通過氣化和發酵將二氧化碳封存到醇中的方法技術

本發明專利技術涉及通過氣化和發酵將二氧化碳封存到醇中的方法。具體來說，本發明專利技術涉及經碳質材料在具有兩個室的氣化器中的氣化來生產合成氣以及封存氣流中的二氧化碳用于將二氧化碳轉化為醇的方法，其包括：向氣化器中注入二氧化碳氣體、氧氣和碳質材料；其中在第一室中注入每干噸所述碳質材料高至30lb?mol的二氧化碳，任選在第二室中注入每干噸高至30lb?mol的二氧化碳，其中氣化室中未加入蒸汽；以及產生包含一氧化碳和氫氣的合成氣，其中所述合成氣包括的氫氣與一氧化碳的比為1或低于1；在發酵容器中使合成氣與生物催化劑接觸來產生醇產物混合物；以及從產物混合物中選擇性地回收醇，所述醇產物混合物包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇或其組合。

【技術實現步驟摘要】
通過氣化和發酵將二氧化碳封存到醇中的方法本申請是申請日為2009年6月19日、申請號為200980129163.7、專利技術名稱為“通過氣化和發酵將二氧化碳封存到醇中的方法”的專利技術專利申請的分案申請。政府利益聲明本專利技術的開發與美國能源部授權號DE-FG36-04G014315有關。專利
本專利技術涉及氣化的改良，以從含有至少一種還原氣且含有至少一種微生物的氣態底物生產醇。專利技術背景本專利技術構思了通過碳質材料的氣化產生合成氣體，所產生的含有CO、CO2、和H2的合成氣體可以進一步通過某些微生物的發酵或消化起到產生醇(甲醇，乙醇，丙醇，丁醇等)、乙酸、乙酸類物質、氫氣等的作用。以下反應和討論說明了涉及醇生產的本專利技術的實施方案；其在以下對該概念的描述中被用作產物的例子：6CO+3H2O→CH3CH2OH+4CO2(1)6H2+2CO2→CH3CH2OH+3H2O(2)CO2+C←→2CO(3)CO2+H2←→CO+H2O(4)CH4+CO2←→2CO+2H2(5)所產生的醇的量依賴于氣化和發酵過程的效率。在氣化中存在著許多無效率之處，包括與下面各方面有關的能量需求：制備碳質原料，供給碳質原料，提高碳質原料溫度，維持碳質原料溫度，在本專利技術的各個在前方面中利用各種氧化物質，與碳質原料的不充分氧化接觸，能量的環境損失，吸熱反應，加壓裝置內的空氣泄漏，以及碳原料向CO和H2的不完全轉化。使用低堆密度的碳質原料產生的無效率之處包括：熱點，過度暴露于氧化物質，減少的CO濃度，灰分結渣等。所加入的氧化物質的類型和量可以使溫度得以控制和醇產量得以增加。這些以及其它無效率之處減少了所得合成氣體中的有效CO和H2，這可以消極影響醇產量。發酵步驟也可以通過下述方面消極影響醇產量：CO或H2的不完全轉化，CO或H2的不完全利用，不希望有的副產品的產生，由不希望有的副產物誘導的抑制，細胞團損失等。在一些情況下，微生物參與CO轉化比參與H2轉化多。因此，較高的CO濃度可以提供較大的乙醇產量。對于用產乙酸細菌從生物質生產乙醇，乙醇產量可以為每噸干碳質原料約80加侖(gal/DT)。未利用或未轉化的碳可以作為二氧化碳余留下來。人們相信，將碳質原料轉化為醇可以幫助減少環境中的碳足跡。通過本專利技術進行的醇的生產可以增加燃料生產中碳的利用；因此對通過改善碳效率來積極地影響氣候變化有巨大的潛能。此外，本專利技術提供了減少對外國石油的依賴和增加全球能源穩定性的方法。二氧化碳重整是本領域已知的，然而，將碳質材料轉化為燃料仍舊具有技術意義和重要性。本專利技術適用于氣化和/或發酵過程，目的在于增加反應式(1)-(5)的醇(發酵產物)的收率，以及改善某些碳質原料的氣化效率。本專利技術還提供了通過將碳封存(sequestering)到液體運輸燃料醇中來減少溫室氣體排放的方法；因此減少了對石油化學燃料源的依賴。玉米秸稈和其它生物質材料的氣化常常導致過高的溫度和灰分的熔化(結渣)，而這種熔渣的去除沒有現成方法。用純氧或富氧作為氧化劑時，這種問題尤其普遍。此外，使用生物質原材料時，合成氣體中的一氧化碳組分常常十分稀薄(特別是用空氣作氧化劑時)，從而導致熱值低，以及后續轉化為電、化學品或燃料的所需氣體較少。二氧化碳是使全球變暖的氣體，其很容易由燃燒過程或某些化學或生物反應得到，如通過谷物或甘蔗的糖發酵產生乙醇。作為化石燃料消耗的結果，地球大氣中的二氧化碳濃度在逐漸增加。將CO2轉化為液體燃料的方法將能夠顯著地幫助減少地球大氣中的CO2濃度，并且能夠幫助減少CO2排放。谷物和甘蔗乙醇工藝需要大量的蒸汽和電用于原料的制備、乙醇的純化等。由于能源成本的增加，這些項目代表了乙醇生產的主要成本構成。此外，在收割谷物或蔗糖的過程中，一半或一半以上的作物為多半不用的生物質形式，如玉米秸稈或甘蔗葉和甘蔗渣。這種生物質可以用來通過適當的轉化工藝產生能量和或額外的乙醇。