TW201420765A - 在合成氣發酵中用於減少ｃｏ２排放並增加醇類產率的方法 - Google Patents
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Abstract
提出一種可有效用以減少CO2排放、提高空時產率(STY)及/或增加細胞密度之方法。該方法許可藉控制提供用於發酵的合成氣中的CO、CO2及H2的濃度位準，及藉控制提供用於發酵的合成氣中的CO、CO2及H2的相對濃度而利用來自不同來源的合成氣。該方法包括提供合成氣至一第一發酵區段及發酵該合成氣。若該第一發酵區段排氣包括約4莫耳%或以上CO，然後至少部分該第一發酵區段排氣係供給一或多個隨後發酵器。
Description
本案請求美國臨時專利申請案第61/702,824、61/702,826、61/702,832及61/702,837號之權益，申請日皆為2012年9月19日，全部各案皆係爰引於此並融入本說明書之揭示。
提出一種方法可有效用以從合成氣發酵中減少CO2排放及增加烷醇產率。更明確言之，合成氣中的CO、CO2及H2的相對含量係經控制以在合成氣發酵中減少CO2排放及增加總醇之空時產率(STY)。該方法可包括一或多個發酵區段之利用。
厭氧微生物可透過氣態物質的發酵而從一氧化碳(CO)製造醇類及其它產物。使用得自梭狀芽胞桿菌(Clostridium)屬的厭氧微生物發酵可製造乙醇及其它有用產物。舉例言之，美國專利案第5,173,429號描述莊達利梭狀芽胞桿菌(Clostridium ljungdahlii)ATCC No.49587，此乃可從合成氣生產乙醇及乙酸的厭氧微生物。美國專利案第
5,807,722號描述使用莊達利梭狀芽胞桿菌ATCC No.55380將廢氣轉換成有機酸類及醇類之方法及設備。美國專利案第6,136,577號描述使用莊達利梭狀芽胞桿菌ATCC No.55988及55989將廢氣轉換成乙醇之方法及設備。
呈合成氣的氣態基質可提供CO給發酵。合成氣可包括CO、CO2及H2。但在合成氣中CO、CO2及H2的相對量可因該合成氣的產生方式而異。有些合成氣來源可包括升高濃度的CO2。CO最佳地轉換成醇類及其它產物及CO2利用率的提升可取決於提供給發酵的在合成氣中CO、CO2及H2的相對含量。
提出一種有效用以減少CO2排放、提升空時產率(STY)及/或增加細胞密度之方法。該方法許可藉控制提供用於發酵的合成氣中的CO、CO2及H2的濃度位準，及藉控制提供用於發酵的合成氣中的CO、CO2及H2的相對濃度而利用來自不同來源的合成氣。
於一個面向中，一種用以處理來自CO發酵的排氣之方法包括提供合成氣至一第一發酵區段及發酵該合成氣以產生具有約4莫耳%或以上CO的CO濃度之一第一發酵器排氣。該第一發酵器排氣之至少一部分係供給一或多個隨後發酵區段。於另一面向中，在供給一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵區段排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比的量而摻混含H2氣體。於又另
一面向中，在供給一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵區段排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比的量而摻混含CO氣體。
於一個面向中，一種用以處理來自CO發酵的排氣之方法包括提供合成氣至一第一發酵區段及發酵該合成氣。若該第一發酵區段排氣包含約4莫耳%或以上的CO，則該第一發酵區段排氣係供給一或多個隨後發酵區段。於另一面向中，在供給一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵區段排氣係以有效提供約4莫耳%或以上CO的一氣體摻混含CO氣體。於另一面向中，在供給一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵區段排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比的量而摻混含H2氣體。於又另一面向中，在供給一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵區段排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比的量而摻混含CO氣體。
於一個面向中，一種用以處理來自CO發酵的排氣之方法包括提供合成氣至一第一發酵器及發酵該合成氣。若該第一發酵器排氣包含約4莫耳%或以上的CO，則該第一發酵器排氣係供給一或多個隨後發酵器。於另一面向中，在供給一或多個隨後發酵器之前，該第一發酵器排氣係以有效提供約4莫耳%或以上CO的一氣體摻混含CO氣體。於另一面向中，在供給一或多個隨後發酵器之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比的量而摻混含H2氣體。於又另一面向中，在
供給一或多個隨後發酵器之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比的量而摻混含CO氣體。
於另一面向中，提出一種從合成氣發酵製造醇之方法。該方法包括提供合成氣給發酵器。提供給發酵器的合成氣具有約3.5或以上的H2對CO之莫耳比及約4莫耳%或以上的CO含量。該合成氣發酵法係有效提供約1克或以上的總醇/(升．日)之STY。於一個面向中，該方法可包括摻混氫與高一氧化碳氣體以提供一合成氣具有約3.5或以上的H2對CO之莫耳比。比較於該處該合成氣的H2對CO之莫耳比為約1.0或以下的一方法，CO2排放減少約10%或以上。
100、102、104、106‧‧‧發酵器
120‧‧‧合成氣供應源
121‧‧‧進氣口/噴淋器
122‧‧‧發酵區段擋板
124‧‧‧泵浦
150、152‧‧‧發酵器排氣
153‧‧‧區段噴淋器
