醇組合物及其生產(chǎn)方法
【專利說(shuō)明】醇組合物及其生產(chǎn)方法
[0001] 本申請(qǐng)要求保護(hù)2014年9月13日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/877,529的權(quán)益，通過(guò)引 用W其全文結(jié)合到本文。
[0002] 提供一種可直接用于與現(xiàn)有燃料源共混的醇產(chǎn)物組合物。更具體地，所述醇產(chǎn)物 組合物包括乙醇和用作變性劑的有機(jī)組合物。此外，提供一種生產(chǎn)乙醇組合物的方法，該方 法包括:提供透過(guò)物至蒸饋塔，從蒸饋塔移取乙醇排出組合物，從蒸饋塔移取側(cè)排出物W提 供側(cè)排出組合物，將乙醇排出組合物和側(cè)排出組合物組合W提供醇流，然后將所述醇流發(fā) 送到脫水單元，提供成品醇組合物。
[000；3]背景 用于工業(yè)用途的醇例如乙醇常規(guī)從石化原料(例如油、天然氣或煤）、從原料中間體(例 如合成氣)或從淀粉材料(例如玉米或糖薦）生產(chǎn)。用于從石化原料W及從纖維素材料生產(chǎn) 乙醇的常規(guī)方法包括酸催化的乙締水合、甲醇同型作用化omologation)、直接醇合成和費(fèi) 托合成。石化原料價(jià)格的不穩(wěn)定性助長(zhǎng)了常規(guī)生產(chǎn)乙醇的成本的波動(dòng)，當(dāng)原料價(jià)格增長(zhǎng)時(shí)， 使得需要更多的備選乙醇生產(chǎn)源。通過(guò)發(fā)酵將淀粉材料W及纖維素材料轉(zhuǎn)化為乙醇。然而， 對(duì)用于燃料或消耗的消費(fèi)乙醇生產(chǎn)，通常使用發(fā)酵。此外，淀粉或纖維素材料的發(fā)酵與食品 來(lái)源競(jìng)爭(zhēng)，并對(duì)可生產(chǎn)用于工業(yè)用途的乙醇的量設(shè)置限制。由W上確定的過(guò)程形成的常規(guī) 乙醇組合物可包含雜質(zhì)，例如有機(jī)酸，必須將其去除。
[0004] 產(chǎn)乙酸微生物可通過(guò)氣態(tài)底物發(fā)酵從一氧化碳(CO)產(chǎn)生醇。使用厭氧微生物從梭 菌(Clostridium)屬發(fā)酵產(chǎn)生乙醇和其它有用的產(chǎn)物。例如，美國(guó)專利5,173,429描述了楊 氏梭菌(Clostridium Ijungdahlii) ATCC號(hào)49587,由合成氣產(chǎn)生醇和乙酸鹽的厭氧微生 物。美國(guó)專利5,807,722描述使用楊氏梭菌(Clostridium Uungdahlii) ATCC號(hào)55380將廢 氣轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸和醇的方法和設(shè)備。美國(guó)專利6,136,577描述使用楊氏梭菌(Clostridium Uungdahlii) ATCC號(hào)55988和5598則尋廢氣轉(zhuǎn)化為乙醇的方法和設(shè)備。
[0005] 生產(chǎn)用于運(yùn)輸燃料用途的乙醇組合物需要通過(guò)與氣油或其它有效變性劑共混而 變性。使乙醇變性需要關(guān)于設(shè)備和產(chǎn)品供應(yīng)的另外的資本費(fèi)用。此外，變性劑的成本可變 化，導(dǎo)致增加的產(chǎn)品成本。
[0006] 概述 提供醇產(chǎn)物組合物，其可直接用于與現(xiàn)有燃料源共混。本發(fā)明的醇產(chǎn)物組合物不需要 與氣油變性劑進(jìn)一步共混，因?yàn)榇籍a(chǎn)物組合物含有用作變性劑并滿足作為變性劑的有機(jī)組 合物。在發(fā)酵過(guò)程期間形成有機(jī)組合物并保存在從脫水提供的醇產(chǎn)物組合物中。本發(fā)明的 發(fā)酵、蒸饋和脫水過(guò)程有效用于提供不需要進(jìn)一步處理W去除雜質(zhì)的醇產(chǎn)物組合物。
