一種用于氣相底物發酵生產有機醇的系統技術方案

本實用新型專利技術屬于生物工程領域，涉及一種用于氣相底物發酵生產有機醇的系統，包括生物反應器、過濾設備和有機物分離裝置，生物反應器上連接有接收外部輸入的氣相底物的氣相底物輸入管，所述系統還包括逸出氣體氣液分離裝置和尾氣處理裝置，所述逸出氣體氣液分離裝置與生物反應器之間連接有逸出氣體輸送管，逸出氣體氣液分離裝置與尾氣處理裝置之間連接有發酵尾氣輸送管，尾氣處理裝置和氣相底物輸入管之間連接有處理后發酵尾氣輸送管。本實用新型專利技術的系統提高了氣相底物的轉化率，提高有機醇產率，降低氣相底物和二氧化碳的排放，保護環境。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于生物工程領域，涉及一種用于氣相底物發酵生產有機醇的系統。
技術介紹
能源是現代社會賴以生存和發展的基礎。為彌補化石燃料的不足、優化能源結構和保護生態環境，大力開發新能源和可再生能源是當今世界研究開發的熱點，其中利用含CO或氏/0)2的氣體為底物厭氧發酵生產有機酸或有機醇就是很有潛力和競爭力的技術。含CO和/或H2的氣體主要來自碳黑、焦炭、制氨、石油加工、鋼鐵等工廠產生的廢氣。每年通過工業復合物排放超過600萬噸CO和接近400萬噸H2。許多情況下，這些氣體被排放到大氣中，對環境造成嚴重的污染。另一類含CO和/或H2的氣體源自煤、石油、生物質和有機廢物等含碳物質的氣化，它的主要成分為CO、H2和CO2，還含有少量的CH4和一些硫、氮的化合物，是一類豐富而廉價的生物加工原料。這些氣體可通過厭氧發酵轉化為多種有用的燃料和化學品，比如乙酸、丁酸、乙醇和丁醇等。與合成氣化學轉化相比，生物轉化具有以下幾個優點(I)生物轉化的反應條件溫和；(2)酶的專一性比無機催化劑高，因而產物得率高，副產物少；(3)生物轉化不需要固定的0)和氏比例；(4)發酵菌對合成氣中的硫化物具有耐受性，減少了氣體凈化成本。以CO和/或H2和CO2為底物通過厭氧微生物發酵生產乙酸、乙酸鹽或其它具有商業價值的產品的方法已經有了實驗室規模的實施。參見，例如，Vega等(1989)，生物技術與生物工程，34 :785-793 ;Klasson等(1990)，應用生物化學與生物技術，24/25 I。作為合成氣發酵底物的氣體如CO或者H2在水中溶解度不大，氣相底物的傳遞涉及氣、固、液三相氣體底物、培養基(發酵液、液相)和懸浮在培養基中的微生物細胞(固相)；氣相底物必須先擴散到氣-液界面，再在液相中微生物細胞表面為細胞所用，氣液傳質主要阻力在氣-液界面上。以CO和H2為底物合成乙酸、乙醇的反應方程式如下6C0+3H20 = C2H50H+4C02(I)6H2+2C02 = C2H50H+3H20(2)4C0+2H20 = CH3C00H+2C02(3)4H2+2C02 = CH3C00H+2H20(4)合成氣連續通入生物反應器，發酵產生乙酸、乙醇和C02，N2和甲烷等非反應氣體不參與發酵反應。由未被轉化的CO和H2、副產物C02、N2和甲烷等非反應氣體組成的發酵尾氣從生物反應器上排出。⑶和仏的單程轉化率低于100%，一般為60-80%，所以發酵尾氣中存在一定比例的發酵底物。發酵尾氣一般組成為(體積％，組分和新鮮合成氣組成、底物轉化率有關)C0250 60%，C0 16 30%，H216 28%，隊和甲烷等O. I 5%。回收利用尾氣中有用底物，既經濟又環保。中國專利ZL200510109722. I “生產乙酸的微生物工藝以及從發酵液中萃取乙酸的溶劑”，ZL99810663. I “生產乙酸的微生物工藝以及從發酵液中萃取乙酸的溶劑”，ZL96180363. O “用生物學工藝從廢氣中制備乙酸”公開了用此類氣體、培養基和一種或多種厭氧菌在生物反應器內發酵的方法大規模生產乙酸等有用化學品的方法。這些專利方法中氣相底物在經過生物反應器后其中非反應氣體和未反應基質氣體作為廢氣釋放，沒有提及發酵尾氣的處理和回用。另一方面，在工業實際生產中，發酵液逸出氣體氣量非常大，當這些逸出氣體逸出發酵液時，會攜帶出部分生成的乙醇和水，如果不采取措施，會導致生物反應器中水分大量流失，需要不斷地補充水分以繼續發酵過程；而生成的乙醇隨之逸出也影響了乙醇的終產量。