CN1308018A - 生产高浓度二氧化碳产物的方法 - Google Patents
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Abstract
生产适合于直接使用或更容易进一步纯化的高浓度二氧化碳的方法,其中使用定义的富氧流体进行一种或多种含碳物质的微生物生长和发酵。
Description
本发明主要涉及二氧化碳的生产。
二氧化碳具有很多用途，例如，二氧化碳可用于碳酸盐饮料、用于冷藏、冰冻和保藏海鲜、肉类、家禽、烘烤食物、水果和蔬菜以及延长日常用品的保存期限。在工业废物和生产用水处理中作为硫酸的代替物控制pH值水平是一个重要的环境因素。其它用途包括饮用水处理、对环境无害的杀虫剂和在温室中改善蔬菜生长的空气添加剂。
通常通过纯化有机或无机化学处理的副产物的废气或其它流生产二氧化碳。可将所述含有二氧化碳的废气流冷凝并随后在精馏塔中处理生产产品级的二氧化碳。
在废气流中的二氧化碳的浓度越高，生产工业可用的二氧化碳的最终纯化就越容易和越便宜，因此希望用于最终生产二氧化碳设备的进料流具有尽可能高的二氧化碳浓度。实际上非常希望来自化学处理的含二氧化碳的流体副产物具有足够高的二氧化碳浓度以致不必进行进一步的纯化而生产出工业可用的二氧化碳。
因此，本发明的目标是提供由生物处理生产二氧化碳的方法，其中生产的二氧化碳具有足够高的浓度以致减少或避免了进一步处理来自所述方法的二氧化碳产物的水平或需要以生产工业可用的二氧化碳。
本领域的技术人员通过阅读本公开会理解通过本发明实现的上述和其它目标，所述公开包括：
生产二氧化碳的方法，包括：
(A)提供富氧流体给含一种或多种含碳物质的发酵液；
(B)在发酵容器中，应用来自所述富氧流体的氧气促进所述发酵液中微生物的生长，在所述发酵液中进行发酵并在其中生产二氧化碳；
(C)将发酵液流输送出所述发酵容器，通过热交换器，随后在循环管中返回至所述发酵容器；
(D)鼓泡使二氧化碳冒出所述发酵液形成具有二氧化碳浓度为至少97.5％(摩尔)的气体混合物；和
(E)回收所述气体混合物作为产物二氧化碳。
这里所用的术语“发酵液”是指含有微生物和一种或多种可被所述微生物新陈代谢和/或发酵的含碳物质的液体介质。
这里所用的术语“富氧流体”是指具有至少40％(摩尔)的氧气浓度的气体。
这里所用的术语“发酵”是指通过微生物进行的生化处理，其中生产二氧化碳。
图1是代表本发明的微生物生长和二氧化碳生产方法的一个优选实施方案的简图。
图2是代表本发明的另一个优选实施方案的简图，其中在循环管内向发酵液提供富氧流体。
参照附图对本发明进行详细描述。
现在参照图1，发酵容器1装有发酵液20。发酵液20一般含有用于发酵生产乙醇的碳水化合物(如糖)和微生物(如酵母)的含水混合物。然而，本发明不限于乙醇的发酵。在本发明的实施中可进行任何其中使用氧气维持微生物的生长和/或微生物的或生物化学活性和其中生产了作为副产物的二氧化碳的发酵或微生物处理。
通过管道系统5向发酵液提供富氧流体21。所述富氧流体具有至少40％(摩尔)，优选至少80％(摩尔)，最优选至少90％(摩尔)的氧气浓度。如果需要，所述富氧流体可为具有氧气浓度为99.5％(摩尔)或更高的氧气浓度的工业纯氧。在图1说明的实施方案中，将所述富氧流体提供给装在容器1中的发酵液。由管道系统5输送的富氧流体通过一个或多个的细泡扩散器4并以小泡冒出进入发酵液20中。在液20中的微生物或其它氧气消耗体使用来自所述富氧流体的氧气以进行液20中的各种含碳物质(如碳水化合物)的微生物生长和发酵以生产二氧化碳和例如乙醇。在图1说明的实施方案中，通过由发动机2驱动的搅拌器3搅拌或混合液20使所述富氧流体分散。
