EA046115B1 - WAYS TO OPTIMIZE GAS USE - Google Patents
WAYS TO OPTIMIZE GAS USE Download PDFInfo
- Publication number
- EA046115B1 EA046115B1 EA202192655 EA046115B1 EA 046115 B1 EA046115 B1 EA 046115B1 EA 202192655 EA202192655 EA 202192655 EA 046115 B1 EA046115 B1 EA 046115B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- gas
- fermentation
- hydrogen
- stream
- fermentation process
- Prior art date
Links
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 287
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 287
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 267
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 162
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 162
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 156
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 144
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 97
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 94
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 75
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical group CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 73
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 72
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 67
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 61
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Natural products CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 32
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 24
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 22
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 19
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 claims description 11
- 241001656809 Clostridium autoethanogenum Species 0.000 claims description 9
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 6
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 238000005504 petroleum refining Methods 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- 241001468161 Acetobacterium Species 0.000 claims description 5
- 241000186541 Desulfotomaculum Species 0.000 claims description 5
- 241000186394 Eubacterium Species 0.000 claims description 5
- 241000178985 Moorella Species 0.000 claims description 5
- 241000178986 Oxobacter Species 0.000 claims description 5
- 241000192031 Ruminococcus Species 0.000 claims description 5
- OWBTYPJTUOEWEK-UHFFFAOYSA-N butane-2,3-diol Chemical group CC(O)C(C)O OWBTYPJTUOEWEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 5
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 claims description 4
- 241000205276 Methanosarcina Species 0.000 claims description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 claims 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 110
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 54
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 40
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 27
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 27
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 23
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 19
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N butan-2-ol Chemical compound CCC(C)O BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 14
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 14
- PHTQWCKDNZKARW-UHFFFAOYSA-N isoamylol Chemical compound CC(C)CCO PHTQWCKDNZKARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- BWLBGMIXKSTLSX-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyisobutyric acid Chemical compound CC(C)(O)C(O)=O BWLBGMIXKSTLSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N adipic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(O)=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 9
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 9
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 9
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 9
- 108010027322 single cell proteins Proteins 0.000 description 9
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N acetyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N 0.000 description 8
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 7
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 7
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 7
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 description 7
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- WTFXTQVDAKGDEY-UHFFFAOYSA-N (-)-chorismic acid Natural products OC1C=CC(C(O)=O)=CC1OC(=C)C(O)=O WTFXTQVDAKGDEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 6
- WTFXTQVDAKGDEY-HTQZYQBOSA-N chorismic acid Chemical compound O[C@@H]1C=CC(C(O)=O)=C[C@H]1OC(=C)C(O)=O WTFXTQVDAKGDEY-HTQZYQBOSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-M 3-hydroxybutyrate Chemical compound CC(O)CC([O-])=O WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- ALRHLSYJTWAHJZ-UHFFFAOYSA-M 3-hydroxypropionate Chemical compound OCCC([O-])=O ALRHLSYJTWAHJZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 5
- WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N R3HBA Natural products CC(O)CC(O)=O WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001361 adipic acid Substances 0.000 description 5
- 235000011037 adipic acid Nutrition 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 125000001477 organic nitrogen group Chemical group 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 5
- 235000007586 terpenes Nutrition 0.000 description 5
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 description 4
- 235000019437 butane-1,3-diol Nutrition 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N monopropylene glycol Natural products CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000013772 propylene glycol Nutrition 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 239000012264 purified product Substances 0.000 description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108091005461 Nucleic proteins Proteins 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 3
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- MXLMTQWGSQIYOW-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-2-butanol Chemical compound CC(C)C(C)O MXLMTQWGSQIYOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000272517 Anseriformes Species 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 CO2 and/or CO Chemical class 0.000 description 2
- 241000186566 Clostridium ljungdahlii Species 0.000 description 2
- 241001611023 Clostridium ragsdalei Species 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000286209 Phasianidae Species 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 2
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000003925 fat Substances 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009630 liquid culture Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 2
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 2
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 2
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 2
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WCASXYBKJHWFMY-NSCUHMNNSA-N 2-Buten-1-ol Chemical compound C\C=C\CO WCASXYBKJHWFMY-NSCUHMNNSA-N 0.000 description 1
- BWLBGMIXKSTLSX-UHFFFAOYSA-M 2-hydroxyisobutyrate Chemical compound CC(C)(O)C([O-])=O BWLBGMIXKSTLSX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-M 3-Methylbutanoic acid Natural products CC(C)CC([O-])=O GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 235000002198 Annona diversifolia Nutrition 0.000 description 1
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 1
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Natural products CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282832 Camelidae Species 0.000 description 1
- 241000282472 Canis lupus familiaris Species 0.000 description 1
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 1
- 241000282994 Cervidae Species 0.000 description 1
- 235000000469 Cissus discolor Nutrition 0.000 description 1
- 244000249211 Cissus discolor Species 0.000 description 1
- 241000272201 Columbiformes Species 0.000 description 1
- 241000238424 Crustacea Species 0.000 description 1
- 241000238557 Decapoda Species 0.000 description 1
- 241001379910 Ephemera danica Species 0.000 description 1
- 241000283086 Equidae Species 0.000 description 1
- 241000283074 Equus asinus Species 0.000 description 1
- 241001331845 Equus asinus x caballus Species 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 235000019733 Fish meal Nutrition 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N Isobutene Chemical group CC(C)=C VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282838 Lama Species 0.000 description 1
- 241000272458 Numididae Species 0.000 description 1
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 description 1
- 241001494479 Pecora Species 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000283011 Rangifer Species 0.000 description 1
- 241000283984 Rodentia Species 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019764 Soybean Meal Nutrition 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 1
- 241001416177 Vicugna pacos Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000000789 acetogenic effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 235000019728 animal nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 1
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- LFYJSSARVMHQJB-QIXNEVBVSA-N bakuchiol Chemical compound CC(C)=CCC[C@@](C)(C=C)\C=C\C1=CC=C(O)C=C1 LFYJSSARVMHQJB-QIXNEVBVSA-N 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 235000015278 beef Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 235000013330 chicken meat Nutrition 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000009429 distress Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000004467 fishmeal Substances 0.000 description 1
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 1
- 235000013355 food flavoring agent Nutrition 0.000 description 1
- 235000003599 food sweetener Nutrition 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000004508 fractional distillation Methods 0.000 description 1
- 230000002496 gastric effect Effects 0.000 description 1
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 1
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 1
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 1
- 239000004463 hay Substances 0.000 description 1
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- AVIYEYCFMVPYST-UHFFFAOYSA-N hexane-1,3-diol Chemical compound CCCC(O)CCO AVIYEYCFMVPYST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 210000001822 immobilized cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-N isovaleric acid Chemical compound CC(C)CC(O)=O GWYFCOCPABKNJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 238000000622 liquid--liquid extraction Methods 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 238000011070 membrane recovery Methods 0.000 description 1
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 235000006180 nutrition needs Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002018 overexpression Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 238000004376 petroleum reforming Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 239000006041 probiotic Substances 0.000 description 1
- 235000018291 probiotics Nutrition 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 229940116540 protein supplement Drugs 0.000 description 1
- 235000005974 protein supplement Nutrition 0.000 description 1
- 235000021134 protein-rich food Nutrition 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 239000004460 silage Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 239000004455 soybean meal Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000001991 steam methane reforming Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003765 sweetening agent Substances 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 241001148471 unidentified anaerobic bacterium Species 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- 235000019156 vitamin B Nutrition 0.000 description 1
- 239000011720 vitamin B Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Description
Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США № 62/872,869, поданной 11 июля 2019 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/872,869, filed July 11, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
Область техникиField of technology
Настоящее изобретение относится к способам оптимизации использования газа в процессе ферментации. В частности, настоящее изобретение относится к управляемому разделению и использованию различных компонентов в газовом потоке, чтобы максимизировать получение конкретных продуктов и общую эффективность улавливания углерода в указанном процессе.The present invention relates to methods for optimizing gas use in a fermentation process. In particular, the present invention relates to the controlled separation and use of various components in a gas stream to maximize the production of specific products and the overall carbon capture efficiency of the process.
Уровень техникиState of the art
На долю углекислого газа (СО2) приходится около 76% глобальных выбросов парниковых газов, выделяющихся в результате деятельности человека, при этом остаток составляют метан (16%), оксид азота (6%) и фторированные газы (2%) (по данным Управления по охране окружающей среды США). Снижение выбросов парниковых газов, в частности, СО2, является жизненно необходимым для предотвращения прогрессирования глобального потепления и сопутствующих изменений климата и погоды. Преобразование таких газовых выбросов в один или более видов топлива или химических веществ является одним из возможных решений для сокращения выбросов.Carbon dioxide (CO2) accounts for about 76% of global greenhouse gas emissions from human activities, with the remainder being methane (16%), nitrous oxide (6%) and fluorinated gases (2%) (according to the Office US Environmental Protection Agency). Reducing greenhouse gas emissions, particularly CO 2 , is vital to preventing the progression of global warming and associated climate and weather changes. Converting such gas emissions into one or more fuels or chemicals is one possible solution to reduce emissions.
Давно известно, что каталитические процессы, такие как процесс Фишера-Тропша, можно использовать для преобразования газов, содержащих диоксид углерода (СО2), монооксид углерода (СО) и/или водород (Н2), в разнообразные топлива и химические вещества. Однако в последнее время ферментация газов стала альтернативной платформой для биологического связывания таких газов. В частности, показано, что С1-фиксирующие микроорганизмы превращают газы, содержащие СО2, СО, СН4 и/или Н2, в такие продукты, как этанол и 2,3-бутандиол.It has long been known that catalytic processes such as the Fischer-Tropsch process can be used to convert gases containing carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO) and/or hydrogen (H 2 ) into a variety of fuels and chemicals. However, recently, gas fermentation has emerged as an alternative platform for the biological sequestration of such gases. In particular, C1-fixing microorganisms have been shown to convert gases containing CO 2 , CO, CH 4 and/or H 2 into products such as ethanol and 2,3-butanediol.
Такие газы могут быть получены, например, из промышленных процессов, включая газ из ферментации углеводов, газ от производства цемента, целлюлозы и бумаги, производства стали, переработки нефти и связанных процессов, производства нефтехимических продуктов, производства кокса, анаэробного или аэробного сбраживания, синтез-газ (полученный из источников, включая, но не ограничиваясь ими, биомассу, потоки жидких отходов, потоки твердых отходов, муниципальные потоки, ископаемые ресурсы, включая природный газ, уголь и нефть), от добычи природного газа, добычи нефти, металлургических процессов для производства и/или очистки алюминия, меди и/или ферросплавов, геологических коллекторов и каталитических процессов (полученных из источников пара, включая, но не ограничиваясь ими, паровую конверсию метана, паровую конверсию нефти, газификацию нефтяного кокса, регенерацию катализатора - крекинг жидкого катализатора, регенерацию катализатора - риформинг нефти и сухой риформинг метана).Such gases can be obtained, for example, from industrial processes, including gas from carbohydrate fermentation, gas from cement, pulp and paper production, steel production, petroleum refining and related processes, petrochemical production, coke production, anaerobic or aerobic digestion, synthesis gas (derived from sources including, but not limited to, biomass, liquid waste streams, solid waste streams, municipal streams, fossil resources including natural gas, coal and oil), from natural gas extraction, petroleum extraction, metallurgical processes for manufacturing and/or refining of aluminum, copper and/or ferroalloys, geological reservoirs and catalytic processes (derived from steam sources, including, but not limited to, steam methane reforming, steam petroleum reforming, petroleum coke gasification, catalyst regeneration - liquid catalyst cracking, regeneration catalyst - oil reforming and dry methane reforming).
Ферментация газа обладает рядом преимуществ по сравнению с синтезом Фишера-Тропша. Вопервых, в синтезе Фишера-Тропша используются высокие температуры (150-350°С), повышенные давления (30 бар) и гетерогенные катализаторы, такие как кобальт, рутений и железо. Для сравнения, ферментация газа происходит при температуре 37°С и может проводиться при атмосферном давлении, что дает значительную экономию энергии и затрат по сравнению с синтезом Фишера-Тропша. Кроме того, синтез Фишера-Тропша требует относительно фиксированного соотношения Н2:СО в синтез-газе около 2:1, тогда как ферментация газа способна получать и использовать широкий диапазон субстратов с различными соотношениями Н2:СО.Gas fermentation has several advantages over Fischer-Tropsch synthesis. First, Fischer-Tropsch synthesis uses high temperatures (150-350°C), elevated pressures (30 bar) and heterogeneous catalysts such as cobalt, ruthenium and iron. In comparison, gas fermentation occurs at 37°C and can be carried out at atmospheric pressure, resulting in significant energy and cost savings compared to Fischer-Tropsch synthesis. In addition, Fischer-Tropsch synthesis requires a relatively fixed H 2 : CO ratio in the synthesis gas of about 2:1, whereas gas fermentation is capable of producing and using a wide range of substrates with different H 2 : CO ratios.
В зависимости от источника газового потока и работы промышленного источника, расположенного выше по потоку, соотношение Н2:СО может сильно различаться. Хотя ферментация газа способна получать и использовать широкий спектр субстратов с изменяющимся соотношениями Н2:СО, некоторые композиции газа могут быть более идеальными, чем другие, для изготовления конкретных желаемых продуктов. Например, конкретные продукты могут быть оптимальным способом получены из газовых потоков с более низкими соотношениями Н2:СО.Depending on the source of the gas stream and the operation of the upstream industrial source, the H 2 :CO ratio can vary greatly. Although gas fermentation is capable of producing and using a wide range of substrates with varying H2 :CO ratios, some gas compositions may be more ideal than others for making specific desired products. For example, specific products may be optimally produced from gas streams with lower H 2 :CO ratios.
Однако независимо от того, каким может быть желаемый продукт, одной из основных задач процесса ферментации газа является максимальное увеличение общего улавливания углерода, достигаемого этим процессом. В зависимости от соотношения Н2:СО в газовом потоке в процессе ферментации в качестве побочного продукта может вырабатываться СО2 в процессе образования продукта ферментации. Преобразование монооксида углерода в диоксид углерода можно рассматривать как снижение эффективности улавливания углерода, поскольку в идеальном случае монооксид углерода следует преобразовывать в топливо и/или химическое вещество одного или более видов вместо диоксида углерода.However, regardless of what the desired product may be, one of the main objectives of the gas fermentation process is to maximize the overall carbon capture achieved by the process. Depending on the H 2 : CO ratio in the fermentation gas stream, CO 2 may be produced as a by-product during the formation of the fermentation product. Conversion of carbon monoxide to carbon dioxide can be considered a reduction in carbon capture efficiency since carbon monoxide would ideally be converted to one or more types of fuel and/or chemical instead of carbon dioxide.
Соответственно существует потребность в способе, который позволяет изменять состав газа таким образом, чтобы газ был оптимизирован для производства конкретных продуктов, при этом максимизируя общую эффективность процесса улавливания углерода.Accordingly, there is a need for a method that allows the gas composition to be varied so that the gas is optimized for the production of specific products while maximizing the overall efficiency of the carbon capture process.
Краткое описание сущности изобретенияBrief description of the invention
Настоящее изобретение обеспечивает способ оптимизации использования газа в процессе ферментации. В частности, указанный способ позволяет изменять состав газа таким образом, чтобы газ был оптимизирован для производства конкретных продуктов в одном или более процессах ферментации, а также максимизировал общую эффективность процесса улавливания углерода. В конкретных вариантах реThe present invention provides a method for optimizing the use of gas in a fermentation process. In particular, this method allows the gas composition to be varied so that the gas is optimized for the production of specific products in one or more fermentation processes, and also maximizes the overall efficiency of the carbon capture process. In specific versions
- 1 046115 ализации изобретения используют два процесса ферментации, параллельных друг другу. Предпочтительно, когда используют два процесса ферментации, поток газа разделяют на поток, обогащенный водородом, и поток, обедненный водородом, с использованием по меньшей мере одного модуля выделения. По меньшей мере часть обогащенного водородом потока ферментируют в первом процессе ферментации с использованием по меньшей мере первого реактора, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения первого продукта ферментации. По меньшей мере часть обедненного водородом потока ферментируют во втором процессе ферментации с использованием по меньшей мере второго реактора, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения второго продукта ферментации. В конкретных случаях первый продукт ферментации и второй продукт ферментации являются разными продуктами. Например, в одном варианте реализации первый продукт ферментации представляет собой этанол, а второй продукт ферментации представляет собой 2,3-бутандиол.- 1 046115 implementation of the invention uses two fermentation processes parallel to each other. Preferably, when two fermentation processes are used, the gas stream is separated into a hydrogen-rich stream and a hydrogen-depleted stream using at least one recovery module. At least a portion of the hydrogen-enriched stream is fermented in a first fermentation process using at least a first reactor containing a liquid nutrient medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to produce a first fermentation product. At least a portion of the hydrogen-depleted stream is fermented in a second fermentation process using at least a second reactor containing a liquid nutrient medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to produce a second fermentation product. In specific cases, the first fermentation product and the second fermentation product are different products. For example, in one embodiment, the first fermentation product is ethanol and the second fermentation product is 2,3-butanediol.
