气管，用于将部分发酵尾气输送至例如火炬的处理装置中燃烧。在该系统中，气相底物输入至生物反应器中进行发酵，发酵后的产物流入细胞过滤设备中进行细胞过滤，以分离细菌细胞。分离出的细胞浓溶液通过细胞回流管输回至生物反应器回收利用，其它物质进入有机物分离装置中分离出有机物和水。分离出的水回流至生物反应器中重复利用。生物反应器中的逸出气体首先进入逸出气体气液分离装置分离出有机醇和水，剩余的发酵尾气进入尾气处理装置中。尾气处理装置回收其中的二氧化碳，从而富集气相底物。处理后的尾气通过尾气处理装置和气相底物输入管之间的处理后尾气输送管输送至气相底物输入管中，与新鲜气相底物合并，并进入生物反应器中进行反应。 本技术的系统通过逸出气体气液分离装置和尾气处理装置处理发酵过程中的逸出气体，分离出气体携带的有机醇和水，分离发酵尾气中的二氧化碳，富集并回收利用气相底物，提高了气相底物的转化率，提高有机醇产率，降低气相底物和二氧化碳的排放，保护环境。附图说明图I是本技术一种实施方式的示意图。具体实施方式现通过具体实施方式和附图说明本技术，但本技术不限于以下内容。如图I所示的一种具体实施方式中，本技术的用于气相底物发酵生产有机醇的系统包括用于气相底物发酵的生物反应器1，用于过滤细胞的过滤设备2，用于分离有机物的有机物分离装置3，用于分离逸出气体携带的有机醇和水的逸出气体气液分离装置4和尾气处理装置5 ;其中，生物反应器I上连接有接收外部输入的气相底物的气相底物输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统，包括生物反应器、过滤设备和有机物分离装置，生物反应器上连接有接收外部输入的气相底物的气相底物输入管，其特征在于，所述系统还包括逸出气体气液分离装置和尾气处理装置，所述逸出气体气液分离装置与生物反应器之间连接有逸出气体输送管，逸出气体气液分离装置与尾气处理装置之间连接有发酵尾气输送管，尾气处理装置和气相底物输入管之间连接有处理后发酵尾气输送管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：代俊明，杨建春，
申请(专利权)人：北京信汇生物能源科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：