在液20中的二氧化碳和其它气体被鼓泡冒出液20并形成具有至少97.5％(摩尔)的二氧化碳浓度的气体混合物22。气体混合物22的二氧化碳浓度取决于处理条件可超过98.5％(摩尔)并甚至超过99.5％(摩尔)。事实上，气体混合物22的二氧化碳浓度可多至大约99.9％(摩尔)。在管道系统6中将气体混合物22移出并作为产物二氧化碳回收，所得二氧化碳可在工业上使用或可进一步进行一步或多步的纯化步骤，如低温精馏或溶剂吸附。
所述含碳物质的发酵是放热的。发酵的放热性可导致在所述发酵液中的热积累从而使得所述发酵液中的微生物生长速率和发酵速率降低。为了避免在生产中出现这种降低，应用了发酵液冷却循环管。现在再次参照图1，在流23中发酵液从容器1中移出，通过阀门24并作为流25流向循环泵7。将所得的泵压流26传输通过热交换器8，在其中采用冷却流体30(如水)通过间接热交换冷却。将冷却后的发酵液9通过主循环流27和/或旁路循环流28和旁路阀门29返回发酵容器1中。
图2说明本发明的另一个实施方案，其中将富氧流体传输通过循环管提供给发酵液。在图2中的通用元件的编号与图1中的那些相同，不再对这些通用元件进行详细描述。
现在参照图2，将经过冷却的循环流27传输进入装备有细泡发生装置10的接受器31中。装置10可为例如烧结金属细泡分布器/扩散器、陶瓷细泡扩散器、膜类型的气泡扩散器、声速喷嘴、气体/液体混合喷嘴、文丘里型气体液体混合喷嘴、孔板或气体/液体流动阻碍装置。将在流32中富氧流体输送进入装置10中并鼓泡进入在接受器31中的发酵液中。将所得的含氧气发酵液通过流33从接受器31中移出。如果需要，可将部分或全部流33传输通过气体/液体接触管11，该装置用于提高气体/液体接触时间并由此增强所述富氧流体在所述发酵液中的溶解。将剩余的流33(如果有)传输通过阀门34并随后与来自管11的流体(如果有)混合以形成流35，将流35提供给扩散器12并从扩散器12出来后进入装在容器1中的发酵液中，在那里进行大部分的微生物生长和发酵(与前面描述的方式相同)。扩散器12可为任何有效的气体/液体分散喷嘴如，像液体循环喷射器。
在本发明的实施中使用富氧流体中的高浓度氧气以减少传输进入所述发酵容器中的惰性气体和残余氧气的量，这些气体最终将进入二氧化碳气体混合物产物中，由此得到和保持二氧化碳浓度在有益的高水平上。另外，使用高氧气浓度以减少操作发酵设备所需的能量，和另外将减少从某些类型的发酵装置中的气味的散发。
虽然已经参照某些优选的实施方案对本发明进行了详细的描述，本领域中的技术人员会认识到在权利要求书的宗旨和范围内还有其它实施方案。
Claims (10)
1．生产二氧化碳的方法，包括：
(A)提供富氧流体给含一种或多种含碳物质的发酵液；
(B)在发酵容器中，应用来自所述富氧流体的氧气促进所述发酵液中微生物的生长，在所述发酵液中进行发酵并在其中生产二氧化碳；
(C)将所述发酵液传输出所述发酵容器，通过热交换器，随后在循环管中返回至所述发酵容器；
(D)鼓泡使二氧化碳冒出所述发酵液形成具有二氧化碳浓度为至少97.5％(摩尔)的气体混合物；和
(E)回收所述气体混合物作为产物二氧化碳。
2．权利要求1的方法，其中将所述富氧流体提供给装在所述发酵容器中的发酵液。
3．权利要求1的方法，其中将所述富氧流体提供给在所述循环管中的发酵液。
4．权利要求3的方法，其中将所述富氧流体提供给所述热交换器下游的发酵液。
5．权利要求4的方法，其中将所述发酵液提供给接受器，和将所述富氧流体提供给所述接受器并扩散进入所述接受器中的发酵液。
6．权利要求4的方法，其中至少部分的含氧发酵液在被传输回所述发酵容器前被传输通过接触管。
7．权利要求1的方法，其中所述发酵包括一种或多种碳水化合物的微生物发酵以生产乙醇。
8．权利要求1的方法，其中所述二氧化碳产物进行至少一步进一步的纯化步骤。
9．权利要求8的方法，其中所述至少一步进一步的纯化步骤包括精馏。
10．权利要求8的方法，其中所述至少一步进一步的纯化步骤包括溶剂吸附。
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