Способ снижения выделений co2 и повышения выхода спирта в процессе ферментации син-газа
Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ обработки газа, выходящего после ферментации СО. Способ включает подачу синтез-газа в первый ферментер, ферментацию синтез-газа с бактериями Clostridium, получение отходящего из первого ферментера газа, смешивание его с содержащим Н2 газом в количестве, эффективном для обеспечения мольного отношения H2 к СО равного 1,0 или более, подачу части отходящего из первого ферментера газа в один или более последующих ферментеров. Причем отходящий из первого ферментера газ содержит 4 мол.% или более СО. Изобретение обеспечивает эффективное уменьшение выделения СО2, повышение выхода продукта за один проход в единицу времени и увеличение плотности клеток. 7 з.п. ф-лы., 3 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение включает способ, который является эффективным для снижения выделений СО2 и повышения выхода спирта при осуществлении процесса ферментации синтез-газа. Более конкретно относительные количества СО, СО2 и H2 в синтез-газе регулируются для сведения к минимуму выделений СО2 и/или повышения STY (выхода продукта за один проход) спирта в процессе ферментации синтез-газа. Способ может включать применение одной или более зон ферментации.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Анаэробные микроорганизмы могут продуцировать спирты и другие продукты из монооксида углерода (СО) при ферментации газообразных субстратов. В процессе ферментации используют анаэробные микроорганизмы рода Clostridium, продуцирующие этанол и другие полезные продукты. Например, в патенте США №5,173,429 описан Clostridium ljungdahlii, АТСС № 49587, анаэробный микроорганизм, который продуцирует этанол и ацетат из синтез-газа. В патенте США №5,807,722 описаны способ и устройство для конверсии отработанных газов в органические кислоты и спирты с использованием Clostridium ljungdahlii, АТСС № 55380. В патенте США №6,136,577 описаны способ и устройство для конверсии отработанных газов в этанол с применением Clostridium ljungdahlii, АТСС № 55988 и 55989.
[0003] Газообразный субстрат в виде синтез-газа может обеспечивать СО для ферментации. Синтез-газ может включать СО, СО2 и H2. Однако относительные количества СО, СО2 и Н2 в синтез-газе могут меняться в зависимости от того, как получают синтез-газ. Некоторые источники синтез-газа могут содержать повышенное количество СО2. Оптимальная конверсия СО в спирты и другие продукты и эффективное использование СО2 могут зависеть от относительных уровней СО, СО2 и Н2 в синтез-газе, поступающем на ферментацию.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Настоящее изобретение включает способ, эффективный для уменьшения выделений СО2, повышения STY и/или увеличения плотности клеток. Этот способ позволяет использовать синтез-газ из различных источников путем регулирования концентрации СО, СО2 и Н2 в синтез-газе, поступающем на ферментацию.
[0005] Согласно одному из аспектов способ обработки отходящих газов после осуществления ферментации СО включает подачу синтез-газа в первую зону ферментации и ферментацию синтез-газа с получением первого газа, выходящего из ферментера с концентрацией СО равной примерно 4 мол.% или более. По меньшей мере часть газа, выходящего из первого ферментера, подается в одну или более последующих зон ферментации. Согласно другому аспекту газ, выходящий из первого ферментера, смешивается с газом, содержащим H2 в количестве, эффективном для получения газа с мольным отношением H2 к СО, составляющим примерно 0,2 или более, до его подачи в одну или более последующих зон ферментации. Согласно еще одному аспекту газ из первой зоны ферментации смешивают с газом, содержащим СО, в количестве, которое является эффективным для получения газа с мольным отношением Н2 к СО, составляющим примерно 0,2 или более до его подачи в одну или более последующих зон ферментации.
