KR20210100749A - 유사한 비등점 생성물의 회수 방법 - Google Patents

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KR20210100749A
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란자테크, 인크.
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Abstract

본 개시내용은 발효 브로스(fermentation broth)로부터 생성물을 회수하는 방법에 관한 것이다. 본 개시내용은 에탄올 및 이소프로판올과 같이 유사한 비등점을 갖는 생성물을 발효 브로스로부터 회수하기 위한 추출성 증류 및/또는 탈수의 사용에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 생성물의 회수는 미생물 바이오매스(microbial biomass) 중 적어도 일부가 생존할 수 있도록 이에 대한 스트레스를 최소화하는 방식으로 달성되고, 이는 재순환되어 발효 공정에서 재사용될 수 있기 때문에 상기 발효 공정의 효율을 증가시킬 수 있다. 추출성 증류 용기 및/또는 탈수 반응기는 증류 용기의 하류에서 사용될 수 있다. 상기 미생물 바이오매스에의 스트레스를 최소화하기 위해, 상기 증류 용기는 진공 하일 수 있다. 상기 추출성 증류 용기는 분리 용기와 함께 사용되어, 상기 분리 용기가 추출성 증류제(extractive distillation agent)를 재순환할 수 있도록 할 수 있다.

Description

유사한 비등점 생성물의 회수 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2019년 2월 8일자로 출원된 미국 임시 출원 제62/803,120호에 대한 이익을 주장하며, 이는 본원에 인용되어 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 발효 브로스(fermentation broth)로부터 유사한 비등점을 갖는 생성물을 회수하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 미생물 바이오매스(microbial biomass), 에탄올 및 이소프로판올을 함유하는 발효 브로스로부터 에탄올 및 이소프로판올과 같은 생성물을 회수하기 위한 추출성 증류의 사용에 관한 것이다.
이산화탄소(CO2)는 인간의 활동으로 인한 세계 온실 가스 배출량의 약 76%를 차지하고, 메탄(16%), 아산화질소(6%) 및 불소화 가스(2%)가 나머지를 차지한다(미국 환경보호국). 산업 및 임업 업무도 대기 중으로 CO2를 방출하기는 하지만, 대부분의 CO2는 에너지를 생산하기 위한 화석 연료 연소로 인해 발생한다. 온실 가스 배출, 특히 CO2의 감소는 지구 온난화의 진행 및 이에 수반되는 기후 및 날씨 변화를 중단시키는 데 매우 중요하다.
촉매 공정, 예를 들어, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 공정은 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 및/또는 수소(H2)를 함유하는 가스, 예를 들어, 산업용 폐가스 또는 합성 가스를 다양한 연료 및 화학물질로 전환시키는 데 사용될 수 있는 것으로 오랫동안 인지되어 왔다. 그러나, 최근에 가스 발효가 이러한 가스의 생물학적 고정을 위한 대안적인 플랫폼으로서 등장하였다. 특히, C1-고정 미생물은 CO2, CO 및/또는 H2를 함유하는 가스를 에탄올 및 이소프로판올과 같은 생성물로 전환시키는 것이 입증되었다.
통상적으로, 피셔-트롭쉬 및/또는 가스 발효를 통해 생성된 생성물은 통상적인 증류를 통해 분리된다. 상기 증류 공정은 분리되는 성분들의 휘발성 차이, 즉, 비등점 차이를 기반으로 한다. 그러나, 유사한 비등점 혼합물(close boiling mixtures), 예를 들어, 에탄올과 이소프로판올을 모두 함유하는 혼합물의 경우, 통상적인 증류는 상기 용액으로부터 개별 성분을 효율적으로 분리할 수 없는 것이 입증되었다.
또한, 발효 브로스에 존재하는 C1-고정 미생물은 통상적인 증류에서 요구되는 고온을 극복하기 어려울 것 같다. 생존 가능한 C1-고정 미생물의 손실을 극복하기 위해서, 여과 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 통상적인 여과 방법에서는 시간이 지남에 따라 미립자 물질이 필터 내부 또는 상부에 누적되어 여과액 흐름이 감소함으로써, 결국 필터의 세척 및/또는 교체가 필요할 수 있다.
따라서, 발효 브로스에서의 C1-고정 미생물의 생존력은 보장하면서, 에탄올 및 이소프로판올과 같은 유사한 비등점을 갖는 화합물을 분리하기 위한 효율적인 시스템이 여전히 필요한 실정이다.
