改進的氣體基質發酵制造技術

本發明專利技術經由將副回路引入到強制循環回路反應器中而提供了一種用于改進的氣體基質發酵的反應器系統。所述反應器包括主回路，經由所述主回路，通過回路泵使包含氣體基質的發酵液循環穿過上升管區段和下降管區段。在所述回路泵的下游，將發酵液的一部分從所述下降管區段中抽出并且經由副回路引導到所述反應器的頂部。還提供了一種用于提高包括副回路的發酵容器中氣體基質向發酵液的質量傳遞的方法。還提供了一種用于減少包括副回路的發酵容器的頂部空間中的泡沫的方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于改進強制循環外部回路反應器的系統和方法。具體來說，本專利技術 將副回路引入到強制循環外部回路反應器中以調節反應器中的氣含率并且使得能夠改進 泡沫控制。
技術介紹
由合成氣體(合成氣）或含C0的工業尾氣生產的燃料和化學品代表了化石燃料以 及由其衍生的化學品的主要替代物。將這些氣體化學催化轉化成燃料或化學品是昂貴的或 在商業上沒有吸引力的。相反，將這些氣體生物轉化成燃料和化學品（也被稱為氣體發酵） 相對于催化工藝具有多種優勢，包括更高的特異性、更高的收率、更低的能量成本以及更大 的抗中毒性。 已知氣體發酵的效率主要受限于由于氣體基質（例如C0和H2)在液體中的溶解性 不佳所導致的低氣體-液體質量傳遞率。質量傳遞效率或體積質量傳遞率如下提供： 其中是氣體基質被傳遞到液相中的速率;k^a是體積質量傳遞系數，由液體 側質量傳遞系數h和此質量傳遞表面積a組成。C*是氣體在液體中的飽和濃度（即溶解 度），其與氣體基質的分壓成此例，并且α是液體中實際的氣體濃度，這兩者之間的差值，即 (c*-a)是質量傳遞驅動力。在純質量傳遞有限的條件下，a?(LVR是反應器的濕態體積并 且它是氣體體積和液體體積的總和。 因此，為了提高質量傳遞效率，需要提高kLa或驅動力。所述驅動力可以通過使用 更高的壓力來提高;然而，這樣的方法是高成本的，這是因為需要壓縮氣體。一般更優選的 是，提高和/或a。雖然是液體和氣體的固有特性，這意味著它難以改變，但是a與氣含率G 和平均氣泡半徑rb具有簡單的關系，這兩者均可以容易地被操控。所述關系如下： 級 上述公式決定了此質量傳遞面積可以通過氣含率G的增加或氣泡尺寸rb的減小或 這兩者的組合來增加。令人遺憾的是，這些方法中的大多數傾向于產生大量的泡沫，這可能 會阻塞生物反應器下游的管線。因此，當采取措施增加質量傳遞表面積時，必須特別注意對 泡沫的控制。 高質量傳遞率對于氣體發酵來說一般是理想的。然而，如果質量傳遞率高于微生 物可以提供的最大反應速率，那么所述過程可能受到基質抑制。舉例來說，高的溶解C0濃度 使得微生物緩慢生長和出的緩慢吸收，并且如果這樣的條件持續較長的一段時間，那么培 養物可能會慢慢地死去（用于煤合成氣體發酵的生物反應器的設計（D e s i g η 〇 f Bioreactors for Coal Synthesis Gas Fermentations)，J.L.Vega，E.C.，Clausen以及 J.L.Gaddy，1990，Resources，Conservation and Recycling，第3卷，第 149-160頁；CO分壓 對粘液真桿菌KIST612的細胞再循環連續CO發酵的影響(Effect of CO partial pressure on cell-recycled continuous CO fermentation by Eubacterium limosum KIST612)， 1.3.〇1&即，13.!1.1(;\3.13&1^，2001，？1'〇。68 8 13;[0。116111181:^，第37卷，第411- 421頁）。這樣的"過度供應"條件在小規模的充分混合的反應器中可以整體存在，但是在大 規模的反應器中也可以局部存在，其中存在高的局部溶解C0濃度，通常在底部存在，在所述 底部，氣體被引入并且C0分壓是高的。因此，用于氣體發酵的商業規模的反應器需要提供高的氣體向液體的質量傳遞 率，并且還需要是靈活的以使得可以在必要時對質量傳遞率進行調節。有效的泡沫控制也 是一項要求。 在工作臺規模下，通常在連續攪拌釜式反應器(CSTR)中進行氣體發酵。然而，這些 由于高能量消耗和其它問題而對于商業規模應用來說是不適當的。取而代之，可以使用具 有或沒有內部或外部回路的鼓泡塔進行大規模的氣體發酵。強制循環外部回路反應器是一 種類型的鼓泡塔反應器，其中通過在本文被稱為回路栗的栗迫使液體在主塔(上升管)與外 部回路(下降管)之間循環。 