專利名稱：用于控制發(fā)酵液中的丁醇濃度的方法
用于控制發(fā)酵液中的丁醇濃度的方法相關(guān)申請的交叉引用本專利申請要求2007年12月14日提交的暫時(shí)申請案61/007665的優(yōu)先權(quán)。 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及包括反萃取和吸收以除去發(fā)酵液中的丁醇的兩步法。
背景技術(shù)：
將可發(fā)酵的碳再生能源轉(zhuǎn)換成其它有用的化學(xué)品已備受關(guān)注，所述化學(xué)品例如但 不限于燃料或燃料添加劑或者專用或通用化學(xué)品。當(dāng)前，許多工業(yè)發(fā)酵涉及制造乙醇來用于化學(xué)或燃料用途。然而，由發(fā)酵來制備丁 醇也存在優(yōu)點(diǎn)。就用于燃料而言，丁醇優(yōu)于乙醇，即丁醇具有較低的蒸汽壓和降低的水中溶 解度。因此，期望具有可由其獲得丁醇的經(jīng)濟(jì)型發(fā)酵方法。有利的丁醇發(fā)酵方法將包括使糖完全地或基本上完全地轉(zhuǎn)化成丁醇而未達(dá)到使 得丁醇生成速率降至不可取的預(yù)定速率之下的丁醇滴定量(“耐量水平”，通常受經(jīng)濟(jì)利益 的影響)。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的一種方式是將糖加載量限制到一定程度，以此分批發(fā)酵不會(huì)導(dǎo)致使 得丁醇生成速率降至預(yù)定速率之下的丁醇滴定量。然而，由于有限的糖加載量導(dǎo)致在經(jīng)濟(jì) 上加工不可取的稀溶液，該方法并不可取。因此，需要以無需限制糖加載量的方式實(shí)現(xiàn)前述 目標(biāo)的方法。能夠使丁醇生產(chǎn)發(fā)酵過程更有效的一種方法將是從發(fā)酵培養(yǎng)基(發(fā)酵液)中連續(xù) 除去丁醇，以便未達(dá)到生成丁醇的微生物的耐量水平。這可使得高的糖加載量填充到發(fā)酵 容器中，從而可實(shí)現(xiàn)有利的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)與發(fā)酵相關(guān)聯(lián)時(shí)，此類移除方法一般稱作“原位產(chǎn)物 移除”方法，或者簡稱為“ispr”方法。就有用的isra方法而言，其需要與發(fā)酵方法本身結(jié) 合、相容、或者易于分離。例如，發(fā)酵液在大氣壓下的簡單蒸餾不可用作isra技術(shù)，因?yàn)榘l(fā) 酵微生物將很有可能被蒸餾塔底部的溫度損害。本發(fā)明提出了一種方法，通過該方法可成功進(jìn)行原位產(chǎn)物移除(ispr)以將發(fā)酵 液中的丁醇濃度控制在等于或低于發(fā)酵微生物的耐量水平。因此，本發(fā)明據(jù)信使得能夠利 用微生物、糖濃縮物及導(dǎo)致有利經(jīng)濟(jì)性的其它營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行丁醇發(fā)酵。本發(fā)明提供了 isra方法，其解決了會(huì)破壞發(fā)酵過程中的微生物的毒性丁醇含量 問題，所述解決是通過確保發(fā)酵液中的丁醇濃度可保持低于發(fā)酵微生物的耐量水平并容許 發(fā)酵微生物隨后再循環(huán)至發(fā)酵容器，從而增強(qiáng)所述方法的效率。附圖簡述

圖1示出了具有用于從發(fā)酵液中除去丁醇的反萃取和吸收段的設(shè)備，其中所述發(fā) 酵液與反萃取氣體逆流接觸。圖2示出了具有用于從發(fā)酵液中除去丁醇的反萃取和吸收段的設(shè)備，其中所述發(fā) 酵液與反萃取氣體并流接觸。圖3示出了具有用于從發(fā)酵液中除去丁醇的具有反萃取段的圓柱和具有吸收段 的圓柱的設(shè)備。