В некоторых случаях соотношение Н2:СО газа, обогащенного водородом, составляет 5:1 или больше чем 5:1. В различных вариантах реализации соотношение Н2:СО в обогащенном водородом газе составляет от 2:1 до 5:1. Например, соотношение Н2:СО в обогащенном водородом газе может находиться в диапазоне от 2:1 до 3:1, от 2,5:1 до 3,5:1, от 3:1 до 4:1, от 3,5:1 до 4,5:1, от 2:1 до 4:1, от 2,5:1 до 4,5:1 или от 2,5:1 до 5:1. Предпочтительно газ, обогащенный водородом, имеет более высокое соотношение Н2:СО, чем газ, обедненный водородом.In some cases, the H 2 :CO ratio of the hydrogen-enriched gas is 5:1 or greater than 5:1. In various embodiments, the H 2 :CO ratio in the hydrogen-enriched gas ranges from 2:1 to 5:1. For example, the H 2 : CO ratio in a hydrogen-enriched gas can range from 2:1 to 3:1, from 2.5:1 to 3.5:1, from 3:1 to 4:1, from 3.5 :1 to 4.5:1, 2:1 to 4:1, 2.5:1 to 4.5:1 or 2.5:1 to 5:1. Preferably, the hydrogen-rich gas has a higher H 2 :CO ratio than the hydrogen-depleted gas.
Предпочтительно в первом процессе ферментации используют обогащенный водородом газ для получения по меньшей мере одного продукта ферментации, выбранного из группы, состоящей из этанола, ацетата, моноэтиленгликоля (МЭГ), 1,2-пропандиола, ацетона, изопропанола, лактата, 1,3-бутандиола, 2-бутанола, 2-гидроксиизомасляной кислоты, 3-гидроксибутирата, метилэтилкетона (MEK), терпенов, включая изопрен, адипиновую кислоту, 1-гексанол и 1-октанол.Preferably, the first fermentation process uses a hydrogen-enriched gas to produce at least one fermentation product selected from the group consisting of ethanol, acetate, monoethylene glycol (MEG), 1,2-propanediol, acetone, isopropanol, lactate, 1,3-butanediol , 2-butanol, 2-hydroxyisobutyric acid, 3-hydroxybutyrate, methyl ethyl ketone (MEK), terpenes including isoprene, adipic acid, 1-hexanol and 1-octanol.
В некоторых случаях соотношение Н2:СО газа, обедненного водородом, составляет 0,1:1 или меньше. В различных вариантах осуществления соотношение Н2:СО в обедненном водородом газе находится в диапазоне от 0,1:1 до 2:1. Например, соотношение Н2:СО в обедненном водородом газе может находиться в диапазоне от 0,05:1 до 1,5:1, от 0,05:1 до 2:1, от 0,2:1 до 1,5:1, от 0,2:1 до 2:1, от 0,5:1 до 1,5:1 или от 0,5:1 до 2:1. Предпочтительно обедненный водородом газ имеет более низкое соотношение Н2:СО, чем обогащенный водородом газ.In some cases, the H 2 :CO ratio of the hydrogen-depleted gas is 0.1:1 or less. In various embodiments, the H2:CO ratio of the hydrogen-lean gas ranges from 0.1:1 to 2:1. For example, the H 2 : CO ratio in hydrogen-depleted gas can range from 0.05:1 to 1.5:1, 0.05:1 to 2:1, 0.2:1 to 1.5: 1, from 0.2:1 to 2:1, from 0.5:1 to 1.5:1 or from 0.5:1 to 2:1. Preferably, the hydrogen-depleted gas has a lower H 2 :CO ratio than the hydrogen-rich gas.
Предпочтительно второй процесс ферментации использует обедненный водородом газ для получения по меньшей мере одного продукта ферментации, выбранного из группы, состоящей из этанола, ацетата, моноэтиленгликоля (MEG), 1,2-пропандиол-3-гидроксипропионата, ацетона, изопропанола, лактата, 1,3-бутандиола, 2-бутанола, 2-гидроксиизомасляной кислоты, 3-гидроксибутирата, метилэтилкетона (MEK), изоамилового спирта, терпенов, включая изопрен, адипиновую кислоту, 1-гексанол, 1-октанол и продукты на основе хоризматов. В некоторых случаях более выгодно производить конкретные продукты с потоком, обедненным водородом, а не с потоком, обогащенным водородом. Например, продукты, полученные из 3-гидроксипропионата, изоамилового спирта и/или хоризмата, предпочтительно получают с использованием обедненного водородом потока вместо обогащенного водородом потока.Preferably, the second fermentation process uses hydrogen-depleted gas to produce at least one fermentation product selected from the group consisting of ethanol, acetate, monoethylene glycol (MEG), 1,2-propanediol-3-hydroxypropionate, acetone, isopropanol, lactate, 1. 3-butanediol, 2-butanol, 2-hydroxyisobutyric acid, 3-hydroxybutyrate, methyl ethyl ketone (MEK), isoamyl alcohol, terpenes including isoprene, adipic acid, 1-hexanol, 1-octanol and chorismate products. In some cases, it is more advantageous to produce specific products with a hydrogen-depleted stream rather than with a hydrogen-rich stream. For example, products derived from 3-hydroxypropionate, isoamyl alcohol and/or chorismate are preferably produced using a hydrogen-depleted stream instead of a hydrogen-rich stream.
В различных случаях, когда в настоящем изобретении используют два процесса ферментации, газ и жидкая питательная среда могут протекать параллельно как первому процессу ферментации, так и второму процессу ферментации.In various cases where two fermentation processes are used in the present invention, the gas and liquid nutrient medium may flow in parallel with both the first fermentation process and the second fermentation process.
В некоторых случаях модуль выделения водорода состоит по меньшей мере из одного процесса адсорбции при переменном давлении. В различных вариантах реализации модуль выделения водорода может включать в себя по меньшей мере один метод выделения, выбранный из группы, состоящей из адсорбции с переменным давлением, адсорбции с колебанием температуры, мембранного выделения или любого другого метода выделения газа, используемого для регулирования состава газа путем селективного удаления одного или более из СО, Н2 и/или СО2. Предпочтительно указанный модуль выделения водорода способен выделять по меньшей мере семьдесят пять процентов (75%) водорода из газового потока для получения потока газа, обогащенного водородом, и потока газа, обедненного водородом. В некоторых случаях модуль выделения водорода выделяет по меньшей мере девяносто пять процентов (95%) водорода из газового потока для получения газового потока, обогащенного водородом, и газового потока, обедненного водородом. В различных случаях как поток газа, обогащенного водородом, так и поток газа, обедненного водородом, содержат некоторое количество монооксида углерода и/или диоксида углерода.In some cases, the hydrogen evolution module consists of at least one pressure swing adsorption process. In various embodiments, the hydrogen evolution module may include at least one evolution method selected from the group consisting of pressure swing adsorption, temperature swing adsorption, membrane evolution, or any other gas evolution method used to control gas composition by selectively removing one or more of CO, H2 and/or CO2. Preferably, said hydrogen recovery module is capable of separating at least seventy-five percent (75%) of hydrogen from the gas stream to produce a hydrogen-rich gas stream and a hydrogen-depleted gas stream. In some cases, the hydrogen recovery module recovers at least ninety-five percent (95%) hydrogen from the gas stream to produce a hydrogen-rich gas stream and a hydrogen-depleted gas stream. In various cases, both the hydrogen-rich gas stream and the hydrogen-depleted gas stream contain some carbon monoxide and/or carbon dioxide.
Предпочтительно указанный газовый поток поступает из одного или более промышленных источников, выбранных из группы, состоящей из ферментации углеводов, газовой ферментации, производства цемента, производства целлюлозы и бумаги, производства стали, нефтепереработки и связанных с ними процессов, производства нефтехимических продуктов, производства кокса, анаэробного или аэробного разложения, газификации, добычи природного газа, добычи нефти, металлургических процессов для производства и/или очистки алюминия, меди и/или ферросплавов, геологических месторождений и каталитических процессов. В некоторых случаях по меньшей мере часть газа получена из процесса конверсии метана. Такой процесс конверсии метана предпочтительно преобразует по меньшей мере часть меPreferably, said gas stream comes from one or more industrial sources selected from the group consisting of carbohydrate fermentation, gas fermentation, cement production, pulp and paper production, steel production, petroleum refining and related processes, petrochemical production, coke production, anaerobic or aerobic decomposition, gasification, natural gas extraction, petroleum extraction, metallurgical processes for the production and/or purification of aluminum, copper and/or ferroalloys, geological deposits and catalytic processes. In some cases, at least a portion of the gas is obtained from a methane conversion process. Such a methane conversion process preferably converts at least a portion of the methane
- 2 046115 тансодержащего газа в газовый поток, содержащий по меньшей мере часть монооксида углерода и водорода. В некоторых вариантах реализации метан получают из предприятий по производству ископаемого топлива, свалок и/или очистных сооружений.- 2 046115 tange-containing gas into a gas stream containing at least a portion of carbon monoxide and hydrogen. In some embodiments, methane is obtained from fossil fuel production facilities, landfills, and/or wastewater treatment plants.
В различных вариантах реализации по меньшей мере часть газового потока состоит из топочного газа доменной печи металлургического процесса.In various embodiments, at least a portion of the gas stream consists of blast furnace flue gas from the metallurgical process.
Оптимизация газа также может включать смешивание одного или более дополнительных газов для получения подходящего соотношения Н2:СО. Например, этот дополнительный газ может быть получен из одного или более процессов электролиза (включая оба процесса электролиза для получения водорода из воды и/или электролиза для получения монооксида углерода из диоксида углерода), промышленного источника, процесса конверсии метана и/или отходящего газа из процесса ферментации. Однако в различных вариантах реализации настоящего изобретения не используется смешивание одного или более дополнительных газов, а вместо этого используется только выделение компонентов из газового потока с помощью модуля выделения водорода.Gas optimization may also involve mixing one or more additional gases to obtain a suitable H2:CO ratio. For example, this additional gas may be obtained from one or more of an electrolysis process (including both electrolysis to produce hydrogen from water and/or electrolysis to produce carbon monoxide from carbon dioxide), an industrial source, a methane conversion process, and/or an off-gas from the process fermentation. However, various embodiments of the present invention do not involve mixing one or more additional gases, but instead only use the separation of components from the gas stream using a hydrogen separation module.
В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа, образующегося в первом процессе ферментации, рециркулируют в поток, обогащенный водородом.In some cases, at least a portion of the off-gas generated in the first fermentation process is recycled to a hydrogen-rich stream.
В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа, образующегося во втором процессе ферментации, рециркулируют в обедненный водородом поток.In some cases, at least a portion of the off-gas generated in the second fermentation process is recycled to the hydrogen-depleted stream.
Для обеспечения идеального смешивания отходящего газа из процесса ферментации с газом из промышленного источника по меньшей мере часть отходящего газа может быть пропущена через по меньшей мере один модуль выделения водорода. В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа, образующегося в первом процессе ферментации, пропускают через процесс адсорбции при переменном давлении перед ее рециркулированием в поток, обогащенный водородом. В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа, образующегося во втором процессе ферментации, пропускают через процесс адсорбции при переменном давлении перед ее рециркулированием в поток, обедненный водородом.To ensure ideal mixing of the off-gas from the fermentation process with gas from the industrial source, at least a portion of the off-gas may be passed through at least one hydrogen recovery module. In some cases, at least a portion of the off-gas generated in the first fermentation process is passed through a pressure swing adsorption process before being recycled to the hydrogen-rich stream. In some cases, at least a portion of the off-gas generated in the second fermentation process is passed through a pressure swing adsorption process before being recycled to the hydrogen-depleted stream.
Предпочтительно в процессах ферментации используют по меньшей мере один С1-фиксирующий микроорганизм. В некоторых случаях как в первом процессе ферментации, так и во втором процессе ферментации используются одни и те же виды С1-фиксирующих микроорганизмов. Еще в одних вариантах реализации в первом процессе ферментации используют иные виды микроорганизмов, чем во втором процессе ферментации. Предпочтительно указанный С1-фиксирующий микроорганизм (микроорганизмы), используемый в указанных процессах ферментации, выбран из группы, состоящей из Moorella, Closthdium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina и Desulfotomaculum. В некоторых случаях как в первом процессе ферментации, так и во втором процессе ферментации используется С1-фиксирующий микроорганизм из рода Clostridium. Таким микроорганизмом, используемым в первом и втором процессах ферментации, предпочтительно является Clostridium autoethanogenum.Preferably, at least one C1-fixing microorganism is used in the fermentation processes. In some cases, both the first fermentation process and the second fermentation process use the same species of C1-fixing microorganisms. In still other embodiments, the first fermentation process uses different types of microorganisms than the second fermentation process. Preferably, said C1-fixing microorganism(s) used in said fermentation processes are selected from the group consisting of Moorella, Closthdium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina and Desulfotomaculum. In some cases, both the first fermentation process and the second fermentation process utilize a C1-fixing microorganism of the genus Clostridium. Such microorganism used in the first and second fermentation processes is preferably Clostridium autoethanogenum.
В конкретных вариантах реализации настоящего изобретения используются два последовательных процесса ферментации. Предпочтительно, когда два процесса ферментации используются последовательно друг с другом, поток газа разделяют на поток, обогащенный водородом, и поток, обедненный водородом, с использованием по меньшей мере одного модуля выделения водорода. По меньшей мере часть обогащенного водородом потока ферментируется в первом процессе ферментации с использованием по меньшей мере одного реактора, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения первого продукта ферментации. По меньшей мере часть обедненного водородом потока подвергается ферментации во втором процессе ферментации, содержащем культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения второго продукта ферментации. Когда два процесса ферментации происходят последовательно друг с другом, предпочтительно по меньшей мере часть первого продукта ферментации передается во второй процесс ферментации для получения второго продукта ферментации.In particular embodiments of the present invention, two sequential fermentation processes are used. Preferably, when two fermentation processes are used in series with each other, the gas stream is separated into a hydrogen-rich stream and a hydrogen-depleted stream using at least one hydrogen evolution module. At least a portion of the hydrogen-enriched stream is fermented in a first fermentation process using at least one reactor containing a liquid nutrient medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to produce a first fermentation product. At least a portion of the hydrogen-depleted stream is fermented in a second fermentation process containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to produce a second fermentation product. When two fermentation processes occur sequentially with each other, preferably at least a portion of the first fermentation product is transferred to the second fermentation process to produce a second fermentation product.
В некоторых случаях первым продуктом ферментации является уксусная кислота. Предпочтительно, когда процессы ферментации идут последовательно, по меньшей мере часть уксусной кислоты из первого процесса ферментации превращается в этанол во втором процессе ферментации.In some cases, the first product of fermentation is acetic acid. Preferably, when the fermentation processes occur sequentially, at least a portion of the acetic acid from the first fermentation process is converted to ethanol in the second fermentation process.
В конкретных вариантах реализации настоящее изобретение охватывает один процесс ферментации, в котором рециркулируют по меньшей мере часть потока отходящего газа для оптимизации состава потока газа для получения продукта ферментации. Такой процесс ферментации предпочтительно ферментирует по меньшей мере часть газового потока из промышленного источника с использованием по меньшей мере одного реактора, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения продукта ферментации и потока отходящего газа. По меньшей мере часть потока отходящего газа может быть рециркулирована в биореактор, что в некоторых случаях может снизить и/ли смягчить потенциальное ингибирование указанной культуры.In specific embodiments, the present invention provides a single fermentation process in which at least a portion of the off-gas stream is recycled to optimize the composition of the gas stream to produce a fermentation product. Such a fermentation process preferably ferments at least a portion of a gas stream from a commercial source using at least one reactor containing a liquid nutrient medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to produce a fermentation product and a waste gas stream. At least a portion of the off-gas stream may be recycled to the bioreactor, which in some cases may reduce and/or mitigate potential inhibition of the crop.
В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа проходит через процесс адсорбции при переменном давлении перед ее рециркулированием в биореактор.In some cases, at least a portion of the off-gas goes through a pressure swing adsorption process before being recycled to the bioreactor.
Использование процесса адсорбции при переменном давлении предпочтительно удаляет по меньUsing a pressure swing adsorption process preferably removes less
- 3 046115 шей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из диоксида углерода, неорганических углеводородов, смол, органического азота и органической и неорганической серы, из потока отходящего газа для создания потока осветленного отходящего газа.- 3 046115 at least one component selected from the group consisting of carbon dioxide, inorganic hydrocarbons, tars, organic nitrogen and organic and inorganic sulfur from the off-gas stream to create a clarified off-gas stream.
Предпочтительно процесс адсорбции при переменном давлении одновременно удаляет по меньшей мере часть по меньшей мере двух компонентов, выбранных из группы, состоящей из диоксида углерода, неорганических углеводородов, смол, органического азота и органической и неорганической серы, из потока отходящего газа для создания потока осветленного отходящего газа.Preferably, the pressure swing adsorption process simultaneously removes at least a portion of at least two components selected from the group consisting of carbon dioxide, inorganic hydrocarbons, tars, organic nitrogen, and organic and inorganic sulfur from the exhaust gas stream to create a clarified exhaust gas stream .
