[發(fā)明專利]一種生物質(zhì)發(fā)酵耦合滲透汽化分離生產(chǎn)丁醇的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210228150.9
• 申請(qǐng)日: 2012-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102757984A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦培勇;李樹(shù)峰;譚天偉;秦帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12P7/16
• 分類(lèi)號(hào): C12P7/16;C07C31/12;C07C29/78;C12R1/145
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;歐穎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)發(fā)酵過(guò)程代謝產(chǎn)物分離技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物質(zhì)發(fā)酵耦合滲透汽化分離生產(chǎn)丁醇的方法。

背景技術(shù)

全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得各國(guó)對(duì)于能源的需求不斷增加，與之相矛盾的是化石能源的儲(chǔ)量有限、已日趨枯竭，且燃燒時(shí)產(chǎn)生大量有害氣體，污染環(huán)境，因此，開(kāi)展可再生清潔能源的研究引起了廣泛的關(guān)注與重視。

作為極具潛力的第二代生物燃料丁醇，主要以玉米、糖蜜和富含纖維素、半纖維素的農(nóng)業(yè)廢棄物為原料通過(guò)發(fā)酵法(ABE發(fā)酵)進(jìn)行生產(chǎn)，與化石燃料相比，具有生產(chǎn)原料來(lái)源廣泛、可再生，燃燒時(shí)不產(chǎn)生NO_X或SO_X，環(huán)境效益顯著的特點(diǎn)。此外，丁醇易于與汽油混合，使用時(shí)無(wú)需對(duì)車(chē)輛進(jìn)行改造；蒸氣壓低，可通過(guò)現(xiàn)有管道進(jìn)行運(yùn)輸；可提高汽車(chē)的燃油效率和行駛里程。

發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇具有原料來(lái)源廣泛、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少；生產(chǎn)條件溫和、無(wú)需金屬催化劑的特點(diǎn)。而且，發(fā)酵過(guò)程選擇性好、副產(chǎn)物少、易于分離純化，同時(shí)，產(chǎn)生的副產(chǎn)物丙酮、乙醇也是重要的化工原料，具有極為廣泛的用途。

由于丁醇具有毒性，丁醇發(fā)酵過(guò)程中存在產(chǎn)物抑制現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)酵液中丁醇的質(zhì)量濃度達(dá)到11g·L^-1時(shí)，50％左右的微生物受到抑制而不能生長(zhǎng)，從而影響了原料的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物溶劑的濃度和生產(chǎn)效率。

工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)酵液中的總?cè)軇舛群艿停瑥亩鴮?dǎo)致后續(xù)的分離提取工藝成本很高。一般通過(guò)蒸餾的方式，在醪塔中將2％左右的總?cè)軇┱舫龅玫?0％左右的總?cè)軇缓笕軇┻M(jìn)入精餾塔中分離得到產(chǎn)品。其中，溶劑提取濃縮過(guò)程中蒸汽的成本占總成本的30％以上，使得產(chǎn)物提取過(guò)程成為丁醇生產(chǎn)過(guò)程中能耗最大的部分，從而成為制約丁醇發(fā)酵生產(chǎn)工業(yè)化的瓶頸之一。

滲透汽化是在蒸汽分壓差的推動(dòng)下，料液側(cè)液相混合物中組分選擇性地透過(guò)膜，透過(guò)組分以蒸汽形式離開(kāi)膜并被收集的過(guò)程，具有高效、單級(jí)選擇性高、比能耗低的特點(diǎn)。此外，將滲透汽化過(guò)程與發(fā)酵過(guò)程相耦合，不僅有利于底物利用率和發(fā)酵產(chǎn)率的提高，同時(shí)可提高產(chǎn)物分離效率，且對(duì)發(fā)酵體系無(wú)污染，是一種清潔、無(wú)污染的新型分離技術(shù)。

專利CN?101805754A描述了一種生物質(zhì)發(fā)酵與滲透汽化耦合原位分離丙酮、丁醇和乙醇的工藝。該工藝與普通的精餾過(guò)程相比，從一定程度上降低了對(duì)生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生的ABE進(jìn)行分離的能耗，縮短了生產(chǎn)時(shí)間，降低了丁醇的生產(chǎn)成本。但在該專利中，由于滲透汽化透過(guò)側(cè)料液中總?cè)軇舛葍H為7～40％，精餾過(guò)程能耗仍較大。

因此，目前需要開(kāi)發(fā)一種分離效率高、能耗低的生物質(zhì)發(fā)酵與滲透汽化耦合分離生產(chǎn)丁醇的工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供生物質(zhì)發(fā)酵耦合滲透汽化分離生產(chǎn)丁醇的方法。該方法將生物質(zhì)發(fā)酵系統(tǒng)與滲透汽化膜系統(tǒng)耦合，通過(guò)滲透汽化膜系統(tǒng)對(duì)生物質(zhì)發(fā)酵獲得的發(fā)酵液進(jìn)行逐級(jí)分離濃縮獲得丁醇濃縮液，在降低了丁醇的后續(xù)分離能耗的同時(shí)，也降低了丁醇對(duì)微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制作用，提高了生物質(zhì)發(fā)酵效率和底物利用率。

為此，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)發(fā)酵耦合滲透汽化分離生產(chǎn)丁醇的方法，包括：

過(guò)程A，發(fā)酵：發(fā)酵底物在發(fā)酵裝置中經(jīng)過(guò)發(fā)酵獲得丁醇發(fā)酵液；

過(guò)程C，膜分離：丁醇發(fā)酵液經(jīng)過(guò)滲透汽化膜系統(tǒng)逐級(jí)分離濃縮獲得丁醇濃縮液；

其中，滲透汽化膜系統(tǒng)包括一級(jí)優(yōu)先透醇滲透汽化膜系統(tǒng)、二級(jí)優(yōu)先透醇滲透汽化膜系統(tǒng)以及二級(jí)優(yōu)先透水滲透汽化膜系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明，在過(guò)程C中，包括：

步驟1，丁醇發(fā)酵液經(jīng)過(guò)一級(jí)優(yōu)先透醇滲透汽化膜系統(tǒng)進(jìn)行初步的分離濃縮，透過(guò)側(cè)濃縮液經(jīng)分相處理分為一級(jí)有機(jī)相料液和一級(jí)水相料液；

步驟2，步驟1分相處理獲得的水相料液進(jìn)入二級(jí)優(yōu)先透醇滲透汽化膜系統(tǒng)進(jìn)行分離濃縮，透過(guò)側(cè)濃縮液經(jīng)分相處理分為二級(jí)有機(jī)相料液和二級(jí)水相料液；

步驟3，一級(jí)有機(jī)相料液和二級(jí)有機(jī)相料液進(jìn)入優(yōu)先透水滲透汽化膜系統(tǒng)進(jìn)行脫水濃縮，得到丁醇濃縮液。

根據(jù)本發(fā)明方法，在步驟2中，二級(jí)水相料液作為二級(jí)優(yōu)先透醇滲透汽化膜系統(tǒng)的進(jìn)料，返回二級(jí)優(yōu)先透醇滲透汽化膜系統(tǒng)的進(jìn)料端繼續(xù)進(jìn)行分離濃縮。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述優(yōu)先透醇滲透汽化膜系統(tǒng)中所使用的滲透汽化膜選自八甲基環(huán)四硅氧烷、四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷、羥基封端聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、纖維素及其改性材料所制備的滲透汽化膜中的一種或幾種。