別特征的Clostridium Coskatii。通過引用將這些參考文獻(xiàn)的所有全部內(nèi)容并入本文中。
[0041]用于將合成氣生物轉(zhuǎn)化成含氧有機(jī)化合物的合適微生物通常生活和生長在厭氧條件下，意指發(fā)酵液中基本不存在溶解氧。含水溶媒的輔助劑可包含緩沖劑、痕量金屬、維生素、鹽等。溶媒的調(diào)整可引發(fā)不同時間的不同條件，例如會影響微生物產(chǎn)量的生長和非生長條件。美國專利7，704，723公開了用于使用厭氧微生物生物轉(zhuǎn)化CO和比/0)2的合適含水溶媒的條件和含量，通過引用將其全部并入本文中。
[0042]厭氧發(fā)酵條件包括合適的溫度，例如25_60°C，通常約30_40°C。發(fā)酵條件，包括微生物密度、含水溶媒組成和合成氣停留時間，優(yōu)選足以實現(xiàn)所尋求的氫氣和一氧化碳的轉(zhuǎn)化效率，并取決于發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)計及其操作變化。壓力可以為亞大氣壓、大氣壓或超大氣壓，通常為約90-1000絕對KPa，在一些情況下，較高的壓力對生物膜發(fā)酵反應(yīng)器而言可能是理想的。由于多數(shù)反應(yīng)器設(shè)計，尤其是商業(yè)規(guī)模操作的，提供明顯高度的發(fā)酵用含水溶媒，壓力在發(fā)酵反應(yīng)器中會基于靜壓頭變化。
[0043]本發(fā)明中所用發(fā)酵反應(yīng)器可具有任何合適的設(shè)計；然而，優(yōu)選設(shè)計和操作提供一氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化成含氧有機(jī)化合物的高轉(zhuǎn)化率。發(fā)酵反應(yīng)器包括但不限于泡罩塔反應(yīng)器；噴射環(huán)流反應(yīng)器；攪拌釜反應(yīng)器；滴流床反應(yīng)器；生物膜反應(yīng)器；移動床反應(yīng)器；膜反應(yīng)器和靜態(tài)混合器反應(yīng)器，包括但不限于管式反應(yīng)器。
[0044]如所示，反應(yīng)器104具有包含為未反應(yīng)氫氣、二氧化碳和一氧化碳的廢氣和惰性物質(zhì)如甲烷和氮?dú)獾捻敳靠臻g108。廢氣經(jīng)由管線110取出。如果需要的話，一部分廢氣可經(jīng)由管線112再循環(huán)以提高合成氣轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。
[0045]間歇式或者連續(xù)地，將一整分部分的發(fā)酵液106經(jīng)由管線114取出。如果發(fā)酵為分批發(fā)酵，則一次性除去基本所有發(fā)酵液。在連續(xù)操作中取出的部分足以將發(fā)酵液中的含氧有機(jī)化合物濃度保持在不當(dāng)?shù)夭焕绊懳⑸锏臐舛纫韵隆?br>[0046]如所示，所有或一部分取出的發(fā)酵液可經(jīng)由管線114a直接進(jìn)入可以為傾析器、過濾器、離心機(jī)或水力旋流器的分離器116中以提供包含含氧有機(jī)化合物且基本不存在固體的含水液相，和通常為淤漿，例如約25-90質(zhì)量％固體(不包括固體中所含的水)的含固體相。含水液相經(jīng)由管線118進(jìn)入產(chǎn)物回收操作115中，所述產(chǎn)物回收操作可包含蒸餾、膜分離器等中的一個或多個。就該描述而言，產(chǎn)物回收操作115應(yīng)稱為蒸餾組件115。作為選擇或者另外，所有或一部分取出的發(fā)酵液可經(jīng)由管線114b送入蒸餾組件115中。
[0047]蒸餾組件115包含一個或多個蒸餾塔和釜腳分離器。乙醇經(jīng)由管線117回收。如果發(fā)酵液的含固體部分經(jīng)由管線114b供入蒸餾組件115中，則包含死細(xì)胞(由于釜的溫度條件)和固體蛋白質(zhì)的含固體相經(jīng)由管線11%取出并送入分離器116中。另外，底部餾分經(jīng)由管線119a除去。
[0048]含固體相經(jīng)由管線120從分離器116進(jìn)入?yún)捬跸?22中。如果需要的話，一部分含固體相可通過合適的管線(未顯示)返回反應(yīng)器104中。如果如此的話，返回的部分應(yīng)能使平均細(xì)胞保持力保持在所需水平以提供生產(chǎn)率與細(xì)胞生長和復(fù)原速率之間的平衡。
