CN118202062A - 由氢气富集的合成气体制备产物的绿色方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了制备含氧产物、动物饲料和肥料的“绿色”方法。期望的含氧产物包括但不限于乙醇、乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。所述方法使用合成气体(合成气)，所述合成气体可以通过煤、天然气和/或生物质加工产生。所述合成气含有氢气、一氧化碳和/或二氧化碳的一些组合。所述方法需要将所述合成气与来自工业过程的吹扫气体(尾气)和/或例如由可再生来源产生的氢气共混。所得到的混合物是由非常适于发酵富含氢气的气体的微生物发酵的H2富集的合成气。由所述方法产生的副产物也可以被回收。本申请还分别提供了制备材料肥料和动物饲料的方法。通过再利用吹扫气体使其不会排放到环境中和/或使用来自可再生来源的氢气，所公开的方法是环境友好的。

Description

由氢气富集的合成气体制备产物的绿色方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2022年10月28日提交的美国专利申请18/050,910的优先权，所述美国专利申请要求于2021年10月29日提交的美国临时专利申请63/273,594的权益，所有所述专利申请均通过引用整体并入本文。
背景技术
期望使用微生物利用发酵将如葡萄糖和蔗糖等某些碳水化合物转化为如燃料和化学品等各种产品。通过碳水化合物发酵产生乙醇的替代方案是合成气体(合成气)发酵。合成气通常衍生自含碳材料的气化、来自厌氧生物反应器(发酵罐)的天然气和/或生物气的重整或来自各种工业方法。气体基质通常包含一氧化碳、氢气和二氧化碳，并且通常含有其它组分，如水蒸气、氮气、甲烷、轻质烃、氨和硫化氢。
合成气发酵是微生物过程，其中主要碳来源和能量来源由合成气提供。这些微生物，通常被称为产乙酸菌，利用合成气中存在的小化学结构单元，在还原性乙酰-CoA途径(伍德-隆达尔途径(Wood-Ljungdahlpathway))中产生乙醇和/或乙酸。合成气发酵的主要结果是形成乙醇和乙酸。此过程需要大量的氢气和/或一氧化碳。一氧化碳、二氧化碳和氢气总体转化为乙醇和乙酸的平衡化学等式如下：
乙醇产生
6CO+3H2O→C2H5OH+4CO2
6H2+2CO2→C2H5OH+3H2O
乙酸产生
4CO+2H2O→CH3COOH+2CO2
4H2+2CO2→CH3COOH+2H2O
正如平衡化学等式所示，一氧化碳和二氧化碳两者均可以用作碳的主要来源，这是由一氧化碳和氢气中存在的电子促进的。
气候变化问题日益受到关注。制造业排放的温室气体导致地球表面平均温度上升。由于气候变化问题日益受到关注，需要另外的方法来产生化学品和燃料，以减少碳足迹。
应当理解，本背景技术描述是由发明人创建以为帮助读者，并且不应被视为对现有技术的引用，也不应被视为是对本领域已经了解任何所指出的问题本身的指示。虽然在一些方面和实施方式中，所描述的原理可以缓解其它***中固有的问题，但应当理解，受保护的创新范围由所附权利要求书限定，并且不由本公开的任何实施方式解决本文指出的任何具体问题的能力限定。
发明内容
本公开提供了使用通过微生物进行的发酵制备含氧产物，如乙醇、乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合的方法。本公开还提供了制备如肥料等土地用途应用材料的方法，以及制备动物饲料的方法。所述方法使用含有氢气(H2)、一氧化碳(CO)和/或二氧化碳(CO2)的某种组合的合成气体(合成气)。所述合成气可以由多种来源产生，包括煤、天然气、石油衍生物、城市固体废物(下文简称“MSW”)和/或生物质的加工。煤衍生的H2富集的合成气可以呈“专用”合成气体的形式，通常意指其作为用于产生下游产物的原料产生。相比之下，“吹扫气体”通常是指作为单元操作副产物产生的废气。尽管吹扫气体可以使用以发挥其燃料价值(通过燃烧产生热量)，但通过分离过程进一步处理吹扫气体通常并不经济。
令人惊讶且出乎意料的是，可以使合成气富集有氢气(H2)以形成H2富集的合成气。在一些实施方式中，将会产生温室排放的工业吹扫气体进行再利用，以便富集合成气，从而产生氢气富集的合成气。
有利地，本公开的方法可以用作“绿色”技术。在此方面，来自各种工业过程的富含氢气的吹扫气体(有时被称为“尾气”，因为其是过程尾端的废物料流)可以与源自任何来源(例如，煤)的合成气共混，以便制备H2富集的合成气。富含氢气的吹扫气体是指，相较于单独的合成气，在混合时允许H2富集的合成气中有更高比例(相对于其它气体)的氢气的气体。合成气和富含氢气的工业吹扫气体(尾气)的混合物在本文中被称为H2富集的合成气(或基质气体)，其可以如本文所描述的进行发酵。工业吹扫气体(尾气)的实例包括但不限于例如在氨合成、甲醇合成、乙酸、乙烯氧化成环氧乙烷等产生过程中排出的吹扫气体。这些工业尾气可以在有煤作为原料的情况下产生。这些过程可以与煤加工厂共定位，以促进煤衍生的合成气和工业尾气的共混。因此，共定位意指合成气产生和工业尾气产生位于管道距离内，使得其可以通过流通管道传输。
在一些实施方式中，由如风能、太阳能或其组合等环境友好的可再生来源产生的氢气可以用于使合成气富集有氢气。例如，可再生来源(例如，太阳能或风能)可以用于发电以进行电解，从而由水产生氢。可再生电力的使用可以被视为一种“绿色”技术，因为所有化合物都可以来源于可再生来源。
将H2富集的合成气以任何合适的方式(例如，通过压缩机或鼓风机)递送到含有发酵流体和微生物的生物反应器中以形成发酵液。H2富集的气体可以使用微生物理想地发酵，所选择的微生物应非常适于H2富集的合成气的高效发酵，以在发酵液中产生含氧产物。例如，微生物可以呈产乙酸一氧化碳营养菌的形式，例如梭菌属(Clostridium)、穆尔氏菌属(Moorella)、火球菌属(Pyrococcus)、真杆菌属(Eubacterium)、脱硫杆菌属(Desulfobacterium)、一氧化碳嗜热菌属(Carboxvdothermus)、产醋菌属(Acetogenium)、醋酸杆菌属(Acetobacterium)、厌氧醋菌属(Acetoanaerobium)、丁酸杆菌属(Butyribacterium)、消化链球菌属(Peptostreptococcus)或其任何组合。
可以通过如本领域将理解的任何合适的方式从发酵液中分离含氧产物。例如，含氧产物可以通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离、萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。通过如离心或过滤等任何合适的固体/液体分离技术从发酵液中去除细菌。发酵液的剩余成分可以通过如蒸馏等液体/液体或液体/蒸气分离过程进行处理，以纯化产物料流。剩余固体是固结的，并且可以用于肥料和/或动物饲料，例如，取决于市场条件和监管机构的批准。
因此，本公开的方法是“绿色”和环境友好的。在一些实施方式中，工业尾气被再利用以控制污染。通过将工业尾气积聚在合成气中(以增加其中的相对氢气含量)来捕获尾气，并再利用以用于产生含氧产物、动物饲料和/或肥料，而不是燃烧工业尾气以释放到大气中。尾气中的氢气可以源自例如甲醇或氨。在一些实施方式中，通过***来自如风能和/或太阳能等环境友好的来源的氢气来增加合成气中的氢气含量。此外，当含氧产物是乙醇时，还有另外的环境益处，因为在某种程度上乙醇由于无毒并且减少空气污染被视为绿色燃料。在此方面，已经发现在燃料中使用乙醇可以减少温室气体排放。
因此，一方面，本公开提供了一种制备含氧产物的方法，其中所述方法使用产乙酸一氧化碳营养菌。所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2。具体地，使合成气富集有氢气，例如通过将合成气与富含H2的气体(例如，工业尾气和/或可再生产生的氢气)共混以形成H2富集的合成气。用产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气(例如，在液体培养基中发酵以在生物反应器中形成发酵液)，从而在所述发酵液中产生含氧产物。通过已知的技术，如本文所讨论的技术可以从发酵液中分离含氧产物。
另一方面，本公开提供了一种制备含氧产物的方法，其中合成气中的H2含量富集到至少约50体积％的H2。所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2。富集来自合成气的H2含量以形成H2富集的合成气，所述H2富集的合成气具有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。具体地，使合成气富集有氢气，例如通过将合成气与富含H2的气体(例如，工业尾气和/或可再生产生的氢气)共混以形成H2富集的合成气。用细菌发酵所述H2富集的合成气(例如，在液体培养基中发酵以在生物反应器中形成发酵液)，从而在所述发酵液中产生含氧产物。通过已知的技术，如本文所讨论的技术可以从发酵液中分离含氧产物。
另一方面，本公开提供了一种制备含氧产物的方法，其中H2富集的合成气的e/C为至少约5.7。如本文所提到的，e/C是由合成气组分，即H2和CO提供的可用于反应的电子总数除以合成气中C-碳的总摩尔数的计算比率。H2和CO每个分子各自含有两个可用于化学反应的电子。CO2包括在碳平衡中，但不提供用于化学反应的电子。虽然CH4也含有‘C’和电子，但在合成气发酵中其被认为是惰性化合物，并且因此不包括在e/C计算中。e/C指示气体混合物中的氢气含量，因为氢气贡献电子但碳不贡献电子。所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2。富集基质气体中的H2含量以使得H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，例如，约5.7至约8.0。具体地，使合成气富集有氢气，例如通过将合成气与富含H2的气体(例如，工业尾气和/或可再生产生的氢气)共混以形成H2富集的合成气。用细菌发酵所述H2富集的合成气(在液体培养基中发酵以在生物反应器中形成发酵液)，从而在所述发酵液中产生含氧产物。通过已知的技术，如本文所讨论的技术可以从发酵液中分离含氧产物。
另一方面，本公开提供了一种可再生制备含氧产物的方法。所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下化合物中的至少两种：CO、CO2和H2。将来自可再生来源的H2与所述合成气共混以形成H2富集的合成气。所述H2的可再生来源发电以进行电解，从而产生可再生氢气。所述H2的可再生来源可以是例如太阳能、风能或其组合。用细菌，如产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气(例如，在液体培养基中发酵以在生物反应器中形成发酵液)，从而在所述发酵液中产生含氧产物。通过已知的技术，如本文所讨论的技术可以从发酵液中分离含氧产物。
另一方面，本公开提供了一种制备动物饲料的方法。如本文所使用的，动物饲料可以是任何合适的类型，例如，水产养殖饲料(鱼饲料)、家禽饲料、牛饲料、猪饲料、鸟饲料等。所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2。富集H2富集的合成气中的H2含量以形成所述H2富集的合成气，例如，所述H2富集的合成气具有(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2，和/或(ii)所述H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，如约5.7至约8.0。具体地，使合成气富集有氢气，例如通过将合成气与富含H2的气体(例如，工业尾气和/或可再生产生的氢气)共混以形成H2富集的合成气。用细菌，如产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气(例如，在液体培养基中发酵以在生物反应器中形成发酵液)，从而在所述发酵液中产生含氧产物和固体副产物。从所述发酵液中分离所述含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液。通过已知的技术，如本文所讨论的技术可以从发酵液中分离含氧产物。从所述发酵液和/或所述含氧产物耗竭的发酵液中去除所述固体副产物(例如，通过离心或过滤)以产生浓缩的生物固体部分和澄清的料流滤液，所述浓缩的生物固体可有效用作动物饲料。所述澄清的料流滤液可以任选地作为废水处理或再循环回到过程中(如果期望的话)。
另一方面，本公开提供了一种制备肥料的方法。所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2。使所述合成气富集有H2以形成H2富集的合成气，例如，所述H2富集的合成气具有(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2，和/或(ii)所述H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，如约5.7至约8.0。具体地，使合成气富集有氢气，例如通过将合成气与富含H2的气体(例如，工业尾气和/或可再生产生的氢气)共混以形成H2富集的合成气。用细菌，如产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气(例如，在液体培养基中发酵以在生物反应器中形成发酵液)，从而在所述发酵液中产生含氧产物和固体副产物。从所述发酵液中分离所述含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液。通过已知的技术，如本文所讨论的技术可以从发酵液中分离含氧产物。从所述发酵液和/或所述含氧产物耗竭的发酵液中去除所述固体副产物(例如，通过离心或过滤)以产生浓缩的生物固体部分和澄清的料流滤液，所述浓缩的生物固体可有效用作肥料。所述澄清的料流滤液可以任选地作为废水处理或再循环回到过程中(如果期望的话)。
应理解，前述方面不受上述描述的限制。在下文的详细描述中，结合附图和实施例等描述了子方面。应进一步理解，结合上述方面，充分设想了包括组分、成分类型、量和特性以及本文所描述的其它参数、范围和其它细节的各个子方面，并且这些方面可以根据期望并入到前述段落的方面中，除非直接矛盾或明确排除。
附图说明
图1是描绘了根据本公开的实施方式的合成气产生和净化过程的流程图。