200‧‧‧傳動軸、發酵區段
200-204‧‧‧發酵區段
210‧‧‧試樣/產物
220‧‧‧混合葉輪
225‧‧‧氣體分散葉輪
250‧‧‧培養基/養分供應源
270‧‧‧排氣埠口
305‧‧‧氣體
該方法之前述及其它面向、若干面向的特徵及優點從下列圖式中將更為彰顯。
圖1為具有不同發酵區段的一發酵器的透視圖。
圖2為一串列發酵器的透視圖，於該處在第一發酵器之後的全部發酵器可各自接收來自該第一發酵器之排氣。
圖3為一串列發酵器的透視圖，於該處來自各個發酵器的排氣係傳送至一隨後發酵器。
相對應的元件符號指示各幅圖式間相對應的組件。熟諳技藝人士將瞭解為求簡潔明瞭而示例說明圖式內的元件，而非必然係照比例繪製。舉例言之，圖式中若干元件的尺寸可相對於其它元件的尺寸誇張以協助改善對本方法及設備之各個面向的瞭解。又，在商業上可行面向中為有
用的或需要的常用但眾所周知的元件經常不描繪出，以有助於獲得此等各個面向較不受遮掩的觀視。
後文詳細說明部分並非解譯為限制性意義，反而係僅用於描述具體實施例的通用原理。本發明之範圍須參考申請專利範圍各項決定。
定義
除非另行定義否則針對本文揭示全文說明書中使用的下列術語係定義如下且係含括下列定義的單數形或複數形：「約」一詞修飾任何數量，係指於真實世界狀況下例如，於實驗室、試驗工廠、或製造設施中遭遇的數量變化。舉例言之，採用在一混合物或一量中的一個成分含量或度量，當以「約」修飾時包括典型地採用在製造廠或實驗室的實驗狀況下度量的變異度及關注程度。舉例言之，一產物的一個成分含量當以「約」修飾時，包括於工廠或實驗室中在多次實驗使用的批次間之變異度及分析方法的特性變異度。無論是否以「約」修飾，該等含量包括該等量之相當量。此處陳述的且以「約」修飾的任何數量也可採用於本文揭示作為非以「約」修飾的數量。
「合成氣」或「合成氣體」等詞表示稱呼含有不等量一氧化碳及氫氣的一氣體混合物的合成氣體。其製法之實施例包括天然氣或烴類的水蒸氣重整以生產氫氣、煤
炭的氣化及某種類型的廢物變能源氣化設施。該名稱係來自於其用作為產生合成天然氣(SNG)及用以製造氨氣或甲醇的中間產物。合成氣為可燃燒且常用作為燃料源或用作為其它化學品生產上的中間產物。
「發酵器」一詞包括由一或多個容器及/或塔或管路配置所組成的一發酵裝置，其係包括連續攪拌槽反應器(CSTR)、制動細胞反應器(ICR)、滴流床反應器(TBR)、移動床生物膜反應器(MBBR)、氣泡管柱、氣升發酵器、膜反應器諸如中空纖維膜生物反應器(HFMBR)、靜態混合器、或其它容器或適用於氣-液接觸的其它裝置。
「發酵」、「發酵方法」、或「發酵反應」等詞意圖涵蓋該方法的生長期及產物生物合成期。於一個面向中，發酵係指一氧化碳轉換成烷醇。
「細胞密度」一詞表示每單位體積發酵醪的微生物細胞之重量，例如克/升。
「排氣」一詞表示從該發酵器送出的全部氣體。
合成氣
合成氣可從任何已知來源製造。於一個面向中，合成氣可得自含碳物質的氣化來源。氣化涉及生質於有限量氧氣供應下的部分燃燒。結果所得氣體主要包括一氧化碳及氫。於此一面向中，合成氣將含約4莫耳%或以上的CO；於另一面向中，約5莫耳%或以上的CO；於另一面向中，約10莫耳%或以上的CO；於另一面向中，約20莫耳%或以上的CO；於另一面向中，約10至約100莫耳%或以上的
CO；於另一面向中，約20至約100莫耳%或以上的CO；於另一面向中，約30至約90莫耳%或以上的CO；於另一面向中，約40至約80莫耳%或以上的CO；於另一面向中，約50至約70莫耳%或以上的CO。合宜氣化方法及設備之若干實施例係提供於美國申請案61/516,667、61/516,704及61/516,646，申請日皆為2011年4月6日，及美國申請案13/427,144、13/427,193及13/427,247，申請日皆為2012年3月22日，全部各案皆係爰引於此並融入本說明書之揭示。
取決於合成氣組成，該合成氣可直接提供給一發酵製程或可進一步修飾以包括適當H2對CO之莫耳比。於一個面向中，提供給該發酵器的合成氣具有約3.5或以上的一H2對CO之莫耳比；於另一個面向中約4.0或以上，及於另一個面向中約5.0或以上。於另一面向中，提供給該發酵器的合成氣可包括約40莫耳%或以上的CO加H2及約30莫耳%或以下的CO；於另一面向中，約50莫耳%或以上的CO加H2及約35莫耳%或以下的CO；及於另一面向中，約80莫耳%或以上的CO加H2及約20莫耳%或以下的CO。
於另一面向中，該方法可應用於支援從氣態基質諸如高體積含CO工業煙道氣生產烷醇。於有些面向中，含CO的氣體係衍生自含碳廢物例如工業廢氣，或衍生自其它廢物的氣化。如此，該等方法表示有效捕獲碳之方法，否則該碳將被排放至環境中。工業煙道氣之實施例包括含鐵金屬產品製造、非鐵產品製造、石油精煉製程、煤炭氣化、生質氣化、發電、炭黑生產、氨氣製造、甲醇製造及焦炭
製造期間產生的氣體。
於一個面向中，一氣體分離器係經組配以實質上分離該氣體流的至少一部分，其中該部分係包括一或多個成分。舉例言之，該氣體分離器可從包含下列成分的一氣體流分離CO2：CO、CO2、H2，其中該CO2可送至CO2分離器，及其餘氣體流(包含一氧化碳及氫)可送至生物反應器。技藝界已知之任一種氣體分離器皆可使用。於此一面向中，提供給發酵器的合成氣將含有約10莫耳%或以下CO2，於另一面向中約1莫耳%或以下CO2，及於另一面向中約0.1莫耳%或以下CO2。
某些氣體流可能包括高濃度一氧化碳及低濃度氫。於一個面向中，可能期望最佳化基質流的組成以達成較高效率的醇生產及/或總碳捕獲。舉例言之，在基質流發送至生物反應器之前，可提高該流中的氫濃度。
依據本發明之特定面向，得自二或更多個來源的基質流可組合及/或摻混以製造一期望的及/或最佳化的基質流。舉例言之，包含高濃度一氧化碳的氣流，諸如得自煉鋼廠轉化爐的排放物可與包含高濃度氫的氣流組合，諸如得自煉鋼廠焦炭爐的排氣。
取決於氣態含一氧化碳基質的組成，在將該基質導入發酵之前，也可能期望處理該基質以去除任何非期望的雜質。舉例言之，該氣態基質可使用已知方法過濾或滌氣。
發酵器設計與操作