[0006] Согласно одному из аспектов изобретения способ обработки газа после ферментации СО включает подачу синтез-газа в первую зону ферментации и ферментацию синтез-газа. Если газ, выходящий из первой зоны ферментации, содержит примерно 4 мол.% или более СО, тогда этот газ, выходящий из первой зоны ферментации, подается в одну или более последующих зон ферментации. Согласно другому варианту первый поток газа из зоны ферментации смешивается с газом, содержащим СО, в количестве, которое является эффективным для получения газа, содержащего примерно 4 мол.% СО, до подачи его в одну или более зон ферментации. Согласно еще одному варианту поток газа из первой зоны ферментации смешивают с газом, содержащим Н2, в количестве, которое является эффективным для получения газа с мольным отношением Н2 к СО равным примерно 0,2 или более перед подачей в одну или более последующих зон ферментации. Согласно еще одному аспекту поток газа, выходящий из первой зоны ферментации, смешивается с газом содержащим СО, в количестве, которое является эффективным для получения газа, с мольным отношением Н2 к СО равным примерно 0,2 или более перед подачей в одну или более последующих зон ферментации.
[0007] Согласно одному из аспектов данного изобретения способ обработки газа после ферментации СО включает подачу газа в первый ферментер и ферментацию синтез-газа. Если газ, выходящий из первого ферментера, включает примерно 4 мол.% СО, тогда газ, выходящий из первого ферментера, подается в один или более последующих ферментеров. Согласно другому аспекту, газ, выходящий из первого ферментера, смешивается с газом, содержащим СО, в количестве, которое является эффективным для получения газа, содержащего примерно 4 мол.% СО, до подачи его в один или более последующих ферментеров. Согласно другому аспекту, газ, выходящий из первого ферментера, смешивается с газом, содержащим Н2, в количестве, которое является эффективным для получения газа с мольным отношением Н2 к СО равным примерно 0,2 или более перед подачей в один или более последующих ферментеров. Согласно еще одному аспекту газ, выходящий из первого ферментера, смешивается с газом, содержащим СО, в количестве, которое является эффективным для получения газа с мольным отношением Н2 к СО равным примерно 0,2 или более перед подачей в один или более последующих ферментеров.
[0008] Согласно другому аспекту настоящее изобретение включает способ получения спирта при ферментации синтез-газа. Способ включает подачу синтез-газа в ферментер. Синтез-газ, подаваемый в ферментер, имеет мольное отношение Н2 к СО равное примерно 3,5 или более, и содержание СО, составляющее примерно 4 мол.% или более. Процесс ферментации синтез-газа является эффективным для достижения STY всего спирта примерно 1 г или более всего спирта/(л⋅день). Согласно одному из аспектов этот способ может включать смешение Н2 с газом с высоким содержанием СО для получения синтез-газа, имеющего мольное отношение Н2 к СО равное примерно 3,5 или более. Этот способ позволяет эффективно уменьшить выделения СО2 на примерно 10% или более на г в ячейке ферментера по сравнению со способом, согласно которому мольное отношение Н2 к СО в синтез-газе равно примерно 1,0 или менее.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Описанные выше и другие аспекты, признаки и преимущества нескольких аспектов процесса станут более очевидными при ознакомлении со следующими Фигурами.
[0010] На Фигуре 1 показан перспективный вид ферментера с различными зонами ферментации.
[0011] На Фигуре 2 представлен перспективный вид ряда ферментеров, где в каждый ферментер после первого ферментера может непосредственно подаваться газ, выходящий из первого ферментера.
[0012] На Фигуре 3 представлен перспективный вид ряда ферментеров, где газ, выходящий из каждого ферментера, передается в последующий ферментер.
[0013] Номера позиций показывают соответствующие элементы на всех Фигурах. Специалисты в данной области понимают, что элементы на Фигурах показаны для простоты и ясности и необязательно показаны в нужном масштабе. Например, размеры некоторых элементов на Фигурах могут быть сильно увеличены относительно других элементов с целью лучшего понимания различных аспектов данного процесса и устройств. Кроме того, обычные, хорошо известные элементы, которые нужны или могут быть в случае промышленного воплощения изобретения, часто не показаны, чтобы упростить представление этих различных аспектов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Следующее далее описание не следует рассматривать как ограничивающее, оно приведено только с целью описания общих принципов примерных вариантов. Объем данного изобретения определяется приведенной формулой изобретения.
Определения
[0015] Если иное не указано, следующие термины, используемые в данном описании, имеют указанное значение и могут включать как формы в единственном числе, так и формы во множественном числе.