图2是描绘了根据本公开的实施方式的使用甲醇产生乙酸的过程的流程图。
图3是描绘了根据本公开的实施方式的通过煤气化产生乙二醇的过程的流程图。
图4是描绘了根据本公开的实施方式的通过将富含氢气的工业尾气与煤衍生的合成气混合通过微生物发酵产生乙醇的过程的流程图。
图5是描绘了根据本公开的实施方式的通过用含废物二氧化碳的料流重整富含氢气的工业尾气通过微生物发酵产生乙醇的过程的流程图。
图6是描绘了根据本公开的实施方式的通过直接进料到富含一氧化碳的工业尾气的发酵中通过微生物发酵产生乙醇的过程的流程图。
图7是描绘了根据本公开的实施方式的通过水煤气变换重整富含一氧化碳的工业尾气通过微生物发酵产生乙醇的过程的流程图。
图8是描绘了根据本公开的实施方式通过将重整的富含一氧化碳的工业尾气与可再生氢气混合(用可再生氢气固定碳)通过微生物发酵产生乙醇的过程的流程图。
具体实施方式
本公开的实施方式提供了制备含氧产物、如肥料等土地应用材料和/或动物饲料的“绿色”方法。在一些实施方式中，可以通过再利用某些工厂废物排放来减少碳排放，使得所述工厂废物用于生产所期望产品，如生物燃料、化学品、动物饲料和肥料，而不是排出到自然环境中。
在一些实施方式中，来自如太阳能和风能等“绿色”可再生来源的氢气用于燃料、化学品、动物饲料和肥料的生产。在一些实施方式中，动物饲料可以是鱼饲料、家禽饲料、牛饲料、猪饲料、鸟饲料等形式。令人惊讶且出乎意料的是，本发明人发现在电解中使用“绿色”电力来源由水产生氢气有利地避免了对水煤气变换反应(通常用于富集基于煤的合成气中的氢气含量)的需要，其产生作为污染物的CO2。有利地，通过避免使用水煤气变换反应并使用微生物发酵，从而需要另外步骤以确保从合成气中去除H2S和CO2等等变得不必要。令人惊讶且出乎意料的是，根据本公开的实施方式，发明人发现H2S的存在提高了所述过程的效率，因为其可用于抵消对硫补充来源的需要。发明人还发现，所述过程不一定会受到CO2存在的不利影响，进一步使得对“净化”步骤的需要不必要。
制备含氧产物、动物饲料和肥料的方法
具有源自煤的特定组成的合成气体(合成气)可以用作起始材料。在此方面，通常，随着在气化过程期间被氧化，煤会产生合成气。合成气以一定比例含有一氧化碳、氢气和/或二氧化碳，这取决于例如气化过程的类型。发明人令人惊讶且出乎意料地发现，合成气可以与工业吹扫气体(废气)混合，以提高要发酵的所得H2富集的合成气中的氢气含量的比例和/或实现特别更高的e/C(以CO/H2:CO2的比率指示更高的氢气含量)。选择吹扫气体以增加H2富集的合成气中的氢气含量或e/C。作为实例但不限于此，吹扫气体可以源自甲醇、氨和/或焦炉气的产生。在一些实施方式中，可以将由乙酸、乙二醇、钢厂气体和/或电石炉尾气产生的吹扫气体添加到合成气中以控制氢气含量。在一些实施方式中，将合成气与氢气混合，例如，通过使用如风能、太阳能或其组合等可再生来源进行的电解获得的氢气，以便实现期望的氢气含量和/或e/C。
通常，将H2富集的合成气进料到含有发酵流体和细菌的任何期望的尺寸或类型的生物反应器中以形成发酵液。在一些实施方式中，生物反应器是工业大小的，具有例如数万升、数十万升或甚至一百万升或更大的容量。如本领域将理解的，生物反应器可以具有任何合适类型的设计。生物反应器可以呈任何合适的形式，例如，具有合适混合能力的釜。在一些实施方式中，生物反应器含有搅拌器(例如，叶轮)以促进添加到生物反应器中的成分的混合。可替代地，混合可以在没有叶轮的情况下通过泵送液体和/或将气体注入到生物反应器中来实现。例如，釜可以是圆柱形形状或其它形状，并且搅拌器(例如，叶轮)可以是电机驱动的。例如，对于气体发酵，生物反应器可以呈连续搅拌釜反应器(CSTR)、气泡柱、气升式反应器等形式。
将至少包含水、H2富集的合成气、微生物、营养物和维生素的成分添加到生物反应器中，以在其中形成发酵液，从而允许进行发酵过程。每种组分可以以任何合适的方式递送到生物反应器，例如，通过借助于泵、气体喷嘴、固体计量或其它期望的技术的再循环料流或新料流。水通过递送营养物和其它组分而可用作转移剂。水也非常适于作为生物反应器中的培养基，因为其可易于搅拌且允许悬浮液中微生物的生长，同时还适合于后续各种组分的分离。
在一些实施方式中，发酵流体含有约95％至约99％的水、约0.01％或更少量的维生素、约1％至约2.5％的量的营养物(如本领域普通技术人员所理解的，其中所有量均按每100ml组分的重量计)。可用于包含在发酵流体中的维生素和营养物是已知的(参见例如美国专利第6,340,581B1号，所述美国专利对维生素和营养物的描述通过引用并入本文)。
在发酵期间，细菌用于根据伍德-隆达尔途径转化H2富集的合成气中存在的H2、CO和CO2，以形成含氧产物以及作为副产物的生物固体。在此方面，碳由CO和/或CO2提供。能量由CO和/或H2提供。
分别从发酵液中分离细菌和含氧产物。细菌可以通过离心或过滤分离。在一些实施方式中，含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。在去除生物固体和含氧产物之后，所得澄清的料流可以返回到反应器中，或者通过好氧消化或厌氧消化处理。
吹扫气体混合到H2富集的合成气中，并如本文所描述地进行发酵以产生化学品和燃料，而不会增加温室气体排放和增加碳足迹。如此，本公开的实施方式通过碳捕获和减少温室气体并且因此减少碳足迹来提供重要的绿色技术。
本公开的方法包括，例如，一种制备含氧产物的方法、制备动物饲料的方法和制造肥料的方法。所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2。使合成气富集有氢气(如本文所描述的，通过将合成气与工业尾气或来自可再生来源的氢气共混)，以使得(a)H2富集的合成气中的H2含量为至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；和/或(b)H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，例如，约5.7至约8.0。在液体培养基中由适于发酵H2富集的合成气的微生物(例如，产乙酸一氧化碳营养菌)发酵H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物。通过已知的技术，例如，如本文所描述的技术可以从发酵液中回收含氧产物。
在一些实施方式中，H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，例如，约5.7至约8.0。H2富集的合成气可以具有任何合适的e/C，例如e/C为约5.7至6.0、或5.7至6.1、或5.7至6.2、或5.7至6.3、或5.7至6.4、或5.7至6.5、或5.7至6.6、或5.7至6.7、或5.7至6.8、或5.7至6.9、或5.7至7.0、或5.7至7.1、或5.7至7.2、或5.7至7.3、或5.7至7.4、或5.7至7.5、或5.7至7.6、或5.7至7.7、或5.7至7.8或5.7至7.9、或5.7至8。
在一些实施方式中，所述用于制备含氧产物的方法使用可再生H2。在此方面，将来自(代替或除工业吹扫气体之外)可再生来源的H2添加到合成气中以形成H2富集的合成气。H2气体可以由如太阳能、风能或其组合等合适的可再生来源提供。所述H2的可再生来源发电以进行电解，从而产生可再生氢气。因此，所述方法包括提供合成气，所述合成气包含以下化合物中的至少两种：CO、CO2和H2；将来自可再生来源的H2添加到H2富集的合成气中以形成H2富集的合成气；在液体培养基中用微生物(例如，产乙酸一氧化碳营养菌)发酵H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物。通过已知的技术，例如，如本文所描述的技术可以从发酵液中回收含氧产物。
根据一些实施方式，用于制备含氧化合物的过程的副产物可以被捕获并用于如肥料和/或动物饲料等应用。在此方面，在H2富集的合成气由微生物(例如，产乙酸一氧化碳营养菌)发酵之后，在发酵液中产生含氧产物和含有生物固体的固体副产物。可以从发酵液中回收含氧产物，因此可以针对其预期用途进行制备。固体副产物可以在去除含氧产物之前或之后去除，例如，通过离心和压滤器等方式去除，以产生滤饼和澄清的料流滤液。澄清的料流滤液可以再循环回到发酵流体中以进行另外的发酵循环。滤饼是大量生物固体颗粒，并且可以有效用作肥料和/或动物饲料(任选地，在干燥步骤之后)。动物饲料和肥料的相应组成通常相似，因为其主要由微生物蛋白质和/或碳水化合物构成。在一些实施方式中，动物饲料和/或肥料含有蛋白质(例如，约30重量％至约90重量％，如约60重量％至约90重量％)、脂肪(例如，约1重量％至约12重量％，如约1重量％至约3重量％)、碳水化合物(例如，约5重量％至约60重量％，如约15重量％至约60重量％或约5重量％至约15重量％)和/或矿物质，如钠、钾、铜等(例如，约1重量％至约20重量％，如约1重量％至约3重量％)。例如，动物饲料和/或肥料可以含有约86％的蛋白质、约2％的脂肪、约2％的矿物质和约10％的碳水化合物。
因此，在制备动物饲料的方法中，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集合成气中的H2含量(如本文所描述的，通过将合成气与例如工业尾气和/或来自可再生来源的氢气共混)，例如，(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；和/或(ii)e/C为至少约5.7，如约5.7至约8.0；(c)在液体培养基中用细菌如产乙酸一氧化碳营养菌发酵H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物和固体副产物；(d)从发酵液中去除含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液；以及(e)从发酵液和/或含氧产物耗竭的发酵液中去除固体副产物以产生滤饼和澄清的料流滤液，所述滤饼可有效用作湿或干动物饲料。应当理解，步骤(d)和(e)可以以任意顺序进行。在一些实施方式中，所述方法还包括干燥滤饼，经干燥的滤饼可有效用作干动物饲料。在一些实施方式中，干燥滤饼以增强稳定性和/或以便于运输和/或储存，但是可以任选地在使用之前与水混合。
动物饲料可以是水产养殖饲料(鱼饲料)、家禽饲料、牛饲料、猪饲料、鸟饲料等形式。在作为鱼饲料的情况下，在一些实施方式中，有利地，鱼饲料可以避免高金属(如汞)含量。在一些实施方式中，理想地，可以制备不具有高金属(如汞)含量的同时还具有相对高氨基酸含量的鱼饲料。
在制备肥料的方法中，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集合成气中的H2含量(如本文所描述的，通过将合成气与工业尾气或来自可再生来源的氢气共混)，例如，(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；和/或(ii)e/C为至少约5.7，如约5.7至约8.0；(c)在液体培养基中用细菌如产乙酸一氧化碳营养菌发酵H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物和固体副产物；(d)从发酵液中去除含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液；以及(e)从发酵液和/或含氧产物耗竭的发酵液中去除固体副产物以产生滤饼和澄清的料流滤液，所述滤饼可有效用作湿或干肥料。步骤(d)和(e)可以以任意顺序进行。在一些实施方式中，所述方法还包括干燥滤饼，经干燥的滤饼可有效用作干肥料。在一些实施方式中，干燥滤饼以增强稳定性和/或以便于运输和/或储存，但是可以任选地在使用之前与水混合。
合成气
合成气可以由含有碳、氢气和氧的各种来源形成。例如，有用的碳/氢气/氧材料包括天然气和可以气化的材料，如煤、生物质、如MSW等废弃材料。某些来源，例如富集的天然气可以进行液化以便有利地长距离运输，但也可以原位产生并通过管道现场输送。
可以使用来自任何合适的来源并含有任何合适比率的一氧化碳/氢气/二氧化碳的合成气。然而，通常，相较于如本文所描述的H2富集的合成气，所述合成气的氢气含量更少。通常，来源合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约5.7。在此方面，e/C指示电子的总数与碳原子的比率，并且合成气的e/C通常将较低(如与H2富集的合成气的e/C相比)。如本文所讨论的，将合成气与例如工业尾气和/或来自可再生来源的氢气共混，使得所得H2富集的合成气的特征在于氢气含量和/或e/C高于单独的合成气的氢气含量和/或e/C。
合成气可以理想地源自煤依赖性过程。此H2富集方法特别有用，因为煤衍生的合成气的e/C降低了。合成气中的CO:H2:CO2的精确比例将根据起始材料以及例如气化之后进行的水煤气变换(如果存在的话)的程度而变化。
合成气通常可以具有任何合适的氢气含量，尽管氢气含量将低于H2富集的合成气(即，在将合成气与工业尾气和/或来自可再生来源的氢气共混之后)的氢气含量。例如，在一些实施方式中，合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
合成气通常可以具有任何合适的一氧化碳含量。例如，在一些实施方式中，合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。在一些实施方式中，如与共混的H2富集的合成气相比，合成气将具有更高的一氧化碳相对体积百分比。
合成气通常可以具有任何合适的二氧化碳含量。例如，在一些实施方式中，合成气含有约0体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约45体积％的CO2或约3体积％至约25体积％的CO2。在一些实施方式中，如与共混的H2富集的合成气相比，合成气将具有更高的二氧化碳相对体积百分比。
工业吹扫气体(尾气)
在一些实施方式中，将合成气与工业吹扫气体共混以形成H2富集的合成气。吹扫气体通常是在生产许多化学品或材料中排出的废气。吹扫气体有时被称为尾气，因为其是废气料流的一部分。由于其丰富性和连续供应，煤衍生的吹扫气体的使用在本公开的实施方式中特别有用。
为了维持例如化学反应平衡、高效率和正常且稳定的操作，通常连续或定期从生产单元中排放由化学过程中副反应产生的气体或原始材料混合气体的剩余组分，以得到可能不再所有或部分用于化学过程的低级气体组分。低级气体组分是指有效气体组分含量低且杂质含量高。在此过程中排出的气体部分称为吹扫气体。例如，在氨合成、甲醇合成、乙酸、乙烯氧化成环氧乙烷等产生过程中排出大量吹扫气体。吹扫气体不同于因事故、生产异常、设备清洗、更换以及其它过程临时排出的气体。