В различных случаях общий газовый поток, направляемый в процесс ферментации, состоит из комбинации газового потока из промышленного источника и по меньшей мере части осветленного отходящего газа.In various cases, the total gas stream sent to the fermentation process consists of a combination of a gas stream from a commercial source and at least a portion of the clarified off-gas.
Осветленный отходящий газ предпочтительно содержит более высокие пропорции метана и азота по сравнению с составом газа из промышленного источника.The clarified exhaust gas preferably contains higher proportions of methane and nitrogen compared to the composition of the gas from the industrial source.
В некоторых вариантах реализации, в которых осветленный отходящий газ рециркулируют в процесс ферментации, рециркуляция осветленного отходящего газа в биореактор процесса ферментации увеличивает общий состав метана и азота в общем потоке газа по меньшей мере на пятнадцать процентов (15%). В некоторых случаях рециркуляция по меньшей мере части осветленного отходящего газа в биореактор увеличивает общий состав метана и азота в общем потоке газа по меньшей мере на пятьдесят процентов (50%). В некоторых случаях рециркуляция по меньшей мере части осветленного отходящего газа в биореактор увеличивает общий состав метана и азота в общем газовом потоке на величину в диапазоне от десяти до двадцати процентов (10-20%), от пятнадцати до тридцати процентов (15-30%), от двадцати пяти до тридцати пяти процентов (25-35%), от тридцати до сорока пяти процентов (30-45%) или от пятнадцати до пятидесяти процентов (15-50%). Предпочтительно рециркуляция по меньшей мере части осветленного отходящего газа в биореактор снижает и/или смягчает потенциальное ингибирование культуры.In some embodiments in which the clarified offgas is recycled to the fermentation process, recirculating the clarified offgas to the fermentation process bioreactor increases the total methane and nitrogen composition of the total gas stream by at least fifteen percent (15%). In some cases, recycling at least a portion of the clarified off-gas to the bioreactor increases the total methane and nitrogen composition of the overall gas stream by at least fifty percent (50%). In some cases, recycling at least a portion of the clarified off-gas to the bioreactor increases the total methane and nitrogen composition of the total gas stream by an amount ranging from ten to twenty percent (10-20%), fifteen to thirty percent (15-30%) , twenty-five to thirty-five percent (25-35%), thirty to forty-five percent (30-45%), or fifteen to fifty percent (15-50%). Preferably, recycling at least a portion of the clarified off-gas to the bioreactor reduces and/or mitigates potential crop inhibition.
В различных случаях в процессе ферментации используют по меньшей мере часть общего потока газа, для получения одного или более топлив или химических веществ. По меньшей мере один из продуктов, полученных в процессе ферментации, может быть выбран из группы, состоящей из этанола, ацетата, моноэтиленгликоля (МЭГ), 1,2-пропандиола, 1-пропанола, 3-гидроксипропионата, ацетона, изопропанола, лактата, 1,3-бутандиола, 2-бутанола, 2-гидроксиизомасляной кислоты, 3-гидроксибутирата, метилэтилкетона (MEK), изоамилового спирта, терпенов, включая изопрен, адипиновую кислоту, 1-гексанол, 1-октанол и продукты на основе хоризмата.In various cases, the fermentation process uses at least a portion of the total gas stream to produce one or more fuels or chemicals. At least one of the products obtained from the fermentation process may be selected from the group consisting of ethanol, acetate, monoethylene glycol (MEG), 1,2-propanediol, 1-propanol, 3-hydroxypropionate, acetone, isopropanol, lactate, 1 ,3-butanediol, 2-butanol, 2-hydroxyisobutyric acid, 3-hydroxybutyrate, methyl ethyl ketone (MEK), isoamyl alcohol, terpenes including isoprene, adipic acid, 1-hexanol, 1-octanol and chorismate products.
Один или более процессов ферментации как часть производства одного или нескольких видов топлива или химических веществ производят микробную биомассу. По меньшей мере часть микробной биомассы, получаемой в одном или более процессах ферментации, может быть преобразована в белок одноклеточных (SCP; single cell protein).One or more fermentation processes as part of the production of one or more fuels or chemicals produce microbial biomass. At least a portion of the microbial biomass produced by one or more fermentation processes may be converted to single cell protein (SCP; single cell protein).
Одно или более видов топлива или химических веществ в некоторых вариантах реализации могут быть отправлены в процессы вторичного преобразования. В различных случаях в процессе вторичного преобразования дополнительно преобразуют по меньшей мере часть одного или более видов топлива или химических веществ по меньшей мере в один компонент дизельного топлива, топлива для реактивных двигателей, бензина, пропилена, нейлона 6-6, резины и/или смол.One or more fuels or chemicals in some embodiments may be sent to secondary conversion processes. In various cases, the secondary conversion process further converts at least a portion of one or more fuels or chemicals into at least one component of diesel fuel, jet fuel, gasoline, propylene, nylon 6-6, rubber, and/or resins.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 показана технологическая схема интеграции процессов, изображающая параллельные процессы ферментации, производящие отдельные продукты из оптимизированных газовых потоков, в соответствии с одним аспектом изобретения.In fig. 1 is a process integration flow diagram depicting parallel fermentation processes producing separate products from optimized gas streams, in accordance with one aspect of the invention.
На фиг. 2 показана технологическая схема интеграции процессов, изображающая протекание оптимизированных газовых потоков в последовательные процессы ферментации, в соответствии с одним аспектом изобретения.In fig. 2 is a process integration flow diagram depicting the flow of optimized gas streams into sequential fermentation processes, in accordance with one aspect of the invention.
На фиг. 3 показана технологическая схема интеграции процессов, изображающая использование рециркулированного отходящего газа из процесса ферментации в сочетании с резервуаром для хранения газа и парогенератором, генератором электроэнергии и/или процессом сушки сырья в соответствии с одним аспектом изобретения.In fig. 3 is a process integration flow diagram depicting the use of recirculated off-gas from a fermentation process in combination with a gas storage tank and a steam generator, a power generator, and/or a feed drying process in accordance with one aspect of the invention.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Авторы изобретения установили, что путем управления составом газа, подаваемого в один или более процессов ферментации, можно повысить селективность в отношении требуемого продукта. Авторы изобретения обнаружили, что одним из механизмов управления составом является использование двух процессов ферментации рядом друг с другом.The inventors have found that by controlling the composition of the gas supplied to one or more fermentation processes, selectivity for the desired product can be increased. The inventors have discovered that one mechanism for controlling composition is to use two fermentation processes next to each other.
Определения.Definitions.
Если не указано иное, следующие термины, используемые в данном описании, имеют приведенные ниже значения.Unless otherwise specified, the following terms as used in this specification have the meanings given below.
Термины ферментация, ферментация газа и т.п. следует интерпретировать как процесс, при котором вводят один или более субстратов, таких как синтез-газ, получаемый посредством газификации, и получают один или более продуктов путем использования одного или более С1-фиксирующих микроорTerms: fermentation, gas fermentation, etc. should be interpreted as a process in which one or more substrates, such as synthesis gas produced by gasification, are introduced and one or more products are obtained by using one or more C1-fixing microorganisms
- 4 046115 ганизмов. Предпочтительно процесс ферментации включает использование одного или более биореакторов. Процесс ферментации можно описать либо как периодический, либо как непрерывный. Периодическую ферментацию используют для описания процесса ферментации, при котором биореактор заполняют сырьем, например источником углерода, вместе с микроорганизмами, причем продукты остаются в биореакторе до завершения ферментации. В периодическом процессе после завершения ферментации продукты извлекают, а биореактор очищают перед запуском следующей порции. Непрерывную ферментацию используют для описания процесса ферментации, причем указанный процесс ферментации продлевается на более длительные периоды времени, а продукт и/или метаболит извлекают во время ферментации. Предпочтительно процесс ферментации является непрерывным.- 4 046115 ganisms. Preferably, the fermentation process involves the use of one or more bioreactors. The fermentation process can be described as either batch or continuous. Batch fermentation is used to describe a fermentation process in which a bioreactor is filled with raw materials, such as a carbon source, along with microorganisms, with the products remaining in the bioreactor until fermentation is complete. In a batch process, once fermentation is complete, the products are removed and the bioreactor is cleaned before starting the next batch. Continuous fermentation is used to describe a fermentation process wherein said fermentation process is extended over longer periods of time and the product and/or metabolite is recovered during fermentation. Preferably, the fermentation process is continuous.
Если из контекста не следует иное, выражения ферментация, процесс ферментации или реакция ферментации и т.п. в данном документе включают как фазу выращивания, так и фазу биосинтеза газообразного субстрата.Unless the context otherwise requires, the expressions fermentation, fermentation process or fermentation reaction, etc. herein include both the growth phase and the gaseous substrate biosynthesis phase.
В некоторых вариантах реализации изобретения ферментацию проводят при отсутствии углеводных субстратов, таких как сахар, крахмал, лигнин, целлюлоза или гемицеллюлоза.In some embodiments, the fermentation is carried out in the absence of carbohydrate substrates such as sugar, starch, lignin, cellulose or hemicellulose.
Термины повышение эффективности, повышенная эффективность и т.п., когда они используются в отношении процесса ферментации, включают помимо прочего увеличение одной или более скоростей роста микроорганизмов, катализирующих ферментацию, роста и/или скорости получения продукта при повышенных концентрациях продукта, увеличение объема требуемого продукта, полученного на объем потребляемого субстрата, увеличение скорости получения или уровня получения требуемого продукта, увеличение относительного содержания требуемого полученного продукта по сравнению с другими побочными продуктами ферментации, снижение количества воды, потребляемой в процессе, и снижение количества энергии, используемой в процессе.The terms increased efficiency, increased efficiency, and the like, when used in relation to a fermentation process, include, but are not limited to, an increase in one or more of the growth rates of microorganisms catalyzing the fermentation, the growth and/or rate of product production at elevated product concentrations, an increase in the volume of product required , obtained per volume of substrate consumed, increasing the rate of production or level of production of the desired product, increasing the relative content of the desired product obtained compared to other fermentation by-products, reducing the amount of water consumed in the process, and reducing the amount of energy used in the process.
В конкретных вариантах реализации наличие водорода приводит к повышению общей эффективности получения этанола в процессе ферментации.In certain embodiments, the presence of hydrogen results in an increase in the overall efficiency of ethanol production during the fermentation process.
Осуществление процесса ферментации в присутствии водорода имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении количества СО2, получаемого в процессе ферментации. Например, газообразный субстрат, содержащий минимальное количество Н2, обычно превращается в этанол и СО2 со следующей стехиометрией: [6СО+3Н2О>С2Н5ОН+4СО2|. По мере увеличения количества водорода, используемого С1-фиксирующими бактериями, количество получаемого СО2 уменьшается [например, 2СО-4Н2 >С2Н,ОН-Н2О|.Carrying out the fermentation process in the presence of hydrogen has the added benefit of reducing the amount of CO2 produced during the fermentation process. For example, a gaseous substrate containing a minimal amount of H 2 is usually converted to ethanol and CO 2 with the following stoichiometry: [6CO + 3H 2 O>C 2 H 5 OH + 4CO 2 |. As the amount of hydrogen used by C1-fixing bacteria increases, the amount of CO2 produced decreases [for example, 2CO-4H2 >C 2 H,OH-H2O|.
При стехиометрическом соотношении 2:1 (Н2:СО), образование СО2 полностью исключено. Как показано ниже, при различных стехиометрических соотношениях Н2:СО различные количества углерода не используются надлежащим образом и вместо того, чтобы превращаться в этанол, они превращаются в побочный продукт СО2.With a stoichiometric ratio of 2:1 (H 2 : CO), the formation of CO2 is completely excluded. As shown below, at different stoichiometric ratios of H2 :CO, different amounts of carbon are not utilized properly and instead of being converted to ethanol, they are converted to CO2 by-product.
5СО+1Н2+2Н2О>1С2Н5ОН+3СО2 (AGo-204.80 кДж/моль этанола).5CO + 1H 2 + 2H 2 O>1C 2 H 5 OH + 3CO 2 (AGo-204.80 kJ/mol ethanol).
4СО+2Н2+1Н2О>1С2Н5ОН+2СО2 ДОо=-184,70 кДж/моль этанола).4CO + 2H 2 + 1H 2 O>1C 2 H 5 OH + 2CO 2 DO o = -184.70 kJ/mol ethanol).
3СО+3Н2>1С2Н5ОН+1СО2 ^Go=-164,60 кДж/моль этанола).3CO+3H2>1C2H5OH+1CO2 ^G o = -164.60 kJ/mol ethanol).
Термин поток относится к любому субстрату, который можно направлять, например, из одного процесса в другой, из одного модуля в другой и/или из одного процесса в устройство улавливания углерода.The term flow refers to any substrate that can be directed, for example, from one process to another, from one module to another, and/or from one process to a carbon capture device.
Термин поток, обогащенный водородом означает газовый поток, в котором относительное содержание водорода выше, чем в потоке, обедненном водородом. В различных случаях поток, обогащенный водородом, имеет стехиометрическое соотношение Н2:СО, составляющее по меньшей мере 2:1, в то время как поток, обедненный водородом, имеет стехиометрическое соотношение Н2:СО меньше 2:1.The term hydrogen-rich stream means a gas stream in which the relative content of hydrogen is higher than in the hydrogen-depleted stream. In various cases, the hydrogen-rich stream has a stoichiometric H2:CO ratio of at least 2:1, while the hydrogen-depleted stream has a stoichiometric H2:CO ratio of less than 2:1.
Термины осветленный газ, осветленный поток и т.п. относятся к потоку газа, который был пропущен через по меньшей мере один модуль выделения водорода.Terms clarified gas, clarified stream, etc. refer to a gas stream that has been passed through at least one hydrogen evolution module.
Модуль выделения водорода использует по меньшей мере один метод выделения, выбранный из группы, состоящей из адсорбции с переменным давлением, адсорбции с колебанием температуры, мембранного выделения или любого другого метода выделения газа, используемого для регулирования состава газа путем селективного удаления одного или более из СО, Н2 и/или СО2. Предпочтительно модуль выделения водорода включает в себя по меньшей мере один процесс адсорбции при переменном давлении. В различных случаях модуль выделения водорода используется для одновременного удаления по меньшей мере двух компонентов, выбранных из группы, состоящей из диоксида углерода, неорганических углеводородов, смол, органического азота и органической и неорганической серы.The hydrogen evolution module uses at least one recovery method selected from the group consisting of pressure swing adsorption, temperature swing adsorption, membrane recovery, or any other gas recovery method used to control the gas composition by selectively removing one or more of the COs, H 2 and/or CO 2 . Preferably, the hydrogen evolution module includes at least one pressure swing adsorption process. In various cases, a hydrogen recovery module is used to simultaneously remove at least two components selected from the group consisting of carbon dioxide, inorganic hydrocarbons, resins, organic nitrogen, and organic and inorganic sulfur.
Используемый в данном документе термин улавливание углерода относится к удалению соединений углерода, включая СО2 и/или СО, из потока, содержащего СО2 и/или СО, и либо превращению СО2 и/или СО в продукты; либо превращению СО2 и/или СО в вещество, пригодное для долгосрочного хранения; или улавливанию СО2 и/или СО в веществах, подходящих для долгосрочного хранения; либо комбинации этих процессов.As used herein, the term carbon capture refers to the removal of carbon compounds, including CO2 and/or CO, from a stream containing CO2 and/or CO, and either the conversion of CO2 and/or CO into products; or converting CO 2 and/or CO into a substance suitable for long-term storage; or capture of CO 2 and/or CO in substances suitable for long-term storage; or a combination of these processes.
Термин биореактор, реактор и т.п. включает в себя устройство, которое можно использовать вThe term bioreactor, reactor, etc. includes a device that can be used in
- 5 046115 процессе ферментации. Биореактор может состоять из одного или более резервуаров и/или конструкций башенного типа или трубопроводов и включает в себя реактор непрерывного действия с перемешиванием (CSTR), реактор с иммобилизованными клетками (ICR), реактор с орошаемым слоем (TBR), барботажную колонну, газлифтный ферментер, статический смеситель, циркуляционный петлевой реактор, мембранный реактор, такой как мембранный биореактор с полыми волокнами (HFM BR), или другой аппарат или другое устройство, подходящее для контакта газа с жидкостью. Биореактор предпочтительно приспособлен для получения газообразного субстрата, содержащего СО или СО2, или Н2, или их смеси. Процесс ферментации может содержать множество реакторов (ступеней), соединенных параллельно либо последовательно. Например, процесс ферментации может содержать первый реактор выращивания, в котором выращивают бактерии, и второй реактор ферментации, в который можно подавать ферментативный бульон из реактора выращивания, и в котором можно получать основную часть продуктов ферментации.- 5 046115 fermentation process. The bioreactor may consist of one or more tanks and/or towers or pipelines and includes a continuous stirred reactor (CSTR), immobilized cell reactor (ICR), trickle bed reactor (TBR), bubble column, gas lift fermenter , a static mixer, a loop reactor, a membrane reactor such as a hollow fiber membrane bioreactor (HFM BR), or other apparatus or other device suitable for contacting gas with liquid. The bioreactor is preferably adapted to produce a gaseous substrate containing CO or CO2 or H2, or mixtures thereof. The fermentation process may contain multiple reactors (stages) connected in parallel or in series. For example, the fermentation process may comprise a first growth reactor in which bacteria are grown, and a second fermentation reactor into which fermentation broth from the growth reactor can be fed and in which the bulk of the fermentation products can be produced.