於一個面向中，一發酵器設計可包括在同一個發酵器內之多個不同發酵區段。舉例言之，大型發酵器或氣泡管柱型反應器可包括多個不同發酵區段。發酵器設計之詳細說明係描述於美國申請案13/471,827及13/471,858，申請日皆為2012年5月15日，及美國申請案13/473,167，申請日皆為2012年5月16日，全部各案皆係爰引於此並融入本說明書之揭示。
如圖1所示，一發酵器100包括多個發酵區段200。如圖所示，該發酵器100包括一第一發酵區段200及四個額外發酵區段201、202、203、204。於另一面向中，發酵器100可包括二或多個發酵區段，及可包括2至10個發酵區段。一發酵區段係定義為一進氣口/噴淋器121上方至一發酵區段擋板122下方間之空間，一區段噴淋器153上方至一發酵區段擋板122下方間之空間，及/或一區段噴淋器153上方至發酵器100頂部間之空間。該發酵器100也可包括泵浦124。該等泵浦124可用於去除試樣/產物210。
於一個面向中，發酵區段係由發酵區段擋板122分開。氣體305可流經各個發酵區段。來自任何發酵區段的排氣可透過一區段噴淋器153而輸送至一隨後的發酵區段。來自任何發酵區段的排氣可經分析。
於一個面向中，合成氣透過一合成氣供應源120而進入該發酵器100。該合成氣供應源120提供合成氣給進氣口/噴淋器121。培養基及養分可經由培養基/養分供應源250而供給各個發酵區段122。排氣可透過一區段噴淋器153
而送出各個發酵區段122之外。排氣可透過一排氣埠口270而離開該最末發酵區段。排氣可供給一廢氣鍋爐。該廢氣鍋爐可用以提供水蒸氣而發電。
依據一個面向，發酵過程係始於添加培養基至反應器容器。培養基組成之若干實施例係描述於美國申請案61/650,098及61/650,093，申請日2012年5月22日及美國專利案第7,285,402號，申請日2001年7月23日，全部各案皆係爰引於此並融入本說明書之揭示。培養基可經滅菌以去除非期望的微生物，及該反應器接種期望的微生物。並非經常性地需要滅菌。
於一個面向中，使用的微生物包括產醋酸菌。有用的產醋酸菌之實施例包括梭狀芽胞桿菌屬(Clostridium)，諸如莊達利梭狀芽胞桿菌(Clostridium ljungdahlii)種系，包括述於WO 2000/68407、EP 117309、美國專利案第5,173,429、5,593,886及6,368,819號、WO 1998/00558及WO 2002/08438者；自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(Clostridium autoethanogenum)種系(德國DSMZ的DSM 10061及DSM 19630)包括述於WO 2007/117157及WO 2009/151342者；及拉氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium ragsdalei)(P11，ATCC BAA-622)及巴氏產鹼桿菌(Alkalibaculum bacchi)(CP11，ATCC BAA-1772)，包括分別地述於美國專利案第7,704,723號及「得自生質產生合成氣體的生物燃料及生物產物」，Hasan Atiyeh於奧克拉荷馬EPSCoR年度州會議2010年4月29日提出者；及羧基梭狀芽
胞桿菌(Clostridium carboxidivorans)(ATCC PTA-7827)述於美國專利申請案第2007/0276447號。其它合宜微生物包括穆爾氏菌屬(Moorella)含穆爾氏菌種HUC22-1，及羧基嗜熱菌屬(Carboxydothermus)。此等參考文獻各自係爰引於此並融入本說明書之揭示。可使用二或多種微生物之混合培養。
有用的細菌之若干實施例包括凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、諾得醋厭氧菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋桿菌(Acetobacterium woodii)、巴氏產鹼桿菌(Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC BAA-1772))、生產性布羅氏菌(Blautia producta)、嗜甲基丁烷桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、產醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium aceticum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌(Clostridium acetobutylicum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌P262(德國DSMZ的DSM 19630)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(Clostridium autoethanogenum(德國DSMZ的DSM 19630))、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 24138)、羧基梭狀芽胞桿菌(Clostridium carboxidivorans P7(ATCC PTA-7827))、柯氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522))、德瑞克梭狀芽胞桿菌(Clostridium drakei)、莊達利梭狀芽胞桿菌