[0007] 醇產(chǎn)物組合物包括約92重量%或更多乙醇、約0.5-約8重量%有機(jī)組合物、約或更少 水和約0.5重量%或更少有機(jī)酸。在一個(gè)方面，有機(jī)組合物選自正下醇、異下醇、戊醇、己醇、 丙醇、甲醇、乙酸乙醋、脂肪酸、醋和它們的混合物。有機(jī)組合物可基本為正下醇。在另一方 面，有機(jī)組合物可進(jìn)一步包括一種或多種控，例如氣油。有機(jī)酸可包括選自醋酸、下酸、馬來(lái) 酸、丙二酸、蘋果酸、丙酸、班巧酸、草酸、乳酸、富馬酸、戊二酸、甲酸、巧樣酸、尿酸和它們的 混合物的有機(jī)酸。
[000引在另一方面，用于生產(chǎn)醇產(chǎn)物組合物的方法包括:提供透過(guò)物至蒸饋塔、從蒸饋塔 移取乙醇排出組合物、從蒸饋塔移取側(cè)排出物W提供側(cè)排出組合物、將乙醇排出組合物和 側(cè)排出組合物組合W提供具有大于1重量%水的醇組合物、和使醇組合物脫水W提供具有約 92重量%或更多乙醇、約1重量%或更少水、約0.5-約8重量%有機(jī)組合物和約0.5重量%或更少 有機(jī)酸的醇產(chǎn)物組合物。在該方面，透過(guò)物包括約1-約5重量％乙醇且由含CO氣態(tài)底物發(fā)酵 提供透過(guò)物。
[0009] 根據(jù)所述方法，有機(jī)組合物可包括選自正下醇、異下醇、戊醇、己醇、丙醇、甲醇、乙 酸乙醋、脂肪酸、醋和它們的混合物的有機(jī)組合物。在一個(gè)方面，有機(jī)組合物為正下醇。在該 方面，乙醇產(chǎn)物組合物包括約0.5重量%-約6重量%正下醇。有機(jī)酸可包括選自乙酸、下酸、馬 來(lái)酸、丙二酸、蘋果酸、丙酸、班巧酸、草酸、乳酸、富馬酸、戊二酸、甲酸、巧樣酸、尿酸和它們 的混合物的有機(jī)酸。
[0010] 在另一方面，生物乙醇產(chǎn)物包括約92重量%或更多乙醇、約0.5-約8重量%有機(jī)組合 物、約1重量%或更少水和約0.5重量%或更少有機(jī)酸。生物乙醇產(chǎn)物通過(guò)包括W下步驟的過(guò) 程來(lái)生產(chǎn):使含CO底物發(fā)酵和從發(fā)酵分離透過(guò)物，將透過(guò)物提供到蒸饋塔，從蒸饋塔移取乙 醇排出組合物，從蒸饋塔移取側(cè)排出物W提供側(cè)排出組合物，和將乙醇排出組合物和側(cè)排 出組合物組合W提供具有大于1重量%水的醇組合物;和使醇組合物脫水W提供生物乙醇產(chǎn) 物。
[0011] 在另一方面，用于生產(chǎn)醇產(chǎn)物組合物的方法包括使含CO氣態(tài)底物發(fā)酵W產(chǎn)生第一 醇組合物，將部分或全部第一醇組合物純化W產(chǎn)生具有約92重量%或更多乙醇、約0.5-約8 重量%有機(jī)組合物、約1重量%或更少水和約0.5重量%或更少有機(jī)酸的第二醇產(chǎn)物組合物。在 該方面，純化選自脫水、過(guò)濾和它們的混合。第一醇組合物包括約1-約5重量％乙醇且可從含 CO氣態(tài)底物發(fā)酵提供。發(fā)酵有效用于提供至少約IOg總醇/a?天）的STY，和在另一方面，至 少約IOg乙醇/a?天）。
[0012] 附圖簡(jiǎn)述 所述方法的W上及其他方面、數(shù)個(gè)方面的特征和優(yōu)點(diǎn)由W下附圖將更加顯而易見。
[0013] 圖1說(shuō)明用于合成氣發(fā)酵和生產(chǎn)醇產(chǎn)物的方法和系統(tǒng)。
[0014] 圖2概要說(shuō)明蒸饋過(guò)程。
[0015] 圖3說(shuō)明蒸饋塔操作。
[0016] 在附圖的數(shù)個(gè)視圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記始終表示相應(yīng)的組件。技術(shù)人員應(yīng)理解，在 附圖中的元件為簡(jiǎn)單和清晰起見而說(shuō)明，而不一定按比例描繪。例如，在附圖中的一些元件 的尺寸相對(duì)于其它元件可放大W幫助改進(jìn)各方面的理解。此外，在商業(yè)可行方面有用或必 需的通用但公知的元件通常不描繪，W便對(duì)運(yùn)些各方面視圖造成較少阻礙。
[0017] 詳述 W下描述不應(yīng)理解為限制意義，而是僅為了描述示例性實(shí)施方案的通用原理而進(jìn)行。 本發(fā)明的范圍應(yīng)參考權(quán)利要求限定。