常規的氣相底物發酵生產有機醇的系統包括生物反應器、過濾設備和有機物分離 裝置，其中生物反應器用于氣相底物發酵，生物反應器上連接有接收外部輸入的氣相底物的氣相底物輸入管，生物反應器與過濾設備之間連接有流通管，用于將發酵物輸送至過濾設備中進行細胞過濾；過濾設備和有機物分離裝置之間連接有流通管，用于將過濾出細胞后的過濾物進行分離，以分離出有機物。使用常規的系統無法實現發酵尾氣的處理和回用。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種用于氣相底物發酵生產有機醇的系統，以處理和回用發酵尾氣。一種用于氣相底物發酵生產有機醇的系統，包括生物反應器、過濾設備和有機物分離裝置，生物反應器上連接有接收外部輸入的氣相底物的氣相底物輸入管，其中，所述系統還包括逸出氣體氣液分離裝置和尾氣處理裝置，所述逸出氣體氣液分離裝置與生物反應器之間連接有逸出氣體輸送管，逸出氣體氣液分離裝置與尾氣處理裝置之間連接有發酵尾氣輸送管，尾氣處理裝置和氣相底物輸入管之間連接有處理后發酵尾氣輸送管。優選地，所述生物反應器和過濾設備之間連接有將過濾出的細胞濃溶液輸回至生物反應器的細胞回流管。優選地，所述有機物分離裝置與生物反應器之間連接有將有機物分離裝置中分離出的水輸回至生物反應器的返回水管。優選地，所述逸出氣體氣液分離裝置與有機物分離裝置之間連接有有機醇水溶液輸送管。進一步優選地，所述逸出氣體氣液分離裝置與生物反應器之間還連接有液體輸送管。優選地，所述生物反應器是固定化細胞反應器或懸浮細胞反應器；進一步優選地，所述生物反應器是滴流床反應器、連續攪拌反應器或氣升式反應器。優選地，所述過濾設備是離心機、超濾膜過濾裝置或中空纖維膜過濾裝置。進一步優選地，所述過濾設備是中空纖維膜過濾裝置。優選地，所述有機物分離裝置是精餾塔或萃取精餾裝置。進一步優選地，所述有機物分離裝置是精餾塔。優選地，所述逸出氣體氣液分離裝置是換熱器、氣液分離膜組塊、溶劑吸收捕集裝置。優選地，所述尾氣處理裝置是精餾塔、變壓吸附裝置、膜分離裝置或者化學吸附裝置；進一步優選地，所述尾氣處理裝置是變壓吸附裝置。優選地，所述發酵尾氣輸送管上還設置有排氣管，用于將部分發酵尾氣輸送至例如火炬的處理裝置中燃燒。在該系統中，氣相底物輸入至生物反應器中進行發酵，發酵后的產物流入細胞過濾設備中進行細胞過濾，以分離細菌細胞。分離出的細胞濃溶液通過細胞回流管輸回至生物反應器回收利用，其它物質進入有機物分離裝置中分離出有機物和水。分離出的水回流至生物反應器中重復利用。生物反應器中的逸出氣體首先進入逸出氣體氣液分離裝置分離出有機醇和水，剩余的發酵尾氣進入尾氣處理裝置中。尾氣處理裝置回收其中的二氧化碳，從而富集氣相底物。處理后的尾氣通過尾氣處理裝置和氣相底物輸入管之間的處理后尾氣輸送管輸送至氣相底物輸入管中，與新鮮氣相底物合并，并進入生物反應器中進行反應。 本技術的系統通過逸出氣體氣液分離裝置和尾氣處理裝置處理發酵過程中的逸出氣體，分離出氣體攜帶的有機醇和水，分離發酵尾氣中的二氧化碳，富集并回收利用氣相底物，提高了氣相底物的轉化率，提高有機醇產率，降低氣相底物和二氧化碳的排放，保護環境。附圖說明圖I是本技術一種實施方式的示意圖。具體實施方式現通過具體實施方式和附圖說明本技術，但本技術不限于以下內容。如圖I所示的一種具體實施方式中，本技術的用于氣相底物發酵生產有機醇的系統包括用于氣相底物發酵的生物反應器1，用于過濾細胞的過濾設備2，用于分離有機物的有機物分離裝置3，用于分離逸出氣體攜帶的有機醇和水的逸出氣體氣液分離裝置4和尾氣處理裝置5 ;其中，生物反應器I上連接有接收外部輸入的氣相底物的氣相底物輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于氣相底物發酵生產有機醇的系統，包括生物反應器、過濾設備和有機物分離裝置，生物反應器上連接有接收外部輸入的氣相底物的氣相底物輸入管，其特征在于，所述系統還包括逸出氣體氣液分離裝置和尾氣處理裝置，所述逸出氣體氣液分離裝置與生物反應器之間連接有逸出氣體輸送管，逸出氣體氣液分離裝置與尾氣處理裝置之間連接有發酵尾氣輸送管，尾氣處理裝置和氣相底物輸入管之間連接有處理后發酵尾氣輸送管。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：代俊明，楊建春，
申請(專利權)人：北京信匯生物能源科技股份有限公司，
類型：實用新型
國別省市：