(Clostridium ljungdahlii PETC(ATCC 49587))、莊達利梭狀芽胞桿菌ERI2(ATCC 55380)、莊達利梭狀芽胞桿菌C-01(ATCC 55988)、莊達利梭狀芽胞桿菌O-52(ATCC 55889)、瑪格南梭狀芽胞桿菌(Clostridium magnum)、巴斯德梭狀芽胞桿菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ的DSM525)、拉氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium ragsdali P11(ATCC BAA-622))、史凱梭狀芽胞桿菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium ultunense)、庫茲涅脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、里莫優桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、醋甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴克利甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋穆爾氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱穆爾氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼產醋桿菌(Oxobacter pfennigii)、生產性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、生產性瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凱伍嗜熱厭氧菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
當接種時，建立可有效用以供給微生物初始族群的一初進氣供給速率。排氣經分析以決定流出物氣體的含量。氣體分析結果係用以控制進氣速率。當達到期望程度時，液相及含細胞材料從反應器中撤出及補充以培養基。該處理係有效用以增高細胞密度至約2.0克/升或以上，於另
一面向中約2至約25克/升，於另一面向中約2至約20克/升，於另一面向中約2至約10克/升，於另一面向中約2至約8克/升，於另一面向中約3至約6克/升，於另一面向中約4至約5克/升。
於一個面向中，合成氣供給一第一發酵區段200。若來自該第一發酵區段200的排氣中的CO濃度為約4莫耳%或以上，然後至少部分合成氣係透過供給一或多個隨後的發酵區段。
排氣可一次一個供給各個發酵區段，或可同時供給一或多個發酵區段。於此一面向中，送進一發酵區段的合成氣將含有約20莫耳%或以上CP，於另一面向中約30莫耳%或以上，於另一面向中約40莫耳%或以上，及於另一面向中約50莫耳%或以上。
於另一面向中，供給任一發酵區段的合成氣將具有H2對CO之莫耳比為約0.2或以上，及約4莫耳%至約99.9莫耳% CO。於另一面向中，進給任何隨後發酵區段的合成氣將具有H2對CO之莫耳比為約0.5或以上，於另一面向中約1.0或以上，及於另一面向中約3.5或以上。
發酵器設計之另一面向係顯示於圖2。於此一面向中，設計包括串聯至隨後發酵器諸如第二發酵器102、第三發酵器104、及第四發酵器106的一第一發酵器100。設計可包括1至約10(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10個隨後發酵器)之任何數目的隨後發酵器。
於一個面向中，合成氣經由一進氣口/噴淋器120
進入第一發酵器100。合成氣的分散及進一步混合係使用至少一個氣體分散葉輪225及至少一個混合葉輪220達成，該等葉輪係耦接至一傳動軸200。
發酵器排氣150可傳送至一或多個隨後生物反應器。發酵器排氣可串接地一次一個供給各個隨後發酵器，或可並列地同時供給一或多個隨後發酵器。於此一面向中，供給任何隨後發酵器的發酵器排氣將具有約0.2或以上的H2對CO之莫耳比及約4莫耳%或以上CO。於另一面向中，進給任何隨後發酵器的發酵器排氣將具有約0.25或以上的H2對CO之莫耳比，於另一面向中約0.5或以上，於另一面向中約1.0或以上，於另一面向中約1.5或以上，及於另一面向中約3.5或以上。於一個面向中，進給任何隨後發酵器的發酵器排氣將具有約20莫耳%或以上CO，於另一面向中約30莫耳%或以上，於另一面向中約40莫耳%或以上，及於另一面向中約50莫耳%或以上。
發酵器設計之另一面向係顯示於圖2。於此一面向中，設計包括串聯至隨後發酵器諸如第二發酵器102、第三發酵器104、及第四發酵器106的一第一發酵器100。設計可包括1至約10(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10個隨後發酵器)之任何數目的隨後發酵器。發酵器排氣150可從一第一發酵器100傳送至一隨後發酵器102。然後，來自任何隨後發酵器152的發酵器排氣傳送至任何隨後發酵器。
於圖2顯示的發酵器設計中，發酵器排氣150可傳送至一或多個隨後生物反應器。發酵器排氣可供給各個隨
後發酵器。於此一面向中，供給任何隨後發酵器的發酵器排氣將具有約0.2或以上的H2對CO之莫耳比及約4莫耳%或以上CO。於另一面向中，進給任何隨後發酵器的發酵器排氣將具有約0.25或以上的H2對CO之莫耳比，於另一面向中約0.5或以上，於另一面向中約1.0或以上，於另一面向中約1.5或以上，及於另一面向中約3.5或以上。於一個面向中，進給任何隨後發酵器的發酵器排氣將具有約20莫耳%或以上CO，於另一面向中約30莫耳%或以上，於另一面向中約40莫耳%或以上，及於另一面向中約50莫耳%或以上。
於另一面向中，來自一第一或任何隨後發酵器的排氣可提供給一廢氣鍋爐。該廢氣鍋爐可用以提供發電用的水蒸氣。
醇產率