[0016] Термин "примерно", указанный для любого количества, относится к изменению этого количества, встречающемуся в реальных условиях, например в лаборатории, на пилотной установке или в производственных помещениях. Например, количество ингредиента или меры, используемых в смеси, или количество, указанное со словом "примерно" включают изменения и степень тщательности, обычно используемые при измерении в экспериментальных условиях на установке или в лаборатории. Например, количество компонента продукта со словом "примерно" включает вариации между партиями продукта при проведении множества экспериментов на установке или в лаборатории и вариацию, свойственную аналитическому способу. Независимо от наличия или отсутствия этого термина "примерно" указанные количества охватывают эквиваленты этих количеств. Любое количество, указанное в данном описании со словом "примерно" может применяться в данной заявке как количество, не модифицированное термином "примерно".
[0017] Термин "син-газ" или "синтез-газ" означает синтетический газ, название которого означает смесь газов, которая содержит различные количества монооксида углерода и водорода. Примеры способов его получения включают паровой риформинг природного газа или углеводородов для получения водорода, газификацию угля и в некоторых видах газификацию отходов с целью выработки энергии. Указанное название дано из-за применения этого газа в качестве промежуточного продукта при получении синтетического природного газа (SNG) и при получении аммиака или метанола. Синтез-газ является горючим и часто применяется в качестве источника топлива или в качестве промежуточного продукта для получения других химических веществ.
[0018] Термин "ферментер" охватывает устройство для ферментации (сбраживания), состоящее из одного или более сосудов и/или башен и разводки трубопроводов, которое включает емкость с постоянным перемешиванием (CSTR), реактор с неподвижным слоем (ICR), реактор с орошаемым слоем (TBR), реактор с биопленочным подвижным слоем (MBBR), барботирующий ферментер, газлифтный ферментер, мембранный реактор, такой как половолоконный биореактор (HFMBR), статический смеситель или другой сосуд или другое устройство, которое подходит для осуществления контакта газа с жидкостью
[0019] Термины "ферментация", "процесс ферментации" или "реакция ферментации" и т.п. охватывают и фазу роста, и фазу биосинтеза продукта при осуществлении этого процесса. Согласно одному из аспектов ферментация относится к конверсии СО в спирт.
[0020] Термин "плотность клеток" означает массу клеток микроорганизмов на единицу объема ферментационного бульона, например, в граммах/литр.
[0021] Термин "отходящий газ" относится ко всему газу, который имеется в ферментере.
Синтез-газ
[0022] Синтез-газ может быть получен из любого известного источника. Согласно одному из аспектов синтез-газ может быть получен при газификации материалов, содержащих углерод. Газификация включает частичное сжигание биомассы в среде с ограниченным поступлением кислорода. Полученный газ в основном содержит СО и Н2. В соответствии с этим аспектом синтез-газ содержит примерно 4 мол.% или более СО, согласно другому аспекту примерно 5 мол.% или более СО, согласно другому аспекту, примерно 10 мол.% или более СО, согласно другому аспекту примерно 20 мол.% или более СО, согласно другому аспекту от примерно 10 до примерно 100 мол.% СО, согласно другому аспекту от примерно 20 до примерно 100 мол.% СО, согласно другому аспекту от примерно 30 до примерно 90 мол.% СО, согласно другому аспекту от примерно 40 до примерно 80 мол.% СО и согласно еще одному аспекту от примерно 50 до примерно 70 мол.% СО. Некоторые примеры подходящих способов газификации и аппаратуры описаны в заявках США на патент №№61/516,667, 61/516,704 и 61/516,646, все из которых были поданы 06 апреля 2011 г., и в заявках США на патент №№13/427,144, 13/427,193 и 13/427,247, все из которых были поданы 22 марта 2012 г. и все из которых включены в данную заявку посредством отсылки.
[0023] В зависимости от состава синтез-газа он может непосредственно подаваться на ферментацию или может быть модифицирован для получения соответствующего мольного отношения Н2 к СО. Согласно одному из аспектов синтез-газ, подаваемый в ферментер, имеет мольное отношение Н2 к СО равное примерно 3,5 или более, согласно другому аспекту равное 4,0 или более, согласно еще одному аспекту равное 5,0 или более. Согласно еще одному аспекту синтез-газ, подаваемый в ферментер, может включать примерно 40 мол.% или более СО и Н2 и примерно 30 мол.% или менее СО, согласно еще одному аспекту примерно 50 мол.% или более СО и Н2 и примерно 35 мол.% или менее СО и согласно еще одному аспекту примерно 80 мол.% или более СО и Н2 и примерно 20 мол.% или менее СО.