圖4示出了具有用于從發(fā)酵液中除去丁醇的具有一系列相關(guān)聯(lián)的成對吸收和反 萃取段的圓柱的設(shè)備。發(fā)明簡述本發(fā)明公開了一種用于將一種或多種發(fā)酵液中的丁醇濃度控制在等于或低于預(yù) 定水平的方法，所述發(fā)酵液包含丁醇和水并被容納在一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的發(fā)酵容器中，所述 方法包括(a)將至少一種發(fā)酵液的一部分從其相應(yīng)的發(fā)酵容器中連續(xù)取出以形成取出的發(fā) 酵液；(b)將取出的發(fā)酵液喂送到設(shè)備的反萃取段中，其中所述反萃取段與相關(guān)聯(lián)的吸 收段氣體連通而不是液體連通，所述設(shè)備具有至少一個(gè)帶有相關(guān)聯(lián)的吸收段的反萃取段；(c)同時(shí)將惰性氣體喂送到反萃取段中，從而使得丁醇的一部分離開發(fā)酵液并形 成(i)包含丁醇和惰性氣體的氣體混合物和(ii) 丁醇減少的發(fā)酵液；(d)使丁醇減少的發(fā)酵液返回至其相應(yīng)的發(fā)酵容器，并使氣體混合物進(jìn)入與步驟 (b)中的反萃取段相關(guān)聯(lián)的設(shè)備吸收段；(e)將蒸汽壓低于丁醇并且能夠吸收丁醇的有機(jī)液體吸收劑連續(xù)喂送到步驟(d) 的吸收段中，從而形成包括液體吸收劑和來自氣體混合物的丁醇的至少一部分的液體混合 物，從而減少氣體混合物中的丁醇含量以形成丁醇減少的氣體混合物；(f)使丁醇減少的氣體混合物返回至設(shè)備的反萃取段；(g)從液體混合物中回收丁醇并使液體吸收劑返回至設(shè)備的吸收段；因此，所述方法的結(jié)果是控制發(fā)酵液中的丁醇濃度。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中從同一個(gè)發(fā)酵容器中同時(shí)取出兩種或更多種發(fā)酵液 股流的方法。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中兩種或更多種發(fā)酵液股流不同時(shí)取出的方法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中從不同的發(fā)酵容器中同時(shí)取出兩種或更多種發(fā) 酵液股流的方法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中從不同的發(fā)酵容器中不同時(shí)取出兩種或更多種 發(fā)酵液股流的方法。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中從不同的發(fā)酵容器中單獨(dú)取出兩種或更多種發(fā)酵液 股流的方法。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中惰性氣體為氮?dú)獾姆椒?。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中惰性氣體為空氣的方法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中惰性氣體為CO2的方法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中反萃取設(shè)備位于發(fā)酵容器內(nèi)部的方法。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中反萃取設(shè)備位于發(fā)酵容器外部的方法。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中有機(jī)液體吸收劑為C8或更高級醇的方法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中醇選自辛醇、壬醇、癸醇以及它們的混合物的方 法。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中醇為癸醇的方法。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中丁醇通過蒸餾回收的方法。