[发明专利]从稀水溶液回收高级醇

说明书

技术领域

本申请一般性地涉及从稀水溶液(dilute aqueous solutions)如发酵肉汤(fermentation borths)中回收C3-C6醇的方法。

背景技术

生物燃料具有很长的历史，可追溯至20世纪初。早在1900年，RudolfDiesel在法国巴黎的世博会上展示了靠花生油运转的发动机。其后不久，Henry Ford展示了他的靠源自玉米的乙醇运转的Model T。在20世纪30年代和40年代，源自石油的燃料由于低成本供给增加和效率增加而代替了生物燃料。

市场在20世纪七十年代由于阿拉伯石油禁运和伊朗革命而波动，伴随着美国石油生产的降低导致原油价格上升，对生物燃料的兴趣复兴。而今，许多感兴趣的组织(包括决策者，工业设计者，意识到的公民和金融界)都对用源自生物质(biomass)的生物燃料代替源自石油的燃料感兴趣。开发生物燃料的一种最主要的动机是经济方面的，即，“峰油(peak oil)”(原油的消耗速率超过供应速率，从而导致燃料成本显著增加的点)的威胁导致对可供选择的燃料的需求增加。

目前，生物燃料往往使用局部农业来源在许多相对小的设备中生产，并且被视作提供稳定和安全的燃料供应，其不受与石油相关的地区问题影响。同时，生物燃料能够提高国家经济的农业比重。另外，由于燃料的化石来源(fossil sources)花费数亿年再生和它们的使用增加了大气中的二氧化碳水平，导致气候变化忧虑，所以持续(sustainability)是重要的社会和伦理驱动力，其正在开始导致政府管制和政策，例如汽车二氧化碳排放的上限、二氧化碳排放的赋税和对于使用生物燃料的税收刺激。

生物燃料的接受性(acceptance)主要取决于当与源自石油的燃料比较时生物燃料的经济竞争力。在成本方面不能与源自石油的燃料竞争的生物燃料将限于特殊的应用(specialty applications)和狭缝市场(niche markets)。当今，生物燃料的使用限于乙醇和生物柴油。目前，乙醇通过发酵制备，在美国用玉米，在巴西用甘蔗，以及在世界范围内用其它谷物。如果原油保持在每桶50美元以上，则乙醇可与源自石油的汽油竞争，补贴或赋税益处除外。当原油超过$60/桶时，生物柴油可与基于石油的柴油竞争(Nexant Chem Systems，2006，Final Report，Liquid Biofuels：Substituting for Petroleum，White Plains，New York)。

数个因素影响基于碳水化合物的生物燃料来源的核心操作成本。除了含碳的，植物制造原料的成本之外，对于乙醇或其它潜在的基于醇的生物燃料如丁醇，在产品经济成本中的主要因素是从水流(aqueous streams)回收和纯化生物燃料。已经开发了许多技术手段，用于从水基发酵培养基经济地除去醇。当今使用最广泛的回收技术使用蒸馏和分子筛干燥来生产乙醇。例如，通过基于梭菌的丙酮-丁醇-乙醇发酵进行的丁醇生产也依靠蒸馏回收和纯化产品。从水溶液蒸馏需要消耗大量能量。对于乙醇，需要另外的加工设备以破坏乙醇/水共沸混合物。这种设备，分子筛，也使用大量能量。

已经研究了许多单元操作用于回收和纯化发酵生产的醇，包括过滤、液/液萃取、膜分离(例如，切向流过滤、渗透蒸发和渗透萃取(perstraction))、气提和溶液的″盐析″、吸附和吸收。取决于产品的回收情况和产品的物理和化学性质以及它所驻留的基体，每种手段均具有优点和缺点。

可以将控制生物燃料生产成本的变量的特点在于影响操作成本、资本成本或者操作成本和资本成本的变量。通常，控制发酵经济性能的主要变量包括目标产物的碳水化合物收率(carbohydrate yield to desired product)、产品浓度和容积生产率(volumetric productivity)。所有三个主要变量(收率、产品浓度和容积生产率)均既影响资本成本，又影响操作成本。