[0049]厭氧消化器122保持在厭氧條件以尋求分解代謝活性?？墒褂糜糜谏镔|(zhì)消化的任何合適微生物。在本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案中，厭氧消化器122保持在產(chǎn)酸消化條件下。用于在厭氧條件下將生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化成羧酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和乳酸的微生物是熟知的。通常，厭氧消化器是自接種的。厭氧消化條件可取決于所用微生物變化。通常，溫度為25-60°C，常常是約30-40°C。壓力可以為亞大氣壓、大氣壓或超大氣壓，通常為約90-1000絕對kPa。優(yōu)選，pH保持在約6或以下使得有利于游離硫化氫。消化器122可具有任何合適的設(shè)計，通常為攪拌釜反應(yīng)器。
[0050]如果厭氧消化器122在產(chǎn)甲烷條件下操作，則在消化器中的停留時間通常足以實現(xiàn)所尋求的固體降解以提供固體物質(zhì)，可將所述固體物質(zhì)送至處置。如果厭氧消化器為產(chǎn)酸消化器且其后是產(chǎn)甲烷消化器，則操作員可選擇保持足以實現(xiàn)所需硫化氫回收或所需羧酸產(chǎn)量的停留時間。
[0051]厭氧消化器產(chǎn)生生物氣，所述生物氣經(jīng)由管線124取出。生物氣組成取決于厭氧消化的性質(zhì)。對于常規(guī)厭氧消化，生物氣常常包含約50-70體積％甲烷、約25-45體積％二氧化碳，其余主要是水蒸氣和硫化氫。產(chǎn)酸消化通常提供相對不含甲烷的生物氣，所述生物氣包含40-90體積％二氧化碳，余量為氫氣、水蒸氣和硫化氫。
[0052]管線124中的生物氣通過裝置126以除去微生物的任何攜帶，并送入反應(yīng)器104中。裝置126可以為過濾器或者容許氣流除去微生物，優(yōu)選病毒，或在進(jìn)入合成氣發(fā)酵系統(tǒng)中以前滅菌的任何其它方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是不處理生物質(zhì)以除去硫化氫。此外，隨著硫化氫在生物氣中稀釋，降低處理和安全風(fēng)險。即使硫化氫以通常包含約500-100，OOOppmv硫化氫的稀形式提供，生物氣的低摩爾流速，通常為小于合成氣進(jìn)料的摩爾流速的約2%，最通常小于約1%，不存在對合成氣發(fā)酵的明顯不利影響。
[0053]厭氧消化器122還可用于將加入的亞硫酰基結(jié)構(gòu)部分和元素硫生物轉(zhuǎn)化成硫化氫。管線128將待還原成硫化氫的硫或硫化合物供入?yún)捬跸?22中。如前文所述，硫酸和亞硫酸是優(yōu)選的并幫助保持所需的pH。提供的硫結(jié)構(gòu)部分的量優(yōu)選使得來自厭氧消化器的生物氣包含所尋求量的硫化氫以滿足反應(yīng)器104中的微生物需求?？捎嬎闾峁┑牧炕蛘呖身憫?yīng)于測量。例如，可測定廢氣的硫化氫含量并提高或降低提供的硫結(jié)構(gòu)部分的量以保持廢氣中的濃度在預(yù)定范圍內(nèi)。通常，需要供入反應(yīng)器中以滿足微生物的營養(yǎng)素需求的硫化氫的量為發(fā)酵罐中生長的總細(xì)胞物質(zhì)的0.5-1.0%。
[0054]亞硫?；Y(jié)構(gòu)部分生物轉(zhuǎn)化成硫化氫需要電子給體。在多數(shù)情況下，足夠的電子給體存在于厭氧消化器中，例如來自合成氣發(fā)酵的生物質(zhì)。如果需要額外的電子給體，則合適的電子給體來源為合成氣。方便地，一部分合成氣可經(jīng)由管線130從管線102進(jìn)入?yún)捬跸?22中。所需合成氣的量部分地取決于合成氣的組成和所需給體的量。由于合成氣會與進(jìn)入反應(yīng)器104中的生物氣結(jié)合，可使用過量的合成氣。一般而言，約1-10體積％，即約2-5體積％合成氣可進(jìn)入?yún)捬跸?22中。通過管線130提供的合成氣也可用于從厭氧消化液中清除硫化氫。另外或者作為選擇，清掃氣體可通過使從管線112進(jìn)入?yún)捬跸?22中的廢氣經(jīng)由管線131再循環(huán)而提供。
[0055]細(xì)胞破碎反應(yīng)器134可用于將細(xì)胞破開，例如Exton，Pennsylvania的PMC B1Tec，LLC提供的分子化學(xué)研磨(Molecular Chemical Grinder)技術(shù)，由此增強(qiáng)固體的消化速率。如所示，含有固體的液體經(jīng)由管線132從厭氧消化器122中取出，并在處理以后經(jīng)由管線136返回。
[0056]如果僅使用厭氧消化器122，則可將來自消化器的含固體流出物送入固體脫水單元操作154中，這經(jīng)由管線156提供含水流出物用于廢水處理。脫水固體產(chǎn)物經(jīng)由管線158取出用于固體處置。
[0057]如所述，來自厭氧消化器122 (就下面的描述而言，為產(chǎn)酸消化器)的含固體流出物經(jīng)由管線138進(jìn)入反相電滲析單元1