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中丁醇的回收選自吸收、液液萃取和結(jié)晶的方法。一個(gè)實(shí)施方案提供了用于由發(fā)酵工藝回收利用至少一種包括發(fā)酵微生物的發(fā)酵 液的方法，其中丁醇在至少一個(gè)發(fā)酵容器中產(chǎn)生，所述方法包括(a)取出包括發(fā)酵微生物的發(fā)酵液的一部分，其中所述丁醇從其相應(yīng)的發(fā)酵容器 產(chǎn)生以形成包括發(fā)酵微生物的取出的發(fā)酵液；(b)將所述包括發(fā)酵微生物的取出的發(fā)酵液喂送到設(shè)備的反萃取段中，其中所述 反萃取段與相關(guān)聯(lián)的吸收段氣體連通而非液體連通，所述設(shè)備具有至少一個(gè)帶有相關(guān)聯(lián)的 吸收段的反萃取段；(c)同時(shí)將惰性氣體喂送到反萃取段中，從而使得丁醇的一部分離開包括發(fā)酵微 生物的取出的發(fā)酵液并形成(i)包含丁醇和惰性氣體的氣體混合物和(ii)包括發(fā)酵微生 物的丁醇減少的發(fā)酵液；和(d)使所述包括發(fā)酵微生物的丁醇減少的發(fā)酵液返回至其相應(yīng)的發(fā)酵容器。在另一個(gè)實(shí)施方案中，其中發(fā)酵液微生物與糖的物理損失小于1%。另一個(gè)實(shí)施方案提供了其中惰性氣體為氮?dú)獾姆椒?。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中惰性氣體為CO2的方法。一個(gè)實(shí)施方案提供了包括富含丁醇的吸收相和有機(jī)液體吸收劑的中間體組合物， 所述吸收相包含約5%至約15%的丁醇，所述有機(jī)液體吸收劑具有低于丁醇的蒸汽壓。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中液體吸收劑為C8或更高級醇的組合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中醇選自辛醇、壬醇、癸醇以及它們的混合物的組 合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了其中醇為癸醇的組合物。發(fā)明詳述除非另外指明，如以上及本發(fā)明的整個(gè)說明書中所用，以下術(shù)語將定義如下如本文所用，“原位產(chǎn)物移除”是指從諸如發(fā)酵的生物過程中選擇性移除具體的發(fā) 酵產(chǎn)物以控制生物過程中的產(chǎn)物濃度。如本文所用，“逆流”是指可被分成若干個(gè)分段的單元操作內(nèi)工藝股流的內(nèi)部排 列，工藝股流借助所述分段彼此以相反的方向流動(dòng)。具體地講在本專利申請中，接觸器中的 反萃取和吸收段將具有靠近所述頂部并通過重力下流的液體以及引入至所述段底部并通 過壓力梯度上流的蒸汽。如本文所用，“平流”是指可被分成若干個(gè)分段的單元操作內(nèi)工藝股流的內(nèi)部排 列，工藝股流借助所述分段彼此以相同的方向流動(dòng)。具體地講在本專利申請中，接觸器中的 反萃取和吸收段將具有靠近所述頂部并通過重力下流的液體以及也將引入至所述段頂部 并通過壓力梯度下流的蒸汽。這與正常排列相反。如本文所用，“丁醇”是指1- 丁醇、2- 丁醇、異丁醇、以及它們的混合物。如本文所用，“惰性氣體”是指不與發(fā)酵方法作用且在發(fā)酵液和吸收劑中均具有低 溶解度的氣體。惰性氣體可為包括但不限于N2和CO2的化合物的混合物。如本文所用，“發(fā)酵液”是指水、糖、溶解固體、懸浮固體、微生物產(chǎn)生的丁醇、產(chǎn)物 丁醇及發(fā)酵容器內(nèi)擁有的所有其他材料組分的混合物，其中產(chǎn)物丁醇通過存在的微生物使 糖反應(yīng)成丁醇、水和CO2而制備。