Термин ферментационный бульон или бульон охватывает смесь компонентов, включая питательную среду и культуру, или один или более микроорганизмов. Предпочтительно в процессе ферментации используют ферментационный бульон для ферментации потока газ с образованием одного или более продуктов.The term fermentation broth or broth covers a mixture of components, including a nutrient medium and a culture, or one or more microorganisms. Preferably, the fermentation process uses a fermentation broth to ferment the gas stream to form one or more products.
Культуру, как правило, поддерживают в водной культуральной среде, содержащей питательные вещества, витамины и/или минералы в достаточном количестве для роста микроорганизмов. Водная питательная среда предпочтительно представляет собой среду для анаэробного микробного роста, такую как минимальная среда для анаэробного микробного роста.The culture is typically maintained in an aqueous culture medium containing nutrients, vitamins and/or minerals in sufficient quantities for microbial growth. The aqueous growth medium is preferably an anaerobic microbial growth medium, such as a minimal anaerobic microbial growth medium.
Термин питательные среды или питательная среда используют для описания среды бактериального роста. Предпочтительно в процессе ферментации используют питательную среду внутри биореактора. Как правило, этот термин относится к среде, содержащей питательные вещества и другие компоненты, подходящие для роста микробной культуры. Термин питательное вещество включает в себя любое вещество, которое может быть использовано в метаболическом пути микроорганизма. Примеры питательных веществ включают калий, витамины группы В, металлические микроэлементы и аминокислоты.The term culture media or culture medium is used to describe the bacterial growth medium. Preferably, the fermentation process uses a nutrient medium inside a bioreactor. Generally, the term refers to a medium containing nutrients and other components suitable for the growth of a microbial culture. The term nutrient includes any substance that can be used in the metabolic pathway of a microorganism. Examples of nutrients include potassium, B vitamins, trace metals, and amino acids.
Используемый в данном документе термин кислота включает в себя как карбоновые кислоты, так и связанный с ними карбоксилат-анион, такой как смесь свободной уксусной кислоты и ацетата, присутствующая в ферментационном бульоне, как описано в данном документе. Соотношение молекулярной кислоты и карбоксилата в ферментационном бульоне зависит от рН системы. Кроме того, термин ацетат включает в себя как соль уксусной кислоты, так и смесь молекулярной или свободной уксусной кислоты и соли уксусной кислоты, такую как смесь соли уксусной кислоты и свободной уксусной кислоты, присутствующую в ферментационном бульоне, как описано в настоящем документе.As used herein, the term acid includes both carboxylic acids and their associated carboxylate anion, such as the mixture of free acetic acid and acetate present in the fermentation broth as described herein. The ratio of molecular acid to carboxylate in the fermentation broth depends on the pH of the system. In addition, the term acetate includes both a salt of acetic acid and a mixture of molecular or free acetic acid and a salt of acetic acid, such as a mixture of acetic acid salt and free acetic acid present in the fermentation broth as described herein.
Термин требуемый состав используется для обозначения желаемого уровня и типов компонентов в веществе, таком как, например, газовый поток. В частности, считается, что газ имеет требуемый состав, если он содержит конкретный компонент (например, СО, Н2 и/или СО2) и/или содержит конкретный компонент в конкретной пропорции, и/или не содержит конкретный компонент (например, компонент, вредный для микроорганизмов), и/или не содержит конкретный компонент в конкретной пропорции. Можно учитывать более одного компонента при определении того, имеет ли газовый поток требуемый состав.The term desired composition is used to indicate the desired level and types of components in a substance, such as, for example, a gas stream. In particular, a gas is considered to have the required composition if it contains a specific component (for example, CO, H2 and/or CO2) and/or contains a specific component in a specific proportion, and/or does not contain a specific component (for example, a component that is harmful for microorganisms), and/or does not contain a specific component in a specific proportion. More than one component may be considered when determining whether a gas stream has the desired composition.
Микроорганизм представляет собой микроскопический организм, в частности, бактерию, архею, вирус или грибок. Микроорганизм согласно настоящему изобретению обычно представляет собой бактерию. Подразумевается, что используемый в данном документе термин микроорганизм включает в себя бактерию. Следует отметить, что термин микроорганизм и термин бактерии используются взаимозаменяемо по всему документу.A microorganism is a microscopic organism, such as a bacterium, archaea, virus or fungus. The microorganism of the present invention is usually a bacterium. The term microorganism as used herein is intended to include bacteria. It should be noted that the term microorganism and the term bacteria are used interchangeably throughout this document.
Родительский микроорганизм представляет собой микроорганизм, используемый для получения микроорганизма по данному изобретению. Родительский микроорганизм может представлять собой встречающийся в природе микроорганизм (например, микроорганизм дикого типа) или микроорганизм, который был предварительно модифицирован (например, мутантный или рекомбинантный микроорганизм). Микроорганизм согласно настоящему изобретению может быть модифицирован для экспрессии или сверхэкспрессии одного или более ферментов, которые не были экспрессированы или сверхэкспрессированы в родительском микроорганизме. Подобным образом микроорганизм согласно настоящему изобретению может быть модифицирован, чтобы содержать один или более генов, которые не содержались в родительском микроорганизме. Микроорганизм согласно настоящему изобретению также может быть модифицирован, чтобы не экспрессировать или экспрессировать более низкие количества одного или более ферментов, которые были экспрессированы в родительском микроорганизме. В одном варианте реализации изобретения родительский микроорганизм представляет собой Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. В предпочтительном варианте реализации изобретения родительский микроорганизм представляет собой Clostridium autoethanogenum LZ1561, который был депонирован 7 июня 2010 г. в Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (Немецкой коллекции микроорганизмов и клеточных культур (DSMZ)), расположенной по адресу InhofThe parent microorganism is the microorganism used to produce the microorganism of the present invention. The parent microorganism may be a naturally occurring microorganism (eg, a wild-type microorganism) or a microorganism that has been previously modified (eg, a mutant or recombinant microorganism). The microorganism of the present invention can be modified to express or overexpress one or more enzymes that were not expressed or overexpressed in the parent microorganism. Likewise, a microorganism of the present invention can be modified to contain one or more genes that are not contained in the parent microorganism. The microorganism of the present invention can also be modified to not express or to express lower amounts of one or more enzymes that were expressed in the parent microorganism. In one embodiment, the parent microorganism is Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment of the invention, the parent microorganism is Clostridium autoethanogenum LZ1561, which was deposited on June 7, 2010 in the Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ)), located at Inhof
- 6 046115 fenstra β 7B, D-38124 Braunschweig, Германия, в соответствии с условиями Будапештского договора и присвоенным регистрационным номером DSM23693. Этот штамм описан в международной заявке на патент № PCT/NZ2011/000144, опубликованной как WO 2012/015317.- 6 046115 fenstra β 7B, D-38124 Braunschweig, Germany, in accordance with the terms of the Budapest Treaty and assigned registration number DSM23693. This strain is described in international patent application No. PCT/NZ2011/000144, published as WO 2012/015317.
Термин происходит из означает, что нуклеиновая кислота, белок или микроорганизм модифицированы или адаптированы из другой (например, исходной или дикого типа) нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма с целью получения новой нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма. Такие модификации или адаптации обычно включают в себя вставку, делецию, мутацию или замену нуклеиновых кислот или генов. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению происходит от родительского микроорганизма. В одном варианте реализации изобретения микроорганизм согласно настоящему изобретению происходит от Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. В предпочтительном варианте реализации изобретения микроорганизм согласно настоящему изобретению происходит от Clostridium autoethanogenum LZ1561, который депонирован под регистрационным номером DSMZ DSM23693.The term derived from means that a nucleic acid, protein or microorganism is modified or adapted from another (eg, original or wild type) nucleic acid, protein or microorganism to produce a new nucleic acid, protein or microorganism. Such modifications or adaptations typically include insertion, deletion, mutation or substitution of nucleic acids or genes. Typically, the microorganism of the present invention is derived from a parent microorganism. In one embodiment, the microorganism of the present invention is derived from Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment, the microorganism of the present invention is derived from Clostridium autoethanogenum LZ1561, which is deposited under DSMZ accession number DSM23693.
Термин путь Вуда-Льюнгдаля относится к пути фиксации углерода Вуда-Льюнгдаля, описанному, например, в Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784:1873-1898, 2008. Микроорганизмы Вуда-Льюнгдаля, как и ожидалось, относятся к микроорганизмам, содержащим путь Вуда-Льюнгдаля. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению содержит нативный путь Вуда-Льюнгдаля. В данном документе путь Вуда-Льюнгдаля может быть нативным, немодифицированным путем Вуда-Льюнгдаля, или может быть путем Вуда-Льюнгдаля с некоторой степенью генетической модификации (например, сверхэкспрессией, гетерологичной экспрессией, нокаутом и т.д.), пока его используют для преобразования СО, СО2 и/или Н2 в ацетил-КоА.The term Wood-Ljungdahl pathway refers to the Wood-Ljungdahl carbon fixation pathway described, for example, in Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784:1873-1898, 2008. Wood-Ljungdahl microorganisms, as expected, refer to microorganisms containing the Wood-Ljungdahl pathway. Ljungdal. Typically, the microorganism of the present invention contains the native Wood-Ljungdahl pathway. As used herein, the Wood-Ljungdahl pathway may be the native, unmodified Wood-Ljungdahl pathway, or may be the Wood-Ljungdahl pathway with some degree of genetic modification (eg, overexpression, heterologous expression, knockout, etc.) as long as it is used for transformation CO, CO 2 and/or H 2 in acetyl-CoA.
С1 относится к молекуле, содержащей один атом углерода, например, СО, СО2, СН4 или СН3ОН. С1-оксигенат относится к одноуглеродной молекуле, которая также содержит по меньшей мере один атом кислорода, например, СО, СО2 или СН3ОН. Источник С1-углерода относится к одноуглеродной молекуле, которая служит частичным или единственным источником углерода для микроорганизма согласно настоящему изобретению. Так, например, источник С1-углерода может содержать одно или более соединений, выбранных из СО, СО2, СН4, СН3ОН или СН2О2. Источник С1-углерода предпочтительно содержит одно или оба соединения СО и СО2. С1-фиксирующий микроорганизм представляет собой микроорганизм, способный продуцировать один или более продуктов из источника С1-углерода. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой С1-фиксирующую бактерию.C1 refers to a molecule containing one carbon atom, such as CO, CO2 , CH4 or CH3OH . C1-oxygenate refers to a one-carbon molecule that also contains at least one oxygen atom, such as CO, CO 2 or CH 3 OH. A C1 carbon source refers to a one-carbon molecule that serves as a partial or sole carbon source for the microorganism of the present invention. Thus, for example, the C1 carbon source may contain one or more compounds selected from CO, CO2 , CH4 , CH3OH or CH2O2 . The C1 carbon source preferably contains one or both of CO and CO 2 compounds. A C1-fixing microorganism is a microorganism capable of producing one or more products from a C1 carbon source. Typically, the microorganism of the present invention is a C1-fixing bacterium.
Анаэроб представляет собой микроорганизм, не требующий кислорода для роста. Анаэроб может реагировать отрицательно или даже погибнуть в присутствии кислорода выше определенного порогового значения. Однако некоторые анаэробы способны переносить низкие уровни кислорода (например, 0,000001-5% кислорода). Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой анаэроб.An anaerobe is a microorganism that does not require oxygen to grow. An anaerobe may react negatively or even die in the presence of oxygen above a certain threshold. However, some anaerobes are able to tolerate low levels of oxygen (eg, 0.000001-5% oxygen). Typically, the microorganism of the present invention is an anaerobic.
Ацетогены представляют собой облигатно-анаэробные бактерии, использующие путь ВудаЛьюнгдаля в качестве их основного механизма для сохранения энергии и синтеза ацетил-КоА и продуктов, полученных из ацетил-КоА, таких как ацетат (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784:1873-1898, 2008). В частности, ацетогены используют путь Вуда-Льюнгдаля в качестве (1) механизма восстановительного синтеза ацетил-КоА из СО2;Acetogens are obligate anaerobic bacteria that use the Wood-Ljungdahl pathway as their main mechanism to conserve energy and synthesize acetyl-CoA and acetyl-CoA-derived products such as acetate (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784:1873-1898, 2008 ). In particular, acetogens use the Wood-Ljungdahl pathway as (1) a mechanism for the reductive synthesis of acetyl-CoA from CO 2 ;
(2) терминального процесса акцептирования электронов, сохранения энергии;(2) the terminal process of electron acceptance, energy conservation;
(3) механизма связывания (ассимиляции) СО2 в синтезе клеточного углерода (Drake, Acetogenic Prokaryotes, In: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006).(3) the mechanism of binding (assimilation) of CO 2 in the synthesis of cellular carbon (Drake, Acetogenic Prokaryotes, In: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006).
Все ацетогены природного происхождения являются С1-связывающими, анаэробными, автотрофными и неметанотрофными. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой ацетоген.All acetogens of natural origin are C1-binding, anaerobic, autotrophic and non-methanotrophic. Typically, the microorganism of the present invention is an acetogen.
Этанологен представляет собой микроорганизм, который продуцирует или способен продуцировать этанол. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой этанологен.An ethanologen is a microorganism that produces or is capable of producing ethanol. Typically, the microorganism of the present invention is an ethanologen.
Автотроф представляет собой микроорганизм, способный расти в отсутствие органического углерода. Вместо этого автотрофы используют неорганические источники углерода, такие как СО и/или СО2. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой автотроф.An autotroph is a microorganism that can grow in the absence of organic carbon. Instead, autotrophs use inorganic carbon sources such as CO and/or CO 2 . Generally, the microorganism of the present invention is an autotroph.
Карбоксидотроф представляет собой микроорганизм, способный использовать СО в качестве единственного источника углерода и энергии. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой карбоксидотроф.A carboxydotroph is a microorganism capable of using CO as the sole source of carbon and energy. Typically, the microorganism of the present invention is a carboxydotroph.
Метанотроф представляет собой микроорганизм, способный использовать метан в качестве единственного источника углерода и энергии. В некоторых вариантах реализации изобретения микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой метанотроф или происходит от метанотрофа. Еще в одних вариантах реализации изобретения микроорганизм согласно настоящему изобретению не представляет собой метанотроф или не происходит от метанотрофа.A methanotroph is a microorganism capable of using methane as its sole source of carbon and energy. In some embodiments, the microorganism of the invention is a methanotroph or is derived from a methanotroph. In still other embodiments, the microorganism of the present invention is not a methanotroph or is not derived from a methanotroph.
Термин субстрат относится к источнику углерода и/или энергии для микроорганизма согласноThe term substrate refers to a source of carbon and/or energy for a microorganism according to
- 7 046115 настоящему изобретению. Как правило, субстрат является газообразным и содержит С1-источник углерода, например СО, СО2 и/или СН4. Субстрат предпочтительно содержит источник С1-углерода в виде СО или СО+СО2. Субстрат может дополнительно содержать другие неуглеродные компоненты, такие как Н2 или N2.- 7 046115 to the present invention. Typically, the substrate is gaseous and contains a C1 carbon source, such as CO, CO2 and/or CH4 . The substrate preferably contains a source of C1-carbon in the form of CO or CO+CO2. The substrate may additionally contain other non-carbon components such as H2 or N2 .
Состав субстрата может оказывать значительное влияние на эффективность и/или стоимость реакции. Так, например, присутствие кислорода (О2) может понизить эффективность процесса анаэробной ферментации. В зависимости от состава субстрата может быть желательной обработка, очистка или фильтрация субстрата для удаления нежелательных примесей, например, токсинов, нежелательных компонентов или частиц пыли, и/или для увеличения концентрации желаемых компонентов.Substrate composition can have a significant impact on the efficiency and/or cost of the reaction. For example, the presence of oxygen (O 2 ) can reduce the efficiency of the anaerobic fermentation process. Depending on the composition of the substrate, it may be desirable to treat, purify, or filter the substrate to remove undesirable contaminants, such as toxins, unwanted components, or dust particles, and/or to increase the concentration of desired components.