H2對CO及/或CO2對CO的某個比例可有效用以提供提升的STY。於此一面向中，該方法可有效用以提供約1克或以上總醇/(升．日)的空時產率(STY)。於另一面向中，該方法可有效用以提供約10克總醇/(升．日)的STY。可能的STY值包括約10克總醇/(升．日)至約200克總醇/(升．日)，於另一面向中約10克總醇/(升．日)至約160克總醇/(升．日)，於另一面向中約10克總醇/(升．日)至約120克總醇/(升．日)，於另一面向中約10克總醇/(升．日)至約80克總醇/(升．日)，於另一面向中約20克總醇/(升．日)至約140克總醇/(升．日)，於另一面向中約20克總醇/(升．日)至約100克總醇/(升．日)，於另一面向中約40克總醇/(升．日)至約140克總醇/(升．
日)，及於另一面向中約40克總醇/(升．日)至約100克總醇/(升．日)。
如此處使用，「總醇」包括乙醇、丁醇、丙醇及甲醇。於一個面向中，總醇可包括至少約80重量百分比或以上的乙醇。於另一面向中，總醇可包括至少約25重量百分比或以下的丁醇。
於一相關面向中，生產力可表示為空時產率(STY，以克乙醇/(升．日)表示)。於此一面向中，該方法可有效提供至少約10克乙醇/(升．日)的一空時產率(STY)。可能的STY值包括約10克乙醇/(升．日)至約200克乙醇/(升．日)，於另一面向中約10克乙醇/(升．日)至約160克乙醇/(升．日)，於另一面向中約10克乙醇/(升．日)至約120克乙醇/(升．日)，於另一面向中約10克乙醇/(升．日)至約80克乙醇/(升．日)，於另一面向中約20克乙醇/(升．日)至約140克乙醇/(升．日)，於另一面向中約20克乙醇/(升．日)至約100克乙醇/(升．日)，於另一面向中約40克乙醇/(升．日)至約140克乙醇/(升．日)，及於另一面向中約40克乙醇/(升．日)至約100克乙醇/(升．日)。
減少CO2排放
於一個面向中，比較一種方法其中該合成氣的H2對CO之莫耳比係小於約1.0，該方法可有效用以減少CO2排放約10%或以上，於另一面向中約15%或以上，及於另一面向中約20%或以上。H2對CO之莫耳比與CO2排放的減少關係如下。
於此一面向中，使用氣相層析術測量於反應器的流出物氣體的CO2排放。任何已知方法皆可用以決定的CO2排放。
雖然已經利用特定實施例、實例及其應用描述此處揭示之發明，但在不背離如申請專利範圍各項陳述的本發明之範圍，熟諳技藝人士可於其中做出各項修改及變化。
100‧‧‧發酵器
120‧‧‧合成氣供應源
121‧‧‧進氣口/噴淋器
122‧‧‧發酵區段擋板
124‧‧‧泵浦
153‧‧‧區段噴淋器
200-204‧‧‧發酵區段
210‧‧‧試樣/產物
250‧‧‧培養基/養分供應源
270‧‧‧排氣埠口
305‧‧‧氣體
Claims (33)
- 一種處理來自一氧化碳(CO)發酵的排氣之方法，該方法係包含：提供合成氣至一第一發酵區段；發酵該合成氣；及產生具有約4莫耳%或以上CO的CO濃度之一第一發酵器排氣，其中該第一發酵器排氣的至少一部分係提供給至一或多個隨後發酵區段。
- 如請求項1之方法，其中來自一第一發酵區段或任何隨後發酵區段的排氣係供給至一廢氣鍋爐。
- 如請求項1之方法，其中在供給至一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比例的量而摻混含H2氣體。
- 如請求項1之方法，其中在供給至一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比例的量而摻混含CO氣體。
- 如請求項1之方法，其中合成氣係與一或多種產醋(acetogenic)細菌接觸。
- 如請求項5之方法，其中該產醋細菌係選自於由下列所組成之該組群：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、諾得醋厭氧菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋桿菌(Acetobacterium woodii)、巴氏產鹼桿菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC BAA-1772))、生產性 布羅氏菌(Blautia producta)、嗜甲基丁烷桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、產醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium aceticum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌(Clostridium acetobutylicum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌P262(德國DSMZ的DSM 19630)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(Clostridium autoethanogenum(德國DSMZ的DSM 19630))、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 24138)、羧基梭狀芽胞桿菌P7(Clostridium carboxidivorans P7(ATCC PTA-7827))、柯氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522))、德瑞克梭狀芽胞桿菌(Clostridium drakei)、莊達利梭狀芽胞桿菌PETC(Clostridium ljungdahlii PETC(ATCC 49587))、莊達利梭狀芽胞桿菌ERI2(ATCC 55380)、莊達利梭狀芽胞桿菌C-01(ATCC 55988)、莊達利梭狀芽胞桿菌O-52(ATCC 55889)、瑪格南梭狀芽胞桿菌(Clostridium