CN1235931A - 从谷氨酸发酵中回收二氧化碳的方法 - Google Patents

从谷氨酸发酵中回收二氧化碳的方法 Download PDF

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Abstract

通过将L－谷氨酸发酵过程中排出的废气吹入苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液中,以碱性碳酸盐的形式捕获废气中含有的低浓度CO2,然后结合到需要碱作为中和剂的L－谷氨酸制备方法中,不仅能制得L－谷氨酸的一碱盐还能形成可以以高浓度回收的CO2副产物以便用作液体CO2来源。

Description

从谷氨酸发酵中回收二氧化碳的方法
本发明涉及一种方法，其中，含在L-谷氨酸发酵过程排出的废气中的二氧化碳(下面称为“CO2”)被有效捕获并有效利用于L-谷氨酸制备方法中，最终以高纯度的形式回收。
迄今为止的实际状况是，含在L-谷氨酸发酵-一种需氧发酵过程排出的废气中的CO2在没有进行任何利用的情况下被排放到大气中。
与之相反，已知醇发酵-一种厌氧发酵过程排出的废气中的CO2被直接用于液体CO2的制备方法中。这是基于厌氧发酵过程排出的废气中CO2的浓度达95％或更高，使得上述方法比较经济合算。
通常，在L-谷氨酸发酵中，废气中CO2的浓度为百分之几到约10％，与醇发酵中的情况相比这太低了。因此，要将废气中的CO2用到液体CO2制备中的话需要额外的CO2浓缩步骤。这会使成本上升根本得不到利润。此外从保护地球环境(防止地球变暖)的角度看将CO2排放到大气中是不利的。
本发明的目的是提供一种回收低浓度CO2的方法，所说CO2是L-谷氨酸发酵过程排出的，通过将其用于L-谷氨酸制备方法中，以高度浓缩或高度纯化CO2的形式回收，无需任何浓缩CO2的步骤。
本发明的另一个目的是提供一种不仅是能用碱性碳酸盐作为中和剂从L-谷氨酸发酵培养基中分离出的L-谷氨酸制备L-谷氨酸一钠的方法，也是以L-谷氨酸中和过程中形成的副产物的形式回收高纯度CO2的方法。
本发明可以达到上述目的。根据本发明，L-谷氨酸发酵过程排出的CO2被吹入苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液中，在其中CO2被选择性地以碳酸氢钠或碳酸钠的形式捕获，随即这些碱性碳酸盐被用来中和从L-谷氨酸发酵培养基中分离出的L-谷氨酸，这样可以制备L-谷氨酸一钠，同时，作为副产物形成的CO2可以以高浓度回收。
就是说，本发明是回收含在L-谷氨酸发酵过程排出的废气中的CO2的方法，包括以下步骤：
(a)将L-谷氨酸发酵过程排出的含有CO2的废气吹入苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液中，制备碳酸氢钠或碳酸钠，
(b)在水介质中，令制得的碳酸氢钠或碳酸钠作用于从L-谷氨酸发酵培养基中分离的L-谷氨酸，和
(c)回收作为副产物形成的高纯度CO2并制备L-谷氨酸一钠。
下面详细说明本发明。
为了通过将L-谷氨酸发酵过程排出的含有CO2的废气吹入苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液中高效地制备碳酸氢钠或碳酸钠，使用5-30wt％，优选18-22wt％的苏打灰水溶液或4-30wt％的氢氧化钠水溶液。
通常上述含CO2的废气中含有烟雾、氨及其他杂质，因此应当通过烟雾分离器去除其中的烟雾，然后让基本没有烟雾的含CO2废气与苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液接触。
任何填料塔、板式塔和泡罩塔类型的吸收塔均可用作CO2的吸收设备，但用填料塔比较好。此外，吸收CO2的操作可以是间歇或连续的，但连续方式较好。除去烟雾的废气中CO2浓度稀到占体积的百分之几到约10％。为了有效地通过将废气吹入苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液来吸收CO2，进行CO2吸收操作的温度最好如下：用苏打灰水溶液时介于常温和70℃之间，用氢氧化钠水溶液时介于常温和40℃之间。
