本发明专利技术涉及一种气相底物发酵连续生产乙醇的方法，包括步骤：(1)将含有CO和/或H2的合成气通入培养有微生物的生物反应器中发酵，得到发酵液和发酵尾气；(2)处理发酵尾气：分离发酵尾气中的CO2以富集发酵尾气中的CO和/或H2；(3)将步骤(2)的处理后的发酵尾气与新鲜合成气混合后通入生物反应器中进行反应。本发明专利技术的方法提高了CO和H2的转化率，提高了乙醇产量，减少了污染物的排放。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生产乙醇的方法，更具体而言，涉及。
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和/或H2的气体为底物厌氧发酵生产乙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各种有用的燃料和化学品，比如甲烷、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为气相底物通过微生物发酵生产乙醇的过程包括将含有CO和/或H2的合成气通入到添加有微生物的生物反应器中进行发酵，得到的发酵液不间断地经过细胞分离装置将产物溶液和细胞分离，分离的细胞返回至生物反应器中，产品溶液经过精馏得到乙醇产物。以 CO 和 /或4为底物厌氧发酵生产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中，发酵产生乙酸、乙醇和CO2体不参与发酵反应。由未转化的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。发酵尾气含(体积％，组分和新鲜合成气组成、底物转化率有关)C0250 60%，C016 30%，H216 28%，N2 和甲烷等 O.1 5%。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。气体底物的传递涉及气、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)，存在于气相中的底物，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。因此，发酵过程中，气相底物的转化率不高。含C0、H2的还原性气体底物厌氧发酵过程中，通过降低气相底物的通气速度、增加气体在反应器中的停留时间都可以提高气体的转化率，但同时乙醇产率也相应降低，对于连续发酵生产而言不经济。一般情况下，CO的转化率为60-90%，H2的转化率为10-80%。所以在连续批量生产乙醇的工艺中，发酵尾气中存在一定比例的未转化的还原性气体。中国专利ZL200510109722.1 “生产乙酸的微生物工艺以及从发酵液中萃取乙酸的溶剂”，ZL99810663.1 “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。此外，由于CO抑制作用及其氧化还原电势更低等原因，发酵过程中细菌优先选择吸收CO。尤其在以乙醇为优势产物的发酵反应中，H2的转化率比CO的转化率低，二者的综合转化率(CO和H2转化率的平均值)也相对比较低，气相底物没有得到充分的利用。中国专利申请CN1444658A记载的“提高微生物发酵生产乙醇的方法”中，公开了使用含有CO和H2等的混合气体经杨氏梭菌发酵制备乙醇的工艺；专利中发酵尾气直接排空；如果维持产物中的乙醇和乙酸(盐)比例4 I以上，其CO和H2的综合转化率平均在65%。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以提高气相底物转化率。本专利技术提供的方法包括以下步骤(I)将含有CO和/或4的合成气通入培养有微生物的生物反应器中发酵，得到发酵液和发酵尾气；(2)处理发酵尾气分离发酵尾气中的CO2以富集发酵尾气中的CO和/或H2 ;(3)将步骤(2)的处理后的发酵尾气与新鲜合成气混合后通入生物反应器中进行反应。优选地，本方法进一步包括步骤(4):分离步骤(I)得到的发酵液中的细菌，将分离出的细菌返回至生物反应器中重复使用；优选地将一部分细菌重复使用，其余的作为发酵废液排放。更优选地，所述细菌分离通过离心、中空纤维过滤、沉淀或超滤而完成。优选地，本方法进一步包括步骤(5):将步骤(4)中分离出细菌的有机物溶液进行精馏得到产品乙醇，剩余残液返回至生物反应器中；优选地，将一部分剩余残液返回至生物反应器中，其余的作为发酵废液排放。优选地，将一部分发酵尾气经去除CO2处理后与新鲜合成气混合；更优选地，将40% 80%的发酵尾气经去除CO2处理后与新鲜合成气混合；最优选地，将80%的发酵尾气经去除CO2处理后与新鲜合成气混合。优选地，分离发酵尾气中CO2的方法包括精馏法、物理吸附法、膜分离法等物理分离方法，和化学反应法。优选地，本专利技术的合成气来自煤、天然气、石油、生物质和有机废物的处理，炭黑、合成氨、甲醇或焦炭制造和石油加工、钢铁生产过程中产生的废气。所述合成气包含CO和/或H2及C02、N2、甲烷等其它气体。优选地，本专利技术中使用的微生物包括但不限于伍氏醋酸杆菌、食甲基丁酸杆菌、醋酸梭菌、丙酮丁酸梭菌、热醋酸梭菌、粘液真杆菌、杨氏梭菌、Clostridiumautoethanogenum和产生消化链球菌。优选地，本专利技术中的生物反应器包括但不限于滴流床反应器等固定化细胞反应器或连续搅拌反应器、气升式反应器等悬浮细胞反应器。优选地，所述生物反应器中的压力保持大于或等于一个大气压，优选为一个大气压。本专利技术的方法中，富集并循环利用发酵尾气中的CO和/或!12，提高了 CO和/或仏的转化率，提高了乙醇的产量和产率。在更具体的实施方式中，本方法提高了 0)和氏的综合转化率，降低了 H2和CO转化率差异；同时结合回用分离的细菌和精馏乙醇后的残液，控制了生物反应器中乙酸的含量，使发酵液中乙醇和乙酸(盐)的比例不低于4 I。另外，回收的副产物CO2可以用于常规应用，减少了污染物排放，也使资源得以充分利用。附图说明图1是本专利技术的合成气发酵生产乙醇的工艺流程示意图。具体实施例方式结合具体实施方式 进一步说明本专利技术，但是本专利技术的保护范围并不限于以下内容。本专利技术提供，该方法回收发酵尾气中的CO和/或H2，与新鲜合成气混合后循环利用，以在原生产条件和工艺下，提高CO和/或H2的转化率，从而提高乙醇的产量和产率；更具体地，提高CO和H2的综合转化率，降低二者的转化率差。采用气体底物发酵连续生产乙醇的方法中，⑶和H2转化率是重要的控制指标。在本专利技术中，通过在线质谱检测进入生物反应器的合成气和发酵尾气中各成分含量的变化，利用测得的值计算转化率。转化率的计算方法为转化率=(X进 _X 出)X本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气相底物发酵连续生产乙醇的方法，包括步骤：(1)将含有CO和/或H2的合成气通入培养有微生物的生物反应器中发酵，得到发酵液和发酵尾气；(2)处理发酵尾气：分离发酵尾气中的CO2以富集发酵尾气中的CO和/或H2；(3)将步骤(2)的处理后的发酵尾气与新鲜合成气混合后通入生物反应器中进行反应。
【技术特征摘要】
1.一种气相底物发酵连续生产乙醇的方法，包括步骤 (1)将含有CO和/或4的合成气通入培养有微生物的生物反应器中发酵，得到发酵液和发酵尾气； (2)处理发酵尾气分离发酵尾气中的CO2以富集发酵尾气中的CO和/或4； (3)将步骤(2)的处理后的发酵尾气与新鲜合成气混合后通入生物反应器中进行反应。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤(4):分离步骤(I)得到的发酵液中的细菌，将分离出的细菌返回至生物反应器中重复使用。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤(5):将步骤(4)中分离出细菌的有机物溶液进行精馏得到产品乙醇，剩余残液返回至生物反应器中。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，将一部分发酵尾气经去除CO2处理后与新鲜合成气混合。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将40...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建春，朱德权，代俊明，
申请(专利权)人：北京信汇生物能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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