magnum)、巴斯德梭狀芽胞桿菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ的DSM 525)、拉氏梭狀芽胞桿菌P11(Clostridium ragsdali P11(ATCC BAA-622))、史凱梭狀芽胞桿菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭狀芽胞 桿菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium ultunense)、庫茲涅脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、里莫優桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、醋甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴克利甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋穆爾氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱穆爾氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼產醋桿菌(Oxobacter pfennigii)、生產性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、生產性瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凱伍嗜熱厭氧菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
- 如請求項1之方法，其中該方法能有效提供約1.0克或以上總醇/(升．日)之空時產率(STY)。
- 一種處理來自一氧化碳(CO)發酵的排氣之方法，該方法係包含：提供合成氣至一第一發酵區段；發酵該合成氣；及產生一第一發酵器排氣，其中在供給至一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵器排氣係摻混含CO氣體以提供具有約4莫耳%或以上CO的一氣體。
- 如請求項8之方法，其中在供給至一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上 的H2對CO之莫耳比之一比例的量而摻混含H2氣體。
- 如請求項8之方法，其中在供給一或多個隨後發酵區段之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比例的量而摻混含CO氣體。
- 如請求項8之方法，其中合成氣係與一或多種產醋細菌接觸。
- 如請求項11之方法，其中該產醋細菌係選自於由下列所組成之該組群：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、諾得醋厭氧菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋桿菌(Acetobacterium woodii)、巴氏產鹼桿菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC BAA-1772))、生產性布羅氏菌(Blautia producta)、嗜甲基丁烷桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、產醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium aceticum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌(Clostridium acetobutylicum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌P262(德國DSMZ的DSM 19630)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(Clostridium autoethanogenum(德國DSMZ的DSM 19630))、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 24138)、羧基梭狀芽胞桿菌P7(Clostridium carboxidivorans P7(ATCC PTA-7827))、柯氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522))、德瑞克梭狀芽胞桿菌(Clostridium drakei)、莊達利梭狀芽胞桿菌PETC(Clostridium ljungdahlii PETC(ATCC 49587))、莊達利梭狀芽胞桿菌ERI2(ATCC 55380)、莊達利梭狀芽胞桿菌C-01(ATCC 55988)、莊達利梭狀芽胞桿菌O-52(ATCC 55889)、瑪格南梭狀芽胞桿菌(Clostridium magnum)、巴斯德梭狀芽胞桿菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ的DSM525)、拉氏梭狀芽胞桿菌P11(Clostridium ragsdali P11(ATCC BAA-622))、史凱梭狀芽胞桿菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium ultunense)、庫茲涅脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、里莫優桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、醋甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴克利甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋穆爾氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱穆爾氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼產醋桿菌(Oxobacter pfennigii)、生產性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、生產性瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凱伍嗜熱厭氧菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
- 如請求項8之方法，其中該方法能有效提供約1.0克或以 上總醇/(升．日)之空時產率(STY)。
- 一種處理來自一氧化碳(CO)發酵的排氣之方法，該方法係包含：提供合成氣至一第一發酵器；發酵該合成氣；及產生一第一發酵器排氣，其中若該第一發酵器排氣具有約4莫耳%或以上CO，則至少部分該第一發酵器排氣係供給至一或多個隨後發酵器。
- 如請求項14之方法，其中該第一發酵器排氣係供給至並聯操作的該等隨後發酵器。
- 如請求項14之方法，其中該第一發酵器排氣係供給串聯操作的該等隨後發酵器。
- 如請求項14之方法，其中該等第一及隨後發酵器係為一發酵器內的不同發酵區段。
- 如請求項14之方法，其中來自一第一發酵區段或任何隨後發酵區段的排氣係供給至一廢氣鍋爐。
- 如請求項14之方法，其中在供給至一或多個隨後發酵器之前，該第一發酵器排氣係摻混含CO氣體以有效提供約4莫耳%或以上CO的一氣體。
- 如請求項14之方法，其中在供給至一或多個隨後發酵器之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比的量而摻混含H2氣體。
- 如請求項14之方法，其中在供給至一或多個隨後發酵器 之前，該第一發酵器排氣係以可有效提供約0.2或以上的H2對CO之莫耳比之一比例的量而摻混含CO氣體。
- 如請求項14之方法，其中合成氣係與一或多種產醋細菌接觸。
- 如請求項22之方法，其中該產醋細菌係選自於由下列所組成之該組群：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、諾得醋厭氧菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋桿菌(Acetobacterium woodii)、巴氏產鹼桿菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC BAA-1772))、生產性布羅氏菌(Blautia producta)、嗜甲基丁烷桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、產醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium aceticum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌(Clostridium acetobutylicum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌P262(德國DSMZ的DSM 19630)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(Clostridium autoethanogenum(德國DSMZ的DSM 19630))、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 24138)、羧基梭狀芽胞桿菌P7(Clostridium carboxidivorans P7(ATCC PTA-7827))、柯氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522))、德瑞克梭 狀芽胞桿菌(Clostridium drakei)、莊達利梭狀芽胞桿菌PETC(Clostridium ljungdahlii PETC(ATCC 49587))、莊達利梭狀芽胞桿菌ERI2(ATCC 55380)、莊達利梭狀芽胞桿菌C-01(ATCC 55988)、莊達利梭狀芽胞桿菌O-52(ATCC 55889)、瑪格南梭狀芽胞桿菌(Clostridium magnum)、巴斯德梭狀芽胞桿菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ的DSM525)、拉氏梭狀芽胞桿菌P11(Clostridium ragsdali P11(ATCC BAA-622))、史凱梭狀芽胞桿菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium ultunense)、庫茲涅脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、里莫優桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、醋甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴克利甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋穆爾氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱穆爾氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼產醋桿菌(Oxobacter pfennigii)、生產性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、生產性瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凱伍嗜熱厭氧菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
