[發明專利]高氫氣利用率和氣體再循環

有效

• 申請號: 201980018226.5
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN111886345B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 加里·J·史密斯;保羅·S·珀爾曼;格雷戈里·S·柯比
• 申請（專利權）人: 英威達紡織（英國）有限公司
• 主分類號: C12P1/00
• 分類號: C12P1/00;C12P7/52;C12M1/04;C12P5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳勝周

本文提供了用于再循環和補充來自氣體進料反應過程的廢氣的系統和方法。所述系統和方法尤其可用于將氫氣轉化成一種或多種生物合成產物的生物過程。通過維持單獨的氫氣和氧氣進料氣體流并且形成將目標濃度范圍內的所述供應氣體的目標組分引入生物反應器的再循環氣體，可增強所述生物過程的產量、生產率和安全性。

優先權聲明

本專利申請要求2018年3月30日提交的美國臨時專利申請號62/650,590以及2018年3月30日提交的美國臨時專利申請號62/650,575的權益，這兩個申請出于所有目的以引用方式并入本文。

技術領域

本公開整體涉及可用于合成過程的系統和方法。具體地，本公開涉及包括補充氣體再循環以支持利用大量氫氣的生物過程的系統和方法。

背景技術

在氣體進料發酵中，揮發性氣體(諸如二氧化碳、一氧化碳、氫氣和甲烷)由微生物轉化成廣泛范圍的產物，諸如燃料、蛋白質和化合物(例如，醇和有機酸)。這些產物可由化學、石化、醫藥、動物飼料、環境和農業領域的行業使用。涉及生物反應器的各種配置的發酵系統用于生成各種各樣的材料，包括抗生素、疫苗、合成生物聚合物、合成氨基酸和可食用蛋白質。有利地，氣體發酵過程可利用各種原料，包括家庭、工業或農業廢物，由此減小對化石碳源的依賴并且減小溫室氣體的排放。此外，當與高溫和高壓化學催化反應相比時，發酵反應通常在更低的反應溫度和壓力下操作。

氣體進料發酵的示例可見于美國專利申請公布號US?2012/0003706，其描述了用于通過與發酵液體接觸而將包括一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體輸入流轉化成液體產物的厭氧過程，其中過程控制發酵容器中的一氧化碳和二氧化碳的濃度。過程將進料氣體流和再循環氣體流充入發酵容器，并且在發酵液體上方收集廢氣流。廢氣流流動到氣體噴射器，該氣體噴射器使用再循環液體作為動力流體以將廢氣與再循環液體混合成氣-液分散體。再循環液體與廢氣的接觸吸收二氧化碳以提供再循環流。氣體分離容器將廢氣的剩余部分分離成再循環氣體。將再循環氣體與氣體輸入流混合稀釋了一氧化碳的濃度以降低發酵容器中的一氧化碳濃度。分離的再循環液體流動到二氧化碳汽提塔以移除二氧化碳。

美國專利申請公布號US?2013/0065285包括用于采用化學自養的需氧微生物來從工業廢物中捕集碳的系統。系統包括工業源(諸如水泥廠)以及包括微生物的生物反應器。生物反應器被進料來自源的廢物流(該廢物流向微生物提供碳)并且還被進料氫氣(微生物從氫氣中獲得其能量)。可從被進料有機給料的氣化器提供另外或另選的碳。提供給微生物的碳被轉化成可從生物反應器回收的化學產物。可使用由可再生能源生成的電力通過電解產生氫氣。

使用氣體進料生物反應器的另外生物過程在以下專利申請中進行描述：國際專利申請公布號WO?2017/165244，其涉及將氣態碳源(諸如合成氣、生產天然氣和與二氧化碳合并的可再生氫氣)轉化成營養的和其他有用的生物產物；以及國際專利申請號WO?2013/186340，其涉及通過使含水培養基中的細菌與包括氫氣和二氧化碳的氣體混合物接觸來產生2-羥基異丁酸的方法。

微生物可在氣體發酵罐內的各種工程和物理狀況下生長，諸如攪拌、混合、曝氣、壓力、剪切、溫度和pH。一些微生物在無氧狀況下生長，而另一些在有氧狀況下生長。對于有氧反應，空氣通常用作氧氣源，但也可使用富氧空氣或純氧氣。通常優選的是在最高可能氧氣濃度下操作以使氧氣質量傳遞最大化并且由此優化生產率。這是因為從氣相到液相的氧氣質量傳遞的速率是大多數有氧微生物生物合成反應的已知限速步驟。