[發明專利]用于在好氧生物合成期間控制氧濃度的方法

有效

• 申請號: 201980018256.6
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN111836897B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 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;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

本公開提供了用于在好氧生物合成(例如發酵)期間控制氧濃度的方法。所述方法可包括將含氧氣體進料到包含發酵原料的容器中，以及使所述發酵原料與所述含氧氣體反應以形成發酵液，所述發酵液包含分散在所述發酵液內的氣相。所述氣相可包含來自所述含氧氣體的任何未反應的氧氣。所述方法還包括將分散氣相中的未反應的氧氣的濃度降低至小于易燃性的極限氧濃度(“LOC”)，然后將所述氣相從所述發酵液中分離。所述氣相中的未反應的氧氣的濃度通過采用氧去除方案或氧稀釋方案來降低。

優先權聲明

本申請要求提交于2018年3月30日的美國臨時專利申請號62/650,585的權益，該臨時專利申請全文以引用方式并入本文。

技術領域

本公開一般涉及用于在好氧生物合成期間控制氧濃度的方法。具體地講，本公開涉及用于將包含易燃氣體諸如氫氣的發酵液的氣相中的氧濃度降低至低于極限氧濃度(“LOC”)，然后將該氣相從發酵液中分離的方法。

背景技術

在氣體進料發酵中，富碳氣體諸如二氧化碳、一氧化碳和甲烷由微生物轉化成多種多樣的產物，諸如燃料、蛋白質和化合物，例如醇和有機酸。這些產物被化學、石化、醫藥、動物飼料、環境和農業領域中的行業使用。氣體發酵過程可利用多種原料，包括家庭、工業或農業廢物，從而減少對碳的化石源的依賴并減少溫室氣體的排放。當與高溫和高壓化學催化反應相比時，發酵過程通常在較低的反應溫度和壓力下操作。

發酵過程中使用的微生物在發酵罐內在各種工程和物理條件下生長，諸如攪拌、混合、曝氣、壓力、剪切、溫度和pH。一些微生物在厭氧條件下生長，然而另一些在好氧條件下生長。對于好氧反應，通常將空氣用作氧氣源，但也可使用富氧空氣或純氧氣。一般優選的是在最高可能的氧濃度下操作以使氧質量傳遞最大化，從而優化生產率。這是因為從氣相到液相的氧質量傳遞的速率對于大多數好氧微生物生物合成反應而言是限速步驟。

在好氧生物合成期間，來自氧氣源的任何未反應的氧氣(例如空氣)從發酵液中分離到生物反應器(例如發酵罐)的頂部空間中。未反應的氧氣與其他未反應的氣體(例如，廢氣)在生物反應器的頂部空間中混合。在進氣包含潛在易燃組分的某些情況下，進氣(例如含氧氣體、含氫氣體和含二氧化碳氣體)的總和可具有大于包含所述易燃組分的組合物的LOC的氧濃度，例如對于空氣/氫氣體系而言為6體積％氧濃度。發酵罐頂部空間中的氣體混合物和廢氣中的任何未反應的氧氣均可導致易燃混合物，尤其是當好氧生物合成過程中使用或產生易燃氣體(例如氫氣)、易燃揮發性有機產物或中間體時。即使小規模(例如實驗室)操作時，仍存在來自易燃氣體混合物的爆炸的風險，但是由于小規模的生物反應器和減小的氣體體積，這種風險的程度得以減輕。然而，當擴大用于中試或商業用途的生物反應器的尺寸時，易燃性和爆炸的風險是安全操作該方法的主要關注點。此外，當設計高于LOC操作的大規模系統時，必要的設備設計特征可能是極其花費資本的，尤其是在較高的操作壓力下，例如，可能需要防爆電子器件、防爆閥、較厚的鋼等。

因此，需要在將氣相從發酵液分離到生物反應器的頂部空間中之前，將氧濃度改善控制到低于易燃氣體組分的易燃性的極限氧濃度(LOC)，同時實現可接受的生產率、資本成本(資金效率)和操作成本。

發明內容