[实用新型]一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及能源生产技术领域，尤其涉及一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器。

背景技术

能源是现代社会生存和发展的重要物质基础，人类社会发展至今，能源已经成为当今国际政治、经济、军事、外交等关注的焦点。当前，能源问题和环境问题日益凸显，世界工业化发展加速和全球人口快速增长，这一切都加快了能源的使用和消耗。有专家统计上世纪以石油和煤炭为主要能源的消耗速率增长了17倍，石油与煤炭的开采与消耗加大了资源与能源匮乏的程度，预计50年内世界储备的石油将被耗竭，而到2050年世界人口有望突破90亿，这都使得能源需求压力越来越大。同时化石燃料的使用已造成了显著的环境问题，这就使得人们迫切寻求一种环境友好且可持续的再生能源和技术。

 合成气发酵已被全世界认为是一种极具潜力和竞争力的发酵生产技术，该技术能够利用一些厌氧微生物如C. carboxidivorans P7﹑Clostridium strain P11﹑Clostridium.ljungdahlii和C. autoethanogenum等以合成气为唯一碳源和能源进行生长并发酵制取乙醇或丁醇。乙醇是目前世界较为公认的清洁可再生的生物替换燃料，这是因为生物乙醇具有如下优点：含氧燃料，燃烧值高；成分不含有氮和硫元素，燃烧形成CO₂和H₂O，清洁无污染；乙醇常温状态下为液体，易于储存和运输。另外，丁醇似乎发现较乙醇更好的生物燃料，国外许多学者研究证明丁醇具有更高的燃烧值，产生更大的能量，其中较乙醇相比丁醇在储存和运输过程中腐蚀性更小。目前，合成气生物发酵产业已开始形成，其中美国Coskata公司拥有一个年产5000万～1亿加仑乙醇的生产线，已于2009年10月投产。另外，合成气气化技术现在发展相对较为成熟，合成气气化技术的应用原料较为广泛，主要包括木屑、城镇垃圾、畜禽粪便、废旧轮胎、林业废弃物、农业废弃物和工业生产废气（如钢厂锅炉废气等）等。全球每年新产生的生物质资源量可达1.7×10¹¹t，相当于8.5×10¹⁰t标煤或者6.0×10¹⁰t石油当量。大力开发利用生物质能对于缓解能源危机可以起到非常重要的作用。生物质气化合成燃料是利用生物质能的一种有效途径。利于有效解决上述各个问题。

    然而,目前合成气厌氧发酵生产乙醇或丁醇的规模离真正实现工业化还有很大的差距，究其原因主要有三点，一是气液传质效率低，这是因为合成气的组分主要含有CO、CO₂、H₂、N₂等，该气体均属于液体微溶性气体；二是未能实现菌体高密度发酵生产；三是合成气组分对酶具有抑制作用，研究结果显示合成气组分中的CO对氢化酶具有抑制作用，不利于菌体是生长和产乙醇或丁醇。另外，有报道指出在应用与其他领域中的雾化反应器往往存在不同程度的雾化营养液随气体排出而逃液的问题，这在一定程度上不仅降低了营养液的浓度而且增加了发酵过程中染菌的几率。同时，无论是国内还是在国外合成气发酵反应器设备的操作流程的自动化程度较低，进而导致对能量的输入要求和劳动力的需求较大。。

实用新型内容

 本实用新型的目的是提供一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器，能够提高气液固传质速率，利于实现菌体高密度培养发酵，减低产物抑制，提高产物产率；菌体固定化，易于分离回收，可重复利用，利于下游产物分离；同时，采用自动调控的间歇喷雾作业在很大程度上达到了节能和节省劳动力的目的。

 本实用新型采用的技术方案为：