[發明專利]由間接氣化的合成氣發酵的方法

在審

• 申請號: 201611215251.7
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN106636222A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: R·達塔;R·科雷
• 申請（專利權）人: 賽納塔生物有限公司
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12P7/16;C12P7/52;C12P7/54;C12R1/145;C12R1/01
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 徐國棟,林柏楠

本申請是申請號為201080041017.1、申請日為2010年8月27日、發明名稱為“由間接氣化的合成氣發酵的方法”的專利申請的分案申請。

相關申請

本申請要求2009年9月16日提交的美國專利申請12/561,116的利益和優先權。

技術領域

本發明涉及合成氣的生產及CO和CO₂與H₂的混合物向液體產物的生物轉化。

背景技術

用作液體發動機燃料或用于與常規汽油或柴油機燃料混合的生物燃料的生產在世界范圍內日益增加。這類生物燃料例如包括乙醇和正丁醇。生物燃料的主要驅動力之一是它們通過發酵和生物加工技術由可再生資源得到。按照慣例，生物燃料由容易發酵的碳水化合物如糖和淀粉制備。例如，用于常規生物乙醇生產的兩類主要農作物為甘蔗(巴西和其它熱帶國家)和玉米或玉米(美國和其它溫帶國家)。提供容易發酵的碳水化合物的農業原料的可得性由于食品和飼料生產、耕地使用、水可用性和其它因素而受限。因此，木素纖維素原料如森林殘留物、來自種植園的樹、稻草、草和其它農業廢棄物可變成用于生物燃料生產的可行原料。然而，木素纖維素材料非常均勻的性質能使它們提供植物和樹的機械支撐結構，使得它們天生地抗生物轉化。而且，這些材料主要含有三種單獨類別的組分作為結構單元：纖維素(C₆糖聚合物)、半纖維素(各種C₅和C₆糖聚合物)和木質素(芳族和醚連接的雜聚物)。

例如，分解這些反抗結構以提供用于生物轉化成乙醇的可發酵糖通常需要預處理步驟以及化學/酶水解。此外，常規酵母不能將C₅糖發酵成乙醇，木質素組分不可通過這類有機體完全發酵。通常木質素占物質含量的25-30％和木素纖維素生物質的化學能含量的35-45％。由于所有這些原因，用于將木素纖維素生物質轉化成乙醇的基于預處理/水解/發酵路線的方法例如固有地困難且通常為不經濟的多步驟和多轉化方法。

可選擇的技術路線為將木素纖維素生物質轉化成合成氣(也稱為合成氣體，主要是CO、H₂和CO₂與其它組分如CH₄、N₂、NH₃、H₂S和其它痕量氣體的混合物)，然后將該氣體用厭氧性微生物發酵以產生生物燃料如乙醇、正丁醇或化學品如乙酸、丁酸等。該路線可固有地比預處理/水解/發酵路線更有效，因為氣化步驟可以以良好效率(例如大于75％)將所有組分轉化成合成氣，且一些厭氧性微生物菌株可以以高(例如大于90％理論值)效率將合成氣轉化成乙醇、正丁醇或其它化學品。此外，合成氣可由許多其它含碳原料如天然氣、重整氣、泥煤、石油焦、煤、固體廢物和填埋場氣體制備，使得這是更普遍的技術路線。

然而，該技術路線需要合成氣組分CO和H₂有效且經濟地溶于含水介質中并轉移至厭氧性微生物，所述厭氧性微生物將它們轉化成想要的產物。并需要非常大量的這些氣體。例如CO或H₂轉化成乙醇的理論公式為：

6CO+3H₂O→C₂H₅OH+4CO₂

6H₂+2CO₂→C₂H₅OH+3H₂O

因此，對于每摩爾乙醇，必須將6摩爾相對不溶性氣體如CO或H₂轉移至含水介質中。其它產物如乙酸和正丁醇對于氣體具有類似的大化學計量需求。

此外，產生這些生物轉化的厭氧性微生物由這些生物轉化產生非常少的代謝能。因此，它們生長非常緩慢且通常在它們生活周期的非生長階段繼續轉化以獲得用于其維持的代謝能。

如理論公式顯示想要產物生產中合成氣主要輸入的組分包含CO及H₂和CO₂，且用于供入微生物中的主要進料組分包含CO和H₂。對于高轉化率，合成氣生物轉化方法可尤其使用CO和H₂/CO₂以制備產物如乙醇、乙酸、丁醇等。這類生物轉化方法一般在中等壓力和低溫下操作。