[發明專利]將生物質轉化為含氧有機化合物的方法、用于該方法的設備及通過該方法產生的組合物

在審

• 申請號: 201610926179.2
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN106986304A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: R·E·托比;J·杜;R·科雷
• 申請（專利權）人: 賽納塔生物有限公司
• 主分類號: C01B3/36
• 分類號: C01B3/36
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 凌立,黃革生

本申請是申請人于2012年11月6日提交的題為“用于將生物質轉化為含氧的有機化合物的方法、用于該方法的設備及通過該方法產生的組合物”的中國專利申請201280068080.3的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于以商業上具有吸引力的方式將生物質轉化為含氧的有機化合物的方法和設備及發生爐煤氣組合物。

背景技術

存在許多用于使生物質產生包含一氧化碳、氫和二氧化碳的氣體的嫌氣氣體發酵法的提議。對于本文的目的，將來自氣化(gasification)的氣體稱為合成氣(syngas)。已提出了一氧化碳、氫氣和二氧化碳的厭氧發酵，其涉及使該底物氣體在液體水性溶劑中與能夠產生含氧的有機化合物諸如乙醇、乙酸、丙醇和正丁醇的微生物接觸。這些含氧的有機化合物的產生需要大量的氫和一氧化碳。例如，一氧化碳和氫轉化為乙醇的理論公式是：

6CO+3H₂0·C₂H₅OH+4C0₂

6H₂+2C0₂·C₂H₅OH+3H₂0

如可以看到，一氧化碳的轉化導致二氧化碳的產生。氫的轉化涉及氫和二氧化碳的消耗，此轉化有時稱為H₂/C0₂轉化。對于本文的目的，將它稱為氫轉化。

包含在合成氣中的成分可以不利地影響用于合成氣的厭氧發酵的微生物。見例如Xu等人,The Effects of Syngas Impurities on Syngas Fermentation to Liquid Fuels,Biomass and Bioenergy,35(2011),2690-2696；美國公開的專利申請號20110097701；Abubackar等人,Biological Conversion of Carbon Monoxide:Rich Syngas or Waste Gases to Bioethanol,Biofuels,Bioproducts&Biorefining,5,(2011),93-114；及Munasinghe等人,Biomass-derived Syngas Fermentation into Biofuels:Opportunities and Challenges,Bioresource Technology,101,(2011),5013-5022。

已提出了凈化用于厭氧發酵的合成氣的許多方法。通常，該方法涉及從合成氣去除不同的不利成分的多種操作。Xu等人在第2692頁中指出：

“取決于雜質對生物過程和環境的影響，可能需要或不需要去除合成氣雜質。主要根據可負擔性和滿足終端用戶規格的能力來選擇適合于合成氣凈化的商業技術……目前，焦油裂解法(包括氣化器內的裂化)可以有效地將重烴和輕烴轉化至可忽略的水平。可以利用水淬洗滌器來去除氨和痕量雜質。因此，氨處理可以用于冷卻合成氣后的硫及C0₂處理。還可以加入氧化鋅床以用于額外的硫去除，使其下降至符合燃料合成要求的低水平……對于用C0₂作為底物之一的發酵方法，應考慮不同的硫處理法。備選地，可以通過使用可再生混合型氧化物吸附劑諸如鈦酸鋅來從氣化方法去除H₂S……。”

“氣化器下游的熱催化性氣體調節證明比物理策略(洗滌器+濾器)更有利。催化策略提供了將雜質(尤其是焦油和氨)轉化為有用的氣體化合物的可能性。通過向Zn-Ti吸附劑加入鈷和鎳促進劑(promoter)，NH₃分解和H₂S吸附將同時發生。大部分文獻集中于在973和1173K之間的溫度下在堿(煅燒白云石)和氧化鋁支持的鎳催化劑的作用下將焦油轉化為有用的氣體。煅燒白云石制成的保護床與鎳催化單元的偶聯可以有效地將焦油水平降至幾個ppm……”。

合成氣通常比等熱焓量的礦物燃料貴。因此，存在這樣的期望，在發酵操作中有效使用合成氣來制備價值更高的產物且在任何凈化操作中維持合成氣價值。尤其是對于諸如乙醇和乙酸的日用化學制品，任何轉化方法的財務可行性都將取決于資本成本以及一氧化碳和氫轉化為所尋求的產物的效率和實現該轉化的能耗。