苏打灰与CO2反应制得结晶沉淀形式的碳酸氢钠，沉淀在沉降槽中沉积后用诸如过滤、离心等常规固/液分离方法分离。向所得的碳酸氢钠结晶中加入一定量的水，制得24-42wt％的浆液以便用来中和L-谷氨酸。另一方面，氢氧化钠与CO2反应得到的碳酸钠溶液与一定量的水混合制得15-32wt％的碳酸钠水溶液以便用来中和L-谷氨酸。
如果碳酸氢钠浆液或碳酸钠水溶液达到了上述浓度，就用来中和L-谷氨酸。
将要用碱性碳酸盐中和的L-谷氨酸是这样的，按常规方法从L-谷氨酸发酵培养基中离心分离除去其中所含的微生物，然后用盐酸将PH调到3.2-3.5,L-谷氨酸结晶出来经分离用于本发明。
L-谷氨酸结晶与碳酸氢钠水浆液和/或碳酸钠水溶液混合，进行中和反应制得L-谷氨酸一钠和CO2气体。
中和反应的温度优选为室温至70℃，更优选50-70℃。
L-谷氨酸可以以结晶或在水中的浆液形式进行中和反应。使用浆液时，浆液可以方便地由L-谷氨酸结晶与L-谷氨酸一钠水溶液混合制得，如与L-谷氨酸一钠母液-其中的L-谷氨酸一纳结晶沉淀已经被分离掉，它是L-谷氨酸一钠的饱和溶液。
中和反应操作可以间歇或连续进行，但连续操作较好。
将所得的L-谷氨酸一钠溶液浓缩使L-谷氨酸一钠结晶出来，按常规方法经分离和干燥制得L-谷氨酸一钠结晶。
另一方面，用汽/液分离器可以有效地将L-谷氨酸与碱性碳酸盐中和反应中形成的CO2气体从溶液中分离出来，由此可以回收纯度高于95％的CO2并将其直接用于制备液体CO2的操作中。
考虑到现在在工业上是通过燃烧重油来获得生产液体CO2的原料，本发明的特点是可以有效地利用迄今被排放到大气中的含CO2废气，因此本发明可以说在保护大气环境和节约石油资源方面具有显著的效果。
根据本发明，L-谷氨酸(“Glu”)与碳酸氢钠/水浆液或碳酸钠水溶液混合进行中和反应，由此制得L-谷氨酸一钠(“MSG”)和CO2气体。从单位所得L-谷氨酸一钠(MSG)回收的CO2气体量来看，使用碳酸氢钠作为L-谷氨酸的中和剂更为优选。如下面反应式所示，与碳酸钠相比碳酸氢钠可回收2倍的CO2气体。在附图1和2所示的本发明优选实施方案中，L-谷氨酸发酵过程排出的含有CO2的废气被吹入苏打灰水溶液中制备碳酸氢钠/水浆液，该浆液然后与L-谷氨酸反应，产生的CO2被回收同时制得L-谷氨酸一钠。
本发明实施例中使用的设备流程图示于图1和2。
图1流程图示意了吸收含在L-谷氨酸发酵过程排出的废气中的CO2的方法(碳酸氢钠/水浆液制备法)，其中从发酵罐1顶端的排放口开始的含CO2废气供给管线A与用来除去烟雾的烟雾分离器2相连，其出口侧与除去废气中存在的其他杂质的清洁塔3的下端相连。
清洁塔3的出口侧通过鼓风机4与连有蒸汽供给管线、用来加热废气的热交换器5相连。热交换器5的出口侧与CO2吸收塔6的下端相连，两个CO2吸收塔6和7彼此串联。
另一方面，苏打灰水溶液的循环供给管线B通过进料泵11连于CO2吸收塔7的顶端，它有一分路延伸到位于CO2吸收塔6下方的碳酸氢钠沉降槽8上方，以便供给沉降槽8。CO2吸收塔7的出口侧位于碳酸氢钠补给槽10的上方。
自碳酸氢钠沉降槽8开始的循环管线连于CO2吸收塔6的顶端，其出口侧位于碳酸氢钠沉降槽8的上方。碳酸氢钠沉降槽8的出口侧通过进料泵12连于分离器13，碳酸氢钠在沉降槽8的出口侧从底部排出以便控制浆液浓度。
分离器13下面有碳酸氢钠浆液槽14，以便储存从分离器13分离出的碳酸氢钠结晶，同时分离器13的下面还有母液槽15，以便储存从分离器13分离出的母液。自母液槽15出口侧开始的母液供给管线通过进料泵16连于碳酸氢钠沉降槽8的上方，以便将母液引入其中。
水供给管线连于碳酸氢钠浆液槽14的上方，将碳酸氢钠结晶制成浆液，所得浆液从碳酸氢钠浆液槽14的出口通过进料泵17供给到L-谷氨酸中和塔19(见图2)。
图2流程图示意了结合在L-谷氨酸一钠制备方法中的CO2回收方法，其中来自L-谷氨酸补给槽18的L-谷氨酸溶液供给管线连于L-谷氨酸中和塔19的底端。
来自碳酸氢钠浆液槽14的碳酸氢钠浆液供给管线在L-谷氨酸中和塔19下方的位置与L-谷氨酸溶液供给管线相连，以便将碳酸氢钠与L-谷氨酸溶液混合、在L-谷氨酸和碳酸氢钠之间进行中和反应。来自L-谷氨酸中和塔19出口侧的L-谷氨酸一钠溶液供给管线连于气/液分离器20，在其中L-谷氨酸一钠溶液和CO2气体彼此分离。