본 개시내용은 미생물 바이오매스, 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 발효 브로스로부터 생성물을 회수하는 방법을 제공한다. 일 실시형태에서, 상기 발효 브로스는 생물 반응기에서 진공 증류 용기로 전달되어 상기 발효 브로스가 부분적으로 기화됨으로써 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림(product enriched stream) 및 미생물 바이오매스를 포함하는 생성물 고갈 스트림(product depleted stream)을 생성한다. 일부 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림 중 적어도 일부는 다시 상기 생물 반응기로 전달된다. 다음 단계에서, 추출성 증류 용기는 상기 에탄올 및 이소프로판올을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 분리는 추출성 증류제(extractive distillation agent)의 존재 하에 증류를 통해 달성되어, 상부 생성물(overhead product) 및 증류 저부물(distillation bottoms)를 수득한다. 사용되는 추출성 증류제에 따라, 에탄올 또는 이소프로판올은 적어도 일부의 다른 생성물을 갖는 상부 생성물에서 회수되고, 이소프로판올이 상기 상부 생성물에서 회수되는 경우는 에탄올, 에탄올이 상기 상부 생성물에서 회수되는 경우는 이소프로판올이 상기 증류 저부물에서 회수된다.
상기 추출성 증류제는 상기 생성물 풍부 스트림 내부의 생성물, 에탄올 또는 이소프로판올과의 상호 작용에 의해 작동하여, 상기 생성물들 사이의 상대적인 휘발성을 증가시킨다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류제는 하나의 생성물, 에탄올 또는 이소프로판올에 대한 높은 친화도 및 다른 생성물에 대한 낮은 친화도를 갖는다. 적합한 추출성 증류제는 상기 생성물 풍부 스트림 내 성분들과 공비 혼합을 생성하지 않아야 하고, 통상적으로는 증류를 통해 다음 분리 용기에서 다른 생성물로부터 분리될 수 있어야 한다.
상기 상부 생성물에서 에탄올 및 상기 증류 저부물에서 이소프로판올을 회수하기 위해서, 상기 추출성 증류제는 알파-피넨, 베타-피넨, 메틸 이소부틸 케톤, 리모넨, 알파-펠란드렌, 알파-테르피넨, 미르센, 카란, p-메타-1,5-디엔, 부틸 에테르, 1-메톡시-2-프로판올, n-부틸 아세테이트, n-아밀 아세테이트, 벤질 아세테이트, 에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 메틸 아세토아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트, 메틸 부티레이트, 에틸 프로피오네이트, 에틸 n-발레레이트, 부틸 벤조에이트, 에틸 벤조에이트, 피리딘, N,N-디메틸 아닐린, o-sec.부틸 페놀, 3-이소프로필 페놀, 2,6-디메틸 페놀, o-tert.부틸 페놀, 4-에틸 페놀, 디에틸 프탈레이트, 디이소옥틸 프탈레이트, 디메틸 아디페이트, 글리세린 트리아세테이트, 디에틸 말로네이트, 디메틸 글루타레이트, 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 헥실 에테르, 프로폭시프로판올, 부톡시프로판올, p-자일렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 t-부틸 에테르 메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디아세테이트, 아니솔, 페네톨, 페닐 에테르, 1,2-메틸렌디옥시벤젠, 이소포론, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 테트라에틸오르소실리케이트, 2-하이드록시아세토페논, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, 2,2,2-트리클로로에탄올, m-디클로로벤젠, 클로로벤젠, 2,6-디클로로톨루엔, 1-클로로헥산, 디에틸렌 글리콜, 디메틸 설폭사이드, 디메틸포름아미드, 설포레인, 이소포론, 2-피롤리디온, 1-메틸-2피롤린딘온, 이소데실 알콜, 사이클로도데칸올, 벤질 알콜, 1-도데칸올, 트리데실 알콜, 페네틸 알콜, 사이클로헥산올, 사이클로펜탄올, 2-니트로프로판, 1-니트로프로판, 니트로-에탄, 니트로메탄, 3-니트로톨루엔, 2-니트로톨루엔, 트리아세틴, 3-니트로-o-자일렌, 1,4-디옥세인, 이소부틸 아세테이트, 에틸 부티레이트, 이소아밀 포름에이트, 메틸 카프로에이트, 에틸 카프로에이트, 프로필 카프로에이트, 1-메톡시-2-프로판올 아세테이트, 이소부틸 이소부티레이트, 헥실 아세테이트, 에틸 이소부티레이트, 프로필 부티레이트, 이소부틸 부티레이트, 이소보르닐 아세테이트, 1,3-디옥소레인, 니트로벤젠, 부틸 부티레이트, 4-메틸-2-펜탄온 및 폴리에틸렌 글리콜 400으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 추출성 증류제는 적어도 5:1의 추출성 증류제 대 이소프로판올의 비율로 상기 추출성 증류 용기에 첨가된다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 추출성 증류제는 적어도 5:1, 10:1, 20:1 또는 40:1의 추출성 증류제 대 이소프로판올의 비율로 첨가된다.