例如，吹扫气体可以自甲醇产生。来自甲醇产生的吹扫气体的示例性组成示出于表1中。源自甲醇产生的吹扫气体的潜在体积为大约300Nm3每吨甲醇(相当于约0.05吨乙醇每吨甲醇)。仅在中国，源自甲醇产生的吹扫气体的潜在乙醇产生体积为至多250万吨乙醇(基于2019年5000万吨甲醇产生)。源自甲醇产生的吹扫气体目前的用途包括在火炬中燃烧、在废热锅炉中燃烧以回收能量(BTU值)和回收氢气。表1中提供了根据本公开的一些实施方式的来自甲醇产生的吹扫气体的代表性组成。
表1
组分 体积％
H2 65-80％
CO 3-5％
CO2 5-7％
CH4 1-3％
N2 5-10％
H2O 0.5-1％
MeOH 0.5-1％
Ar -
其它 -
作为另一个实例，吹扫气体也可以源自于合成氨产生。来自合成氨产生的吹扫气体的组成示出于表2中。源自合成氨产生的吹扫气体的潜在体积为大约100Nm3每吨氨(相当于约0.02吨乙醇每吨氨)。仅在中国，源自合成氨产生的吹扫气体的潜在乙醇产生体积为至多150万吨(基于2019年的7000万吨氨产生)。源自合成氨产生的吹扫气体目前的用途包括在火炬中燃烧、在废热锅炉中燃烧以回收能量(BTU值)和回收氢气。表2中提供了根据本公开的一些实施方式的来自合成氨产生的吹扫气体的代表性组成。
表2
图1中反映了用于由煤的气化制备合成气的实施方式。如图1所示，煤110在引入氧气130的情况下经历气化120，以产生富含CO的合成气140。此合成气经历水煤气变换150以增加H2含量，随后进行酸性气体去除160。酸性气体是指含有硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)或相关酸性气体的气体混合物。酸性气体去除产生三种料流：适于化学转化的经纯化形式的合成气190、富含H2S的料流170和CO2富集的酸性气体料流180。酸性气体的组成列出于表3中。原始酸性气体目前的用途包括排出到大气中(作为来自煤化学工业的主要温室气体)。另外，经纯化的酸性气体用作CO2以用于饮料、干冰制备。表3中提供了根据本公开的一些实施方式提供的酸性气体的代表性组成。
表3
组分 体积％
H2 <0.1％
CO <0.5％
CO2 95-99％
CH4 <0.1％
N2 <0.5％
Ar <0.1％
其它 -
在一些实施方式中，吹扫气体可以源自乙酸产生。根据一些实施方式使用甲醇产生乙酸的过程可以在图2中看到。如图2所示，甲醇210和CO 220经历羰基化230和纯化240以产生乙酸250。高压吹扫气体260在羰基化230期间产生，并且低压吹扫气体270在纯化240期间产生。目前，源自乙酸产生的吹扫气体的用途包括在火炬中燃烧和在废热锅炉中燃烧以回收能量(BTU值)。表4和表5中分别提供了根据本公开的一些实施方式的高压吹扫气体和低压吹扫气体的代表性组成。
表4
表5
组分 Vol％
H2 1-2％
CO 60-70％
CO2 10-15％
CH4 8-10％
N2 7-10％
Ar -
CH3OH <0.01％
其它 -
根据一些实施方式，吹扫气体可以源自乙二醇产生。根据一些实施方式通过煤气化产生乙二醇的过程可以在图3中看到。空气305经历空气分离310并用于煤315的气化320。经气化的材料然后经历气体分离350并与CO 365混合以进行羰基化375，以产生富含CO的吹扫气体370料流。在羰基化之后，所述材料经历亚硝酸甲酯回收380，或使用H2 355经历氢化330，这产生富含H2的吹扫气体345。然后纯化335产物以产生乙二醇340。表6和表7中分别提供了根据本公开的一些实施方式的富含CO的吹扫气体和富含H2的吹扫气体的代表性组成。源自乙二醇产生的吹扫气体目前的用途包括在火炬中燃烧和在废热锅炉中燃烧以回收能量(BTU值)。
表6
组分 体积％
H2 1-2％
CO 65-75％
CO2 5-10％
CH4 5-10％
N2 5-10％
Ar -
其它 -
表7
组分 体积％
H2 70-80％
CO 3-5％
CO2 5-10％
CH4 5-10％
N2 5-10％
Ar -
其它 -
在一些实施方式中，电石炉尾气可以用作吹扫气体。根据本公开的一些实施方式的电石炉尾气的代表性组成示出于表8中。电石炉尾气的潜在体积为大约400Nm3每吨电石(相当于约0.1吨乙醇/吨电石)。仅在中国，电石炉尾气的潜在乙醇产生体积为至多300万吨(基于2019年3000万吨电石产生)。电石炉尾气目前的用途包括在废热锅炉中燃烧以回收能量(BTU值)、焦炭干燥和发电。
表8
组分 体积％
H2 2-10％
CO 75-85％
CO2 2-10％
CH4 2-4％
N2 1-8％
O2 <0.5％
其它 1-5％
在一些实施方式中，焦炉气(COG)可以用作吹扫气体。根据本公开的一些实施方式的焦炉气的代表性组成示出于表9中。焦炉气的潜在体积为大约420Nm3每吨焦炭(相当于约0.08吨乙醇/吨电石)。仅在中国，焦炉气的潜在乙醇产生体积为至多3600万吨(基于2019年4.5000亿吨电石产生)。焦炉气目前的用途包括燃烧以加热焦炉(BTU值)，其占总COG的40-45％，发电以及氨/甲醇/NG合成。
表9
在一些实施方式中，可以使用钢厂气体(SMG)来例如降低e/C。根据本公开的一些实施方式的钢厂气体的代表性组成示出于表10中。例如，钢厂气体可以在钢铁生产过程期间从高炉中产生。其含有CO和CO2以及少量的H2。在一些实施方式中，SMG可以与合成气体和富含氢气的气体一起用作另外的(第三)输入气体以实现特定的e/C。
表10
组分 体积％
H2 2-5％
CO 20-25％
CO2 20-25％
CH4 2-5％
N2 40-50％
Ar -
根据本公开的实施方式，工业尾气可以用于通过微生物发酵产生乙醇。含氧产物(例如，乙醇)可以使用富含H2的工业尾气，如甲醇吹扫气体、氨吹扫气体、焦炉气(COG)等通过微生物发酵来产生。通过将富含氢气的工业尾气与煤衍生的合成气混合通过微生物发酵产生乙醇的过程的实施方式示出于图4中。如图4所示，富含H2的工业尾气410与煤衍生的合成气420混合以产生e/C为例如至少约5.7(如约5.7至约8.0)的气体430。氢气富集的合成气430然后用作微生物发酵440的碳来源和能量来源，从而产生乙醇450和微生物蛋白质460。从反应器中取出发酵液并通过如蒸馏等技术回收乙醇450。生物固体富集的微生物蛋白质460也从取出的发酵液中回收。
通过用富含氢气的工业尾气和如酸性气体等含废物CO2的料流重整(通过反向水煤气变换固定碳)通过微生物发酵产生乙醇的过程示出于图5中。反向水煤气变换是指将可逆的水煤气变换反应平衡向后移动，并且由于高温下初始平衡中的高H2和CO2含量而导致在平衡状态下CO浓度更高。如图5所示，将富含H2的工业尾气510与含废物CO2的料流520混合，并经历反向水煤气变换以产生e/C为6.0的气体530。料流540被释放。根据本公开的实施方式，气体经历微生物发酵550，并且从反应器中取出发酵液并通过如蒸馏等技术回收乙醇560。生物固体富集的微生物蛋白质570也从取出的发酵液中回收。
可以使用富含CO的工业尾气，如乙酸吹扫气体、电石炉尾气、钢厂气体等通过微生物发酵产生乙醇。通过直接进料到富含一氧化碳的工业尾气的发酵中通过微生物发酵产生乙醇的过程示出于图6中。如图6所示，根据本公开的实施方式，富含CO的工业尾气610经历微生物发酵620。从反应器中取出发酵液并通过如蒸馏等技术回收乙醇630。生物固体富集的微生物蛋白质640也从取出的发酵液中回收。
通过水煤气变换重整富含一氧化碳的工业尾气通过微生物发酵产生乙醇的代表性过程示出于图7中。水煤气变换是指将CO和水蒸气转化为H2和CO2，并导致在平衡状态下H2浓度更高。水煤气变换反应的逆反应被称为“反向水煤气变换”，即CO2和H2反应以形成CO和H2O。在此方面，如果H2在反应中被全部消耗掉，则添加H2进行反向水煤气变换将不会直接增加H2。作为反向水煤气变换反应的结果，CO2的量将减少，并且任选地，如果添加过量的H2，则H2通过所述添加而增加，使得氢气的总相对量增加。如图7所示，富含CO的工业尾气710与料流720合并，并经历水煤气变换以产生e/C为例如至少约5.7(如约5.7至约8.0)的气体730。根据本公开的实施方式，气体经历微生物发酵740。从反应器中取出发酵液并通过如蒸馏等技术回收乙醇750。生物固体富集的微生物蛋白质760也从取出的发酵液中回收。
通过与可再生H2混合(用可再生H2固定碳)通过微生物发酵产生乙醇的过程示出于图8中。如图8所示，将富含CO的工业尾气810与可再生H2(太阳能/风能)820合并并混合以产生e/C为例如至少约5.7(如约5.7至约8.0)的气体830。CO2 840被释放出来。根据本公开的实施方式，气体经历微生物发酵850。从反应器中取出发酵液并通过如蒸馏等技术回收乙醇860。生物固体富集的微生物蛋白质870也从取出的发酵液中回收。
氢气的可再生来源
可以使合成气富集有氢气以形成至少部分源自“绿色”技术的H2富集的合成气。合成气可以以任何合适的方式与氢气共混并且来自任何合适的来源以制备H2富集的合成气，所述H2富集的合成气进而如本文所描述的进行发酵。
根据本公开的实施方式，工业吹扫气体被再利用以产生氢气富集的合成气。另外，在一些实施方式中，由环境友好的可再生来源(例如，风能、太阳能或其组合等)产生的氢气可以用于使合成气富集有氢气。令人惊讶且出乎意料的是，本发明人发现所述过程可以有利地避免使用水煤气变换反应，所述水煤气变换反应会不期望地形成必须减少的过量CO2。
在此方面，通常使用水煤气变换来提高合成气中的氢气含量。例如，生物质、MSW或基于煤的合成气的常见问题是其具有较高的CO含量和相对较低的氢气含量，这使得许多过程变得复杂。传统上，为了避免所述问题，采用水煤气变换反应来增加合成气中的氢气含量，而代价是CO会转化为CO2。在此方面，水煤气变换反应是指将CO和水蒸气转化为H2和CO2，并导致在平衡状态下H2浓度更高。
水煤气变换反应是一氧化碳与料流之间形成二氧化碳和氢气的放热反应。通常，在典型的工业应用中，水煤气变换反应以两阶段过程进行。所述阶段通常分为“高温”阶段和“低温”阶段。高温阶段在约320-450℃的范围内使用基于铁的催化剂进行。低温阶段在约150-250℃的范围内使用基于铜的催化剂进行。
使用水煤气变换反应导致氢气水平增加；然而，也不可避免地产生了大量的CO2。CO2是一种温室气体，并且现有的CO2捕获和利用方案有限。如果水煤气变换反应产生的所有CO2没有被消耗掉，那么所述过程则有变成净CO2生产者的风险。如此，需要通过另外的过程(例如，碳捕获)来减少过剩的CO2，由此进一步增加所述过程的复杂性和步骤。
根据本公开的实施方式，发明人发现可以通过使用可再生氢气直接调节氢气量从而避免水煤气变换技术。通过此过程，可以避免水煤气变换反应，因为添加可再生氢气使得能够对氢气含量进行特定调整。这使得能够在无需使用通常产生过剩CO2的水煤气变换反应的情况下将氢气量调节至可容许的范围。重要的是，不同于先前使用可再生来源转化合成气(Wang等人)，使用通过一氧化碳营养生物进行发酵的可再生氢气增强的合成气不需要从增强的合成气料流中去除H2S或CO2。事实上，H2S提高了所述过程的效率，因为其可以被同型产乙酸一氧化碳营养生物使用以帮助抵消对硫补充来源的需要。
在一些实施方式中，将可再生氢气添加到由废物原料，例如MSW形成的合成气中。MSW是一种容易获得且来源容易的原料，因为如果没有其它用途，通常会对其进行掩埋或焚烧。MSW焚烧会释放CO2和微粒(例如，烟尘)，而掩埋会使MSW发生微生物转化，从而释放出“生物气”作为结果。生物气是H2S、CO2和甲烷(CH4)的混合物。如本文所描述的，CO2是一种污染物，H2S易燃、有腐蚀性且有毒，并且CH4被视为比CO2更危险的温室气体。制备由生物质(例如，呈MSW形式的生物质)形成的合成气可以理想地防止释放此类污染物和微粒，否则所述污染物和微粒会通过掩埋和/或焚烧的手段被释放。
MSW的气化通常产生H2:CO比率接近1:1(e/C为大约≤3)的合成气，与大多数气化基质(例如，煤和生物质)一致，其H2:CO比率也接近1:1。在此方面，由MSW制备的合成气需要提高其H2含量，以被认为对于乙醇产生具有理想的效率。
可以向合成气中添加任何合适量的氢气以形成H2富集的合成气。例如，在一些实施方式中，所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到合成气以将H2富集的合成气中的H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
在一些实施方式中，将合成气与氢气共混以制备H2富集的合成气，所述H2富集的合成气的特征在于e/C值为至少约5.7，例如，约5.7至约8.0。
根据本公开的实施方式，氢气的产生可以来自任何可再生来源。例如，可再生来源可以呈太阳能电池板阵列或含有风力涡轮机的农场或其组合的形式。通常，可再生来源可以产生电力，然后所述电力被输送到进行电解过程处，从而将水转化为氢气和氧气。氢气可以通过例如氢气管道、氢气液化和罐车运输以及其它氢气储存和运输技术递送到合成气产生处。
通常，如太阳能电池板和风力涡轮机等来源可以用作可再生电力来源。风能和太阳能可以使用已知技术以任何合适的方式产生。例如，陆上或海上风力涡轮机可以通过围绕转子的涡轮机的螺旋桨状叶片来使用。涡轮机的叶片产生使转子旋转的空气动力学力。发电机将转子的机械能(动能)转化为电能。在太阳能技术的情况下，阳光以如光伏板或通过使用聚集太阳辐射的镜子等任何合适的方式转化为电能。这种能量产生的电荷会响应于电池内部电场的变化而移动，由此使得电力流动。用于从可再生来源形成电力的技术在本领域中是众所周知的，并且根据本公开的实施方式可以使用用于可再生地形成电力的任何合适的技术或布置。参见例如美国专利和专利公开第2,360,791A号、第7,709,730B2号、第7,381,886B1号、第7,821,148B2号、第8,866,334B2号、第9,871,255B2号、第9,938,627B2号、第2022/0145479A1号。
在一些实施方式中，根据本公开的方法中使用的电力可以记录其可再生性，并理想地由相关机构指定为“清洁”电力。对于可再生能源，优选地，以与正在使用的电量相同的电量返回到电网中。根据本公开的一些实施方式，由于水理想地被认为可再生，因此当与可再生电力一起使用时，所产生的氢气也被认为可再生。