[0024] Согласно другому аспекту описанный способ может применяться для получения спирта из газообразных субстратов, таких как промышленные топочные газы, содержащие большие объемы СО. Согласно некоторым аспектам газ, который включает СО, получается из отходов, содержащих углерод, например из промышленных отработанных газов или при газификации других отходов. Как таковые эти процессы являются эффективными для улавливания углерода, который иначе попадал бы в окружающую среду. Примеры промышленных отработанных газов являются газы, получаемые во время производства продуктов, содержащих железо, продуктов, не содержащих железа, при переработке нефти, при газификации угля, газификации биомассы, при производстве электрической энергии, при получении сажи, аммиака, метанола и при производстве кокса.
[0025] Согласно одному из аспектов газовый сепаратор имеет конфигурацию, подходящую для отделения, по существу, по меньшей мере одной части газового потока, причем такая часть включает один или более компонентов. Например, в газовом сепараторе можно отделять СО2 из газового потока, содержащего следующие компоненты: СО, СО2, Н2, при этом СО2 можно подавать в устройство для удаления СО2 и остальную часть газового потока (содержащую СО и Н2) можно подавать в биореактор (ферментер). При этом может быть применен любой сепаратор, известный из предшествующего уровня техники. Согласно этому аспекту синтез-газ, подаваемый в биореактор, будет содержать примерно 19 мол.% или менее СО2, согласно другому аспекту примерно 1 мол.% или менее СО2 и согласно еще одному аспекту примерно 0,1 мол.% или менее СО2.
[0026] Некоторые газовые потоки могут содержать высокую концентрацию СО и низкую концентрацию Н2. Согласно одному из аспектов может быть желательно оптимизировать состав потока-субстрата для того, чтобы достичь большей эффективности при получении спирта и/или при улавливании углерода. Например, концентрация Н2 в потоке субстрата может быть увеличена до того, как поток попадет в биореактор.
[0027] В соответствии с конкретными аспектами данного изобретения потоки из двух или более источников могут быть соединены и/или смешаны для получения желательного и/или оптимизированного потока субстрата. Например, поток, содержащий высокую концентрацию СО, такой как газ, выходящий из конвертора сталелитейного завода, может быть соединен с потоком, содержащим высокую концентрацию Н2, таким как выходящие газы из коксовальной печи сталелитейного завода.
[0028] В зависимости от состава субстрата, содержащего газ СО, может быть желательно обрабатывать его для удаления любых нежелательных примесей, таких как частицы пыли, до введения его на стадию ферментации. Например, газообразный субстрат можно фильтровать или очищать известными методами.
Конструкция и работа ферментера
[0029] Согласно одному из аспектов один ферментер может включать различные зоны ферментации. Например, большой ферментер или барботирующий ферментер может включать различные зоны ферментации. Описание конструкции ферментеров можно найти в заявках США на патент №№13/471,827 и 13/471,858, поданных 15 мая 2012 г., и в заявке США на патент №№13/473,167, поданной 16 мая 2012 г., все из которых включены в данную заявку посредством отсылки.
[0030] Как показано на Фигуре 1, ферментер включает совокупность зон ферментации 200. Ферментер 100 включает первую зону ферментации 200 и четыре дополнительных зоны ферментации 201, 202, 203 и 204. Согласно другому аспекту ферментер 100 может включать две или более зон ферментации и может включать от двух до десяти зон ферментации. Зона ферментации представляет собой пространство выше отверстия/барботера 121 для подачи газа и ниже перегородки 122 в зоне ферментации, пространство выше зоны барботажа 153 и ниже перегородки 122 в зоне ферментации и/или пространство выше зоны барботажа 153 и верхней частью ферментера 100. Ферментер 100 может также включать насосы 124. Насосы 124 могут быть использованы для удаления образца/продукта 210.