如本文所用，“發(fā)酵容器”是指其中進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)的容器，產(chǎn)物丁醇通過發(fā)酵反應(yīng) 由糖制備。如本文所用，“反萃取”是指將揮發(fā)組分的全部或部分由液體股流轉(zhuǎn)移至氣體股流 中的作用。如本文所用，“反萃取段”是指其中發(fā)生反萃取操作的接觸裝置的那部分。如本文所用，“氣體連通”是指由一體式設(shè)備或操作產(chǎn)生的氣相隨后傳遞至與其連 通的第二一體式設(shè)備或操作。如本文所用，“液體連通”是指由一體式設(shè)備或操作產(chǎn)生的液相隨后傳遞至與其連 通的第二一體式設(shè)備或操作。如本文所用，“吸收”是指將一種組分的全部或部分由氣體股流轉(zhuǎn)移至液體股流中 的作用。如本文所用，“吸收段”是指其中發(fā)生吸收操作的接觸裝置的那部分。如本文所用，“丁醇減少的發(fā)酵液”是指具有類似于發(fā)酵液的組成但是以優(yōu)先降低 材料中的丁醇組成的方式被處理的材料。如本文所用，“丁醇濃度”是指與全部股流量相比包含在該股流內(nèi)的丁醇含量。如本文所用，“吸收劑”是指能夠從氣相中吸收另一個(gè)物種的液體。例如其可為重 醇，其隨后能夠從氣相中吸收丁醇。糖發(fā)酵成丁醇產(chǎn)生兩種其它產(chǎn)物每摩爾糖一摩爾的水和兩摩爾的C02。通常，在 分批發(fā)酵中，所生成的水保留在發(fā)酵容器中，而CO2作為氣體排出。少量丁醇也將與CO2 — 起排出，但是在發(fā)酵溫度下，丁醇除去的速率小于其生產(chǎn)速率。本發(fā)明參考圖1至圖4 一般描述如下。本發(fā)明由反萃取和吸收兩步ISI^R方法組成以除去發(fā)酵液中的丁醇。ISPR方法中 反萃取操作的操作條件(包括溫度和壓力)類似于發(fā)酵容器中所用的那些，使得發(fā)酵微生 物能夠生存。在第一步中，丁醇在反萃取單元中通過包括惰性載氣的氣體股流由發(fā)酵液反 萃取出。惰性載氣可包括氮?dú)?、CO2、空氣、或它們的混合物。只要附加氣體的存在對所述方 法無害，則惰性載氣還可包括至少一種附加氣體。惰性載氣的選擇可基于例如可用性及成 本。丁醇在這些條件下的揮發(fā)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水，因此相對于水而言，氣體流中的丁醇濃 度將增加。所需的反萃取速率使得發(fā)酵容器中的丁醇含量保持等于或低于耐量水平。發(fā)酵 溫度下所需的載氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)酵過程放出的CO2量，因此將需要載氣源。該反萃取過程 可在發(fā)酵容器本身內(nèi)發(fā)生，但是更有可能在該容器外部的外部反萃取單元內(nèi)進(jìn)行。將由反 萃取過程所得的液體返回至發(fā)酵容器，其中微生物可繼續(xù)將未利用的糖轉(zhuǎn)化成丁醇、CO2和 水。由反萃取過程造成的發(fā)酵液中微生物和糖的物理損失由于它們的低揮發(fā)度而最小化， 例如小于約1%。發(fā)酵過程以不損害發(fā)酵液中的微生物和糖的方式操作。同時(shí)，包含丁醇的載體流傳遞至其在此處與低揮發(fā)性有機(jī)吸收劑接觸的吸收單 元，所述有機(jī)吸收劑具有比丁醇低的蒸汽壓，例如醚、醛、酯、酮或醇，優(yōu)選為含有八個(gè)或更 多個(gè)碳原子的醇，例如辛醇、壬醇、或癸醇、以及它們的混合物，其中丁醇優(yōu)選被從載氣中吸 收以形成富含丁醇的吸收相。富含丁醇的吸收相為其中丁醇含量約5%至15%的一種。富含丁醇的吸收相隨后借助本領(lǐng)域已知的方式(例如蒸餾、吸收、液液萃取、結(jié)晶)加工，以再生基本上不含丁醇的重新用于吸收單元中的吸收劑并得到丁醇產(chǎn)品流。由 吸收過程所得的載氣流丁醇含量低并且可利用合適的機(jī)械壓縮設(shè)備(例如吹風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī) 或壓縮機(jī))再循環(huán)至所述過程之前(反萃取單元)，從而形成氣體回路。如果CO2為優(yōu)選的 載氣，則可將由反應(yīng)器生成的CO2引入至氣體回路，回路中的過量CO2借助合適的凈化體系 從過程的剩余部分中吹掃出。