一旦有来源，电力将用于例如通过电解产生氢气，这将水分解成期望的氢气和氧气。此方法允许通过电解产生可再生氢气，其中氢气用于富集合成气，使得其可以在无需使用水煤气变换并需要减少过剩CO2产生的情况下用于生产含氧产物(如乙醇)。
根据本公开的实施方式，发明人发现可以通过使用可再生氢气直接调节氢气量从而避免水煤气变换技术。添加可再生氢气使得能够在无需使用水煤气变换反应和不产生过量CO2的情况下将氢气量具体调节至可容许的范围。另外，根据实施方式，对确保从合成气中去除如H2S和CO2等组分的另外步骤的需要变得不必要。例如，H2S可能通过催化途径对甲醇的产生造成负面影响，但是根据实施方式，不会对如本文所公开的过程产生负面影响。具体地，H2S的存在可以用作生物体的硫源，由此理想地降低与过程相关的成本和劳动力。有利地，结果，形成的合成气使得所述过程具有较少的步骤和障碍，更适于产生如乙醇等含氧产物。
H2富集的合成气
根据本公开的实施方式，将合成气与来自可再生来源的工业吹扫气体和/或氢气共混，以形成H2富集的合成气。结果，H2富集的合成气中的氢气含量和/或e/C高于单独的合成气的氢气含量和/或e/C。在一些实施方式中，富含H2的尾气源自来自煤衍生的化学产生过程的吹扫气体，如来自煤至甲醇产生的吹扫气体、来自煤至合成氨产生的吹扫气体、来自煤至乙酸产生的吹扫气体、来自煤至乙二醇产生的吹扫气体、来自煤至合成天然气产生的吹扫气体、来自煤至液体产生的吹扫气体、焦炉气或其任何组合。
H2富集的合成气通常可以具有任何合适的氢气含量，尽管如与合成气中的氢气含量相比，基于相对体积，H2富集的合成气中的氢气含量更高。例如，在一些实施方式中，H2富集的合成气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
通常，H2富集的合成气的e/C为至少约5.7。在一些实施方式中，H2富集的合成气的e/C为约8或更小，例如，约5.7至约8.0。在此方面，如与合成气相比，H2富集的合成气的e/C通常将更高，这是因为H2富集的合成气中的H2含量更高。
H2富集的合成气通常可以具有任何合适的一氧化碳含量。例如，在一些实施方式中，H2富集的合成气含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。在一些实施方式中，如与未富集氢气的合成气相比，H2富集的合成气的一氧化碳相对体积百分比将更低。
H2富集的合成气通常可以具有任何合适的二氧化碳含量。例如，在一些实施方式中，合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如约3体积％至约15体积％的CO2或约3体积％至约5体积％的CO2。在一些实施方式中，如与合成气相比，H2富集的合成气的二氧化碳相对体积百分比将更低。
微生物
任何合适的微生物可以用于本公开的方法中的发酵，例如，非常适于发酵含有较高氢气含量的气体(例如，含有至少约50体积％的氢气)的细菌。例如，在一些实施方式中，所述细菌是产乙酸一氧化碳营养生物。这些微生物在共同转让、共同在审的美国申请第63/136,025号和第63/136,042号中进行了描述，所述美国申请特此通过引用并入。
例如，在一些实施方式中，用于本公开的方法中的发酵的微生物呈细菌形式，所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。这些细菌的特征在于存在伍德-隆达尔代谢途径，如美国专利第6,340,581B1号中讨论的。
含氧产物
如本文所描述的，在本公开的实施方式中，在发酵时，微生物产生含氧产物。含氧产物可以通过任何合适的技术从发酵液中回收，所述技术包括但不限于分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合。
可以产生可以根据需要由本文所描述的方法制备的任何合适的含氧产物。例如，在一些实施方式中，含氧产物是乙醇。在一些实施方式中，含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。在一些实施方式中，所述方法还包括从发酵液中分离含氧产物。
如本领域普通技术人员将理解的，使用发酵过程可以实现特别期望的含氧产物的产生。例如，产乙酸一氧化碳营养生物微生物可以在其自然状态下制备乙酸盐，但可以操纵条件来制备乙醇。举例来说，可以将发酵液的pH降低至约5.3或更低(如约4.8或更低)，并且可以限制维生素B5的量，由此限制微生物的生长并允许产生更多乙醇。其它含氧化合物，如丙酸盐、丁酸盐、乙酸、丁醇和丙醇可以通过使用替代性一氧化碳营养型生物体、对产乙酸一氧化碳营养生物微生物(参见例如美国专利公开第2011/0236941 A1号)进行工程化、通过使用共培养物(参见例如美国专利第9,469,860 B2号和美国专利公开第2014/0273123A1号)或添加或修饰组分来制备，这将在本领域普通技术人员的技术水平内。
共定位
尽管不是必需的，但在一些实施方式中，可以在用于形成含氧产物和/或饲料产品的产生过程中使用共定位。如本文所使用的，共定位可以涉及可再生氢气的使用，但不限于此。共定位包括将不同的组分过程定位在单一站点的一个集中区域内或者定位成彼此紧密接近(例如，在约50英里内，如在约10英里或约5英里内)。例如，这可以包括将合成气产生、吹扫气体(尾气)产生、合成气的氢气富集、发酵、电解(如果存在的话)、发电(如果存在的话，例如，通过太阳能和/或风能)和/或含氧产物的分离定位在一个站点或者定位成彼此紧密接近。
在实施方式中，合成气产生过程、吹扫气体(尾气)产生过程、合成气的氢气富集过程、发酵过程和/或含氧产物的分离过程可以在任何合适的布置中是共定位的。例如，在实施方式中，合成气产生过程和吹扫气体(尾气)产生过程是共定位的。在实施方式中，合成气产生过程和合成气的氢气富集过程是共定位的。在实施方式中，合成气产生过程和发酵过程是共定位的。在实施方式中，合成气产生过程和含氧产物的分离过程是共定位的。在实施方式中，吹扫气体(尾气)产生过程和合成气的氢气富集过程是共定位的。在实施方式中，吹扫气体(尾气)产生过程和发酵过程是共定位的。在实施方式中，吹扫气体(尾气)产生过程和含氧产物的分离过程是共定位的。在实施方式中，合成气的氢气富集过程和发酵过程是共定位的。在实施方式中，合成气的氢气富集过程和含氧产物的分离过程是共定位的。在实施方式中，发酵过程和含氧产物的分离过程是共定位的。
在将可再生氢气添加到合成气中以形成H2富集的合成气的实施方式中，合成气产生过程、合成气的氢气富集过程、发酵过程、电解过程、发电过程和/或含氧产物的分离过程可以在任何合适的布置中共定位。例如，在实施方式中，合成气产生过程和合成气的氢气富集过程是共定位的。在实施方式中，合成气产生过程和发酵过程是共定位的。在实施方式中，合成气产生过程和电解过程是共定位的。在实施方式中，合成气产生过程和发电过程是共定位的。在实施方式中，合成气产生过程和含氧产物的分离过程是共定位的。在实施方式中，合成气的氢气富集过程和发酵过程是共定位的。在实施方式中，合成气的氢气富集过程和电解过程是共定位的。在实施方式中，合成气的氢气富集过程和发电过程是共定位的。在实施方式中，合成气的氢气富集过程和含氧产物的分离过程是共定位的。在实施方式中，发酵过程和电解过程是共定位的。在实施方式中，发酵过程和发电过程是共定位的。在实施方式中，发酵过程和含氧产物的分离过程是共定位的。在实施方式中，电解过程和发电过程是共定位的。在实施方式中，电解过程和含氧产物的分离过程是共定位的。在实施方式中，发电过程和含氧产物的分离过程是共定位的。
在实施方式中，合成气产生过程、吹扫气体产生过程、合成气的氢气富集过程以及发酵过程是共定位的。在实施方式中，发酵、电解、合成气产生和合成气的氢气富集以及电力来源是共定位的。在实施方式中，合成气产生、合成气的氢气富集、发酵过程以及含氧产物的分离是共定位的。在实施方式中，产生过程的所有方面都是共定位的。
在一些实施方式中，共定位方法涉及电力来源(例如，来源于不可再生或可再生来源)以使用电解产生氢气产生。然而，由于电力可以高效地产生并通过传输线长距离传输，因此来源于此过程中的电力可以在现场、在近距离内产生，或者通过传输线传输，并且仍然被视为用于制备根据本公开的实施方式的产物的共定位过程。如果期望的话，可以在例如维护工厂自己的电网在经济上有利的地方(例如，容易断电的超负荷或不稳定的本地电网处)使用直接传输线。
方面
本发明通过以下示例性方面进一步说明。然而，本发明不受以下方面的限制。
(1)一种制备含氧产物的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气；以及(c)在液体培养基中用产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在所述发酵液中产生含氧产物。
(2)根据方面1所述的方法，其中所述合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
(3)根据方面1或2所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
(4)根据方面1或2中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约45体积％的CO2，例如，约0体积％至约25体积％的CO2。
(5)根据方面1至4中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约0体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(6)根据方面1至5中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(7)根据方面1至6中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。
(8)根据方面1至7中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约15体积％的CO2，例如，约0体积％至约5体积％的CO2。
(9)根据方面1至7中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(10)根据方面1至9中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约8或约2至约6.0。
(11)根据方面1至9中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约8或约2至约5.7。
(12)根据方面1至9中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约6或约2至约5.7。
(13)根据方面1至12中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气的e/C为约6或更小，例如，约5.7至约6。
(14)根据方面1至13中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙醇。
(15)根据方面1至14中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。
(16)根据方面1至15中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述发酵液中分离所述含氧产物。
(17)根据方面16所述的方法，其中所述含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。
(18)根据方面1至17中任一项所述的方法，其中所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
(19)根据方面1至18中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述合成气与富含H2的尾气混合。
(20)根据方面19所述的方法，其中所述富含H2的尾气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(21)根据方面18或19所述的方法，其中富含H2的尾气源自来自煤衍生的化学产生过程的吹扫气体，如来自煤至甲醇产生的吹扫气体、来自煤至合成氨产生的吹扫气体、来自煤至乙酸产生的吹扫气体、来自煤至乙二醇产生的吹扫气体、来自煤至合成天然气产生的吹扫气体、来自煤至液体产生的吹扫气体、焦炉气或其任何组合。
(22)根据方面1至18中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(23)根据方面1至18中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(24)根据方面1至18中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(25)根据方面1至18中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(26)根据方面1至18中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(27)根据方面1至18中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(28)根据方面1至27中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的合成气。
(29)根据方面26或27所述的方法，其中所述H2的所述可再生来源是太阳能、风能或其组合，例如，可再生来源(即太阳能或风能)发电以运行电解，从而产生可再生氢气。
(30)一种制备含氧产物的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，所述H2富集的合成气具有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；(c)在液体培养基中用细菌发酵所述H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在所述发酵液中产生含氧产物。
(31)根据方面30所述的方法，其中所述合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