[0031] Согласно одному из аспектов зоны ферментации разделены перегородками 122. Газы 305 могут проходить через каждую зону ферментации. Газ, отходящий из каждой зоны ферментации, может быть подан в последующую зону ферментации через зону барботажа 153. Газ, отходящий из каждой зоны ферментации, может быть подвергнут анализу.
[0032] Согласно одному из аспектов изобретения синтез-газ поступает в ферментер 100 по питающему трубопроводу 120 для подачи синтез-газа. Питающий трубопровод 120 служит для подачи синтез-газа в отверстие для подачи синтез-газа или в барботеры 121. Среду и питательные вещества можно подавать в каждую зону ферментации 122 по питающему трубопроводу 250 для среды и питательных веществ. Отходящий газ может выходить из каждой зоны ферментации 122 через зону барботажа 153. Отходящий газ может выходить из каждой зоны ферментации через отверстие 270 для отходящего газа. Отходящий газ может подаваться в газовый котел с газовоздушным потоком. Газовый котел с газовоздушным потоком может быть использован для получения пара при производстве энергии.
[0033] В соответствии с одним из аспектов процесс ферментации начинается при добавлении среды в реакционный сосуд. Некоторые примеры состава среды описаны в Заявках США на патент №№61/650,098 и 61/650,093, поданной 22 мая 2012 г., и в патенте США №7,285,402, поданном 23 июля 2001 г., все эти источники включены в данную заявку посредством отсылки. Такая среда может быть стерилизованной для удаления нежелательных примесей, в реактор засевают желательные микроорганизмы. Стерилизация иногда не требуется.
[0034] Согласно одному из аспектов используемые микроорганизмы включают ацетогенные бактерии. Примеры подходящих ацетогенных бактерий включают бактерии рода Clostridium, такие как штаммы Clostridium ljungdahlii, включая штаммы, описанные в заявке WO 2000/68407, в патенте ЕР 117309, в патентах США №№5,173,429, 5,593,886 и 6,368,819, в заявках WO 1998/00558 и WO 2002/08438, штаммы Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 и DSM 19630 в DSMZ (Немецкое собрание микроорганизмов и культур, Германия), включая штаммы, описанные в заявках WO 2007/117157 и WO 2009/151342 и Clostridium ragsdalei (P11, АТСС ВАА-622) и Alkalibaculum bacchi (СР11, АТСС ВАА-1772), включая штаммы, описанные соответственно в патенте США №7,704,723 и в сообщении на конференции "Biofuels and Bioproducts from Biomass-Generated Synthesis Gas", Hasan Atiyeh, представленном на конференции Oklahoma EPSCoR Annual State Conference, April 29, 2010, и Clostridium carboxidivorans (АТСС PTA-7827), описанный в заявке США на патент №2007/0276447. Другие подходящие микроорганизмы включают бактерии рода Moorella, включая Moorella sp. HUC22-1, и бактерии рода Carboxydothermus. Каждая из указанных ссылок включена в данную заявку посредством отсылки. Можно использовать смешанные культуры двух или более микроорганизмов.
[0035] Некоторые примеры подходящих бактерий включают Acetogenium kivui, Acetoanaerobium noterae, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi СР11 (ATCC BAA-1772), Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Caldanaerobacter subterraneous, Caldanaerobacter subterraneous pacificus, Carboxydothermus hydrogenoformans, Clostridium aceticum, Clostridium acetobutylicum, Clostridium acetobutylicum P262 (DSM 19630 of DSMZ Germany), Clostridium autoethanogenum (DSM 19630 of DSMZ Germany), Clostridium autoethanogenum (DSM 10061 of DSMZ Germany), Clostridium autoethanogenum (DSM 23693 of DSMZ Germany), Clostridium autoethanogenum (DSM 24138 of DSMZ Germany), Clostridium carboxidivorans P7 (АТСС PTA-7827), Clostridium coskatii (АТСС РТА-10522), Clostridium drakei, Clostridium ljungdahlii PETC (ATCC 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (ATCC 55380), Clostridium ljungdahlii C-01 (ATCC 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (ATCC 55889), Clostridium magnum, Clostridium pasteurianum (DSM 525 of DSMZ Germany), Clostridium ragsdali P11 (ATCC BAA-622), Clostridium scatologenes, Clostridium thermoaceticum, Clostridium ultunense, Desulfotomaculum kuznetsovii, Eubacterium limosum, Geobacter sulfurreducens, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina barkeri, Morrella thermoacetica, Morrella thermoautotrophica, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus productus, Ruminococcus productus, Thermoanaerobacter kivui и их смеси.