關于產乙酸菌的不同菌株(Drake，1994)在用合成氣生產液體燃料中的應用已有描述：食甲基丁酸桿菌(Butyribacteriummethylotrophicum)(Grethlein等，1990；Jain等，1994b)；Clostridiumautoethanogenum(Abrini等，1994)；楊氏梭菌(Clostridiumljungdahlii)(Arora等，1995；Barik等，1988；Barik等，1990；和Tanner等，1993)。其中，已知楊氏梭菌和Clostridiumautoethanogenum將CO轉化為乙醇。Gaddy等人的美國專利No.5,173,429公開了厭氧微生物楊氏梭菌ATCCNo.49587，其用合成氣體中的CO和H2O和/或CO2和H2生產乙醇和乙酸類物質。Jain等人的美國專利No.5,192,673公開了丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobytylicum)的突變株和用該菌株制備丁醇的工藝。Gaddy等人的美國專利No.5,593,886公開了楊氏梭菌ATCCNo.55380。該微生物可以用廢氣(例如，碳黑廢氣)作為底物厭氧生產乙酸類物質和乙醇。Gaddy等人的美國專利No.5,807,722公開了用厭氧細菌如楊氏梭菌ATCCNo.55380將廢氣轉化為有用產物如有機酸和醇的方法和裝置。Gaddy等人的美國專利No.6,136,577公開了用厭氧細菌如楊氏梭菌ATCCNo.55988和No.55989將廢氣轉化為有用產物如有機酸和醇(尤其是乙醇)的方法和裝置。Gaddy等人的美國專利No.6,136,577公開了用厭氧楊氏梭菌菌株將廢氣轉化為有用產物如有機酸和醇(尤其是乙酸)的方法和裝置。Gaddy等人的美國專利No.6,753,170公開了生產乙酸的厭氧微生物發酵工藝。Gaddy等人的美國專利No.7,285,402公開了生產醇的厭氧微生物發酵工藝。其它微生物菌株在用合成氣體生產液體燃料中的應用也有描述，例如：食甲基丁酸桿菌(Grethlein等，1990，Appl.Biochem.Biotech.24/24:875-884)；和Clostridiumautoethanogenum(Abrini等，1994，Arch.Microbiol.161:345-351)。用于氣化、合成氣體生產和合成氣體發酵有很多常規方法。然而，這些方法遭遇了很多無效率之處。對其它更有效的氣化方法，其它更有效的用于合成氣體的氣化方法，其它更有效的用于合成氣體發酵工藝的氣化方法，其它有效減少大氣中CO2濃度的方法，其它有效減少CO2排放的方法，和其它有效封存CO2的方法，一直存在需求。專利技術概述本專利技術提供了通過碳質材料在氣化器中的氣化來優化合成氣體生產的方法，包括：向氣化器中注入二氧化碳氣體、氧氣和碳質材料；產生包含一氧化碳和氫氣的合成氣。本專利技術提供了生產醇的方法，包括：向氣化器中注入二氧化碳氣體、氧氣和碳質材料；產生包含一氧化碳和氫氣的合成氣；在發酵容器中使合成氣與生物催化劑接觸，產生醇產物混合物；從產物混合物中選擇性地回收醇。作為實施方案，本專利技術提供了方法，其中所述碳質材料包括來自下列的供選物：碳質材料，碳質城市固體廢物，碳質農業材料，碳質林業材料，碳質木材廢料，碳質建筑材料，碳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
經碳質材料在具有兩個室的氣化器中的氣化來生產合成氣以及封存氣流中的二氧化碳用于將二氧化碳轉化為醇的方法，其包括：向氣化器中注入二氧化碳氣體、氧氣和碳質材料；其中在第一室中注入每干噸所述碳質材料高至30lb?mol的二氧化碳，任選在第二室中注入每干噸高至30lb?mol的二氧化碳，其中氣化室中未加入蒸汽；以及產生包含一氧化碳和氫氣的合成氣，其中所述合成氣包括的氫氣與一氧化碳的比為1或低于1；在發酵容器中使合成氣與生物催化劑接觸來產生醇產物混合物；以及從產物混合物中選擇性地回收醇，所述醇產物混合物包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇或其組合。

【技術特征摘要】
2008.06.20 US 61/129,358;2008.06.20 US 61/129,359;1.經碳質材料在具有兩個室的氣化器中的氣化來生產合成氣以及封存氣流中的二氧化碳用于將二氧化碳轉化為醇的方法，其包括：向氣化器中注入二氧化碳氣體、氧氣和碳質材料；其中在第一室中注入每干噸所述碳質材料高至30lb-mol的二氧化碳，任選在第二室中注入每干噸高至30lb-mol的二氧化碳，其中氣化室中未加入蒸汽；以及產生包含一氧化碳和氫氣的合成氣，其中所述合成氣包括的氫氣與一氧化碳的比為1或低于1；在發酵容器中使合成氣與生物催化劑接觸來產生醇產物混合物；以及從產物混合物中選擇性地回收醇，所述醇產物混合物包括甲醇、乙醇、丙醇和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：詹姆斯·L·戈迪，青煥·辜，約翰·蘭德爾·菲利普斯，邁克爾·西恩·斯雷普，
申請(專利權)人：伊內奧斯生物股份公司，
類型：發明
國別省市：瑞士,CH