Микроорганизм согласно настоящему изобретению можно культивировать для получения одного или более продуктов. Например, микроорганизм согласно настоящему изобретению может продуцировать или может быть генетически сконструирован для продуцирования этанола (WO 2007/117157), ацетата (WO 2007/117157), 1-бутанола (WO 2008/115080, WO 2012/053905 и WO 2017/0066498), бутирата (WO 2008/115080), 2,3-бутандиола (WO 2009/151342 и WO 2016/094334), лактата (WO 2011/112103), бутена (WO 2012/024522), бутадиена (WO 2012/024522), метилэтилкетона (MEK) (WO 2012/024522 и WO 2013/185123), этилена (WO 2012/026833), ацетона (WO 2012/115527), изопропанола (WO 2012/115527), липидов (WO 2013/036147), 3-гидроксипропионата (3-НР) (WO 2013/180581), терпенов, включая изопрен (WO 2013/180584), жирных кислот (WO 2013/191567), 2-бутанола (WO 2013/185123), 1,2-пропандиола (WO 2014/036152), 1-пропанола (WO 2014/0369152 и WO 2017/0066498), 1-гексанола (WO 2017/0066498), 1-октанола (WO 2017/0066498), продуктов, полученных из хоризмата (WO 2016/191625), 3-гидроксибутирата (WO 2017/066498), 1,3-бутандиола (WO 2017/0066498), 2-гидроксиизобутирата или 2-гидроксиизомасляной кислоты (WO 2017/0066498), изобутилена (WO 2017/0066498), адипиновой кислоты (WO 2017/0066498), 1,3-гександиола (WO 2017/0066498), 3-метил-2-бутанола (WO 2017/0066498), 2-бутен-1-ола (WO 2017/0066498), изовалерата (WO 2017/0066498), изоамилового спирта (WO 2017/0066498) и моноэтиленгликоля (WO 2019/126400). В конкретных вариантах реализации изобретения саму микробную биомассу можно рассматривать как продукт. Один или более продуктов могут быть дополнительно преобразованы для производства по меньшей мере одного компонента дизельного топлива, реактивного топлива и/или бензина. Кроме того, микробная биомасса может быть подвергнута дальнейшей переработке для получения по меньшей мере части белка одноклеточных (SCP).The microorganism of the present invention can be cultured to produce one or more products. For example, the microorganism of the present invention can produce or can be genetically engineered to produce ethanol (WO 2007/117157), acetate (WO 2007/117157), 1-butanol (WO 2008/115080, WO 2012/053905 and WO 2017/0066498) , butyrate (WO 2008/115080), 2,3-butanediol (WO 2009/151342 and WO 2016/094334), lactate (WO 2011/112103), butene (WO 2012/024522), butadiene (WO 2012/024522), methyl ethyl ketone (MEK) (WO 2012/024522 and WO 2013/185123), ethylene (WO 2012/026833), acetone (WO 2012/115527), isopropanol (WO 2012/115527), lipids (WO 2013/036147), 3- hydroxypropionate (3-HP) (WO 2013/180581), terpenes including isoprene (WO 2013/180584), fatty acids (WO 2013/191567), 2-butanol (WO 2013/185123), 1,2-propanediol (WO 2014/036152), 1-propanol (WO 2014/0369152 and WO 2017/0066498), 1-hexanol (WO 2017/0066498), 1-octanol (WO 2017/0066498), products derived from chorismate (WO 2016/191625 ), 3-hydroxybutyrate (WO 2017/066498), 1,3-butanediol (WO 2017/0066498), 2-hydroxyisobutyrate or 2-hydroxyisobutyric acid (WO 2017/0066498), isobutylene (WO 2017/0066498), adipic acid ( WO 2017/0066498), 1,3-hexanediol (WO 2017/0066498), 3-methyl-2-butanol (WO 2017/0066498), 2-buten-1-ol (WO 2017/0066498), isovalerate (WO 2017 /0066498), isoamyl alcohol (WO 2017/0066498) and monoethylene glycol (WO 2019/126400). In specific embodiments of the invention, the microbial biomass itself can be considered as a product. The one or more products may be further converted to produce at least one component of diesel fuel, jet fuel and/or gasoline. In addition, the microbial biomass can be further processed to produce at least a portion of the single cell protein (SCP).
Термин белок одноклеточных (SCP) относится к микробной биомассе, которая может быть использована в богатых белками пищевых продуктах для людей и/или животных, часто заменяя традиционные источники белковых добавок, такие как соевая мука или рыбная мука. Для получения белка одноклеточных или другого продукта способ может включать дополнительные этапы выделения, переработки или обработки. Так, например, способ может включать стерилизацию микробной биомассы, центрифугирование микробной биомассы и/или сушку микробной биомассы. В некоторых вариантах реализации изобретения микробную биомассу сушат с использованием распылительной сушки или лопастной сушки. Способ также может включать уменьшение содержания нуклеиновой кислоты в микробной биомассе с использованием любого способа, известного в данной области техники, поскольку потребление рациона с высоким содержанием нуклеиновой кислоты может привести к накоплению продуктов распада нуклеиновой кислоты и/или желудочно-кишечному расстройству. Белок одноклеточных может быть подходящим для кормления животных, таких как домашний скот или домашние животные. В частности, корм для животных может быть подходящим для кормления одного или более мясных животных, молочного скота, свиней, овец, коз, лошадей, мулов, ослов, оленей, буйволов/бизонов, лам, альпак, северных оленей, верблюдов, бантенгов, гаялов, яки, курей, индюков, уток, гусей, перепелов, цесарок, сквобов/голубей, рыбы, креветок, ракообразных, котов, собак и грызунов. Композиция корма для животных может быть адаптирована к потребностям в питании различных животных. Кроме того, способ может включать смешивание или комбинирование микробной биомассы с одним или более наполнителями.The term single cell protein (SCP) refers to microbial biomass that can be used in protein-rich foods for humans and/or animals, often replacing traditional sources of protein supplements such as soybean meal or fishmeal. To obtain a single cell protein or other product, the method may include additional isolation, processing, or processing steps. For example, the method may include sterilizing the microbial biomass, centrifuging the microbial biomass, and/or drying the microbial biomass. In some embodiments, the microbial biomass is dried using spray drying or paddle drying. The method may also include reducing the nucleic acid content of the microbial biomass using any method known in the art, since consumption of a diet high in nucleic acid may lead to accumulation of nucleic acid breakdown products and/or gastrointestinal distress. The single cell protein may be suitable for feeding animals such as livestock or pets. In particular, the animal feed may be suitable for feeding one or more beef animals, dairy cattle, pigs, sheep, goats, horses, mules, donkeys, deer, buffalo/buffalo, llamas, alpacas, reindeer, camels, bantengs, guyals , yaks, chickens, turkeys, ducks, geese, quail, guinea fowl, squabs/pigeons, fish, shrimp, crustaceans, cats, dogs and rodents. The composition of the animal feed can be adapted to the nutritional needs of different animals. In addition, the method may include mixing or combining the microbial biomass with one or more excipients.
Термин наполнитель может относиться к любому веществу, которое может быть добавлено в микробную биомассу для улучшения или изменения формы, свойств или питательной ценности корма для животных. Так, например, наполнитель может содержать один или более углеводов, клетчатки, жиров, белков, витаминов, минералов, воды, вкусовых добавок, подсластителей, антиоксидантов, ферментов, консервантов, пробиотиков или антибиотиков. В некоторых вариантах реализации изобретения наполнителем может быть сено, солома, силос, злаки, масла или жиры или другой растительный материал. Наполнителем может быть любой кормовой ингредиент, указанный в Chiba, Section 18: Diet Formulation and Common Feed Ingredients, Animal Nutrition Handbook, 3rd revision, p. 575-633, 2014.The term excipient can refer to any substance that can be added to microbial biomass to improve or change the form, properties or nutritional value of animal feed. For example, the filler may contain one or more carbohydrates, fiber, fat, protein, vitamins, minerals, water, flavoring agents, sweeteners, antioxidants, enzymes, preservatives, probiotics, or antibiotics. In some embodiments, the filler may be hay, straw, silage, grains, oils or fats, or other plant material. The filler may be any feed ingredient specified in Chiba, Section 18: Diet Formulation and Common Feed Ingredients, Animal Nutrition Handbook, 3rd revision, p. 575-633, 2014.
Термин селективность относится к отношению продуцирования целевого продукта к продуцированию всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом. Микроорганизм по изобретению может быть сконструирован для продуцирования продуктов с конкретной селективностью или с минимальной селективностью. В одном варианте реализации настоящего изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75 или 85% всех продуктов ферментации, произведенных микроорганизмом по изобретению. В одном варианте реализации настоящего изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере 10% от всех продуктов ферментации, продуцируемых указанным микThe term selectivity refers to the ratio of the production of the target product to the production of all fermentation products produced by the microorganism. The microorganism of the invention can be engineered to produce products with specific selectivity or minimal selectivity. In one embodiment of the present invention, the target product represents at least 5, 10, 15, 20, 30, 50, 75, or 85% of the total fermentation products produced by the microorganism of the invention. In one embodiment of the present invention, the target product constitutes at least 10% of all fermentation products produced by said microorganism
- 8 046115 роорганизмом согласно настоящему изобретению, таким образом, микроорганизм согласно настоящему изобретению обладает селективностью по отношению к целевому продукту, составляющей по меньшей мере 10%. В еще одном варианте реализации изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере 30% от всех продуктов ферментации, продуцируемых указанным микроорганизмом согласно настоящему изобретению, так что указанный микроорганизм согласно настоящему изобретению обладает по меньшей мере 30% селективностью по отношению к целевому продукту.- 8 046115 with the organism according to the present invention, thus the microorganism according to the present invention has a selectivity towards the target product of at least 10%. In yet another embodiment, the target product constitutes at least 30% of the total fermentation products produced by the microorganism of the present invention, such that the microorganism of the present invention has at least 30% selectivity for the target product.
Для получения целевого продукта культивирование/ферментацию желательно проводить в подходящих условиях. Как правило, культивирование/ферментация проводятся в анаэробных условиях. Условия реакции, которые следует учитывать, включают в себя давление (или парциальное давление), температуру, скорость потока газа, скорость потока жидкости, рН среды, окислительно-восстановительный потенциал среды, скорость перемешивания (при использовании реактора непрерывного действия с перемешиванием), уровень посевного материала, максимальные концентрации газового субстрата, чтобы гарантировать, что газ в жидкой фазе не станет ограничивающим фактором, а также максимальные концентрации продукта во избежание ингибирования продукта. В частности, скорость введения субстрата может быть управляемой, чтобы гарантировать, что концентрация газа в жидкой фазе не станет ограничивающим фактором, поскольку продукты могут потребляться культурой в условиях ограниченного количества газа.To obtain the target product, cultivation/fermentation is preferably carried out under suitable conditions. Typically, cultivation/fermentation is carried out under anaerobic conditions. Reaction conditions to consider include pressure (or partial pressure), temperature, gas flow rate, liquid flow rate, pH of the medium, redox potential of the medium, stirring speed (if using a continuous stirred reactor), inoculum level material, maximum gas substrate concentrations to ensure that gas in the liquid phase does not become a limiting factor, and maximum product concentrations to avoid product inhibition. In particular, the rate of substrate addition can be controlled to ensure that gas concentration in the liquid phase does not become a limiting factor since products can be consumed by the crop under gas-limited conditions.
Работа биореактора при повышенном давлении позволяет увеличить скорость массопереноса газа из газовой фазы в жидкую. Соответственно в общем случае предпочтительно осуществлять культивирование/ферментацию при давлениях выше атмосферного давления. Кроме того, поскольку заданная скорость преобразования газа частично зависит от времени пребывания субстрата в реакторе, при этом время пребывания в реакторе определяет требуемый объем биореактора, применение систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для ферментации. Это, в свою очередь, означает, что время удерживания, определяемое как объем жидкости в биореакторе, деленный на расход входящего газа, может быть уменьшено, если в биореакторах поддерживается повышенное, а не атмосферное давление. Оптимальные условия реакции будут частично зависеть от конкретного используемого микроорганизма. Однако в общем случае предпочтительно проводить ферментацию при давлении выше атмосферного давления. Кроме того, поскольку заданная скорость преобразования газа частично зависит от времени удерживания субстрата, а достижение желаемого времени удерживания, в свою очередь, диктует необходимый объем биореактора, использование систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для культивирования/ферментации.Operating a bioreactor at elevated pressure allows you to increase the rate of gas mass transfer from the gas phase to the liquid phase. Accordingly, it is generally preferable to carry out cultivation/fermentation at pressures above atmospheric pressure. In addition, since the target gas conversion rate depends in part on the residence time of the substrate in the reactor, with the residence time in the reactor determining the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and therefore the capital cost of fermentation equipment. This in turn means that retention time, defined as the volume of liquid in the bioreactor divided by the inlet gas flow rate, can be reduced if the bioreactors are maintained at elevated rather than atmospheric pressure. Optimal reaction conditions will depend in part on the specific microorganism used. However, in general, it is preferable to carry out fermentation at pressures above atmospheric pressure. Additionally, since the target gas conversion rate depends in part on the substrate retention time, and achieving the desired retention time in turn dictates the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and therefore the capital cost of culture equipment /fermentation.
Ферментационный бульон, содержащий желаемый продукт, можно непрерывно удалять из биореактора для осуществления извлечения продукта. Целевые продукты можно отделять или очищать от ферментационного бульона посредством любого подходящего процесса удаления, в котором можно использовать способ или сочетание способов, известных в данной области техники, включая, например, фракционную перегонку, вакуумную перегонку, выпаривание, испарение через полупроницаемую мембрану, отдувку газом, разделение фаз и экстракционную ферментацию, включая, например, жидкостьжидкостную экстракцию. В некоторых вариантах реализации целевые продукты выделяют из ферментационного бульона путем непрерывного удаления из биореактора части бульона, отделения микробных клеток от бульона (обычно путем фильтрации) и выделения из бульона одного или более целевых продуктов. Спирты и/или ацетон можно выделять, например, перегонкой. Кислоты можно выделять, например, адсорбцией на активированном угле. Выделенные микробные клетки могут быть возвращены в биореактор. Бесклеточный пермеат, оставшийся после удаления целевых продуктов, также может быть возвращен в биореактор. Для восполнения среды перед ее возвратом в биореактор можно добавлять к бесклеточному пермеату дополнительные питательные вещества.The fermentation broth containing the desired product can be continuously removed from the bioreactor to effect product recovery. The target products may be separated or purified from the fermentation broth by any suitable removal process, which may use a method or combination of methods known in the art, including, for example, fractional distillation, vacuum distillation, evaporation, permeable membrane evaporation, gas stripping, phase separation and extractive fermentation, including, for example, liquid-liquid extraction. In some embodiments, the target products are isolated from the fermentation broth by continuously removing a portion of the broth from the bioreactor, separating microbial cells from the broth (typically by filtration), and isolating one or more target products from the broth. Alcohols and/or acetone can be isolated, for example, by distillation. Acids can be isolated, for example, by adsorption on activated carbon. The isolated microbial cells can be returned to the bioreactor. The cell-free permeate remaining after removal of the target products can also be returned to the bioreactor. Additional nutrients can be added to the cell-free permeate to replenish the media before returning it to the bioreactor.
Описание.Description.
Авторы изобретения обнаружили, что за счет оптимизации использования и состава различных газовых потоков можно повысить эффективность ферментации и общую эффективность улавливания углерода. Подбирая состав газового потока, используемого в процессе ферментации, изобретатели обнаружили, что можно усовершенствовать производство конкретных желаемых продуктов. В различных случаях изобретение оптимизирует поток газа для параллельных процессов ферментации для улучшения селективности желаемых продуктов. В других случаях изобретение оптимизирует поток газа к последовательным процессам ферментации для улучшения селективности желаемых продуктов. В различных случаях состав газа, направляемого в конкретный процесс ферментации, оптимизируется до конкретного соотношения Н2:СО, так что указанный газ идеален для производства конкретного продукта ферментации.The inventors have discovered that by optimizing the use and composition of various gas streams, fermentation efficiency and overall carbon capture efficiency can be improved. By tailoring the composition of the gas stream used in the fermentation process, the inventors discovered that it was possible to improve the production of specific desired products. In various cases, the invention optimizes the gas flow for parallel fermentation processes to improve the selectivity of the desired products. In other cases, the invention optimizes the gas flow to sequential fermentation processes to improve the selectivity of the desired products. In various cases, the composition of the gas supplied to a particular fermentation process is optimized to a specific H2:CO ratio, so that said gas is ideal for the production of a particular fermentation product.
При использовании обедненного водородом газа указанный процесс ферментации может оптимально производить один или более продуктов, выбранных из группы, состоящей из этанола, ацетата, моноэтиленгликоля (МЭГ), 1,2-пропандиола, 3-гидроксипропионата, ацетона, изопропанола, лактата, 1,3бутандиола, 2-бутанола, 2-гидроксиизомасляной кислоты, 3-гидроксибутирата, метилэтилкетона (MEK), изоамилового спирта, терпенов, включая изопрен, адипиновой кислоты, 1-гексанола, 1-октанола и продуктов на основе хоризмата. В некоторых случаях более выгодно производить конкретные продукты сWhen using hydrogen-depleted gas, said fermentation process can optimally produce one or more products selected from the group consisting of ethanol, acetate, monoethylene glycol (MEG), 1,2-propanediol, 3-hydroxypropionate, acetone, isopropanol, lactate, 1,3-butanediol , 2-butanol, 2-hydroxyisobutyric acid, 3-hydroxybutyrate, methyl ethyl ketone (MEK), isoamyl alcohol, terpenes including isoprene, adipic acid, 1-hexanol, 1-octanol and chorismate-based products. In some cases it is more profitable to produce specific products with
- 9 046115 потоком, который обеднен водородом, а не с потоком, обогащенным водородом. Такие продукты, как 3-гидроксипропионат, изоамиловый спирт, и/или продукты, производные из хоризмата, предпочтительно получают с использованием потока, обедненного водородом, вместо потока, обогащенного водородом.- 9 046115 with a stream that is depleted of hydrogen, rather than with a stream enriched in hydrogen. Products such as 3-hydroxypropionate, isoamyl alcohol, and/or chorismate-derived products are preferably produced using a hydrogen-depleted stream rather than a hydrogen-rich stream.