在已知的強制循環回路反應器配置中，回路栗的速度對系統的流體動力學和質量 傳遞有以下兩個主要的影響：（a)回路栗速度增加會提高從上升管到下降管的氣體夾帶，這 傾向于提高上升管和下降管的氣含率，并且因此提高質量傳遞；（b)回路栗速度增加會使上 升管中的液體速度增加，這傾向于快速地洗去上升管中的氣泡并且減小氣含率，并且縮短 氣體停留時間。反之，如果回路栗速度減小，那么上升管中的氣泡可以停留一段較長的時 間，但是進入下降管中的氣體夾帶將顯著更少，這可能會降低下降管中的反應速率以及反 應器的總體性能。此外，由于在上升管的底部引入的氣體具有高的C0含量，因此深反應器中 低的回路栗速度會加劇基質抑制。 因此，回路栗由于它對氣體夾帶和上升管液體速度的相互競爭的影響而在調節質 量傳遞方面是無效的。本專利技術的目的在于提供使回路栗的兩個相互競爭的影響失去聯系的 裝置和在其中提供更有效的質量傳遞調節，以及提高的泡沫控制和更低的總能量消耗。此 外，本專利技術克服了本領域已知的缺點并且為公眾提供了用于多種有用產品的最佳生產的新 方法。即使是對用于生產一種或多種產品的氣體發酵工藝或系統的小的改進也可能對這種 工藝或系統的效率，并且更特別是商業可行性有顯著的影響。
技術實現思路
在第一個方面，提供了一種用于使氣體基質發酵的反應器系統，所述系統包括： (a)發酵容器，所述發酵容器包括:上升管區段，其中使液體發酵液和氣體基質同 時向上流動；以及下降管區段，其中使所述液體發酵液和所述氣體基質同時向下流動，所述 上升管區段和所述下降管區段由基本上水平的區段連接并且被配置以使得使用栗送裝置 使液體發酵液和氣體基質在主回路中從靠近所述下降管區段的底部的點，穿過所述上升管 循環到所述下降管區段的頂部處的入口點； (b)副回路，所述副回路包括位于靠近所述上升管區段的底部的點處的出口、使來 自所述上升管的底部的所述出口與所述上升管的頂部處的入口連接的管道裝置、以及位于 所述出口點與所述入口點之間的栗送裝置，從而使得發酵液和氣體基質從所述下降管的底 部循環到所述上升管區段的頂部； (c)至少一個氣體入口，所述氣體入口被配置成將氣體基質引導到所述上升管區 段中；以及 (d)至少一個氣體出口，所述氣體出口被配置成允許氣體離開所述上升管區段。 在第一個方面的具體實施方案中，所述生物反應器被配置用于使氣體基質發酵以 產生包括至少一種酸或醇或其混合物的產物。在具體實施方案中，所述氣體基質包含C0和 任選的H2。在另外的替代性實施方案中，所述氣體基質包含0)2和出。 在第一個方面的具體實施方案中，所述反應器包括主回路，所述主回路本身包括 上升管區段和下降管區段；以及副回路。在具體實施方案中，所述副回路將發酵液從所述發 酵容器的下降管區段中取出。在具體實施方案中，所述副回路在主回路栗下游取出發酵液。 在具體實施方案中，在所述主回路栗的下游，借助于副栗抽出所述發酵液。 在替代性實施方案中，所述發酵容器的下降管區段包括位于副回路出口的上游的 閘門閥。在這個實施方案中，可以通過使用所述閘門閥限制主回路的流量將發酵液從下降 管抽出到副回路中。通過調節所述閘門本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于使氣體基質發酵的反應器系統，所述系統包括：(a)發酵容器，所述發酵容器包括：上升管區段，其中使液體發酵液和所述氣體基質同時向上流動；以及下降管區段，其中使所述液體發酵液和所述氣體基質同時向下流動，所述上升管區段和所述下降管區段由基本上水平的區段連接并且被配置以使得使用泵送裝置使液體發酵液和氣體基質在主回路中從靠近所述下降管區段的底部的點，穿過所述上升管循環到所述下降管區段的頂部處的入口點；(b)副回路，所述副回路包括位于靠近所述上升管區段的底部的點處的出口、使來自所述上升管的底部的所述出口與所述上升管的頂部處的入口連接的管道裝置、以及位于所述出口點與所述入口點之間的泵送裝置，從而使得發酵液和氣體基質從所述下降管的底部循環到所述上升管區段的頂部；(c)至少一個氣體入口，所述氣體入口被配置成將氣體基質引導到所述上升管區段中；以及(d)至少一個氣體出口，所述氣體出口被配置成允許氣體離開所述上升管區段。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李雪良，S·特里維西克，B·J·科西，
申請(專利權)人：朗澤科技新西蘭有限公司，
類型：發明
國別省市：新西蘭;NZ