[发明专利]用于纯化产物的方法

说明书

本公开内容涉及用于从发酵液中回收乙醇的装置和方法。所述发酵液包含微生物生物质、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、至少一种硫醇和至少一种具有3个或更多个碳原子的化合物。所述方法包括：从所述发酵液中至少分离微生物生物质以产生工艺流；以任何顺序从所述工艺流中去除：乙酸乙酯，通过将乙酸乙酯与碱化合物反应，然后蒸馏；至少一种硫醇，通过吸附或反应成二硫化物；甲醇，通过蒸馏；具有3个或更多个碳原子的化合物，通过蒸馏；和通过蒸馏回收乙醇；其中所述蒸馏可在单个塔或者两个或更多个塔中进行。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月11日提交的美国临时专利申请第62/988,176号的权益，其全部内容通过引用的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及用于从发酵液中回收和纯化一种或多种产物的方法。具体来说，本发明涉及使用两次或更多次分离来从发酵液中回收和纯化产物(如乙醇)，其中所述发酵液含有微生物生物质、乙醇和异丙醇。

背景技术

二氧化碳(CO₂)占由人类活动引起的全球温室气体排放量的约76％，剩下的是甲烷(16％)、一氧化二氮(6％)和氟化气体(2％)(美国环境保护局)。尽管工业和林业实践也向大气排放CO₂，但大部分CO₂来自用于产生能量的化石燃料燃烧。减少温室气体排放，特别是CO₂排放，对于停止全球变暖进程以及随之而来的气候和天气变化至关重要。

人们早已认识到，催化方法(如费托法(Fischer-Tropsch process))可用于将含有二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)和/或氢气(H₂)的气体，如工业废气或合成气，转化成各种燃料和化学品。然而，最近，气体发酵已脱颖而出，成为用于这类气体的生物固定的替代平台。具体来说，已证明C1-固定性微生物将含有CO₂、CO和/或H₂的气体转化成诸如乙醇和异丙醇的产物。

通常，通过常规蒸馏分离通过费托法和/或气体发酵生产的产物。蒸馏方法基于待分离组分的挥发性差异，即沸点差异。产生并因此存在的副产物也必须与产物分离。然而，对于一些最终用途，已经证明仅仅简单的常规蒸馏无法以足够高的纯度水平将所需产物从溶液中有效地分离出来。

例如，在使用C1-固定性微生物的气体发酵中，当乙醇是所需产物时，副产物可为甲醇、乙缩醛(acetal)、乙醛、乙酸乙酯，以及可能的某些含硫化合物。根据乙醇的最终用途，可能需要将这些副产物中的一种或多种去除到指定水平以下。为了获得高纯度产物乙醇，可能需要多个分离步骤。

因此，仍然需要一个系统，其可有效地从气体发酵产物(例如乙醇)中分离副产物化合物，以获得高纯度乙醇产物。

发明内容

本公开内容涉及用于从发酵液中回收乙醇的方法，所述发酵液包含微生物生物质、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、至少一种硫醇和至少一种具有3个或更多个碳原子的化合物，所述方法包括：从发酵液中至少分离微生物生物质以产生工艺流(process stream)；以任何顺序从工艺流中去除：乙酸乙酯，通过将乙酸乙酯与碱化合物反应，然后蒸馏；至少一种硫醇，通过吸附或反应成二硫化物；甲醇，通过蒸馏；具有3个或更多个碳原子的化合物，通过蒸馏；和通过蒸馏回收乙醇；其中蒸馏可在单个塔(column)或者两个或更多个塔中进行。

发酵液还可包含乙醛，并且所述方法还可包括在去除微生物生物质以产生工艺流之后去除乙醛，通过使用金属将乙醛还原成乙酸酯，然后蒸馏。

发酵液还可包含至少一种醛，并且所述方法还可包括在去除微生物生物质以产生工艺流之后，通过还原成醇来去除醛。可使用活性金属、汞奇(amalgam)或包含活性金属的化合物来进行还原。活性金属、汞奇或化合物可包含锌或铝。可通过用肼的处理来进行还原。可将醛还原成醇，作为通过将乙酸乙酯与碱化合物反应，然后蒸馏来去除乙酸乙酯的步骤的一部分，参见下文。