[发明专利]用于合成气发酵的生物反应器

说明书

本申请提供了一种生物反应器，其包括主反应器，所述主反应器具有选自搅拌和非搅拌釜反应器、滴流床反应器(TBR)、并流接触器(CCC)、移动床生物反应器(MBBR)和泡罩塔反应器的构造。所述生物反应器还包括生长反应器，其与所述主反应器连续并具有选自搅拌和非搅拌釜反应器、滴流床反应器(TBR)、并流接触器(CCC)、移动床生物反应器(MBBR)和泡罩塔反应器的构造。还提供了一种方法，在所述方法中将产乙酸细菌与合成气在与反应器容器的主发酵罐部分相连续的反应器容器的生长发酵罐部分中相接触。

本申请是申请日为2012年5月31日、中国国家申请号为201280032603.9、发明名称为“用于合成气发酵的生物反应器”的申请的分案申请。

本申请要求2011年6月30日提交的美国临时申请号61/571,564和61/571,565以及2011年9月13日提交的61/573,845的优先权，所述临时申请以其全部内容通过参考并入本文。

技术领域

本申请提供了用于合成气发酵的方法和生物反应器。更具体来说，所述生物反应器包括与主反应器部分相连续的生长反应器部分。

背景技术

厌氧微生物可以通过气态底物的发酵从一氧化碳(CO)生产乙醇。使用来自于梭状芽胞杆菌属(Clostridium)的厌氧微生物发酵，产生乙醇和其他有用产品。例如，美国专利号5,173,429描述了李氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC No.49587，一种从合成气体生产乙醇和乙酸盐的厌氧微生物。美国专利号5,807,722描述了使用李氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC No.55380将废气转变成有机酸和醇类的方法和装置。美国专利号6,136,577描述了使用李氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC No.55988和55989将废气转变成乙醇的方法和装置。

CO通常作为采取合成气形式的气态底物的一部分提供给发酵。将含碳材料气化以产生包括一氧化碳和氢的发生气或合成气体或合成气，在本领域中是公知的。这样的气化过程通常包括含碳材料的部分氧化或贫空气氧化，其中向气化过程供应低于化学计算量的氧以促进一氧化碳的生产，如WO 2009/154788中所述。

气态底物的发酵可能是挑战性的，这是因为至少一部分气态底物必须溶解在水性发酵液中，然后底物才能被微生物培养物代谢。由于在代谢能够发生之前需要将大量底物溶解在发酵液中，因此利用气态底物为发酵提供碳源和能源的发酵尤其具有挑战性。由于CO为厌氧发酵提供碳源，因此诸如CO这样在水性发酵液中具有低溶解性的底物，需要高度有效地传质到水性发酵液中。提高CO传质的尝试描述在美国专利号5,972,661和7,201,884以及WO 2011/028137中。

使用产乙酸细菌的发酵过程通常包括一个或多个种子反应器、一个或多个生长反应器和至少一个主反应器。通常将产乙酸细菌在种子反应器中生长至一定细胞密度。然后使用种子反应器接种生长发酵罐。生长发酵罐通常具有比种子反应器更大的尺寸。然后将生长反应器中的产乙酸细菌生长至所需细胞密度。然后可以使用生长反应器接种另一个更大的生长反应器，或者可用其接种主反应器。主反应器具有比生长反应器更大的尺寸。多个反应器的使用增加了启动时间并增加成本。

发明概述

本申请提供了有效用于合成气发酵的方法和装置。所述生物反应器可以包括生长发酵罐部分和主发酵罐部分。包含生长发酵罐作为主反应器的连续部分允许减少分开的生长发酵罐的数量，这可以减少启动时间并降低设备数目和成本。