[0036] После инокуляции скорость подачи исходного газа устанавливают таким образом, чтобы она была эффективной для подачи начальной популяции микроорганизмов. Отходящий газ анализируют для определения содержания выходящего газа. Результаты анализа газа используют для регулирования скорости подачи исходного газа. После достижения нужного уровня жидкая фаза и клеточный материал выводятся из реактора, и он пополняется средой. Это способ эффективен для увеличения плотности клеток до примерно 2,0 г/л или более, согласно другому аспекту от примерно 2 до примерно 25 г/л, согласно еще одному аспекту от примерно 2 до примерно 20 г/л, согласно другому аспекту от примерно 2 до примерно 10 г/л, согласно другому аспекту от примерно 2 до примерно 8 г/л, согласно другому аспекту от примерно 3 до примерно 6 г/л, согласно еще одному аспекту от примерно 4 до примерно 5 г/л.
[0037] Согласно одному из аспектов настоящего изобретения синтез-газ подается в первую зону ферментации 200. Если концентрация СО в отходящем газе после первой равна примерно 4 мол.% или более, тогда по меньшей мере часть синтез-газа подается в одну или более последующих зон ферментации через зону барботажа 153.
[0038] Отходящий газ может подаваться на ферментацию в отдельности в каждую зону ферментации или может подаваться в одну или более последующих зон ферментации одновременно. Согласно этому аспекту синтез-газ, поступающий в зону ферментации, содержит примерно 20 мол.% или более СО, согласно другому аспекту примерно 30 мол.% СО или более, согласно другому аспекту примерно 40 мол.% СО или более и согласно еще одному аспекту 50 мол.% СО или более.
[0039] Согласно одному из аспектов синтез-газ, поступающий в зону ферментации, имеет мольное отношение Н2 к СО равное примерно 0,2 или более, и от примерно 4 мол.% до примерно 99,9 мол.% СО. Согласно другому аспекту синтез-газ, поступающий в последующую зону ферментации, имеет мольное отношение Н2 к СО равное примерно 0,5 или более, согласно другому аспекту равное примерно 1,0 или более и согласно еще одному аспекту равное примерно 3,5 или более.
[0040] Другой аспект конструкции ферментера показан на Фигуре 2. Она может включать второй ферментер 102, третий ферментер 104 и четвертый ферментер 106. Эта схема может включать любое число последующих ферментеров от 1 до примерно t 10 (например, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 последующих ферментеров).
[0041] Согласно одному из аспектов синтез-газ подают в первый ферментер 100 через отверстие для подачи газа/барботер 120. Диспергирование синтез-газа и дальнейшее перемешивание осуществляют при помощи по меньшей мере одной лопастной мешалки 225 для диспергирования газа и по меньшей мере одной лопастной мешалки 220 для смешения, которые находятся на одном приводном валу 220.
[0042] Отходящий газ 150 из ферментера можно подавать в любой один или более следующих биореакторов (ферментеров). Этот отходящий газ можно подавать в каждый из последующих ферментеров по очереди или можно подавать в один или более следующих биореакторов параллельно одновременно. Согласно этому аспекту отходящий газ из ферментера, подаваемый в любой из последующих ферментеров, имеет мольное отношение H2 к СО равное примерно 0,2 или более и содержит примерно 4 мол.% СО. Согласно другому аспекту отходящий газ из ферментера, подаваемый в любой из последующих ферментеров, имеет мольное отношение Н2 к СО равное примерно 0,25 или более, согласно другому аспекту равное примерно 1,0 или более, согласно еще одному аспекту примерно 1,5 или более и согласно еще одному аспекту равное примерно 3,5 или более. Согласно одному из аспектов отходящий газ из ферментера, подаваемый в любой из последующих ферментеров, содержит примерно 20 мол.% СО или более, согласно другому аспекту, равное примерно 30 мол.% или более, согласно еще одному аспекту, равное примерно 40 мол.% или более и согласно еще одному аспекту равное примерно 50 мол.% или более.