(32)根据方面30或31所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
(33)根据方面30至32中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约45体积％的CO2，例如，约0体积％至约25体积％的CO2。
(34)根据方面30至32中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(35)根据方面30至34中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。
(36)根据方面30至35中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(37)根据方面30至36中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约8。
(38)根据方面30至36中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约6。
(39)根据方面30至38中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气的e/C为约6或更小，例如，约5.7至约6。
(40)根据方面30至39中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙醇。
(41)根据方面30至40中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。
(42)根据方面30至41中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述发酵液中分离所述含氧产物。
(43)根据方面42所述的方法，其中所述含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。
(44)根据方面30至43中任一项所述的方法，其中所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
(45)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述合成气与富含H2的尾气混合。
(46)根据方面45所述的方法，其中所述富含H2的尾气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(47)根据方面45或46所述的方法，其中富含H2的尾气源自来自煤衍生的化学产生过程的吹扫气体，如来自煤至甲醇产生的吹扫气体、来自煤至合成氨产生的吹扫气体、来自煤至乙酸产生的吹扫气体、来自煤至乙二醇产生的吹扫气体、来自煤至合成天然气产生的吹扫气体、来自煤至液体产生的吹扫气体、焦炉气或其任何组合。
(48)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(49)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约0体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(50)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(51)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(52)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(53)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(54)根据方面30至44中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(55)根据方面53或54所述的方法，其中所述H2的可再生来源是太阳能、风能或其组合，例如，可再生来源(即太阳能或风能)发电以运行电解，从而产生可再生氢气。
(56)根据方面30至54中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的合成气。
(57)根据方面30至56中任一项所述的方法，其中所述细菌是产乙酸一氧化碳营养生物。
(58)一种制备含氧产物的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，所述H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，例如，约5.7至约8；以及(c)在液体培养基中用细菌发酵所述H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在所述发酵液中产生含氧产物。
(59)一种制备含氧产物的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，所述H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，例如，约5.7至约6；以及(c)在液体培养基中用细菌发酵所述H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在所述发酵液中产生含氧产物。
(60)根据方面58所述的方法，其中所述合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
(61)根据方面58或60所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
(62)根据方面58至61中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约0体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(63)根据方面58至61中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约45体积％的CO2，例如，约0体积％至约25体积％的CO2。
(64)根据方面58至63中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(65)根据方面58至64中任一项所述的方法，其中H2富集的基质气体含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。
(66)根据方面58至65中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(67)根据方面58至65中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(68)根据方面58至67中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约6。
(69)根据方面58至68中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙醇。
(70)根据方面58至69中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。
(71)根据方面58至70中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述含氧产物中分离水。
(72)根据方面71所述的方法，其中所述含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。
(73)根据方面58至72中任一项所述的方法，其中所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
(74)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述合成气与富含H2的尾气混合。
(75)根据方面74所述的方法，其中所述富含H2的尾气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(76)根据方面74或75所述的方法，其中富含H2的尾气源自来自煤衍生的化学产生过程的吹扫气体，如来自煤至甲醇产生的吹扫气体、来自煤至合成氨产生的吹扫气体、来自煤至乙酸产生的吹扫气体、来自煤至乙二醇产生的吹扫气体、来自煤至合成天然气产生的吹扫气体、来自煤至液体产生的吹扫气体、焦炉气或其任何组合。
(77)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(78)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约0体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(79)根据方面71至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气添加到所述合成气以实现反向水煤气变换，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(80)根据方面71至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约0体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气添加到所述合成气以实现反向水煤气变换，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(81)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(82)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(83)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述e/C值增加到约5.7至约8。
(84)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(85)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(86)根据方面83或84所述的方法，其中所述H2的可再生来源是太阳能、风能或其组合，例如，可再生来源(即太阳能或风能)发电以运行电解，从而产生可再生氢气。
(87)根据方面58至73中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的合成气。
(88)根据方面58至87中任一项所述的方法，其中所述细菌是产乙酸一氧化碳营养生物。
(89)一种可再生地制备含氧产物的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下化合物中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)将来自可再生来源的H2添加到所述合成气中以形成H2富集的合成气；(c)在液体培养基中用细菌发酵所述H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物。
(90)根据方面89所述的方法，其中所述细菌是产乙酸一氧化碳营养生物。
(91)根据方面90所述的方法，其中所述合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
(92)根据方面89至91中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
(93)根据方面89至92中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约0体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(94)根据方面89至92中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(95)根据方面89至94中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(96)根据方面89至95中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。
(97)根据方面89至96中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(98)根据方面89至96中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(99)根据方面89至98中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约6。
(100)根据方面89至99中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气的e/C为约6或更小，例如，约5.7至约6。
(101)根据方面89至100中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙醇。
(102)根据方面89至101中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。
(103)根据方面89至102中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述发酵液中分离所述含氧产物。
(104)根据方面103所述的方法，其中所述含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。
(105)根据方面89至104中任一项所述的方法，其中所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
(106)根据方面89至105中任一项所述的方法，其中所述H2的可再生来源是太阳能、风能或其任何组合，例如，可再生来源(即太阳能或风能)发电以运行电解，从而产生可再生氢气。