- 如請求項14之方法，其中該方法可有效提供約1.0克或以上總醇/(升．日)之空時產率(STY)。
- 一種用以從一合成氣發酵製造醇之方法，該方法係包 含：提供合成氣給一發酵器，其中該合成氣具有約3.5或以上的H2對CO之莫耳比及約4%或以上的CO含量；及發酵該合成氣，該方法有效提供約1克或以上的總醇/(升．日)之STY。
- 如請求項25之方法，其中在供給至一或多個隨後發酵器之前，該第一發酵器排氣係摻混含CO氣體以有效提供約4莫耳%或以上CO的一氣體。
- 如請求項25之方法，其中該合成氣係摻混含H2氣體以提供約3.5或以上的H2對CO之莫耳比比例的一合成氣。
- 如請求項25之方法，其中該合成氣係摻混含CO氣體以提供約3.5或以上的H2對CO之莫耳比比例的一合成氣。
- 如請求項25之方法，其中CO2排放比起該合成氣的H2對CO之莫耳比為約1.0或以下的一方法減少約10%或以上。
- 如請求項25之方法，其中CO加H2之莫耳百分比為40莫耳百分比或以上及H2含量為30莫耳百分比或以下。
- 如請求項25之方法，其中該方法可有效提供約2.0克/升或以上的一細胞密度。
- 如請求項25之方法，其中合成氣係與一或多種產醋細菌接觸。
- 如請求項32之方法，其中該產醋細菌係選自於由下列所組成之該組群：凱伍產醋菌(Acetogenium kivui)、諾得醋 厭氧菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋桿菌(Acetobacterium woodii)、巴氏產鹼桿菌CP11(Alkalibaculum bacchi CP11(ATCC BAA-1772))、生產性布羅氏菌(Blautia producta)、嗜甲基丁烷桿菌(Butyribacterium methylotrophicum)、地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous)、太平洋地下克羅厭氧菌(Caldanaerobacter subterraneous pacificus)、產氫羧基嗜熱菌(Carboxydothermus hydrogenoformans)、產醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium aceticum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌(Clostridium acetobutylicum)、醋丁基梭狀芽胞桿菌P262(德國DSMZ的DSM 19630)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(Clostridium autoethanogenum(德國DSMZ的DSM 19630))、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 10061)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 23693)、自動產乙醇梭狀芽胞桿菌(德國DSMZ的DSM 24138)、羧基梭狀芽胞桿菌P7(Clostridium carboxidivorans P7(ATCC PTA-7827))、柯氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium coskatii(ATCC PTA-10522))、德瑞克梭狀芽胞桿菌(Clostridium drakei)、莊達利梭狀芽胞桿菌PETC(Clostridium ljungdahlii PETC(ATCC 49587))、莊達利梭狀芽胞桿菌ERI2(ATCC 55380)、莊達利梭狀芽胞桿菌C-01(ATCC 55988)、莊達利梭狀芽胞桿菌O-52(ATCC 55889)、瑪格南梭狀芽胞桿菌(Clostridium magnum)、巴斯德梭狀芽胞桿菌(Clostridium pasteurianum)(德國DSMZ的DSM525)、拉氏梭狀芽胞桿菌P11(Clostridium ragsdali P11(ATCC BAA-622))、史凱梭狀芽胞桿菌(Clostridium scatologenes)、熱醋梭狀芽胞桿菌(Clostridium thermoaceticum)、雅爾氏梭狀芽胞桿菌(Clostridium ultunense)、庫茲涅脫硫菌(Desulfotomaculum kuznetsovii)、里莫優桿菌(Eubacterium limosum)、硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)、醋甲烷八疊球菌(Methanosarcina acetivorans)、巴克利甲烷八疊球菌(Methanosarcina barkeri)、熱醋穆爾氏菌(Morrella thermoacetica)、自嗜熱穆爾氏菌(Morrella thermoautotrophica)、芬尼產醋桿菌(Oxobacter pfennigii)、生產性腖鏈球菌(Peptostreptococcus productus)、生產性瘤胃球菌(Ruminococcus productus)、凱伍嗜熱厭氧菌(Thermoanaerobacter kivui)及其混合物。
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