生產高濃度二氧化碳產物的方法技術

生產適合于直接使用或更容易進一步純化的高濃度二氧化碳的方法，其中使用定義的富氧流體進行一種或多種含碳物質的微生物生長和發酵。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術主要涉及二氧化碳的生產。二氧化碳具有很多用途，例如，二氧化碳可用于碳酸鹽飲料、用于冷藏、冰凍和保藏海鮮、肉類、家禽、烘烤食物、水果和蔬菜以及延長日常用品的保存期限。在工業廢物和生產用水處理中作為硫酸的代替物控制pH值水平是一個重要的環境因素。其它用途包括飲用水處理、對環境無害的殺蟲劑和在溫室中改善蔬菜生長的空氣添加劑。通常通過純化有機或無機化學處理的副產物的廢氣或其它流生產二氧化碳。可將所述含有二氧化碳的廢氣流冷凝并隨后在精餾塔中處理生產產品級的二氧化碳。在廢氣流中的二氧化碳的濃度越高，生產工業可用的二氧化碳的最終純化就越容易和越便宜，因此希望用于最終生產二氧化碳設備的進料流具有盡可能高的二氧化碳濃度。實際上非常希望來自化學處理的含二氧化碳的流體副產物具有足夠高的二氧化碳濃度以致不必進行進一步的純化而生產出工業可用的二氧化碳。因此，本專利技術的目標是提供由生物處理生產二氧化碳的方法，其中生產的二氧化碳具有足夠高的濃度以致減少或避免了進一步處理來自所述方法的二氧化碳產物的水平或需要以生產工業可用的二氧化碳。本領域的技術人員通過閱讀本公開會理解通過本專利技術實現的上述和其它目標，所述公開包括生產二氧化碳的方法，包括(A)提供富氧流體給含一種或多種含碳物質的發酵液；(B)在發酵容器中，應用來自所述富氧流體的氧氣促進所述發酵液中微生物的生長，在所述發酵液中進行發酵并在其中生產二氧化碳；(C)將發酵液流輸送出所述發酵容器，通過熱交換器，隨后在循環管中返回至所述發酵容器；(D)鼓泡使二氧化碳冒出所述發酵液形成具有二氧化碳濃度為至少97.5％(摩爾)的氣體混合物；和(E)回收所述氣體混合物作為產物二氧化碳。這里所用的術語“發酵液”是指含有微生物和一種或多種可被所述微生物新陳代謝和/或發酵的含碳物質的液體介質。這里所用的術語“富氧流體”是指具有至少40％(摩爾)的氧氣濃度的氣體。這里所用的術語“發酵”是指通過微生物進行的生化處理，其中生產二氧化碳。附圖說明圖1是代表本專利技術的微生物生長和二氧化碳生產方法的一個優選實施方案的簡圖。圖2是代表本專利技術的另一個優選實施方案的簡圖，其中在循環管內向發酵液提供富氧流體。參照附圖對本專利技術進行詳細描述?，F在參照圖1，發酵容器1裝有發酵液20。發酵液20一般含有用于發酵生產乙醇的碳水化合物(如糖)和微生物(如酵母)的含水混合物。然而，本專利技術不限于乙醇的發酵。在本專利技術的實施中可進行任何其中使用氧氣維持微生物的生長和/或微生物的或生物化學活性和其中生產了作為副產物的二氧化碳的發酵或微生物處理。通過管道系統5向發酵液提供富氧流體21。所述富氧流體具有至少40％(摩爾)，優選至少80％(摩爾)，最優選至少90％(摩爾)的氧氣濃度。如果需要，所述富氧流體可為具有氧氣濃度為99.5％(摩爾)或更高的氧氣濃度的工業純氧。在圖1說明的實施方案中，將所述富氧流體提供給裝在容器1中的發酵液。由管道系統5輸送的富氧流體通過一個或多個的細泡擴散器4并以小泡冒出進入發酵液20中。在液20中的微生物或其它氧氣消耗體使用來自所述富氧流體的氧氣以進行液20中的各種含碳物質(如碳水化合物)的微生物生長和發酵以生產二氧化碳和例如乙醇。在圖1說明的實施方案中，通過由發動機2驅動的攪拌器3攪拌或混合液20使所述富氧流體分散。在液20中的二氧化碳和其它氣體被鼓泡冒出液20并形成具有至少97.5％(摩爾)的二氧化碳濃度的氣體混合物22。氣體混合物22的二氧化碳濃度取決于處理條件可超過98.5％(摩爾)并甚至超過99.5％(摩爾)。事實上，氣體混合物22的二氧化碳濃度可多至大約99.9％(摩爾)。在管道系統6中將氣體混合物22移出并作為產物二氧化碳回收，所得二氧化碳可在工業上使用或可進一步進行一步或多步的純化步驟，如低溫精餾或溶劑吸附。所述含碳物質的發酵是放熱的。