在气/液分离器20下方是L-谷氨酸一钠溶液槽22，以便储存由气/液分离器20分离出的L-谷氨酸一钠溶液，再通过进料泵23从L-谷氨酸一钠溶液槽22的出口侧供给到L-谷氨酸一钠结晶制备操作中。为了向L-谷氨酸结晶中加入L-谷氨酸一钠溶液制得L-谷氨酸溶液，来自L-谷氨酸一钠溶液槽22出口侧的L-谷氨酸一钠溶液供给管线通过进料泵24连于L-谷氨酸补给槽18的上方，以便在其中储存L-谷氨酸一钠溶液。
由气/液分离器20回收的高纯度CO2通过鼓风机21连到液体CO2制备操作中。
实施例1：(1)吸收L-谷氨酸发酵过程排出废气中的CO2的方法
将3.6kg苏打灰晶体溶解在16.4kg水中制得20kg 18wt％苏打灰水溶液，用其作为CO2吸收液。然后将谷氨酸发酵产生的含CO2废气连续通过直径100mm，长度1000mm的填料塔(填料：“Tellerette”，商品名称，Nittetsu化学工程有限公司出品)，其中装有在下述条件下循环的苏打灰水溶液，废气中的CO2在其中分批被吸收。
CO2吸收液的温度：25℃
CO2吸收液的循环流速：0.7m3/h
废气温度：25℃
废气流速：6Nm3/h
废气中CO2的浓度：5-10％(体积)
结果是，CO2在塔中以0.27-0.54mol-CO2/h的速度吸收。并且在开始CO2的吸收9小时后观察到碳酸氢钠结晶。
实施例2:(2)吸收L-谷氨酸发酵过程排出废气中的CO2的方法
用与实施例1中相同的苏打灰水溶液间歇进行类似于实施例1的操作过程，除了改变CO2吸收液和废气的温度。
CO2吸收液的温度：60℃
CO2吸收液的循环流速：0.7m3/h
废气温度：60℃
废气流速：6Nm3/h
废气中CO2的浓度：5-10％(体积)
结果，注意到CO2的吸收速度提高到0.65-0.93mol-CO2/h，而且操作温度越高，CO2的吸收速度越大。结果大量形成碳酸氢钠结晶。
实施例3：(3)吸收L-谷氨酸发酵过程排出废气中的CO2的方法
用与实施例1中相同的苏打灰水溶液间歇进行类似于实施例2的操作24小时。
CO2吸收液的温度：60℃
CO2吸收液的循环流速：0.7m3/h
废气温度：60℃
废气流速：6Nm3/h
废气中CO2的浓度：5-10％(体积)
在溶液中发生了如下的反应，最终得到含有3.4kg碳酸氢钠的20.7kg碳酸氢钠浆液。
用布氏漏斗从浆液中分离出形成的碳酸氢钠结晶并干燥，得到2.7kg碳酸氢钠晶体。
实施例4:(1)在L-谷氨酸一钠制备操作中回收CO2的方法
按常规方法从发酵培养基中分离出6.3kg含有25wt％结晶水的L-谷氨酸结晶。将2.7kg碳酸氢钠晶体与5kg水混合制得7.7kg 35wt％的碳酸氢钠浆液。将L-谷氨酸结晶置于装有搅拌装置的密闭容器中，然后以0.1kg/min的流速向其中加入碳酸氢钠浆液，同时使液体温度保持在30℃进行下面的反应。
用集气管收集上述反应产生的CO2。结果得到含有5.4kg L-谷氨酸一钠的12.5kg溶液，同时回收了32mol(25℃、latm下0.78m3)CO2气体。
实施例5:(2)在L-谷氨酸一钠制备操作中回收CO2的方法
按常规方法从发酵培养基中分离出6.3kg含有25wt％结晶水的L-谷氨酸结晶。将1.7kg苏打灰晶体与6.8kg水混合制得8.5kg 20wt％的苏打灰水溶液。将L-谷氨酸结晶置于装有搅拌装置的密闭容器中，然后以0.1kg/min的流速向其中加入苏打灰水溶液，同时使液体温度保持在30℃进行下面的反应。
用集气管收集上述反应产生的CO2。结果得到含有5.4kg L-谷氨酸一钠的14.0kg溶液，同时回收了16mol(25℃、latm下0.39m3)CO2气体。
如上所述，根据本发明迄今被排放到大气中的L-谷氨酸发酵过程排出的废气中含有的低浓度CO2以碱性碳酸盐的形式选择性地捕获，然后结合到需要碱作为中和剂的L-谷氨酸制备方法中，不仅能制得L-谷氨酸的-碱盐还能形成可以以高浓度回收的CO2副产物以便用作液体CO2来源。
附图简要说明
图1是流程图，示意本发明的一个实施方案。
图2是流程图，示意本发明的一个实施方案。图1和2中的相应符号如下：A：含CO2的废气供给管线B：苏打灰水溶液供给管线1:L-谷氨酸发酵罐2：烟雾分离器3：清洁塔4：鼓风机5：热交换器6:CO2吸收塔7:CO2吸收塔8：碳酸氢钠沉降槽9：循环泵10：碳酸氢钠补给槽11：进料泵12：进料泵13：分离器14：碳酸氢钠浆液槽15：碳酸氢钠母液槽16：进料泵17：进料泵18:L-谷氨酸补给槽19:L-谷氨酸中和塔20：气/液分离器21：鼓风机22:L-谷氨酸一钠溶液槽23：进料泵24：进料泵

