[实用新型]一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统

说明书

技术领域

本实用新型属于生物工程领域，涉及一种用于气相底物发酵生产有机醇的系统。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础。为弥补化石燃料的不足、优化能源结构和保护生态环境，大力开发新能源和可再生能源是当今世界研究开发的热点，其中利用含CO或H₂/CO₂的气体为底物厌氧发酵生产有机酸或有机醇就是很有潜力和竞争力的技术。

含CO和/或H₂的气体主要来自：碳黑、焦炭、制氨、石油加工、钢铁等工厂产生的废气。每年通过工业复合物排放超过600万吨CO和接近400万吨H₂。许多情况下，这些气体被排放到大气中，对环境造成严重的污染。

另一类含CO和/或H₂的气体源自煤、石油、生物质和有机废物等含碳物质的气化，它的主要成分为CO、H₂和CO₂，还含有少量的CH₄和一些硫、氮的化合物，是一类丰富而廉价的生物加工原料。这些气体可通过厌氧发酵转化为多种有用的燃料和化学品，比如乙酸、丁酸、乙醇和丁醇等。

与合成气化学转化相比，生物转化具有以下几个优点：(1)生物转化的反应条件温和；(2)酶的专一性比无机催化剂高，因而产物得率高，副产物少；(3)生物转化不需要固定的CO和H₂比例；(4)发酵菌对合成气中的硫化物具有耐受性，减少了气体净化成本。

以CO和/或H₂和CO₂为底物通过厌氧微生物发酵生产乙酸、乙酸盐或其它具有商业价值的产品的方法已经有了实验室规模的实施。参见，例如，Vega等(1989)，生物技术与生物工程，34：785-793；Klasson等(1990)，应用生物化学与生物技术，24/25∶1。

作为合成气发酵底物的气体如CO或者H₂在水中溶解度不大，气相底物的传递涉及气、固、液三相：气体底物、培养基(发酵液、液相)和悬浮在培养基中的微生物细胞(固相)；气相底物必须先扩散到气-液界面，再在液相中微生物细胞表面为细胞所用，气液传质主要阻力在气-液界面上。

以CO和H₂为底物合成乙酸、乙醇的反应方程式如下：

6CO+3H₂O＝C₂H₅OH+4CO₂            (1)

6H₂+2CO₂＝C₂H₅OH+3H₂O            (2)

4CO+2H₂O＝CH₃COOH+2CO₂           (3)

4H₂+2CO₂＝CH₃COOH+2H₂O           (4)

合成气连续通入生物反应器，发酵产生乙酸、乙醇和CO₂，N₂和甲烷等非反应气体不参与发酵反应。由未被转化的CO和H₂、副产物CO₂、N₂和甲烷等非反应气体组成的发酵尾气从生物反应器上排出。

CO和H₂的单程转化率低于100％，一般为60-80％，所以发酵尾气中存在一定比例的发酵底物。发酵尾气一般组成为(体积％，组分和新鲜合成气组成、底物转化率有关)CO₂50～60％，CO 16～30％，H₂16～28％，N₂和甲烷等0.1～5％。回收利用尾气中有用底物，既经济又环保。

中国专利ZL200510109722.1“生产乙酸的微生物工艺以及从发酵液中萃取乙酸的溶剂”，ZL99810663.1“生产乙酸的微生物工艺以及从发酵液中萃取乙酸的溶剂”，ZL96180363.0“用生物学工艺从废气中制备乙酸”公开了用此类气体、培养基和一种或多种厌氧菌在生物反应器内发酵的方法大规模生产乙酸等有用化学品的方法。这些专利方法中气相底物在经过生物反应器后其中非反应气体和未反应基质气体作为废气释放，没有提及发酵尾气的处理和回用。