(107)根据方面89至106中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述将H2添加到所述合成气将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(108)根据方面89至107中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述将H2添加到所述合成气将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(109)根据方面89至108中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的合成气。
(110)一种制备动物饲料的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，例如，(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；和/或(ii)e/C为至少约5.7，如约5.7至约6；(c)在液体培养基中用细菌如产乙酸一氧化碳营养菌发酵H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物和固体副产物；(d)从发酵液中去除含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液；以及(e)从发酵液和/或含氧产物耗竭的发酵液中去除固体副产物以产生滤饼和澄清的料流滤液，所述滤饼可有效用作动物饲料。
(111)根据方面110所述的方法，其还包括干燥滤饼，经干燥的滤饼可有效用作干动物饲料。
(112)根据方面110或111所述的方法，其中所述动物饲料含有蛋白质、脂肪、碳水化合物和/或矿物质，例如，约30重量％至约90重量％的蛋白质、约1重量％至约12重量％的脂肪、约5重量％至约60重量％的碳水化合物(例如，约15重量％至约60重量％或约5重量％至约15重量％)和/或约1重量％至约20重量％的矿物质，如钠、钾、铜等，如约86％的蛋白质、约2％的脂肪、约2％的矿物质和/或约10％的碳水化合物。
(113)根据方面110至112中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
(114)根据方面110至113中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
(115)根据方面110至114中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约0体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(116)根据方面110至114中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(117)根据方面110至116中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(118)根据方面110至117中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。
(119)根据方面110至118中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(120)根据方面110至118中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(121)根据方面110至120中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约6。
(122)根据方面110至121中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气的e/C为约6或更小，例如，约5.7至约6。
(123)根据方面110至122中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙醇。
(124)根据方面110至123中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。
(125)根据方面110至124中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述发酵液中分离所述含氧产物。
(126)根据方面125所述的方法，其中所述含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。
(127)根据方面110至126中任一项所述的方法，其中所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
(128)根据方面110至127中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述合成气与富含H2的尾气混合。
(129)根据方面128所述的方法，其中所述富含H2的尾气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(130)根据方面128或129所述的方法，其中富含H2的尾气源自来自煤衍生的化学产生过程的吹扫气体，如来自煤至甲醇产生的吹扫气体、来自煤至合成氨产生的吹扫气体、来自煤至乙酸产生的吹扫气体、来自煤至乙二醇产生的吹扫气体、来自煤至合成天然气产生的吹扫气体、来自煤至液体产生的吹扫气体、焦炉气或其任何组合。
(131)根据方面110至129中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(132)根据方面110至129中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约0体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(133)根据方面110至132中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(134)根据方面110至129中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(135)根据方面110至129中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(136)根据方面110至129中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述e/C值增加到约5.7至约8。
(137)根据方面110至129中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(138)根据方面110至129中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(139)根据方面110至138中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的合成气。
(140)根据方面138或139所述的方法，其中所述H2的所述可再生来源是太阳能、风能或其组合。
(141)一种制备肥料的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，例如，(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；和/或(ii)e/C为至少约5.7，如约5.7至约8；(c)在液体培养基中用细菌如产乙酸一氧化碳营养菌发酵H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物和固体副产物；(d)从发酵液中去除含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液；以及(e)从发酵液和/或含氧产物耗竭的发酵液中去除固体副产物以产生滤饼和澄清的料流滤液，所述滤饼可有效用作肥料。
(142)一种制备肥料的方法，所述方法包括：(a)提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；(b)富集合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，例如，(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；和/或(ii)e/C为至少约5.7，如约5.7至约6；(c)在液体培养基中用细菌如产乙酸一氧化碳营养菌发酵H2富集的合成气以在生物反应器中形成发酵液，从而在发酵液中产生含氧产物和固体副产物；(d)从发酵液中去除含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液；以及(e)从发酵液和/或含氧产物耗竭的发酵液中去除固体副产物以产生滤饼和澄清的料流滤液，所述滤饼可有效用作肥料。
(143)根据方面141所述的方法，其还包括干燥滤饼，经干燥的滤饼可有效用作干肥料。
(144)根据方面141或143所述的方法，其中所述肥料含有蛋白质、脂肪、碳水化合物和/或矿物质，例如，约30重量％至约90重量％的蛋白质、约1重量％至约12重量％的脂肪、约5重量％至约60重量％的碳水化合物(例如，约15重量％至约60重量％或约5重量％至约15重量％)和/或约1重量％至约20重量％的矿物质，如钠、钾、铜等，如约86％的蛋白质、约2％的脂肪、约2％的矿物质和/或约10％的碳水化合物。
(145)根据方面141至144中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
(146)根据方面141至145中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约0体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
(147)根据方面141至145中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
(148)根据方面141至147中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约0体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
(149)根据方面141至148中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(150)根据方面141至149中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。
(151)根据方面141至150中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
(152)根据方面141至151中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约8。
(153)根据方面141至151中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2，例如，约2至约6。
(154)根据方面141至153中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气的e/C为约6或更小，例如，约5.7至约6。
(155)根据方面141至154中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙醇。
(156)根据方面141至155中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。
(157)根据方面141至156中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述发酵液中分离所述含氧产物。
(158)根据方面157所述的方法，其中所述含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合来分离。
(159)根据方面141至158中任一项所述的方法，其中所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
(160)根据方面141至159中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述合成气与富含H2的尾气混合。
(161)根据方面160所述的方法，其中所述富含H2的尾气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(162)根据方面160或161所述的方法，其中富含H2的尾气源自来自煤衍生的化学产生过程的吹扫气体，如来自煤至甲醇产生的吹扫气体、来自煤至合成氨产生的吹扫气体、来自煤至乙酸产生的吹扫气体、来自煤至乙二醇产生的吹扫气体、来自煤至合成天然气产生的吹扫气体、来自煤至液体产生的吹扫气体、焦炉气或其任何组合。
(163)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2，从而将所述e/C值增加到约5.7至约8。
(164)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(165)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约0体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2，从而将所述e/C值增加到约5.7至约8。