상기 상부 생성물에서 이소프로판올 및 상기 증류 저부물에서 에탄올을 회수하기 위해서, 상기 추출성 증류제는 에틸 벤젠, 톨루엔, p-자일렌, 헵탄, 페놀 및 2-tert-부틸 페놀로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 추출성 증류제는 적어도 5:1의 추출성 증류제 대 에탄올의 비율로 상기 추출성 증류 용기에 첨가된다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 추출성 증류제는 적어도 5:1, 10:1, 20:1 또는 40:1의 추출성 증류제 대 에탄올의 비율로 첨가된다.
특정 경우에서, 상기 발효 브로스는 아세트산, 아세톤, 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올, n-부탄올 및/또는 2,3-부탄디올로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 부산물을 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 부산물 중 적어도 일부는 측면 인출부 또는 다음 공정에 의해 제거된다. 일 실시형태에서, 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올 및/또는 n-부탄올 중 적어도 일부는 정류탑의 측면 인출부를 통해 제거된다.
특정 경우에서, 상기 발효 브로스 내 아세톤은 이소프로판올을 생성하기 위한 중간체로 사용된다. 아세톤이 이소프로판올을 생성하기 위한 중간체로 사용되는 경우, 상기 발효 브로스 내 아세톤 중 적어도 일부는 상기 생물 반응기 내부의 하나 이상의 미생물에 의해 이소프로판올로 전환된다. 다양한 실시형태에서, 상기 아세톤 중 적어도 일부는 상기 발효 브로스가 상기 진공 증류 용기로 전달되기 전에 상기 발효 브로스로부터 제거된다. 다양한 실시형태에서, 상기 아세톤 중 적어도 일부는 정류탑의 하류에 위치한 열교환기를 사용하여 분리된다. 일 실시형태에서, 제거된 아세톤 중 적어도 일부는 상기 생물 반응기로 재순환되어 상기 발효 공정에 의해 생성되는 이소프로판올의 비율을 증가시킨다.
특정 경우에서, 상기 공정은 에탄올보다 많은 이소프로판올을 생성하도록 최적화된다. 상기 발효 공정에 의해 생성된 이소프로판올의 비율을 증가시키기 위해, 상기 생물 반응기에서 생성되어 분리된 에탄올의 적어도 일부는 다시 상기 생물 반응기로 전달되어, 상기 생물 반응기에서 순차적으로 생성되는 에탄올의 비율을 감소시킬 수 있다. 일 실시형태에서, 에탄올의 상기 생물 반응기로의 역전달은 에탄올을 생성하기 위해 고정되는 탄소의 양은 감소시킬 것이고, 이소프로판올을 생성하기 위해 고정되는 탄소의 양은 증가시킬 것이다. 아세톤이 이소프로판올을 생성하기 위한 중간체인 특정 경우에서, 에탄올의 상기 생물 반응기로의 역전달은 에탄올을 생성하기 위해 고정되는 탄소의 비율은 감소시키고, 아세톤을 생성하기 위해 고정되는 탄소의 양은 증가시킨다. 상기 생물 반응기로 다시 전달되는 에탄올 중 적어도 일부는 사용되는 추출성 증류제의 유형 및 에탄올이 회수되는 공정의 위치에 따라 상기 추출성 증류 용기 또는 상기 분리 용기로부터 전달될 수 있다.
본 개시내용은 상기 공정에 의해 소모되는 에너지의 최적화를 제공한다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류 용기는 상기 공정에서 요구되는 에너지의 양을 감소시키기 위해 열 통합된다(heat integrated). 특정 경우에서, 본 개시내용은 상기 공정에서 요구되는 에너지의 양을 감소시키기 위해 상기 추출성 증류탑에서 생성되는 상부 생성물을 상기 분리 용기의 재비등기, 상기 정류탑의 재비등기 및/또는 상기 열교환기와 접촉하는 단계를 제공한다. 열교환 매질로 사용되기 전에, 하나 이상의 상부 생성물은 상기 스트림의 압력을 증가시키기 위해 압축될 수 있다. 다른 용기/탑에서 생성된 상부물(overheads)이 또한 열교환 매질로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 정류탑에서 생성된 상부 생성물은 상기 공정에서 요구되는 에너지의 양을 감소시키기 위해 상기 추출성 증류 용기의 재비등기, 상기 분리 용기의 재비등기 및/또는 상기 열교환기와 접촉될 수 있다.
본 개시내용은 특정 생성물 생성의 최대화뿐만 아니라 부산물 생성의 최소화를 제공한다. 일 실시형태에서, 분리 용기는 상기 증류 저부물에 함유된 생성물을 상기 추출성 증류제로부터 분리하기 위해 사용된다. 일 실시형태에서, 상기 분리 용기는 상기 증류 저부물을 수용하여 이소프로판올 풍부 스트림 및 추출성 증류제 풍부 스트림을 생성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 상기 분리 용기는 상기 증류 저부물을 수용하여 에탄올 풍부 스트림 및 추출성 증류제 풍부 스트림을 생성할 수 있다. 상기 분리 용기가 이소프로판올 풍부 스트림 또는 에탄올 풍부 스트림을 생성하는지 여부는 적어도 부분적으로 사용되는 추출성 증류제에 의해 결정된다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류제 풍부 스트림 중 적어도 일부는 상기 추출성 증류 용기로 전달되어 상기 추출성 증류 용기에서 요구되는 신규 추출성 증류제의 양을 감소시킨다.