Авторы изобретения обнаружили, что при использовании по меньшей мере двух процессов ферментации, либо параллельных, либо последовательных, входящий исходный газ может быть разделен на поток, обогащенный водородом, и поток, обедненный водородом, каждый из которых является оптимальным для производства конкретных продуктов в процессе ферментации газа. Кроме того, при последовательной работе по меньшей мере двух процессов ферментации первый процесс ферментации может быть оптимизирован для получения уксусной кислоты, которая затем может быть преобразована во втором процессе ферментации в этанол, что приведет к увеличению общего производства этанола. За счет использования двух процессов ферментации, каждый из которых работает для приема разных потоков, обогащенных или обедненных водородом, можно повысить общую эффективность улавливания углерода, поскольку практически весь газ используется по меньшей мере в одном из процессов ферментации для производства по меньшей мере одного продукта ферментации вместо производства значительных количеств нежелательных побочных продуктов, таких как диоксид углерода.The inventors have discovered that by using at least two fermentation processes, either parallel or sequential, the incoming feed gas can be separated into a hydrogen-rich stream and a hydrogen-depleted stream, each of which is optimal for the production of specific products in the fermentation process gas Additionally, by operating at least two fermentation processes in series, the first fermentation process can be optimized to produce acetic acid, which can then be converted in the second fermentation process to ethanol, resulting in increased overall ethanol production. By using two fermentation processes, each operating to accept different hydrogen-rich or hydrogen-depleted streams, overall carbon capture efficiency can be increased since substantially all of the gas is used in at least one of the fermentation processes to produce at least one fermentation product instead producing significant quantities of unwanted by-products such as carbon dioxide.
По меньшей мере часть поступающего исходного газа может быть получена из процесса газификации. Изобретатели обнаружили, что помимо использования поступающего исходного газа для ферментации в конкретных случаях является выгодным использовать либо по меньшей мере часть отходящего газа из процесса ферментации, либо по меньшей мере часть входящего газового потока из процесса газификации для сушки сырья, используемого в процессе газификации. За счет использования по меньшей мере части входящего потока газа из процесса газификации и/или потока отходящего газа из процесса ферментации для сушки сырья для процесса газификации можно повысить эффективность процесса газификации. В частности, изобретатели обнаружили, что использование отходящего газа или поступающего газа для сушки поступающих твердых бытовых отходов и/или сырья биомассы, используемого в процессе газификации, приводит к повышению энергоэффективности, повышению качества синтез-газа и увеличению дохода от продукта по сравнению с использованием отходящего газа для выработки электроэнергии или пара. Изобретатели обнаружили, что использование отходящего газа для выработки электроэнергии или пара может в лучшем случае восстановить шестьдесят процентов (60%) энергии отходящего газа, сорок процентов (40%) электроэнергии и двадцать процентов (20%) пара. В отличие от этого, использование отходящего газа для сушки сырья может восстановить до девяноста двух процентов (92%) энергии отходящего газа в виде улучшенного выхода синтез-газа.At least a portion of the incoming feed gas may be obtained from a gasification process. The inventors have found that in addition to using the fermentation feed gas in certain cases, it is advantageous to use either at least a portion of the fermentation process vent gas stream or at least a portion of the gasification process feed gas stream to dry the feedstock used in the gasification process. By using at least a portion of the influent gas stream from the gasification process and/or the effluent gas stream from the fermentation process to dry the feedstock for the gasification process, the efficiency of the gasification process can be increased. In particular, the inventors have discovered that using waste gas or feed gas to dry incoming municipal solid waste and/or biomass feedstocks used in the gasification process results in increased energy efficiency, improved synthesis gas quality, and increased product revenue compared to using waste gas. gas to generate electricity or steam. The inventors discovered that using the waste gas to generate electricity or steam could, at best, recover sixty percent (60%) of the waste gas's energy, forty percent (40%) of the electricity, and twenty percent (20%) of the steam. In contrast, using the off-gas to dry feedstock can recover up to ninety-two percent (92%) of the off-gas energy in the form of improved synthesis gas yield.
Таким образом, когда промышленным источником является процесс газификации, более экономично использовать отходящий газ для сушки, чем вырабатывать электричество или пар. Изобретатели обнаружили, что когда отходящий газ используется для сушки твердых бытовых отходов (ТБО), а не для производства пара или электроэнергии, ценность продуктов, произведенных в результате увеличенного производства синтез-газа, превышает стоимость электричества или пара, которые могли быть выработаны в противном случае. Сравнение ожидаемых доходов представлено в таблицах ниже. Хотя это сравнение проводится исходя из предположения, что продуктом процесса ферментации является этанол, в различных других случаях, когда производится один или более других продуктов ферментации, все же может быть полезным использование по меньшей мере части отходящего газа для сушки. Приведенная ниже диаграмма, показывающая количество отходящего газа, используемого при газификации, основана на использовании газификатора с производительностью 41,7 тонн в час (ТРН), ферментационной установки с потреблением сырья 1000 тонн в день (TPD) при удельной энергии сырья 11 МДж/кг.Thus, when the industrial source is a gasification process, it is more economical to use the off-gas for drying than to generate electricity or steam. The inventors have discovered that when the off-gas is used to dry municipal solid waste (MSW) rather than to generate steam or electricity, the value of the products produced by the increased synthesis gas production exceeds the value of the electricity or steam that might otherwise have been generated. . A comparison of expected returns is presented in the tables below. Although this comparison is made on the assumption that the product of the fermentation process is ethanol, in various other cases where one or more other fermentation products are produced, it may still be beneficial to use at least a portion of the off-gas for drying. The chart below showing the amount of off-gas used in gasification is based on a 41.7 tons per hour (TPH) gasifier, fermentation plant with a feedstock consumption of 1000 tons per day (TPD) with a feedstock energy density of 11 MJ/kg.
- 10 046115- 10 046115
Как показано в приведенных выше таблицах, стоимость отходящего газа выше, когда он используется для сушки (20 долларов США за гигаджоуль), вместо использования для производства пара или электроэнергии (10,8 долларов США за гигаджоуль). По существу, в одном или более вариантах реализации по меньшей мере часть отходящего газа используется в процессе сушки сырья.As shown in the tables above, the cost of waste gas is higher when it is used for drying ($20 per gigajoule) instead of when used for steam or power generation ($10.8 per gigajoule). As such, in one or more embodiments, at least a portion of the off-gas is used in the feedstock drying process.
Вышеупомянутые преимущества лучше всего достигаются путем управления использованием и составом различных газовых потоков, как показано на фиг. 1-3, описанных ниже.The above benefits are best achieved by controlling the use and composition of the various gas streams, as shown in FIG. 1-3 described below.
На фиг. 1 показана схема интеграции процессов, изображающая параллельные процессы 1, 2 ферментации, в результате которых получают отдельные продукты 171, 1001 из оптимизированных газовых потоков 141, 142 в соответствии с одним аспектом изобретения. В различных случаях каждый процесс 1, 2 ферментации может состоять по меньшей мере из двух последовательных биореакторов 160, 170 и 190, 1000. Предпочтительно процессы 1, 2 ферментации объединены по меньшей мере с одним промышленным источником 110, так что каждый процесс 1, 2 ферментации может принимать по меньшей мере часть оптимизированного газового потока 141, 142 из промышленного источника 110. Предпочтительно поток 111 газа из промышленного источника 110 разделяют на поток 141, обогащенный водородом, и поток 142, обедненный водородом, с использованием по меньшей мере одного модуля 140 выделения водорода. По меньшей мере часть обогащенного водородом потока 141 ферментируется в первом процессе 1 ферментации с использованием по меньшей мере одного реактора 160, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, с получением первого продукта 171 ферментации. В различных случаях первый процесс 1 ферментации состоит из двух или более реакторов 160, 170. По меньшей мере часть обедненного водородом потока 142 ферментируется во втором процессе 2 ферментации с использованием по меньшей мере одного реактора 190, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения второго продукта 1001 ферментации. В различных случаях второй процесс 2 ферментации состоит из двух или более реакторов 190, 1000. Предпочтительно первый продукт 171 ферментации, полученный в первом процессе 1 ферментации, и второй продукт 1001 ферментации, полученный в результате второго процесса 2 ферментации, являются разными продуктами. В различных случаях первым продуктом 171 ферментации является этанол, а вторым продуктом 1001 ферментации является 2,3-бутанддиол. В конкретных вариантах реализации жидкая питательная среда и технологическая вода 163, 193 направляются в первый процесс 1 ферментации и второй процесс 2 ферментации параллельно.In fig. 1 is a process integration diagram depicting parallel fermentation processes 1, 2 that produce separate products 171, 1001 from optimized gas streams 141, 142 in accordance with one aspect of the invention. In various cases, each fermentation process 1, 2 may consist of at least two sequential bioreactors 160, 170 and 190, 1000. Preferably, the fermentation processes 1, 2 are combined with at least one industrial source 110 such that each fermentation process 1, 2 may receive at least a portion of the optimized gas stream 141, 142 from industrial source 110. Preferably, gas stream 111 from industrial source 110 is separated into a hydrogen-rich stream 141 and a hydrogen-depleted stream 142 using at least one hydrogen separation module 140 . At least a portion of the hydrogen-enriched stream 141 is fermented in a first fermentation process 1 using at least one reactor 160 containing a liquid nutrient medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to produce a first fermentation product 171. In various cases, the first fermentation process 1 consists of two or more reactors 160, 170. At least a portion of the hydrogen-depleted stream 142 is fermented in a second fermentation process 2 using at least one reactor 190 containing a liquid nutrient medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to obtain the second fermentation product 1001. In various cases, the second fermentation process 2 consists of two or more reactors 190, 1000. Preferably, the first fermentation product 171 obtained from the first fermentation process 1 and the second fermentation product 1001 obtained from the second fermentation process 2 are different products. In various cases, the first fermentation product 171 is ethanol and the second fermentation product 1001 is 2,3-butanediol. In specific embodiments, the liquid nutrient medium and process water 163, 193 are sent to the first fermentation process 1 and the second fermentation process 2 in parallel.
В некоторых случаях промышленный источник 110 выбран из группы, состоящей из ферментации углеводов, ферментации газа, производства цемента, производства целлюлозы и бумаги, производства стали, нефтепереработки и связанных процессов, производства нефтехимических продуктов, производства кокса, анаэробного или аэробного сбраживания, газификации, добычи природного газа, конверсии метана, добычи нефти, металлургических процессов для производства и/или очистки алюминия, меди и/или ферросплавов, геологических месторождений и каталитических процессов. В различных случаях по меньшей мере часть газового потока 111 состоит из топочного газа доменной печи из металлургического процесса 110. В различных случаях по меньшей мере часть газового потока 111 получена из процесса 110 конверсии метана. В процессе конверсии метана предпочтительно по меньшей мере часть метансодержащего газа преобразуется в газовый поток 111, содержащий по меньшей мере часть монооксида углерода и водорода.In some cases, industrial source 110 is selected from the group consisting of carbohydrate fermentation, gas fermentation, cement production, pulp and paper production, steel production, petroleum refining and related processes, petrochemical production, coke production, anaerobic or aerobic digestion, gasification, natural gas extraction gas, methane conversion, oil production, metallurgical processes for the production and/or refining of aluminum, copper and/or ferroalloys, geological deposits and catalytic processes. In various cases, at least a portion of the gas stream 111 consists of blast furnace flue gas from the metallurgical process 110. In various cases, at least a portion of the gas stream 111 is obtained from the methane conversion process 110. The methane conversion process preferably converts at least a portion of the methane-containing gas into a gas stream 111 containing at least a portion of carbon monoxide and hydrogen.
В некоторых случаях модуль 140 выделения водорода представляет собой процесс адсорбции при переменном давлении. Предпочтительно модуль 140 выделения водорода расположен перед процессами 1, 2 ферментации для получения потока 141, обогащенного водородом, и потока 142, обедненного водородом, из поступающего газа 111 из промышленного источника 110. В некоторых случаях поступающий газ 111 направляется в один или более компрессоров 130 для повышения давления входящего потока 111 газа и получения входящего потока 131 газа под давлением. При использовании процесса адсорбции с переменным давлением в качестве модуля 140 выделения водорода обогащенный водородом поток 141 выходит из модуля 140 выделения водорода под повышенным давлением по сравнению с потоком 142, обедненным водородом. По существу, при использовании процесса адсорбции с переменным давлениемIn some cases, the hydrogen evolution module 140 is a pressure swing adsorption process. Preferably, a hydrogen recovery module 140 is located upstream of the fermentation processes 1, 2 to produce a hydrogen-rich stream 141 and a hydrogen-depleted stream 142 from feed gas 111 from industrial source 110. In some cases, feed gas 111 is sent to one or more compressors 130 to increasing the pressure of the incoming gas stream 111 and obtaining the incoming gas stream 131 under pressure. When using a pressure swing adsorption process as the hydrogen evolution module 140, the hydrogen-rich stream 141 exits the hydrogen evolution module 140 at an increased pressure compared to the hydrogen-depleted stream 142. Essentially, when using the pressure swing adsorption process
- 11 046115 в качестве модуля 140 выделения водорода обедненный водородом поток 142 предпочтительно направляют в один или более компрессоров 150 для получения обедненного водородом потока 151 под давлением перед его отправкой во второй процесс 2 ферментации.- 11 046115 as a hydrogen recovery module 140, the hydrogen-depleted stream 142 is preferably sent to one or more compressors 150 to produce the hydrogen-lean stream 151 under pressure before it is sent to the second fermentation process 2.
Предпочтительно, когда первый процесс 1 ферментации состоит из множества биореакторов 160, 170, обогащенный водородом поток 141 направляют в биореакторы 160, 170 параллельно, а ферментационный бульон 161 направляют последовательно из первого биореактора 160 во второй биореактор 170.Preferably, when the first fermentation process 1 consists of a plurality of bioreactors 160, 170, the hydrogen-enriched stream 141 is sent to the bioreactors 160, 170 in parallel, and the fermentation broth 161 is sent in series from the first bioreactor 160 to the second bioreactor 170.
Предпочтительно, когда второй процесс ферментации состоит из множества биореакторов 190, 1000, обедненный водородом поток 142, который может представлять собой обедненный водородом поток 151 под давлением, направляют в биореакторы 190, 1000 параллельно, а ферментационный бульон 191 направляют последовательно из первого биореактора 190 во второй биореактор 1000.Preferably, when the second fermentation process consists of a plurality of bioreactors 190, 1000, the hydrogen depleted stream 142, which may be a pressurized hydrogen depleted stream 151, is sent to the bioreactors 190, 1000 in parallel, and the fermentation broth 191 is sent in series from the first bioreactor 190 to the second bioreactor 1000.
Для извлечения продукта 171 из первого процесса 1 ферментации можно использовать один или более процессов 180 извлечения продукта. В конкретных случаях в процессе 180 извлечения продукта можно получать поток 181 очищенного продукта.One or more product recovery processes 180 may be used to recover product 171 from the first fermentation process 1. In specific cases, the product recovery process 180 may produce a purified product stream 181.
Для извлечения продукта 1001 из второго процесса 2 ферментации можно использовать один или более процессов 1100 извлечения продукта. В конкретных случаях в процессе 1100 извлечения продукта можно получать поток 1101 очищенного продукта.One or more product recovery processes 1100 may be used to recover product 1001 from the second fermentation process 2. In specific cases, the product recovery process 1100 may produce a purified product stream 1101.