[0043] Другой вариант конструкции ферментера показан на Фигуре 2. Согласно этому аспекту установка включает первый ферментер 100, соединенный последовательно со следующими ферментерами, например со вторым ферментером 102, третьим ферментером 104 и четвертым ферментером 106. Установка может включать любое количество ферментеров от 1 до 10 (например, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 последующих ферментеров). Отходящий из ферментера газ 150 может подаваться из первого ферментера 100 в последующий ферментер 102. Отходящий из любого последующего ферментера газ 152 можно затем подавать в последующий ферментер.
[0044] Как показано на Фигуре 2, отходящий из ферментера газ 150 может подаваться в любой из последующих биореакторов. Отходящий из ферментера газ может подаваться в каждый из последующих ферментеров. Согласно этому аспекту изобретения отходящий газ из ферментера, подаваемый в любой из последующих ферментеров, имеет мольное отношение Н2 к СО равное примерно 0,2 или более и содержит примерно 4 мол.% СО. Согласно другому варианту отходящий газ из ферментера, подаваемый в любой из последующих ферментеров, имеет мольное отношение Н2 к СО равное примерно 0,25 или более, согласно другому аспекту равное примерно 1,0 или более, согласно еще одному аспекту равное примерно 1,5 или более и согласно еще одному аспекту равное примерно 3,5 или более. Согласно одному из аспектов отходящий газ из ферментера, подаваемый в любой из последующих ферментеров, содержит примерно 20 мол.% СО или более, согласно другому аспекту равное примерно 30 мол.% или более, согласно еще одному аспекту равное примерно 40 мол.% или более и согласно еще одному аспекту равное примерно 50 мол.% или более.
[0045] В соответствии с другим аспектом данного изобретения отходящий газ из первого и любого последующего ферментера может подаваться в газовый котел с газовоздушным потоком. Газовый котел с газовоздушным потоком может быть использован для получения пара при производстве энергии.
Продуктивность по спирту
[0046] Для достижения повышенного STY эффективны некоторые отношения Н2 к СО и/или СО2 к СО. Согласно этому аспекту способ по изобретению является эффективным для достижения STY (выхода продукта за один проход в единицу времени), равного примерно 1 г или более всего спирта/(л⋅день). Согласно другому аспекту способ по изобретению является эффективным для достижения STY равного по меньшей мере 10 г или более всего спирта/(л⋅день). Возможные величины STY включают от примерно 10 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 200 г или более всего спирта/(л⋅день), согласно другому аспекту от примерно 10 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 160 г или более всего спирта/(л⋅день), согласно другому аспекту, от примерно 10 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 120 г или более всего спирта/(л⋅день), согласно другому аспекту, от примерно 10 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 80 г или более всего спирта/(л⋅день), согласно другому аспекту, от примерно 20 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 140 г или более всего спирта/(л⋅день), согласно другому аспекту, от примерно 20 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 100 г или более всего спирта/(л⋅день), согласно другому аспекту, от примерно 40 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 140 г или более всего спирта/(л⋅день), и согласно еще одному аспекту, от примерно 40 г или более всего спирта/(л⋅день) до примерно 100 г или более всего спирта/(л⋅день).
[0047] Используемый в данной заявке термин "весь спирт" включает этанол, бутанол, пропанол и метанол. Согласно одному из аспектов весь спирт может включать по меньшей мере примерно 80 вес. % или более этанола. Согласно другому аспекту весь спирт может включать по меньшей мере примерно 25 вес. % или менее этанола.