(166)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约0体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气和料流添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(167)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气添加到所述合成气以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(168)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述e/C值增加到约5.7至约8。
(169)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(170)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将料流添加到所述合成气以实现水煤气变换，从而将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(171)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述e/C值增加到约5.7至约6。
(172)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
(173)根据方面141至161中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的合成气。
(174)根据方面171或172所述的方法，其中所述H2的所述可再生来源是太阳能、风能或其组合。
应当注意，前述方面是说明性的而非限制性的。其它示例性组合从本文的整体描述中显而易见。本领域的普通技术人员还将理解的是，各个方面可以与本文提供的其它方面进行各种组合。
以下实施例进一步说明本公开，但是当然不应被解释为以任何方式限制其范围。
实施例1
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用与合成甲醇产生相关的吹扫气体用于富集源自煤的合成气的氢气含量的用途的过程。
合成甲醇的产生伴随含有65-80％ H2的吹扫气体(如例如表1所示)。由煤气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自合成甲醇产生的吹扫气体混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于煤的合成气与合成甲醇吹扫气体的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例2
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用与合成甲醇产生相关的吹扫气体用于富集源自可再生来源的合成气的氢气含量的用途的过程。
合成甲醇的产生伴随含有65-80％ H2的吹扫气体(如例如表1所示)。将由生物质或城市废物气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自合成甲醇产生的吹扫气体混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于可再生来源的合成气与合成甲醇吹扫气体的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例3
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用与合成氨产生相关的吹扫气体用于富集源自煤的合成气的氢气含量的用途的过程。
合成氨的产生伴随含有60-70％ H2的吹扫气体(如例如表2所示)。将由煤气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自合成氨产生的吹扫气体混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于煤的合成气与合成氨吹扫气体的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例4
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用与合成氨产生相关的吹扫气体用于富集源自可再生来源的合成气的氢气含量的用途的过程。合成氨的产生伴随含有60-70％H2的吹扫气体(如例如表2所示)。将由生物质或城市固体废物气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自合成氨产生的吹扫气体混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于可再生来源的合成气与合成氨吹扫气体的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例5
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用与合成乙二醇产生相关的吹扫气体用于富集源自煤的合成气的氢气含量的用途的过程。
合成乙酸乙二醇的产生伴随含有70-80％ H2的富含H2的吹扫气体(如例如表7所示)。将由煤气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自合成乙二醇产生的富含H2的吹扫气体混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于煤的合成气与源自乙二醇产生的富含H2的吹扫气体的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例6
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用与合成乙二醇产生相关的富含H2的吹扫气体用于富集源自可再生来源的合成气的氢气含量的用途的过程。
合成乙酸乙二醇的产生伴随含有70-80％ H2的富含H2的吹扫气体(如例如表7所示)。将由生物质或城市固体废物气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自合成乙二醇产生的富含H2的吹扫气体混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于可再生来源的合成气与源自合成乙二醇产生的富含H2的吹扫气体的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例7
此实施例阐述的实验和对比实验证明了焦炉气用于富集源自煤的合成气的氢气含量的用途的过程。
焦炉气含有55-60％ H2(如例如表9所示)。将由煤气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与焦炉气混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于煤的合成气与焦炉气的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例8
此实施例阐述的实验和对比实验证明了焦炉气用于富集源自可再生来源的合成气的氢气含量的用途的过程。
焦炉气含有55-60％ H2(如例如表9所示)。将由生物质或城市固体废物气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与焦炉气混合，以产生e/C为5.96的共混的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由来源于可再生来源的合成气与焦炉气的混合物衍生的共混合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例9
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用富含CO2的吹扫气体和高H2吹扫气体用于产生适于高效乙醇产生的合成气的用途的过程。
煤的气化伴随含有95-99％ CO2％的“酸性气体”吹扫气体(如例如表3所示)。合成甲醇的产生伴随含有65-80％ H2的吹扫气体(如例如表1所示)。然后将此富含CO2的吹扫气体与富含H2的吹扫料流共混，并经历反向水煤气变换，以产生e/C为5.96的CO富集的气体。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由富含CO2的酸性气体与来自合成甲醇产生的吹扫气体衍生的共混合成气体通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例10
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用富含CO2的吹扫气体和高H2吹扫气体用于产生适于高效乙醇产生的合成气的用途的过程。
煤的气化伴随含有95-99％ CO2％的“酸性气体”吹扫气体(如例如表3所示)。合成氨的产生伴随含有60-70％ H2的吹扫气体(如例如表2所示)。然后将富含CO2的酸性气体与富含H2的吹扫料流共混，并经历反向水煤气变换以产生e/C为5.96的CO富集的气体。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由富含CO2的酸性气体与来自合成氨产生的吹扫气体衍生的共混反向水煤气变换的合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例11
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用富含CO2的吹扫气体和高H2吹扫气体用于产生适于高效乙醇产生的合成气的用途的过程。
煤的气化伴随含有98.8％ CO2％的“酸性气体”吹扫气体(如例如表3所示)。焦炉气含有55-60％ H2(如例如表9所示)。然后将富含CO2的酸性气体与富含H2的焦炉气共混，并经历反向水煤气变换，以产生e/C为5.96的CO富集的气体。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从取出的发酵液中回收乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由富含CO2的酸性气体与焦炉气衍生的共混反向水煤气变换的合成气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例12
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用富含CO的电石炉尾气用于乙醇产生的用途的过程。
电石炉吹扫气体含有75-85％ CO(如例如表8所示)。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明电石炉尾气通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例13
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用反向水煤气变换的富含CO的电石炉尾气用于乙醇产生的用途的过程。
电石炉吹扫气体含有75-85％ CO(如例如表8所示)。将此合成气与料流混合并经历水煤气变换，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明电石炉尾气通过高效转化为乙醇的水煤气变换转化为合成气。
实施例14
此实施例阐述的实验和对比实验证明了富含CO的电石炉尾气和可再生H2用于乙醇产生的用途的过程。
电石炉吹扫气体含有75-85％ CO(如例如表8所示)。将此气体与源自使用绿色能源进行的电解的可再生H2共混，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由混合电石炉尾气与可再生H2衍生的合成气被高效地转化为乙醇。
实施例15
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用源自合成乙酸产生的富含CO的吹扫气体用于乙醇产生的用途的过程。
与合成乙酸产生相关的高压吹扫气体含有70-80％ CO(如例如表4所示)。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明来源于合成乙酸产生的吹扫气体通过发酵高效地转化为乙醇。
实施例16
此实施例阐述的实验和对比实验证明了源自乙酸的合成的反向水煤气变换的富含CO的吹扫气体用于乙醇产生的用途的过程。
如果乙酸含有70-80％ CO，则高压吹扫气体源自合成产生(如例如表4所示)。将此合成气与料流混合并经历水煤气变换，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明合成乙酸吹扫气体通过高效转化为乙醇的水煤气变换转化为合成气。
实施例17
此实施例阐述的实验和对比实验证明了源自合成乙酸产生的吹扫气体和可再生H2用于乙醇产生的用途的过程。
电石炉吹扫气体含有70-80％ CO(如例如表8所示)。将此气体与源自使用绿色能源进行的电解的可再生H2共混，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由混合来自乙酸合成的钙吹扫气体与可再生H2衍生的合成气高效转化为乙醇。
实施例18
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用源自合成乙二醇产生的富含CO的吹扫气体用于乙醇产生的用途的过程。
与合成乙二醇产生相关的吹扫气体含有65-75％ CO(如例如表6所示)。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明来源于合成乙二醇产生的吹扫气体通过发酵高效转化为乙醇。
实施例19
此实施例阐述的实验和对比实验证明了源自乙酸的合成的反向水煤气变换的富含CO的吹扫气体用于乙醇产生的用途的过程。
源自合成乙二醇产生的吹扫气体含有65-75％ CO(如例如表6所示)。将此合成气与料流混合并经历水煤气变换，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明合成乙二醇吹扫气体通过高效转化为乙醇的水煤气变换转化为合成气。
实施例20
此实施例阐述的实验和对比实验证明了源自合成乙二醇产生的吹扫气体和可再生H2用于乙醇产生的用途的过程。