圖1描繪了用于實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的設(shè)備。此類設(shè)備可購自銷售商或者 由本領(lǐng)域中的技術(shù)人員裝配。所述設(shè)備包括含有吸收段20和反萃取段22的圓柱10。通 常，如本領(lǐng)域所熟知，段20和22將包括塔板或填料。此外，氣體借助管線16在圓柱10的 頂部或接近頂部處離開并通過機(jī)械壓縮設(shè)備14升高壓力，所述設(shè)備如吹風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)或壓 縮機(jī)，并且借助管線18返回到圓柱10的底部或接近底部。體系中足量氣體的保持通過以 常規(guī)方式吹掃或補(bǔ)充來控制(未示出)。通過借助管線36將發(fā)酵液由發(fā)酵容器(未示出) 傳遞至反萃取段22的頂部或接近頂部而執(zhí)行所述方法，其中所述發(fā)酵液隨后與借助管線 18進(jìn)入圓柱10的氣體逆流接觸。將包含在發(fā)酵液中的丁醇的一部分轉(zhuǎn)移到氣體中并由反 萃取段22的頂部傳遞至吸收段20的底部，所得為在段22中形成的反萃取過的發(fā)酵液。借 助管線38將反萃取過的發(fā)酵液返回至發(fā)酵容器中。包含在由段22傳遞至段20的氣體中 的丁醇在段20中被低揮發(fā)性的有機(jī)吸收劑吸收，所述吸收劑具有比丁醇低的蒸汽壓，例如 醚、醛、酯、酮或醇，優(yōu)選為含有八個(gè)或更多個(gè)碳原子的醇，例如辛醇、壬醇、或癸醇、以及它 們的混合物，所述吸收劑借助管線32引入到吸收段的頂部，其中丁醇優(yōu)選被從載氣中吸收 以形成富含丁醇的吸收相。富含丁醇的吸收相為其中丁醇含量約5%至15%的一種。借助管線34將丁醇連同低揮發(fā)性的吸收劑從吸收段20除去并隨后利用常規(guī)的分 離技術(shù)與低揮發(fā)性吸收劑分離，所述分離技術(shù)為例如蒸餾、潷析、吸收、液液萃取、結(jié)晶(未 示出)。圖1中所示設(shè)備的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案為其中圓柱10的吸收與反萃取段的 垂直關(guān)系被反向的一種，即，反萃取段22位于吸收段20之上。圖2描繪了用于實(shí)施本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的設(shè)備。所述設(shè)備包括含有吸收 段20和反萃取段22的圓柱10。通常，如本領(lǐng)域所熟知的，段20和22將包括塔板或填料。 此外，氣體借助管線16在圓柱10的底部或接近底部處離開并通過機(jī)械壓縮設(shè)備14升高壓 力，所述設(shè)備為例如吹風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)，并且借助管線18返回到圓柱10的頂部或接 近頂部處。體系中足量氣體的保持通過以常規(guī)方式吹掃或補(bǔ)充來控制(未示出)。通過借助管線36將發(fā)酵液由發(fā)酵容器(未示出)傳遞至反萃取段22的頂部或接 近頂部來執(zhí)行所述方法，其中所述發(fā)酵液隨后與借助管線18進(jìn)入圓柱10的氣體并流接觸。 將包含在發(fā)酵液中的丁醇的一部分轉(zhuǎn)移到氣體中并由反萃取段22的底部傳遞至吸收段20 的頂部，所得為在段22中形成的反萃取過的發(fā)酵液。借助管線38將反萃取過的發(fā)酵液返 回至發(fā)酵容器中。包含在由段22傳遞至段20的氣體中的丁醇在段20中被低揮發(fā)性的有 機(jī)吸收劑吸收，所述吸收劑具有比丁醇低的蒸汽壓，例如醚、醛、酯、酮或醇，優(yōu)選為含有八 個(gè)或更多個(gè)碳原子的醇，例如辛醇、壬醇、或癸醇、以及它們的混合物，所述吸收劑借助管線 32引入到吸收段的頂部，其中丁醇優(yōu)選被從載氣中吸收以形成富含丁醇的吸收相。富含丁 醇的吸收相為其中丁醇含量約5%至15%的一種。