[发明专利]厌氧发酵液中控制共产生的氧合有机物浓度的方法

说明书

公开了从用于生物转化合成气为氧合有机化合物产物的厌氧含水发酵液经济和高效移除共产生的氧合有机化合物的方法。所述方法包括在将氧合有机化合物产物回收之后将一部分含水发酵液进行厌氧有机生物转化，并将所述培养液再循环以用于合成气的生物转化。

技术领域

本发明涉及控制用于生物转化合成气为氧合有机化合物产物的从厌氧含水发酵培养液共产生的氧合有机物的浓度的方法。

发明背景

氢和一氧化碳的厌氧发酵涉及使含有气态底物的进料与含水发酵培养液接触，所述含水发酵培养液含有能够产生氧合有机化合物如乙醇、乙酸、丙醇和正丁醇的微生物。一氧化碳的生物转化导致产生氧合有机化合物和二氧化碳。氢的转化涉及氢和二氧化碳的消耗，并且这种转化有时称作 H₂/CO₂转化，或如本文所用，氢转化。

一般，用于一氧化碳和氢转化的底物气体是合成气体(合成气)或来源自所述合成气体，所述合成气来自碳质材料的气化、来自重整天然气和/或源于厌氧消化的生物气或来自多种工业方法的废气流。气体底物含有一氧化碳、氢和二氧化碳并且通常含有其他组分如水蒸气、氮气、甲烷、氨、硫化氢等。为了方便起见，底物气体在本文中称作“合成气”，即便它可能仅含有一氧化碳和氢之一并且可能未通过气化碳质材料衍生。

这些厌氧发酵过程适于连续方法。将合成气传递入生物反应器的含水发酵培养液用于生物转化。可以从生物反应器移除尾气，并且含水培养液可以按照足以维持稳态运行的速率从生物反应器抽出以回收氧合的有机化合物。为了使厌氧发酵在商业上可行，要求规模经济。因此，商业规模反应器，即，液体容量为至少1百万升并且更经常地至少约五百万升(如约五百万升至二千五百万升)的那些，将是有利的。

连续合成气发酵过程一般产生除寻求的氧合有机化合物产物之外共产生的氧合有机化合物。共产生的氧合有机化合物可以是共代谢物，所述共代谢物是不需要的或是生物生产所寻求的氧合有机化合物产物中的中间代谢物。另外，共产生的氧合有机化合物可以由含水发酵培养液中存在的掺杂性或外来微生物产生。在一些情况下，这些共产生的氧合有机化合物可以按这样的速率产生，其中相对于所寻求的氧合有机化合物产物的生产速率，所述速率引起共产生的氧合有机化合物在含水培养液中积累。在共产生的氧合有机化合物达到对用于合成气发酵的微生物抑制或有毒的浓度水平，共产生的氧合有机化合物的这种积累特别不利。在一些其他情况下，处于足够的浓度时，共产生的氧合有机化合物可能不利地影响用于生物转化合成气的某些微生物的代谢途径。例如，在醇是寻求的氧合有机化合物产物的情况下，借助某些微生物，某些浓度的游离羧酸存在可能引起产物分布偏移，其中微生物产生更高百分数的羧酸。指数渐增的酸生产导致发酵液中酸度渐增，造成能够维持细胞膜电位的微生物最终损失和微生物群损失。

虽然发酵液可以在不利有机化合物的浓度变得过高情况下弃去，但是发酵用的水、养分和溶解的底物也将损失。另外，对于商业规模生物反应器，依据废水处理系统的能力处置生物反应器中的大体积含水培养液可能棘手。由于商业规模生物反应器可以含有超过1百万升含水培养液，来自生物反应器的废水或许将不得不缓慢释放至废水处理系统以防止超过能力。因此，受影响的生物反应器的停工期将延长，导致产量进一步损失。丢失的水量也可能是经济损失。

在一些情况下，或许有能力选择性地移除不利的有机化合物，如通过离子交换树脂或膜分离移除。这些方案可能不提供合适的选择性并且是资本密集的，然而可以仅零星或间歇需要。但是当需要时，这些单元操作必须能够在短时间内处理大量发酵液。另外，它们遭遇潜在的结垢问题。

因此，寻求从厌氧发酵液移除至少一种不利有机化合物的方法，所述方法涉及资本支出低。

发明简述