[0048] Согласно данному изобретению продуктивность может быть выражена как STY (выход продукта за один проход в единицу времени), то есть в г этанола/(л⋅день). Согласно этому аспекту. Согласно другому аспекту способ по изобретению является эффективным для достижения STY, равного по меньшей мере 10 г или более этанола/(л⋅день). Возможные величины STY включают от примерно 10 г или более этанола/(л⋅день) до примерно 200 г или более этанола/(л⋅день), согласно другому аспекту от примерно 10 г или более этанола /(л⋅день) до примерно 160 г или более этанола/(л⋅день), согласно другому аспекту от примерно 10 г или более этанола/(л⋅день) до примерно 120 г или более этанола/(л⋅день), согласно другому аспекту от примерно 10 г или более этанола/(л⋅день) до примерно 80 г или более этанола/(л⋅день), согласно другому аспекту от примерно 20 г или более этанола /(л⋅день) до примерно 140 г или более этанола/(л⋅день), согласно другому аспекту от примерно 20 г или более всего этанола/(л⋅день) до примерно 100 г или более этанола/(л⋅день), согласно другому аспекту от примерно 40 г или более этанола/(л⋅день) до примерно 140 г или более этанола/(л⋅день) и согласно еще одному аспекту от примерно 40 г или более этанола/(л⋅день) до примерно 100 г или более этанола/(л⋅день).
Уменьшение выделения СО2
[0049] Согласно одному аспекту способ эффективен для уменьшения выделений СО2 примерно на 10% или более, согласно другому аспекту примерно на 15% или более и согласно другому аспекту примерно на 20% или более по сравнению со способом, когда мольное отношение Н2 к СО в синтез-газе менее примерно 1,0. Мольные отношения Н2 к СО влияют на уменьшение выделения СО2 следующим образом.
[0050] Согласно этому аспекту выделение СО2 в потоке газа, выходящего из реактора, проводят методом газовой хроматографии. Для определения выделений СО2 можно применять любые известные методы.
[0051] Хотя настоящее изобретение было описано на примере конкретных вариантов, примеров и применений, специалистам в данной области является очевидным, что могут быть сделаны многочисленные модификации и изменения без выхода за рамки данного изобретения, объем которого определяет приведенная ниже формула изобретения.
1. Способ обработки газа, выходящего после ферментации СО, включающий: подачу синтез-газа в первый ферментер;
ферментацию синтез-газа с бактериями, выбранными из группы, состоящей из Clostridium ljungdahlii РЕТС (АТСС 49587), Clostridium ljungdahlii ERI2 (АТСС 55380), Clostridium ljungdahlii С-01 (АТСС 55988), Clostridium ljungdahlii 0-52 (АТСС 55889) и их смесей;
получение отходящего из первого ферментера газа, и
подачу по меньшей мере части отходящего из первого ферментера газа в один или более последующих ферментеров, причем отходящий из первого ферментера газ, подаваемый в один или более последующих ферментеров, содержит 4 мол.% или более СО,
причем отходящий из первого ферментера газ смешивают с газом, содержащим Н2, в количестве, эффективном для обеспечения мольного отношения H2 к СО, равного 1,0 или более, перед подачей этого газа в один или более последующих ферментеров,
причем способ эффективен для обеспечения величины выхода продукта за один проход в единицу времени, равной 1,0 г или более всего спирта/(л день), и эффективен для снижения выделений СО2 на 10% или более.
2. Способ по п. 1, где отходящий из первого ферментера газ подают в последующие ферментеры, работающие параллельно.
3. Способ по п. 1, где отходящий из первого ферментера газ подают в последующие ферментеры, работающие последовательно.
4. Способ по п. 1, где первый и последующий ферментеры являются различными зонами ферментации в ферментере.
5. Способ по п. 1, где отходящий из первого ферментера или любого последующего ферментера газ подают в газовый котел с газовоздушным потоком.
6. Способ по п. 1, где отходящий из первого ферментера газ смешивают с газом, содержащим СО, с получением газа, имеющего 4 мол.% или более СО, перед подачей этого газа в один или более последующих ферментеров.
7. Способ по п. 1, где отходящий из первого ферментера газ смешивают с газом, содержащим СО, в количестве, эффективном для обеспечения мольного отношения Н2 к СО равного 1,0 или более, перед подачей этого газа в один или более последующих ферментеров.
8. Способ по п. 1, где первый ферментер эффективен для обеспечения величины выхода продукта за один проход в единицу времени, составляющей 1,0 г или более всего спирта/(л⋅день).