借助管線34將丁醇連同低揮發(fā)性的吸 收劑從吸收段20除去并隨后利用常規(guī)的分離技術(shù)與低揮發(fā)性吸收劑分離，所述分離技術(shù)如蒸餾、潷析、吸收、液液萃取、結(jié)晶(未示出)。圖2中所示設(shè)備的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案為其中圓柱10的吸收與反萃取段的 垂直關(guān)系被反向的一種，即，吸收段20位于反萃取段22之上。圖3描繪了用于實(shí)施本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的設(shè)備。所述設(shè)備包括含有吸收段 20的圓柱10及含有反萃取段22的圓柱12。通常，如本領(lǐng)域所熟知，段20和22將包括塔 板或填料。圓柱借助管線13相連，氣體可通過該管線由圓柱12的頂部或接近頂部處傳遞 至圓柱10的底部或接近底部處。此外，氣體借助管線16在圓柱10的頂部或接近頂部處離 開并通過機(jī)械壓縮設(shè)備14升高壓力，所述設(shè)備如吹風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)，并且借助管線 18返回到圓柱12的底部或接近底部處。體系中足量氣體的保持通過以常規(guī)方式吹掃或補(bǔ) 充來控制(未示出)。通過借助管線36將發(fā)酵液由發(fā)酵容器(未示出)傳遞至反萃取段22的頂部或接 近頂部而執(zhí)行所述方法，其中所述發(fā)酵液隨后與借助管線18進(jìn)入圓柱12的氣體逆流接觸。 將包含在發(fā)酵液中的丁醇的一部分轉(zhuǎn)移到氣體中并借助管線13由反萃取段22的頂部傳遞 至吸收段20的底部，所得為在段22中形成的反萃取過的發(fā)酵液。借助管線38將反萃取過 的發(fā)酵液返回至發(fā)酵容器中。包含在由段22傳遞至段20的氣體中的丁醇在段20中被有 機(jī)吸收劑吸收，所述吸收劑具有比丁醇低的蒸汽壓，例如醚、醛、酯、酮或醇，優(yōu)選為含有八 個(gè)或更多個(gè)碳原子的醇，例如辛醇、壬醇、或癸醇、以及它們的混合物，所述吸收劑借助管線 32引入到吸收段的頂部，其中丁醇優(yōu)選被從載氣中吸收以形成富含丁醇的吸收相。富含丁 醇的吸收相為其中丁醇含量約5%至15%的一種。借助管線34將丁醇連同低揮發(fā)性的吸 收劑從吸收段20除去并隨后利用常規(guī)的分離技術(shù)與低揮發(fā)性吸收劑分離，所述分離技術(shù) 如蒸餾、潷析、吸收、液液萃取、結(jié)晶。圖3中所示設(shè)備的一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案為其中相對于氣流的操作序列被反 向的一種，即，由(1)反萃取，接著吸收，隨后機(jī)械壓縮至(2)吸收，接著反萃取，隨后機(jī)械壓縮。現(xiàn)在參見圖4，其示出了用于實(shí)施本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的設(shè)備。所述設(shè)備包括 圓柱10，其包括一系列相關(guān)聯(lián)的成對吸收和反萃取段。在圖4中，示出了三對吸收和反萃 取段，但是更多或更少也是可行的。段20和22各自形成上對吸收和反萃取段；段40和42 形成中對吸收和反萃取段；并且段60和62形成下對吸收和反萃取段。此外，氣體借助管線 16在圓柱10的頂部或接近頂部處離開并通過機(jī)械壓縮設(shè)備14升高壓力，所述設(shè)備為例如 吹風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)，并且借助管線18返回到圓柱10的底部或接近底部。氣體將穿過 圓柱10，由段62傳遞至段60，由段60傳遞至段42，由段42傳遞至段40，由段40傳遞至段 22并由段22傳遞至段20。體系中足量氣體的保持通過以常規(guī)方式吹掃或補(bǔ)充來控制(未 示出)。