来自乙二醇产生的吹扫气体含有65-75％ CO(如例如表6所示)。将此气体与源自使用绿色能源进行的电解的可再生H2共混，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由混合来自乙二醇合成的吹扫气体与可再生H2衍生的合成气高效转化为乙醇。
实施例21
此实施例阐述的实验和对比实验证明了可再生H2用于富集源自煤的合成气的氢气含量的用途的过程。
将由煤气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自使用绿色能源进行的电解的可再生H2混合，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明由混合煤衍生的合成气与可再生H2衍生的合成气高效转化为乙醇。
实施例22
此实施例阐述的实验和对比实验证明了可再生H2用于富集源自可再生来源的合成气的氢气含量的用途的过程。
将由生物质或城市废物气化产生的合成气(H2:CO:CO2:CH4，分别为37％:38％:21％:4％)与源自使用绿色能源进行的电解的可再生H2混合，以产生e/C为5.96的合成气。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明可再生H2用于富集来源于可再生来源的合成气的氢气含量，并且此合成气高效转化为乙醇。
实施例23
此实施例阐述的实验和对比实验证明了使用源自煤气化的富含CO2的吹扫气体和可再生H2以产生适于高效乙醇产生的合成气的用途的过程。
煤的气化伴随含有98.8％ CO2％的“酸性气体”吹扫气体(如例如表3所示)。然后将此富含CO2的吹扫气体与源自使用可再生能源进行的水解的H2共混，并经历反向水煤气变换，以产生e/C为5.96的CO富集的气体。然后将此合成气进料到生物反应器中进行稳态连续发酵，所述生物反应器含有在pH<6和水力滞留时间(HRT)≤3天的情况下发挥作用的一氧化碳营养型同型产乙酸菌。然后通过蒸馏从反应器中取出乙醇。
对取出的发酵液和电池进行废水处理，或者去除生物固体并将发酵液返回到反应器。经回收的生物固体通过废水处理或添加到填埋场进行处置。可替代地，将生物固体浓缩、干燥并用作动物饲料，或作为肥料用于土地应用。
结果证明与煤气化相关的富含CO2的吹扫气体和可再生H2可以经历反向水煤气变换，以产生高效地转化为乙醇的合成气。
本文引用的所有参考文献，包括公开物、专利申请和专利特此通过引用并入，其程度与每篇参考文献被单独并且具体地指明通过引用并入并且在本文中整体阐述一样。
除非本文另外指出或明显与上下文相矛盾，否则在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求书的上下文中)，使用术语“一个(a)”和“一种(an)”以及“所述(the)”和“至少一个”以及类似指示物应被解释为涵盖单数与复数两者。除非本文另外指出或明显与上下文相矛盾，否则在一个或多个项列后使用的术语“至少一个”(例如“A和B中的至少一个”)应被解释为意指选自所列项的一个项(A或B)或所列项中的两个或更多个项的任何组合(A和B)。除非另有说明，否则术语“包括(comprising)”、“具有”、“包括(including)”和“含有”应被解释为开放式术语(即，意指“包括但不限于”)。除非本文另外指出，否则本文中对值范围的叙述仅仅旨在充当单独提及落入在所述范围内的每个单独值的简写方法，并且将每个单独值并入到本说明书中，就如同单独在本文中叙述一样。除非本文另外指出或明显与上下文相矛盾，否则本文所描述的所有方法均可以按任何适合的顺序执行。本文提供的任何和所有实施例或示例性语言(例如，“如”)的使用仅旨在更好地描述本发明并且不对本发明的范围构成限制，除非另外声明。本说明书中的任何语言都不应被解释为将任何未要求保护的要素指示为实践本发明所必须的。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读前述描述之后，那些优选实施方式的变化对于本领域的普通技术人员可以变得显而易见。发明人预期技术人员在适当时采用这些变化，并且发明人意图使本发明以与本文具体描述的方式不同的方式来进行实践。因此，在适用法律允许的情况下，本发明包括对所附权利要求书中所叙述的主题的所有修改和等效形式。此外，本发明涵盖上述元素在其所有可能变化的情况下的任何组合，除非本文另有说明或者以其它方式与上下文明显矛盾。

Claims (36)

1.一种制备含氧产物的方法，所述方法包括：
a.提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；
b.富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气；以及
c.在液体培养基中用产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气以产生含有所述含氧产物的发酵液。
2.一种制备含氧产物的方法，所述方法包括：
a.提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；
b.富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，所述H2富集的合成气具有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2；
c.在液体培养基中用细菌发酵所述H2富集的合成气以产生含有所述含氧产物的发酵液。
3.一种制备含氧产物的方法，所述方法包括：
a.提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；
b.富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，所述H2富集的合成气的e/C为至少约5.7，例如，约5.7至约8.0；
c.在液体培养基中用细菌发酵所述H2富集的合成气以产生含有所述含氧产物的发酵液。
4.一种可再生地制备含氧产物的方法，所述方法包括：
a.提供合成气，所述合成气包含以下化合物中的至少两种：CO、CO2和H2；
b.将来自可再生来源的H2添加到所述合成气，以形成H2富集的合成气；
c.在液体培养基中用细菌发酵所述H2富集的合成气，以产生含有所述含氧产物的发酵液。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约5体积％至约80体积％的H2或约50体积％至约80体积％的H2。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约3体积％至约85体积％的CO，例如，约10体积％至约50体积％的CO。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述合成气含有约0体积％至约45体积％的CO2，例如，约3体积％至约25体积％的CO2。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约3体积％至约50体积％的CO，例如，约25体积％至约35体积％的CO。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气含有约0体积％至约15体积％的CO2，例如，约3体积％至约5体积％的CO2。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述合成气的e/C为至少约2.0，例如，约2.0至约8或约2.0至约6.0。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述H2富集的合成气的e/C为约6或更小，例如，约5.7至约6.0。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙醇。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述含氧产物是乙酸、丁酸盐、丁醇、丙酸盐、丙醇或其任何组合。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，所述方法还包括通过以下从所述发酵液中分离所述含氧产物：分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取，或其任何组合。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述细菌是产乙酸一氧化碳营养生物。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述富集包括将所述合成气与富含H2的尾气混合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述富含H2的尾气含有至少约50体积％的H2，例如，约50体积％至约85体积％或约60体积％至约70体积％的H2，并且源自来自煤衍生的化学产生过程的吹扫气体，如来自煤至甲醇产生的吹扫气体、来自煤至合成氨产生的吹扫气体、来自煤至乙酸产生的吹扫气体、来自煤至乙二醇产生的吹扫气体、来自煤至合成天然气产生的吹扫气体、来自煤至液体产生的吹扫气体、焦炉气或其任何组合。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约15体积％的CO2，并且所述富集包括将富含H2的工业尾气添加到所述合成气，以实现反向水煤气变换反应，从而将CO2转化为CO，并且任选地添加过量的H2以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的合成气。
22.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气，以将所述e/C值增加到约5.7至约8.0。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述H2的可再生来源发电以运行电解，从而产生可再生氢气。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法，其中在没有去除硫化氢的情况下，所述合成气中的H2的浓度被富集。
25.根据权利要求4和22至24中任一项所述的方法，其中所述H2的可再生来源由城市废物形成。
26.根据权利要求4、21、22和25中任一项所述的方法，其中所述方法不包括水煤气变换反应。
27.根据权利要求23至26所述的方法，其中所述发酵和电解步骤是共定位的。
28.一种制备动物饲料的方法，所述方法包括：
a.提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；
b.富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，例如，(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2，和/或(ii)e/C为至少约5.7，如约5.7至约8；
c.在液体培养基中用细菌如产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气，以在生物反应器中形成发酵液，从而在所述发酵液中产生含氧产物和固体副产物；
d.从所述发酵液中去除所述含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液；以及
e.从所述发酵液和/或所述含氧产物耗竭的发酵液中去除所述固体副产物，以产生滤饼和澄清的料流滤液，所述滤饼能有效用作动物饲料。
29.一种制备肥料的方法，所述方法包括：
a.提供合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2；
b.富集所述合成气中的H2含量以形成H2富集的合成气，例如，(i)至少约50体积％的H2，如约50体积％至约85体积％、约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2，和/或(ii)e/C为至少约5.7，如约5.7至约8；
c.在液体培养基中用细菌如产乙酸一氧化碳营养菌发酵所述H2富集的合成气，以在生物反应器中形成发酵液，从而在所述发酵液中产生含氧产物和固体副产物；
d.从所述发酵液中去除所述含氧产物以产生含氧产物耗竭的发酵液；以及从所述发酵液和/或所述含氧产物耗竭的发酵液中去除所述固体副产物，以产生滤饼和澄清的料流滤液，所述滤饼能有效用作肥料。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其还包括干燥所述滤饼。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气，以将所述e/C值增加到约5.7至约8。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，其中所述合成气含有至少约35体积％的CO，并且所述富集包括将来自可再生来源的H2添加到所述合成气以将所述H2的量增加到至少约50体积％，例如，约50体积％至约70体积％或约60体积％至约70体积％的H2。
33.根据权利要求31或32所述的方法，其中所述H2的所述可再生来源是太阳能、风能或其组合。
34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，其中所述合成气是煤衍生的。
35.根据权利要求29至34所述的方法，其中所述肥料含有蛋白质、脂肪、碳水化合物和/或矿物质，例如，约30重量％至约90重量％的蛋白质、约1重量％至约12重量％的脂肪、约5重量％至约60重量％的碳水化合物(例如，约15重量％至约60重量％或约5重量％至约15重量％)和/或约1重量％至约20重量％的矿物质，如钠、钾、铜等，如约86％的蛋白质、约2％的脂肪、约2％的矿物质和/或约10％的碳水化合物。
36.根据权利要求28和30至35所述的方法，其中所述动物饲料含有蛋白质、脂肪、碳水化合物和/或矿物质，例如，约30重量％至约90重量％的蛋白质、约1重量％至约12重量％的脂肪、约5重量％至约60重量％的碳水化合物(例如，约15重量％至约60重量％或约5重量％至约15重量％)和/或约1重量％至约20重量％的矿物质，如钠、钾、铜等，如约86％的蛋白质、约2％的脂肪、约2％的矿物质和/或约10％的碳水化合物。
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