Настоящее изобретение позволяет адаптировать состав газа, используемого в процессах 1, 2 ферментации для усовершенствования производства различных продуктов 171, 1001. Один метод оптимизации состава газа, используемый в процессах 1, 2 ферментации, заключается в использовании по меньшей мере части отходящего газа 162, 172, 192, 1002, производимого в биореакторах 160, 170, 190, 1000. В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа 162, 172, полученного в первом процессе 1 ферментации, рециркулируют в поток 141, обогащенный водородом. По меньшей мере часть отходящего газа 162, 172 может быть рециркулирована либо перед модулем 140 отделения водорода, либо в модуль 140 выделения водорода, либо после модуля 140 выделения водорода для оптимизации состава газа, используемого в первом процессе 1 ферментации. В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа 192, 1002, полученного во втором процессе 2 ферментации, рециркулируют в поток 151, обедненный водородом. По меньшей мере часть отходящего газа 192, 1002 может быть рециркулирована либо перед модулем 140 выделения водорода, либо в модуль 140 выделения водорода, либо после модуля 140 выделения водорода для оптимизации состава газа, используемого во втором процессе 2 ферментации.The present invention allows the composition of the gas used in the fermentation processes 1, 2 to be tailored to improve the production of various products 171, 1001. One method for optimizing the gas composition used in the fermentation processes 1, 2 is to use at least a portion of the off-gas 162, 172. 192, 1002 produced in bioreactors 160, 170, 190, 1000. In some cases, at least a portion of the off-gas 162, 172 produced in the first fermentation process 1 is recycled to the hydrogen-rich stream 141. At least a portion of the off-gas 162, 172 may be recycled either before the hydrogen separation module 140, to the hydrogen recovery module 140, or after the hydrogen recovery module 140 to optimize the composition of the gas used in the first fermentation process 1. In some cases, at least a portion of the off-gas 192, 1002 produced in the second fermentation process 2 is recycled to the hydrogen-depleted stream 151. At least a portion of the off-gas 192, 1002 may be recycled either before the hydrogen recovery module 140, to the hydrogen recovery module 140, or after the hydrogen recovery module 140 to optimize the composition of the gas used in the second fermentation process 2.
В различных случаях поток 141, обогащенный водородом, оптимизируется путем смешивания по меньшей мере части входящего потока 111 газа, который может быть потоком 131 входящего газа под давлением, с потоком 141, обогащенным водородом, для удовлетворения минимальных требований относительно монооксида углерода в потоке 141, обогащенном водородом.In various cases, the hydrogen enriched stream 141 is optimized by mixing at least a portion of the incoming gas stream 111, which may be a pressurized incoming gas stream 131, with the hydrogen enriched stream 141 to meet the minimum carbon monoxide requirements of the enriched stream 141. hydrogen.
Когда входящий поток 111 газа из промышленного источника 110 превышает количество, которое может быть использовано в процессах 1, 2 ферментации, по меньшей мере часть входящего потока 111 газа может использоваться паровым котлом, когенерационной установкой и/или процессом 120 сушки сырья.When the incoming gas stream 111 from the industrial source 110 exceeds the amount that can be used in the fermentation processes 1, 2, at least a portion of the incoming gas stream 111 can be used by the steam boiler, cogeneration plant and/or feed drying process 120.
Использование по меньшей мере части входящего газового потока 111 в процессе 120 сушки сырья особенно полезно, когда входящий газовый поток 110 является особенно разреженным и может иметь низкую эффективность преобразования в электрическую энергию. В различных случаях, когда промышленный источник 110 содержит один или более процессов газификации, по меньшей мере часть поступающего газового потока 111 используется в процессе 120 сушки сырья, независимо от того, превышает ли количество газа величину, которая может использоваться в процессах 1, 2 ферментации.The use of at least a portion of the incoming gas stream 111 in the raw material drying process 120 is particularly useful when the incoming gas stream 110 is particularly rarefied and may have low conversion efficiency to electrical energy. In various cases where the industrial source 110 contains one or more gasification processes, at least a portion of the incoming gas stream 111 is used in the feed drying process 120, regardless of whether the amount of gas exceeds the amount that can be used in the fermentation processes 1, 2.
Предпочтительно процессы 1, 2 ферментации могут протекать непрерывно. Чтобы гарантировать непрерывную работу процессов 1, 2 ферментации, биореакторы 160, 170, 190, 1000 предпочтительно должны содержать оптимальную пропорцию жизнеспособных микробов. В некоторых случаях использование газа, обогащенного монооксидом углерода (также известного как газ 142, обедненный водородом), увеличивает относительное содержание микробной биомассы, произведенной в процессе ферментации, по сравнению с использованием газа 141, обогащенного водородом. Для поддержания культуры в первом процессе 1 ферментации, в котором используется газ 141, обогащенный водородом, по меньшей мере часть вытекающего потока 1003, содержащего микробную биомассу, может быть отправлена из биореакторов 190, 1000 второго процесса 2 ферментации в биореакторы 160, 170 первого процесса 1 ферментации. Предпочтительно по меньшей мере часть микробной биомассы из биореакторов 190, 1000 второго процесса 2 ферментации является жизнеспособной. В конкретных случаях использование вытекающего потока 1003 из второго процесса 2 ферментации выполняется непрерывно.Preferably, the fermentation processes 1, 2 can occur continuously. To ensure continuous operation of the fermentation processes 1, 2, the bioreactors 160, 170, 190, 1000 should preferably contain an optimal proportion of viable microbes. In some cases, the use of carbon monoxide rich gas (also known as hydrogen depleted gas 142) increases the relative content of microbial biomass produced by the fermentation process compared to the use of hydrogen rich gas 141. To maintain the culture in the first fermentation process 1, which uses hydrogen-rich gas 141, at least a portion of the effluent stream 1003 containing microbial biomass may be sent from the bioreactors 190, 1000 of the second fermentation process 2 to the bioreactors 160, 170 of the first process 1 fermentation. Preferably, at least a portion of the microbial biomass from the bioreactors 190, 1000 of the second fermentation process 2 is viable. In specific cases, the use of the effluent stream 1003 from the second fermentation process 2 is performed continuously.
В различных случаях в процессах 1, 2 ферментации используется один или более фиксирующих С1 микроорганизмов для ферментации С1-содержащего газа и получения одного или более продуктов 171, 1001 ферментации. Предпочтительно указанный С1-фиксирующий микроорганизм, используемый в указанных процессах ферментации, выбран из группы, состоящей из Moorella, Closthdium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina и Desulfotomaculum. Предпочтительно С1-фиксирующие микроорганизмы, используемые в процессах 1, 2 ферментации, представляют собой Clostridium autoethanogenum.In various cases, the fermentation processes 1, 2 use one or more C1-fixing microorganisms to ferment the C1-containing gas and produce one or more fermentation products 171, 1001. Preferably, said C1-fixing microorganism used in said fermentation processes is selected from the group consisting of Moorella, Closthdium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina and Desulfotomaculum. Preferably, the C1-fixing microorganisms used in fermentation processes 1, 2 are Clostridium autoethanogenum.
- 12 046115- 12 046115
На фиг. 2 показана схема интеграции процесса, изображающая протекание оптимизированных газовых потоков 241, 242 к последовательным процессам 1, 2 ферментации, в соответствии с одним аспектом изобретения. В различных случаях каждый процесс 1, 2 ферментации может состоять по меньшей мере из двух последовательных биореакторов 260, 270 и 280, 290. Предпочтительно процессы 1, 2 ферментации объединены по меньшей мере с одним промышленным источником 210, так что каждый процесс 1, 2 ферментации может принимать по меньшей мере часть оптимизированного газового потока 241, 242 из промышленного источника 210. Предпочтительно поток 211 газа из промышленного источника 210 разделяется на поток 241, обогащенный водородом, и поток 242, обедненный водородом, с использованием по меньшей мере одного модуля 240 выделения водорода. По меньшей мере часть обогащенного водородом потока 241 ферментируется в первом процессе 1 ферментации с использованием по меньшей мере одного реактора 260, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения первого продукта 271 ферментации. В различных случаях первый процесс 1 ферментации состоит из двух или более реакторов 260, 270. По меньшей мере часть обедненного водородом потока 242 ферментируется во втором процессе 2 ферментации с использованием по меньшей мере одного реактора 280, содержащего жидкую питательную среду, содержащую культуру одного или более С1-фиксирующих микроорганизмов, для получения второго продукта 291 ферментации. В различных случаях второй процесс 2 ферментации состоит из двух или более реакторов 280, 290. Предпочтительно первый продукт 271 ферментации, полученный в результате первого процесса 1 ферментации, и второй продукт 291 ферментации, полученный в результате второго процесса 2 ферментации, являются разными продуктами. В различных случаях первый продукт 271 ферментации представляет собой уксусную кислоту, а второй продукт 291 ферментации представляет собой этанол. Предпочтительно по меньшей мере часть уксусной кислоты 271 из первого процесса 1 ферментации направляется во второй процесс 2 ферментации для преобразования по меньшей мере части уксусной кислоты 271 в этанол 291. В конкретных вариантах реализации жидкая питательная среда и технологическая вода 263, 283 направляются в первый процесс 1 ферментации и второй процесс 2 ферментации параллельно.In fig. 2 is a process integration diagram depicting the flow of optimized gas streams 241, 242 to sequential fermentation processes 1, 2, in accordance with one aspect of the invention. In various cases, each fermentation process 1, 2 may consist of at least two sequential bioreactors 260, 270 and 280, 290. Preferably, the fermentation processes 1, 2 are combined with at least one industrial source 210 such that each fermentation process 1, 2 may receive at least a portion of the optimized gas stream 241, 242 from industrial source 210. Preferably, gas stream 211 from industrial source 210 is separated into a hydrogen-rich stream 241 and a hydrogen-depleted stream 242 using at least one hydrogen separation module 240 . At least a portion of the hydrogen-enriched stream 241 is fermented in a first fermentation process 1 using at least one reactor 260 containing a liquid nutrient medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to produce a first fermentation product 271. In various cases, the first fermentation process 1 consists of two or more reactors 260, 270. At least a portion of the hydrogen-depleted stream 242 is fermented in a second fermentation process 2 using at least one reactor 280 containing a liquid culture medium containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms to obtain the second fermentation product 291. In various cases, the second fermentation process 2 consists of two or more reactors 280, 290. Preferably, the first fermentation product 271 obtained from the first fermentation process 1 and the second fermentation product 291 obtained from the second fermentation process 2 are different products. In various cases, the first fermentation product 271 is acetic acid and the second fermentation product 291 is ethanol. Preferably, at least a portion of the acetic acid 271 from the first fermentation process 1 is sent to the second fermentation process 2 to convert at least a portion of the acetic acid 271 to ethanol 291. In particular embodiments, the liquid culture medium and process water 263, 283 are sent to the first process 1 fermentation and the second process 2 fermentations in parallel.
В конкретных случаях промышленный источник 210 выбран из группы, состоящей из ферментации углеводов, ферментации газа, производства цемента, производства целлюлозы и бумаги, производства стали, нефтепереработки и связанных процессов, производства нефтехимических продуктов, производства кокса, анаэробного или аэробного сбраживания, газификации, добычи природного газа, конверсии метана, добычи нефти, металлургических процессов для производства и/или очистки алюминия, меди и/или ферросплавов, геологических месторождений и каталитических процессов. В различных случаях по меньшей мере часть газового потока 211 состоит из топочного газа доменной печи металлургического процесса 210. В различных случаях по меньшей мере часть газового потока 211 получается в процессе 210 конверсии метана. В процессе 210 конверсии метана предпочтительно по меньшей мере часть метансодержащего газа преобразуют в газовый поток 211, содержащий по меньшей мере часть монооксида углерода и водорода.In specific cases, industrial source 210 is selected from the group consisting of carbohydrate fermentation, gas fermentation, cement production, pulp and paper production, steel production, petroleum refining and related processes, petrochemical production, coke production, anaerobic or aerobic digestion, gasification, natural gas extraction gas, methane conversion, oil production, metallurgical processes for the production and/or refining of aluminum, copper and/or ferroalloys, geological deposits and catalytic processes. In various cases, at least a portion of the gas stream 211 consists of blast furnace flue gas from the metallurgical process 210. In various cases, at least a portion of the gas stream 211 is produced by the methane conversion process 210. Methane conversion process 210 preferably converts at least a portion of the methane-containing gas into a gas stream 211 containing at least a portion of carbon monoxide and hydrogen.
В некоторых случаях модуль 240 выделения водорода представляет собой процесс адсорбции при переменном давлении. Предпочтительно модуль 240 выделения водорода расположен перед процессами 1, 2 ферментации для получения потока 241, обогащенного водородом, и потока 242, обедненного водородом, из поступающего газа 211 из промышленного источника 210. В некоторых случаях входящий газ 211 направляется в один или более компрессоров 230 для повышения давления входящего газового потока 211 и создания входящего газового потока 231 под давлением. При использовании процесса адсорбции с переменным давлением в качестве модуля 240 выделения водорода обогащенный водородом поток 241 выходит из модуля 240 выделения водорода под повышенным давлением по сравнению с потоком 242, обедненным водородом. По существу, при использовании процесса адсорбции с переменным давлением в качестве модуля 240 выделения водорода обедненный водородом поток 242 предпочтительно направляют в один или более компрессоров 250 для получения сжатого обедненного водородом потока 251 перед отправкой во второй процесс 2 ферментации.In some cases, the hydrogen evolution module 240 is a pressure swing adsorption process. Preferably, a hydrogen recovery module 240 is located prior to the fermentation processes 1, 2 to produce a hydrogen-rich stream 241 and a hydrogen-depleted stream 242 from feed gas 211 from industrial source 210. In some cases, feed gas 211 is sent to one or more compressors 230 to increasing the pressure of the incoming gas stream 211 and creating a pressurized incoming gas stream 231. When using a pressure swing adsorption process as the hydrogen evolution module 240, the hydrogen-rich stream 241 exits the hydrogen evolution module 240 at an increased pressure compared to the hydrogen-depleted stream 242. As such, when using a pressure swing adsorption process as the hydrogen recovery module 240, the hydrogen-depleted stream 242 is preferably sent to one or more compressors 250 to produce a compressed hydrogen-depleted stream 251 before being sent to the second fermentation process 2.
Предпочтительно, когда первый процесс 1 ферментации состоит из нескольких биореакторов 260, 270, обогащенный водородом поток 241 направляется в биореакторы 260, 270 параллельно, а ферментационный бульон 261 направляется последовательно из первого биореактора 260 во второй биореактор 270.Preferably, when the first fermentation process 1 consists of multiple bioreactors 260, 270, the hydrogen-enriched stream 241 is sent to the bioreactors 260, 270 in parallel, and the fermentation broth 261 is sent sequentially from the first bioreactor 260 to the second bioreactor 270.
Предпочтительно, когда второй процесс ферментации состоит из множества биореакторов 280, 290, обедненный водородом поток 242, который может представлять собой обедненный водородом поток 251 под давлением, направляют в биореакторы 280, 290 параллельно, а ферментационный бульон 281 направляют последовательно из первого биореактора 280 во второй биореактор 290.Preferably, when the second fermentation process consists of a plurality of bioreactors 280, 290, the hydrogen depleted stream 242, which may be a pressurized hydrogen depleted stream 251, is sent to the bioreactors 280, 290 in parallel, and the fermentation broth 281 is sent in series from the first bioreactor 280 to the second bioreactor 290.
Когда продукт первого процесса 1 ферментации направляют во второй процесс 2 ферментации для получения конечного продукта 291, можно использовать один или более процессов 2000 извлечения продукта для извлечения потока 2001 очищенного продукта.When the product of the first fermentation process 1 is sent to the second fermentation process 2 to produce the final product 291, one or more product recovery processes 2000 may be used to recover the purified product stream 2001.
Настоящее изобретение позволяет адаптировать состав газа, используемого в процессах 1, 2 ферментации, для усовершенствования производства различных продуктов 271, 291. Один из методов оптиThe present invention makes it possible to adapt the composition of the gas used in fermentation processes 1, 2 to improve the production of various products 271, 291. One of the optical methods
- 13 046115 мизации состава газа, используемого в процессах 1, 2 ферментации, заключается в использовании по меньшей мере части отходящего газа 262, 272, 282, 292, производимого в биореакторах 260, 270, 280, 290. В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа 262, 272, полученного в первом процессе 1 ферментации, рециркулируют в поток 241, обогащенный водородом. По меньшей мере часть отходящего газа 262, 272 может быть рециркулирована либо перед модулем 240 выделения водорода, либо в модуль 240 выделения водорода, либо после модуля 240 выделения водорода для оптимизации состава газа, используемого в первом процессе 1 ферментации. В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа 282, 292, полученного во втором процессе 2 ферментации, рециркулируют в поток 251, обедненный водородом. По меньшей мере часть отходящего газа 282, 292 может быть рециркулирована либо перед модулем 240 выделения водорода, либо в модуль 240 выделения водорода, либо после модуля 240 выделения водорода для оптимизации состава газа, используемого во втором процессе 2 ферментации.- 13 046115 mization of the composition of the gas used in fermentation processes 1, 2 consists in using at least part of the waste gas 262, 272, 282, 292 produced in bioreactors 260, 270, 280, 290. In some cases, at least part the off-gas 262, 272 obtained in the first fermentation process 1 is recycled into the hydrogen-rich stream 241. At least a portion of the off-gas 262, 272 may be recycled either before the hydrogen recovery module 240, to the hydrogen recovery module 240, or after the hydrogen recovery module 240 to optimize the composition of the gas used in the first fermentation process 1. In some cases, at least a portion of the off-gas 282, 292 produced in the second fermentation process 2 is recycled to the hydrogen-depleted stream 251. At least a portion of the off-gas 282, 292 may be recycled either before the hydrogen recovery module 240, to the hydrogen recovery module 240, or after the hydrogen recovery module 240 to optimize the composition of the gas used in the second fermentation process 2.
