[发明专利]改进的气体基质发酵

说明书

本发明经由将副回路引入到强制循环回路反应器中而提供了一种用于改进的气体基质发酵的反应器系统。所述反应器包括主回路，经由所述主回路，通过回路泵使包含气体基质的发酵液循环穿过上升管区段和下降管区段。在所述回路泵的下游，将发酵液的一部分从所述下降管区段中抽出并且经由副回路引导到所述反应器的顶部。还提供了一种用于提高包括副回路的发酵容器中气体基质向发酵液的质量传递的方法。还提供了一种用于减少包括副回路的发酵容器的顶部空间中的泡沫的方法。

技术领域

本发明涉及用于改进强制循环外部回路反应器的系统和方法。具体来说，本发明将副回路引入到强制循环外部回路反应器中以调节反应器中的气含率并且使得能够改进泡沫控制。

背景技术

由合成气体(合成气)或含CO的工业尾气生产的燃料和化学品代表了化石燃料以及由其衍生的化学品的主要替代物。将这些气体化学催化转化成燃料或化学品是昂贵的或在商业上没有吸引力的。相反，将这些气体生物转化成燃料和化学品(也被称为气体发酵)相对于催化工艺具有多种优势，包括更高的特异性、更高的收率、更低的能量成本以及更大的抗中毒性。

已知气体发酵的效率主要受限于由于气体基质(例如CO和H₂)在液体中的溶解性不佳所导致的低气体-液体质量传递率。质量传递效率或体积质量传递率如下提供：

其中是气体基质被传递到液相中的速率；k_La是体积质量传递系数，由液体侧质量传递系数k_L和此质量传递表面积a组成。C＊是气体在液体中的饱和浓度(即溶解度)，其与气体基质的分压成此例，并且C_L是液体中实际的气体浓度，这两者之间的差值，即(C＊-C_L)是质量传递驱动力。在纯质量传递有限的条件下，C_L≈0。V_R是反应器的湿态体积并且它是气体体积和液体体积的总和。

因此，为了提高质量传递效率，需要提高k_La或驱动力。所述驱动力可以通过使用更高的压力来提高；然而，这样的方法是高成本的，这是因为需要压缩气体。一般更优选的是，提高k_L和/或a。虽然k_L是液体和气体的固有特性，这意味着它难以改变，但是a与气含率G和平均气泡半径r_b具有简单的关系，这两者均可以容易地被操控。所述关系如下：

上述公式决定了此质量传递面积可以通过气含率G的增加或气泡尺寸r_b的减小或这两者的组合来增加。令人遗憾的是，这些方法中的大多数倾向于产生大量的泡沫，这可能会阻塞生物反应器下游的管线。因此，当采取措施增加质量传递表面积时，必须特别注意对泡沫的控制。