通過借助管線76將發(fā)酵液由發(fā)酵容器(未示出)傳遞至底部反萃取段62的頂部 或接近頂部并隨后與借助管線18進(jìn)入圓柱10的氣體逆流接觸來執(zhí)行所述方法。將包含在 發(fā)酵液中的部分丁醇轉(zhuǎn)移到氣體中并由反萃取段62的頂部傳遞至吸收段60的底部，所得 為在段62中形成的反萃取過的發(fā)酵液。借助管線78將反萃取過的發(fā)酵液返回至發(fā)酵容器 中。包含在由段62傳遞至段60的氣體中的丁醇在段60中被低揮發(fā)性的有機(jī)吸收劑吸收， 所述吸收劑具有比丁醇低的蒸汽壓，例如醚、醛、酯、酮或醇，優(yōu)選為含有八個(gè)或更多個(gè)碳原子的醇，例如辛醇、壬醇、或癸醇、以及它們的混合物，所述吸收劑借助管線72引入到吸收 段的頂部，其中丁醇優(yōu)選被從載氣中吸收以形成富含丁醇的吸收相。富含丁醇的吸收相為 其中丁醇含量約5%至15%的一種。借助管線74將丁醇連同低揮發(fā)性的吸收劑從吸收段 60除去并隨后利用常規(guī)的分離技術(shù)與低揮發(fā)性溶劑分離，所述分離技術(shù)如蒸餾、潷析、吸 收、液液萃取、結(jié)晶。類似地，可通過將發(fā)酵液由相同容器或不同發(fā)酵容器(未示出)同時(shí)傳遞至中對 和上對反萃取段/吸收段而對所述方法進(jìn)行操作。通過堆疊串聯(lián)操作的成對反萃取段/吸收段，圓柱的直徑可降低，盡管高度會(huì)增 加。循環(huán)的CO2或其它惰性氣體的體積將減少，盡管代價(jià)為必須壓縮超過較高的壓力比。在 其中多個(gè)發(fā)酵容器運(yùn)行的方法中，有可能有利的是保持發(fā)酵液股流分離，所述分離可通過 具有多對反萃取段/吸收段而被促進(jìn)。盡管在以上描述中已用具體實(shí)施方案來描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì) 理解，在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下能夠作出許多修改、替代和重新排列。應(yīng) 參考指明本發(fā)明范圍的所附權(quán)利要求書而不是上述說明書。
權(quán)利要求
將一種或多種發(fā)酵液中的丁醇濃度控制在等于或低于預(yù)定水平的方法，所述發(fā)酵液包含丁醇和水并被容納在一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的發(fā)酵容器中，所述方法包括(a)將所述發(fā)酵液的至少一種的一部分從其相應(yīng)的發(fā)酵容器中連續(xù)取出以形成取出的發(fā)酵液；(b)將所述取出的發(fā)酵液喂送到設(shè)備的反萃取段中，其中所述反萃取段與相關(guān)聯(lián)的吸收段氣體連通而不是液體連通，所述設(shè)備具有至少一個(gè)帶有相關(guān)聯(lián)的吸收段的反萃取段；(c)同時(shí)將惰性氣體喂送到所述反萃取段中，從而使得所述丁醇的一部分離開所述發(fā)酵液并形成(i)包含丁醇和惰性氣體的氣體混合物和(ii)丁醇減少的發(fā)酵液；(d)使所述丁醇減少的發(fā)酵液返回至其相應(yīng)的發(fā)酵容器，并使所述氣體混合物進(jìn)入與步驟(b)中的反萃取段相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的吸收段；(e)將蒸汽壓低于丁醇且能夠吸收丁醇的有機(jī)液體吸收劑連續(xù)喂送到步驟(d)的吸收段中，從而形成包括所述液體吸收劑和來自所述氣體混合物的丁醇的至少一部分的液體混合物，從而減少所述氣體混合物中的丁醇含量以形成丁醇減少的氣體混合物；(f)使所述丁醇減少的氣體混合物返回至設(shè)備的反萃取段；以及(g)從所述液體混合物中回收丁醇并使所述液體吸收劑返回至設(shè)備的吸收段；因此，所述方法的結(jié)果是控制發(fā)酵液中的丁醇濃度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中從所述同一個(gè)發(fā)酵容器中同時(shí)取出兩種或更多種發(fā)酵液股流。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述兩種或更多種發(fā)酵液股流不同時(shí)取出。
