[發明專利]一種氣相底物發酵生產乙醇的方法

無效

• 申請號: 201210130323.3
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN103374592A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 代俊明;楊建春
• 申請（專利權）人: 北京信匯生物能源科技股份有限公司
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12R1/02;C12R1/145;C12R1/01;C12R1/46
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 黃澤雄;尹吉偉

技術領域

本發明屬于生物工程領域，涉及一種利用氣相底物發酵生產乙醇的方法。

背景技術

能源是現代社會賴以生存和發展的基礎。為彌補化石燃料的不足、優化能源結構和保護生態環境，大力開發新能源和可再生能源是當今世界研究開發的熱點，其中利用含CO和/或H₂氣體為底物厭氧發酵生產乙醇就是很有潛力和競爭力的技術。

含CO和/或H₂的氣體主要來自：碳黑、焦炭、制氨、石油加工、鋼鐵等工廠產生的廢氣。每年通過工業復合物排放超過600萬噸CO和接近400萬噸H₂。許多情況下，這些氣體被排放到大氣中，對環境造成嚴重的污染。

另一類含CO和/或H₂的氣體源自煤、石油、生物質和有機廢物等含碳物質的氣化，它的主要成分為CO、H₂和CO₂，還含有少量的CH₄和一些硫、氮的化合物，是一類豐富而廉價的生物加工原料。這些氣體可通過厭氧發酵轉化為各種有用的燃料和化學品，比如甲烷、乙酸、丁酸、乙醇和丁醇等。

與合成氣化學轉化相比，生物轉化具有以下幾個優點：(1)生物轉化的反應條件溫和；(2)酶的專一性比無機催化劑高，因而產物得率高，副產物少；(3)生物轉化不需要固定的CO和H₂比例；(4)發酵菌對合成氣中的硫化物具有耐受性，減少了氣體凈化成本。

以CO和/或H₂為氣相底物通過微生物發酵生產乙醇的過程包括：將含有CO和/或H₂的合成氣通入到添加有微生物的生物反應器中進行發酵，得到的發酵液經過細胞分離裝置將產物溶液和細胞分離，分離的細胞返回至生物反應器中，產品溶液經過精餾得到乙醇產物。

以CO和/或H₂為底物厭氧發酵生產乙醇的反應方程式如下：

6CO+3H₂O＝C₂H₅OH+4CO₂???????(1)

6H₂+2CO₂＝C₂H₅OH+3H₂O???????(2)

4CO+2H₂O＝CH₃COOH+2CO₂??????(3)

4H₂+2CO₂＝CH₃COOH+2H₂O??????(4)

合成氣連續通入生物反應器中，發酵產生乙酸、乙醇和CO₂；N₂和甲烷等非反應氣體不參與發酵反應。由未轉化的CO和H₂、副產物CO₂、N₂和甲烷等非反應氣體組成的發酵尾氣從生物反應器上排出。發酵尾氣含(體積％，組分與新鮮合成氣的組成、底物轉化率有關)CO₂50～60％，CO?16～30％，H₂16～28％，N₂和甲烷等0.1～5％。

作為合成氣發酵底物的氣體如CO或者H₂在水中溶解度不大。氣體底物的傳遞涉及氣、固、液三相：氣體底物、培養基(發酵液、液相)和懸浮在培養基中的微生物細胞(固相)，存在于氣相中的底物，必須先擴散到氣-液界面，再在液相中微生物細胞表面為細胞所用，氣液傳質主要阻力在氣-液界面上。因此，發酵過程中，氣相底物的轉化率不高。

含CO、H₂的還原性氣體底物厭氧發酵過程中，通過降低氣相底物的通氣速度、增加氣體在反應器中的停留時間都可以提高氣體的轉化率，但同時乙醇產率也相應降低，對于連續發酵生產而言不經濟。一般情況下，CO的轉化率為60-90％，H₂的轉化率為10-80％。所以在連續批量生產乙醇的工藝中，發酵尾氣中存在一定比例的未轉化的還原性氣體。