[发明专利]产生烃产物的方法和系统

说明书

本申请为分案申请，其原申请的申请日为2011年10月21日，申请号为201180062306.4，名称为“产生烃产物的方法和系统”。

技术领域

本发明总的来说涉及通过微生物发酵产生产物(特别是醇)的方法。具体地，本发明涉及从与蒸汽重整相关的工业气体产生发酵产物的方法。

背景技术

乙醇正迅速地成为全球主要的富含氢的液体运输燃料。2005年全球范围内的乙醇消耗量估计为122亿加仑。由于欧洲、日本、美国和几个发展中国家对乙醇的兴趣增加，燃料乙醇工业的全球市场也被预测会在未来持续急剧增长。

例如，在美国，乙醇用于产生E10——10％乙醇在汽油中的混合物。在E10掺混物中，乙醇组分作为氧化剂起作用，改进燃烧效率并降低空气污染物的产生。在巴西，乙醇满足约30％的运输燃料需求，既作为掺混在汽油中的氧化剂，本身又作为纯净燃料。同样，在欧洲，围绕温室气体(GHG)排放后果的环境问题已促使欧盟(EU)规定其成员国对可持续运输燃料(例如，由生物质获得的乙醇)的消费有强制性目标。

极大多数燃料乙醇是经传统的基于酵母的发酵方法生产的，该方法使用来自于作物的碳水化合物，如从甘蔗提取的蔗糖或从谷类作物提取的淀粉，作为主要碳源。但是，这些碳水化合物原料的成本受到它们有作为人的食物或动物饲料的价值的影响，并且用于乙醇生产的产生淀粉或蔗糖的作物的种植不是在所有地理条件下都是在经济上可持续的。因此，人们对开发将更低成本和/或更丰富的碳源转化为燃料乙醇的技术有兴趣。

CO是有机材料(如煤、石油或石油衍生产物)不完全燃烧的主要的、无成本、富含能量的副产物。例如，据报道，澳大利亚的钢铁工业每年生产并向大气释放超过500,000吨的CO。

催化方法可用于将主要由CO和/或CO和氢气(H₂)组成的气体转化为多种燃料和化学制品。微生物还可用于将这些气体转化为燃料和化学制品。这些生物学方法虽然通常比化学反应慢，但与催化方法相比具有数个优点，包括更高的特异性、更高的收率、更低的能量成本和更大的中毒抗性。

微生物依靠以CO作为唯一碳源生长的能力首先发现于1903年。这随后被确定是使用自养生长的乙酰辅酶A(乙酰CoA)生物化学途径(也称为Woods-Ljungdahl途径和一氧化碳脱氢酶/乙酰CoA合酶(CODH/ACS)途径)的生物的性质。大量厌氧生物(包括一氧化碳营养生物、光合成生物、产甲烷生物和产丙酮生物)已显示出可将CO代谢为多种终产物，即CO₂、H₂、甲烷、正丁醇、乙酸和乙醇。当使用CO作为唯一碳源时，所有这些生物均至少产生这些终产物中的两种。

厌氧菌，如来自梭菌属的厌氧菌，已被证明可从CO、CO₂和H₂经乙酰基CoA生物化学途径产生乙醇。例如，可从气体产生乙醇的杨氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)的多个菌株描述于WO 00/68407、EP 117309、美国专利5,173,429、5,593,886和6,368,819、WO 98/00558和WO 02/08438。还已知自产醇梭菌属(Clostridium autoethanogenum sp.)细菌可从气体产生乙醇(Abrini et al.,Archives of Microbiology 161,pp 345-351(1994))。

虽然通过微生物对含CO和H₂的底物进行发酵的方法是已知的，但是将这些方法规模化和集成化到工业背景中的潜能几乎没有被开发过。石化厂和炼油厂产生大量的CO作为副产物，并且存在使用该“废”气以产生有价值的产物可能性。另外，目前很大比例的废气被送入火焰中(被燃烧掉)或者被用作燃料的来源，两者都产生不需要的温室气体CO₂。因此，存在通过利用废气和由此产生的能量用于发酵以产生想要的产物并同时减少工业工厂的气态碳排放而改进工业方法的可能性。

据预测，氢气将成为用于氢气燃料电池的主要原料，正在开发该燃料电池用于从汽车到消费电子的技术。此外，它可用作可燃燃料。精炼厂也需要氢气用于大量的加氢处理和加氢裂化过程以除去来自加氢器进料的硫、氮和其它杂质和以将重瓦斯油加氢裂化为馏出物。因为氢气的产生是资本密集型的，需要开发提高氢气产生和回收效率(特别是从低纯度流中)的方法。在不回收氢气的情况下，这些流最终可作为燃料气体或被送到火焰中，高价值的氢气组分被大量地浪费了。