[001引 定義 除非另作定義，否則在本公開的整個(gè)該說(shuō)明書中使用的W下術(shù)語(yǔ)如下定義，且可包括 W下限定定義的單數(shù)或復(fù)數(shù)形式： 修飾作何量的術(shù)語(yǔ)"約"指代在現(xiàn)實(shí)世界條件中遇到量的變動(dòng)，例如在實(shí)驗(yàn)室、中試設(shè) 備或生產(chǎn)設(shè)施中。例如，當(dāng)被"約"修飾時(shí)，在混合物或數(shù)量中所用的成分或測(cè)量結(jié)果的量包 括在生產(chǎn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)室中的試驗(yàn)條件下測(cè)試時(shí)通常關(guān)注的變動(dòng)和程度。例如，當(dāng)被"約"修 飾時(shí)，產(chǎn)物組分的量包括在設(shè)備或?qū)嶒?yàn)室中多次試驗(yàn)的批料之間的變變動(dòng)和分析方法固有 的變動(dòng)。無(wú)論是否被"紛'修飾，所述量包括那些量的等價(jià)量。本文陳述和被"紛'修飾的任意 數(shù)量還可W作為不被"約"修飾的量用于本公開。
[0019] 術(shù)語(yǔ)"氣態(tài)底物"W非限制性意義使用，包括包含或源自一種或多種氣體的底物。
[0020] 術(shù)語(yǔ)"合成氣"或"合成氣體"表示對(duì)含有變化量的一氧化碳和氨的氣體混合物命 名的合成氣體。生產(chǎn)方法的實(shí)例包括天然氣或控蒸汽重整W產(chǎn)生氨，煤的氣化和一些類型 的廢料至能量氣化設(shè)備。名稱來(lái)源于它們?cè)诋a(chǎn)生合成天然氣（SNG)并用于生產(chǎn)氨或甲醇中 作為中間體的用途。合成氣可燃且通常用作燃料源或作為用于其它化學(xué)品生產(chǎn)的中間體。 [0021 ]術(shù)語(yǔ)"發(fā)酵器"包括由一個(gè)或多個(gè)容器和/或塔或管道布置組成的發(fā)酵裝置，其包 括連續(xù)攬拌槽反應(yīng)器(CSTR)、固定化細(xì)胞反應(yīng)器(ICR)、滴流床反應(yīng)器(TBR)、移動(dòng)床生物膜 反應(yīng)器(MBBR)、泡罩塔、氣升式發(fā)酵器、膜反應(yīng)器例如空屯、纖維膜生物反應(yīng)器化FMBR)、靜態(tài) 混合器或適用于氣-液接觸的其它容器或其它裝置。
[0022] 術(shù)語(yǔ)"發(fā)酵"、"發(fā)酵方法"或"發(fā)酵反應(yīng)"等是指包括所述方法的生長(zhǎng)階段和產(chǎn)物生 物合成階段兩者。在一方面，發(fā)酵是指CO轉(zhuǎn)化為醇。
[0023] 術(shù)語(yǔ)"細(xì)胞密度"指每單位體積發(fā)酵液的微生物細(xì)胞質(zhì)量，例如克/升。
[0024] 術(shù)語(yǔ)"細(xì)胞再循環(huán)"指從發(fā)酵液分離微生物細(xì)胞和將那些分離的微生物細(xì)胞全部 或部分返回到發(fā)酵器。通常，過(guò)濾裝置用于完成分離。
[0025] 本文所用的"氣油"限定為40 CFR 80.2,其通過(guò)引用并入本文。
[0026] 含CO底物 含CO底物可包括包括CO的任何氣體。在該方面，含有CO的氣體可包括合成氣、工業(yè)用氣 和它們的混合物。
[0027] 合成氣可由任何已知的來(lái)源提供。在一方面，合成氣可源自碳質(zhì)材料的氣化。氣化 設(shè)及在限制供應(yīng)的氧中部分燃燒生物質(zhì)。所得到的氣體主要包括CO和此。在該方面，合成氣 將含有至少約10 mol % CO,在一方面，至少約20 mol %，在一方面，約10-約100 mol %，在 另一方面，約20-約100 mol % CO,在另一方面，約30-約90 mol % CO,在另一方面，約40-約 80 mol % CO,和在另一方面，約50-約70 mol % C0。合適的氣化方法和設(shè)備的一些實(shí)例在 均在2011年4月6日提交的美國(guó)