Claims (7)

1．一种从L-谷氨酸发酵中回收二氧化碳的方法，包括令选自碳酸氢钠和碳酸钠的碱性碳酸盐的至少一种在水介质中作用于L-谷氨酸，所述的L-谷氨酸从L-谷氨酸发酵培养基中分离出来，及回收作为副产物产生的二氧化碳并制备L-谷氨酸一钠。
2．如权利要求1的回收二氧化碳的方法，其中所述的碳酸氢钠或所述的碳酸钠是通过将L-谷氨酸发酵过程中排出的二氧化碳吹入苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液中制得的。
3．如权利要求2的回收二氧化碳的方法，其中所述的碳酸氢钠是在室温到70℃的温度下将L-谷氨酸发酵过程中排出的二氧化碳吹入5-30wt％苏打灰水溶液中制得的。
4．一种从L-谷氨酸发酵中回收二氧化碳的方法，
(a)将L-谷氨酸发酵过程排出的含有CO2的废气吹入苏打灰水溶液或氢氧化钠水溶液中，制备碳酸氢钠或碳酸钠，
(b)在水介质中，令制得的碳酸氢钠或碳酸钠作用于从L-谷氨酸发酵培养基中分离的L-谷氨酸，和
(c)回收作为副产物形成的高纯度CO2并制备L-谷氨酸一钠。
5、如权利要求1或4的回收二氧化碳的方法，其中的碳酸氢钠以24-42wt％水浆液形式在室温到70℃温度下作用于L-谷氨酸。
6、如权利要求1或4的回收二氧化碳的方法，其中的碳酸钠以15-32wt％水溶液形式在室温到70℃温度下作用于L-谷氨酸。
7、如权利要求1或4的回收二氧化碳的方法，其中回收的二氧化碳具有用于液体二氧化碳制备操作所需要的高纯度。
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