發酵的放熱性可導致在所述發酵液中的熱積累從而使得所述發酵液中的微生物生長速率和發酵速率降低。為了避免在生產中出現這種降低，應用了發酵液冷卻循環管。現在再次參照圖1，在流23中發酵液從容器1中移出，通過閥門24并作為流25流向循環泵7。將所得的泵壓流26傳輸通過熱交換器8，在其中采用冷卻流體30(如水)通過間接熱交換冷卻。將冷卻后的發酵液9通過主循環流27和/或旁路循環流28和旁路閥門29返回發酵容器1中。圖2說明本專利技術的另一個實施方案，其中將富氧流體傳輸通過循環管提供給發酵液。在圖2中的通用元件的編號與圖1中的那些相同，不再對這些通用元件進行詳細描述?，F在參照圖2，將經過冷卻的循環流27傳輸進入裝備有細泡發生裝置10的接受器31中。裝置10可為例如燒結金屬細泡分布器/擴散器、陶瓷細泡擴散器、膜類型的氣泡擴散器、聲速噴嘴、氣體/液體混合噴嘴、文丘里型氣體液體混合噴嘴、孔板或氣體/液體流動阻礙裝置。將在流32中富氧流體輸送進入裝置10中并鼓泡進入在接受器31中的發酵液中。將所得的含氧氣發酵液通過流33從接受器31中移出。如果需要，可將部分或全部流33傳輸通過氣體/液體接觸管11，該裝置用于提高氣體/液體接觸時間并由此增強所述富氧流體在所述發酵液中的溶解。將剩余的流33(如果有)傳輸通過閥門34并隨后與來自管11的流體(如果有)混合以形成流35，將流35提供給擴散器12并從擴散器12出來后進入裝在容器1中的發酵液中，在那里進行大部分的微生物生長和發酵(與前面描述的方式相同)。擴散器12可為任何有效的氣體/液體分散噴嘴如，像液體循環噴射器。在本專利技術的實施中使用富氧流體中的高濃度氧氣以減少傳輸進入所述發酵容器中的惰性氣體和殘余氧氣的量，這些氣體最終將進入二氧化碳氣體混合物產物中，由此得到和保持二氧化碳濃度在有益的高水平上。另外，使用高氧氣濃度以減少操作發酵設備所需的能量，和另外將減少從某些類型的發酵裝置中的氣味的散發。雖然已經參照某些優選的實施方案對本專利技術進行了詳細的描述，本領域中的技術人員會認識到在權利要求書的宗旨和范圍內還有其它實施方案。權利要求1．生產二氧化碳的方法，包括(A)提供富氧流體給含一種或多種含碳物質的發酵液；(B)在發酵容器中，應用來自所述富氧流體的氧氣促進所述發酵液中微生物的生長，在所述發酵液中進行發酵并在其中生產二氧化碳；(C)將所述發酵液傳輸出所述發酵容器，通過熱交換器，隨后在循環管中返回至所述發酵容器；(D)鼓泡使二氧化碳冒出所述發酵液形成具有二氧化碳濃度為至少97.5％(摩爾)的氣體混合物；和(E)回收所述氣體混合物作為產物二氧化碳。2．權利要求1的方法，其中將所述富氧流體提供給裝在所述發酵容器中的發酵液。3．權利要求1的方法，其中將所述富氧流體提供給在所述循環管中的發酵液。4．權利要求3的方法，其中將所述富氧流體提供給所述熱交換器下游的發酵液。5．權利要求4的方法，其中將所述發酵液提供給接受器，和將所述富氧流體提供給所述接受器并擴散進入所述接受器中的發酵液。6．權利要求4的方法，其中至少部分的含氧發酵液在被傳輸回所述發酵容器前被傳輸通過接觸管。7．權利要求1的方法，其中所述發酵包括一種或多種碳水化合物的微生物發酵以生產乙醇。8．權利要求1的方法，其中所述二氧化碳產物進行至少一步進一步的純化步驟。9．權利要求8的方法，其中所述至少一步本文檔來自技高網...

【技術保護點】
生產二氧化碳的方法，包括：（Ａ）提供富氧流體給含一種或多種含碳物質的發酵液；（Ｂ）在發酵容器中，應用來自所述富氧流體的氧氣促進所述發酵液中微生物的生長，在所述發酵液中進行發酵并在其中生產二氧化碳；（Ｃ）將所述發酵液傳輸出所述發酵 容器，通過熱交換器，隨后在循環管中返回至所述發酵容器；（Ｄ）鼓泡使二氧化碳冒出所述發酵液形成具有二氧化碳濃度為至少９７．５％（摩爾）的氣體混合物；和（Ｅ）回收所述氣體混合物作為產物二氧化碳。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：CKK何，D克朗沃爾德，
申請(專利權)人：普萊克斯技術有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]