В различных случаях поток 241, обогащенный водородом, оптимизируется путем смешивания по меньшей мере части входящего потока 211 газа, который может быть потоком 231 входящего газа под давлением, с потоком 241, обогащенным водородом, для удовлетворения минимальных требований относительно монооксида углерода в потоке 241, обогащенном водородом.In various cases, the hydrogen rich stream 241 is optimized by mixing at least a portion of the incoming gas stream 211, which may be a pressurized incoming gas stream 231, with the hydrogen enriched stream 241 to meet the minimum carbon monoxide requirements of the enriched stream 241. hydrogen.
Когда входящий поток 211 газа из промышленного источника 210 превышает количество, которое может быть использовано в процессах 1, 2 ферментации, по меньшей мере часть входящего потока 211 газа может использоваться паровым котлом, когенерационной установкой и/или процессом 220 сушки сырья. Использование по меньшей мере части входящего газового потока 211 в процессе 220 сушки сырья особенно полезно, когда входящий газовый поток 210 является особенно разреженным и может иметь низкую эффективность преобразования в электрическую энергию. В различных случаях, когда промышленный источник 210 содержит один или более процессов газификации, по меньшей мере часть поступающего газового потока 211 используется в процессе 220 сушки сырья, независимо от того, превышает ли количество газа величину, которая может использоваться в процессах 1, 2 ферментации.When the incoming gas stream 211 from the industrial source 210 exceeds the amount that can be used in the fermentation processes 1, 2, at least a portion of the incoming gas stream 211 can be used by the steam boiler, cogeneration plant and/or feed drying process 220. The use of at least a portion of the incoming gas stream 211 in the raw material drying process 220 is particularly useful when the incoming gas stream 210 is particularly rarefied and may have low conversion efficiency to electrical energy. In various cases where the industrial source 210 contains one or more gasification processes, at least a portion of the incoming gas stream 211 is used in the feed drying process 220, regardless of whether the amount of gas exceeds the amount that can be used in the fermentation processes 1, 2.
Предпочтительно процессы 1, 2 ферментации могут протекать непрерывно. Чтобы гарантировать непрерывную работу процессов 1, 2 ферментации, биореакторы 260, 270, 280, 290 предпочтительно должны содержать оптимальную пропорцию жизнеспособных микробов. В конкретных случаях использование газа, обогащенного монооксидом углерода (также известного как газ 242, обедненный водородом), увеличивает относительное содержание микробной биомассы, произведенной в указанном процессе ферментации, по сравнению с использованием газа 241, обогащенного водородом. Для поддержания культуры в первом процессе 1 ферментации, в котором используется газ 241, обогащенный водородом, по меньшей мере часть вытекающего потока 293, содержащего микробную биомассу, может быть отправлена из биореакторов 280, 290 второго процесса 2 ферментации в биореакторы 260, 270 первого процесса 1 ферментации. Предпочтительно по меньшей мере часть микробной биомассы из биореакторов 280, 290 второго процесса 2 ферментации является жизнеспособной. В конкретных случаях использование вытекающего потока 293 из второго процесса 2 ферментации выполняется непрерывно.Preferably, the fermentation processes 1, 2 can occur continuously. To ensure continuous operation of the fermentation processes 1, 2, the bioreactors 260, 270, 280, 290 should preferably contain an optimal proportion of viable microbes. In specific cases, the use of carbon monoxide rich gas (also known as hydrogen depleted gas 242) increases the relative content of microbial biomass produced in said fermentation process compared to the use of hydrogen rich gas 241. To maintain the culture in the first fermentation process 1, which uses hydrogen-enriched gas 241, at least a portion of the effluent stream 293 containing microbial biomass may be sent from the bioreactors 280, 290 of the second fermentation process 2 to the bioreactors 260, 270 of the first process 1 fermentation. Preferably, at least a portion of the microbial biomass from the bioreactors 280, 290 of the second fermentation process 2 is viable. In specific cases, the use of the effluent stream 293 from the second fermentation process 2 is carried out continuously.
В различных случаях в процессах 1, 2 ферментации используется один или более фиксирующих С1 микроорганизмов для ферментации С1-содержащего газа и получения одного или более продуктов 271, 291 ферментации. Предпочтительно указанный С1-фиксирующий микроорганизм, используемый в указанных процессах ферментации, выбран из группы, состоящей из Moorella, Clostridium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina и Desulfotomaculum. Предпочтительно С1-фиксирующий микроорганизм, используемый в процессах 1, 2 ферментации, представляет собой Clostridium autoethanogenum.In various cases, the fermentation processes 1, 2 use one or more C1-fixing microorganisms to ferment the C1-containing gas and produce one or more fermentation products 271, 291. Preferably, said C1-fixing microorganism used in said fermentation processes is selected from the group consisting of Moorella, Clostridium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina and Desulfotomaculum. Preferably, the C1-fixing microorganism used in fermentation processes 1, 2 is Clostridium autoethanogenum.
На фиг. 3 показана технологическая схема интеграции процесса, изображающая использование рециркулированного отходящего газа 352, 362 из процесса ферментации в сочетании с резервуаром 380 для хранения газа и парогенератором, электрогенератором и/или процессом 320 сушки сырья в соответствии с одним аспектом изобретения. В конкретных случаях рециркуляция по меньшей мере части отходящего газа 352, 362 в биореакторы 350, 360 снижает и/или смягчает потенциальное ингибирование культуры в биореакторах 350, 360. В различных случаях по меньшей мере часть отходящего газа 352, 362 направляется в резервуар 380 для хранения газа перед использованием. Предпочтительно при использовании по меньшей мере часть отходящего газа 352, 362 из резервуара для хранения 380 может быть направлена либо по потоку 381 выше процесса 340 адсорбции при переменном давлении, либо по потоку 382 в процесс 340 адсорбции при переменном давлении, либо по потоку 383 ниже процесса 340 адсорбции при переменном давлении. В некоторых случаях по меньшей мере часть отходящего газа 352, 362 направляется в парогенератор, электрогенератор и/или процесс 320 сушки сырья в дополнение к рециркуляции или вместо нее в биореакторы 350, 360.In fig. 3 is a process integration flow diagram depicting the use of recirculated off-gas 352, 362 from a fermentation process in combination with a gas storage tank 380 and a steam generator, electric generator, and/or feed drying process 320 in accordance with one aspect of the invention. In particular cases, recycling at least a portion of the waste gas 352, 362 to the bioreactors 350, 360 reduces and/or mitigates potential crop inhibition in the bioreactors 350, 360. In various cases, at least a portion of the waste gas 352, 362 is routed to a storage tank 380 gas before use. Preferably, when used, at least a portion of the off-gas 352, 362 from the storage tank 380 may be routed either through stream 381 upstream of the pressure swing adsorption process 340, through stream 382 into the pressure swing adsorption process 340, or through stream 383 downstream of the process. 340 pressure swing adsorption. In some cases, at least a portion of the exhaust gas 352, 362 is routed to the steam generator, electric generator, and/or feed drying process 320 in addition to, or instead of, recycling to the bioreactors 350, 360.
Предпочтительно по меньшей мере часть отходящего газа 352, 362 проходит через процесс 340 адсорбции при переменном давлении перед ее рециркулированием назад в биореакторы 350, 360. В различных случаях по меньшей мере часть отходящего газа 352, 262 направляется в резервуар 380 для хранения газа перед ее прохождением в процесс 340 адсорбции при переменном давлении. Было обнаружено, что процесс 340 адсорбции с переменным давлением особенно полезен для удаления различных комPreferably, at least a portion of the waste gas 352, 362 passes through the pressure swing adsorption process 340 before being recycled back to the bioreactors 350, 360. In various cases, at least a portion of the waste gas 352, 262 is sent to a gas storage tank 380 before passing through into the pressure swing adsorption process 340. The pressure swing adsorption process 340 has been found to be particularly useful for removing various contaminants.
- 14 046115 понентов из газового потока 311, который может стать потоком 331 под давлением, если его пропустить через компрессор 330, и/или из потока 352, 362 отходящего газа. Было обнаружено, что процесс 340 адсорбции при переменном давлении удаляет по меньшей мере часть по меньшей мере одного компонента, выбранного из группы, состоящей из диоксида углерода, неорганических углеводородов, смол, органического азота и органической и неорганической серы, из газового потока 311 и/или потока 352, 362 отходящего газа для получения осветленного отходящего газа 341. Было обнаружено, что в различных случаях процесс 340 адсорбции при переменном давлении одновременно удаляет по меньшей мере два компонента, выбранных из группы, состоящей из диоксида углерода, неорганических углеводородов, смол, органического азота и органической и неорганической серы, из газового потока 311 и/или потока 352, 362 отходящего газа.- 14,046,115 components from gas stream 311, which can become pressurized stream 331 if passed through compressor 330, and/or from exhaust gas stream 352, 362. The pressure swing adsorption process 340 has been found to remove at least a portion of at least one component selected from the group consisting of carbon dioxide, inorganic hydrocarbons, resins, organic nitrogen, and organic and inorganic sulfur from gas stream 311 and/or off-gas streams 352, 362 to produce clarified off-gas 341. In various cases, the pressure swing adsorption process 340 has been found to simultaneously remove at least two components selected from the group consisting of carbon dioxide, inorganic hydrocarbons, tars, organic nitrogen and organic and inorganic sulfur, from gas stream 311 and/or off-gas stream 352, 362.
В некоторых случаях рециркуляция по меньшей мере части отходящего газа 352, 362 в биореакторы 350, 360 увеличивает общий состав метана и азота в общем газовом потоке 341 по меньшей мере на пятнадцать процентов (15%).In some cases, recycling at least a portion of the exhaust gas 352, 362 to the bioreactors 350, 360 increases the overall methane and nitrogen composition of the total gas stream 341 by at least fifteen percent (15%).
В различных случаях рециркуляция по меньшей мере части отходящего газа 352, 362 в биореакторы 350, 360 увеличивает общий состав метана и азота в общем потоке 341 газа по меньшей мере на пятьдесят процентов (50%).In various cases, recycling at least a portion of the exhaust gas 352, 362 to the bioreactors 350, 360 increases the overall composition of methane and nitrogen in the total gas stream 341 by at least fifty percent (50%).
Было обнаружено, что увеличение пропорции инертных газов, таких как метан и азот, помогает смягчить ингибирование указанной культуры, которое может быть замечено, когда содержание монооксида углерода в потоке газа слишком велико.It has been found that increasing the proportion of inert gases such as methane and nitrogen helps alleviate the crop inhibition that may be seen when the carbon monoxide content of the gas stream is too high.
Процесс ферментации предпочтительно оптимизирован для производства продуктов 361 из газового потока 311 из промышленного источника 310. При последовательном включении нескольких биореакторов 350, 360 газовый поток 331, который может быть либо обогащен водородом, либо обеднен водородом, предпочтительно направляют параллельно, при этом жидкую питательную среду и технологическую воду 353 предпочтительно направляют в первый биореактор 350, а ферментационный бульон 351 предпочтительно направляют из первого биореактора 350 во второй биореактор 360. Предпочтительно продукты 361, полученные в процессе ферментации, разделяют с использованием одного или более процессов 370 выделения продукта для получения потока 371 очищенного продукта.The fermentation process is preferably optimized to produce products 361 from a gas stream 311 from an industrial source 310. When multiple bioreactors 350, 360 are connected in series, the gas stream 331, which may be either hydrogen-rich or hydrogen-depleted, is preferably routed in parallel, with the liquid nutrient medium and process water 353 is preferably sent to the first bioreactor 350, and fermentation broth 351 is preferably sent from the first bioreactor 350 to the second bioreactor 360. Preferably, the products 361 produced by the fermentation process are separated using one or more product recovery processes 370 to produce a purified product stream 371 .
По меньшей мере часть входящего газового потока 311 может использоваться паровым котлом, когенерационной установкой и/или процессом 320 сушки сырья, когда газовый поток 311 из промышленного источника 310 превышает величину, которую процесс ферментации может использовать. Однако в различных случаях по меньшей мере часть поступающего газового потока 311 используют в процессе 320 сушки сырья, независимо от того, превышает ли количество газа величину, которая может быть использована в процессе ферментации. Использование по меньшей мере части газового потока 311 в процессе 320 сушки сырья особенно полезно для получения высушенного сырья 321 для процесса газификации. Было обнаружено, что сушка сырья 321 для процесса газификации увеличивает эффективность процесса 310 газификации.At least a portion of the incoming gas stream 311 may be used by the steam boiler, cogeneration plant, and/or feed drying process 320 when the gas stream 311 from the industrial source 310 exceeds the amount that the fermentation process can utilize. However, in various cases, at least a portion of the incoming gas stream 311 is used in the feed drying process 320, regardless of whether the amount of gas exceeds the amount that can be used in the fermentation process. The use of at least a portion of the gas stream 311 in the feed drying process 320 is particularly useful for producing dried feed 321 for the gasification process. It has been found that drying the gasification process feedstock 321 increases the efficiency of the gasification process 310.
Все ссылки, включая публикации, патентные заявки и патенты, упомянутые в данном документе, тем самым включены посредством ссылки в той же степени, как если бы каждая ссылка была отдельно и конкретно указана для включения в данный документ посредством ссылки и изложена в полном объеме. В настоящем описании ссылка на любой известный уровень техники не является и не должна рассматриваться как признание того, что такой известный уровень техники является частью общедоступных известных знаний в области деятельности в любой стране.All references, including publications, patent applications and patents, mentioned herein are hereby incorporated by reference to the same extent as if each reference had been separately and specifically indicated to be incorporated herein by reference and set forth in its entirety. In this specification, reference to any prior art does not constitute, and should not be construed as, an admission that such prior art is part of the public knowledge of the art in any country.
Следует считать, что применение терминов в единственном числе и аналогичных ссылок в контексте описания настоящего изобретения (особенно в контексте следующей формулы изобретения) включает как единственное, так и множественное число, если только в настоящем документе не указано иное, или это явно не противоречит контексту. Термины содержащий, имеющий, включающий и охватывающий следует рассматривать как неограничивающие термины (т.е. означающие включая, без ограничений), если не указано иное. Термин состоящий по существу из ограничивает объем композиции, процесса или способа указанными материалами или этапами, или тем, что не оказывает существенного влияния на основные и новые характеристики композиции, процесса или способа. Использование альтернативы (например, или) следует понимать как означающее одну, обе или любую из вышеуказанных комбинацию альтернатив.The use of singular terms and similar references in the context of the description of the present invention (especially in the context of the following claims) should be considered to include both the singular and plural, unless otherwise indicated herein or clearly inconsistent with the context. The terms containing, having, including, and encompassing are to be considered non-limiting terms (i.e., meaning including without limitation) unless otherwise noted. The term consisting essentially of limits the scope of the composition, process or method to specified materials or steps, or that does not significantly affect the basic and novel characteristics of the composition, process or method. The use of an alternative (eg, or) should be understood to mean one, both, or any combination of the above alternatives.
Перечисление диапазонов значений в данном документе просто предназначено для использования в качестве сокращенного метода индивидуальной ссылки на каждое отдельное значение, попадающее в этот диапазон, если в данном документе не указано иное, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было отдельно изложено в данном документе. Например, любой диапазон концентраций, диапазон процентов, диапазон соотношений, диапазон целых чисел, диапазон размеров или диапазон толщин следует понимать как включающий значение любого целого числа в указанном диапазоне и, если это уместно, его долей (например, одной десятой и одной сотой целого числа), если не указано иное.The listing of ranges of values in this document is simply intended to be used as a shorthand method for individually referring to each individual value falling within that range unless otherwise stated herein, and each individual value is included in the description as if it were separately set forth in this document. For example, any concentration range, percentage range, ratio range, integer range, size range, or thickness range should be understood to include the value of any integer within the specified range and, if appropriate, fractions thereof (e.g., one tenth and one hundredth of an integer ), unless otherwise specified.
Все способы, описанные в данном документе, могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если в данном документе не указано иное или иное явно не противоречит контексту. ИспользованиеAll methods described herein may be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly inconsistent with the context. Usage
--
Claims (26)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/872,869 | 2019-07-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA046115B1 true EA046115B1 (en) | 2024-02-07 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11466295B2 (en) | Processes and systems for metabolite production using hydrogen rich C1-containing substrates | |
| EP3781668B1 (en) | Fermentation process for producing ethanol | |
| US11772994B2 (en) | Integration of fermentation and gasification | |
| US20230398487A1 (en) | Methods for optimizing gas utilization | |
| US11932818B2 (en) | Tail gas of gas fermentation to dry gasification feedstock | |
| EA046115B1 (en) | WAYS TO OPTIMIZE GAS USE | |
| EA042293B1 (en) | METHODS AND SYSTEMS FOR PRODUCING A METABOLITE USING HYDROGEN-RICHED C1-CONTAINING SUBSTRATES | |
| EA047310B1 (en) | RESIDUAL GAS FROM FERMENTATION GAS FOR DRYING RAW MATERIALS FOR GASIFICATION | |
| EA041920B1 (en) | INTEGRATION OF FERMENTATION AND GASIFICATION |