4.權(quán)利要求1的方法，其中從不同的發(fā)酵容器中同時(shí)取出兩種或更多種發(fā)酵液股流。
5.權(quán)利要求1的方法，其中從不同的發(fā)酵容器中不同時(shí)取出兩種或更多種發(fā)酵液股流。
6.權(quán)利要求4或5的方法，其中從不同的發(fā)酵容器中分開取出兩種或更多種發(fā)酵液股流。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述惰性氣體為氮?dú)狻?br> 8.權(quán)利要求1的方法，其中所述惰性氣體為C02。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述反萃取設(shè)備位于發(fā)酵容器內(nèi)部。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述反萃取設(shè)備位于發(fā)酵容器外部。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)液體吸收劑為C8或更高級醇。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述醇選自辛醇、壬醇、癸醇以及它們的混合物。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述醇為癸醇。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述丁醇通過蒸餾回收。
15.權(quán)利要求1的方法，其中丁醇的回收選自吸收、液-液萃取和結(jié)晶。
16.用于由發(fā)酵工藝回收至少一種包括發(fā)酵微生物的發(fā)酵液的方法，其中丁醇在至少 一個(gè)發(fā)酵容器中產(chǎn)生，所述方法包括(a)取出包括發(fā)酵微生物的發(fā)酵液的一部分，其中所述丁醇從其相應(yīng)的發(fā)酵容器產(chǎn)生 以形成包括發(fā)酵微生物的取出的發(fā)酵液；(b)將所述包括發(fā)酵微生物的取出的發(fā)酵液喂送到設(shè)備的反萃取段中，其中所述反萃 取段與相關(guān)聯(lián)的吸收段氣體連通而不是液體連通，所述設(shè)備具有至少一個(gè)帶有相關(guān)聯(lián)的吸收段的反萃取段；(C)同時(shí)將惰性氣體喂送到所述反萃取段中，從而使得所述丁醇的一部分離開所述包 括發(fā)酵微生物的取出的發(fā)酵液并形成(i)包含丁醇和惰性氣體的氣體混合物和(ii)包括 發(fā)酵微生物的丁醇減少的發(fā)酵液；以及(d)將所述包括發(fā)酵微生物的丁醇減少的發(fā)酵液返回至其相應(yīng)的發(fā)酵容器。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述惰性氣體為氮?dú)狻?br> 18.權(quán)利要求16的方法，其中所述惰性氣體為C02。
19.包括富含丁醇的吸收相和有機(jī)液體吸收劑的中間體組合物，所述吸收相包含約 5%至約15%的丁醇，所述有機(jī)液體吸收劑具有低于丁醇的蒸汽壓。
20.權(quán)利要求19的組合物，其中所述液體吸收劑為C8或更高級醇。
21.權(quán)利要求20的組合物，其中所述醇選自辛醇、壬醇、癸醇以及它們的混合物。
22.權(quán)利要求20或21的組合物，其中所述醇為癸醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制來自發(fā)酵液的丁醇濃度的兩步法。
文檔編號C12P7/16GK101896612SQ200880120387
公開日2010年11月24日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者W·D·帕滕 申請人:布特馬斯先進(jìn)生物燃料公司