일 실시형태에서, 본 개시내용은 특정 공급 속도에서 발효 브로스를 처리할 수 있다. 상기 공급 속도는 시간당 발효 브로스의 생물 반응기 부피의 관점에서 정의된다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 진공 증류 용기로의 공급 속도는 시간당 0.05 내지 0.5 생물 반응기 부피이다. 특정 실시형태에서, 상기 공급 속도는 시간당 0.01 내지 0.1, 0.05 내지 0.2, 0.05 내지 0.3, 0.05 내지 0.4, 0.1 내지 0.3, 0.1 내지 0.5 또는 0.3 내지 0.5의 생물 반응기 부피이다.
특정 경우에서, 상기 발효 브로스는 상기 진공 증류 용기에서의 특정 체류 시간을 갖는다. 상기 발효 브로스가 상기 진공 증류 용기 내부에서 존재하는 총 시간은 상기 발효 브로스가 상기 발효 브로스를 수용하기 위한 주입구를 통해 유입되는 순간부터 상기 발효 브로스가 상기 생성물 고갈 스트림을 이송하기 위한 배출구를 통해 배출되는 순간까지의 총 시간이다. 일 실시형태에서, 상기 체류 시간은 0.5분 내지 15분이다. 다양한 실시형태에서, 상기 체류 시간은 0.5 내지 12분, 0.5 내지 9분, 0.5 내지 6분, 0.5 내지 3분, 2 내지 15분, 2 내지 12분, 2 내지 9분 또는 2 내지 6분이다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 체류 시간은 상기 미생물의 생존력을 보장하기 위해 15분 미만, 12분 미만, 9분 미만, 6분 미만, 3분 미만, 2분 미만 또는 1분 미만이다.
특정 경우에서, 상기 진공 증류 용기는 일련의 증류 트레이가 포함된 분리 구획을 정의한다. 상기 증류 트레이는 적절한 증기-액체 접촉을 제공하기 위한 임의의 적합한 일련의 증류 트레이일 수 있다.
특정 경우에서, 상기 진공 증류 용기는 충전재가 포함된 분리 구획을 정의한다. 상기 충전재는 적절한 증기-액체 접촉을 제공할 수 있는 임의의 적합한 재료일 수 있다.
상기 진공 증류 용기의 분리 구획은 복수의 이론적 증류단(theoretical distillation stage)을 제공하여 상기 발효 브로스가 상기 증류단을 통과함에 따라 증가하는 양의 생성물이 상기 발효 브로스로부터 기화되도록 설계된다. 일 실시형태에서, 상기 분리 매질은 다수의 이론적 증류단을 제공한다. 특정 실시형태에서, 상기 분리 매질은 적어도 3개의 이론적 증류단 또는 적어도 5개의 이론적 증류단 또는 적어도 6개의 이론적 증류단을 제공한다.
일 실시형태에서, 상기 분리는 상기 미생물 바이오매스의 생존력을 보장하도록 수행된다. 상기 미생물 바이오매스의 생존력을 보장함으로써, 상기 생물 반응기로 전달되는 상기 생성물 고갈 스트림이 적어도 일부의 생존 가능한 미생물을 함유하여 상기 가스 발효 공정에서 다시 사용될 수 있다. 상기 생성물 고갈 스트림은 적어도 20% 생존 가능, 적어도 25% 생존 가능, 적어도 30% 생존 가능, 적어도 40% 생존 가능, 적어도 50% 생존 가능 또는 적어도 60% 생존 가능 또는 적어도 70% 생존 가능 또는 적어도 80% 생존 가능 또는 적어도 85% 생존 가능 또는 적어도 90% 생존 가능 또는 적어도 95% 생존 가능한 미생물 바이오매스를 포함한다. 본원에서 사용된 바, 생존 가능 백분율은 생존 가능한 세포 수를 총 세포 수로 나눈 것을 기술하는 것이고, 상기 총 세포 수는 생존이 가능한 세포 수 및 생존이 가능하지 않는 세포 수의 합이다. 일 실시형태에서, 상기 진공 증류 용기 전체에 걸친 생존력의 감소는 5 내지 10% 이하이다.
상기 미생물 바이오매스의 생존력은 임의의 적합한 수단을 사용하여 측정될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 생존력은 유세포 분석 및 생존/사멸 검정을 사용하여 측정된다. 특정 경우에서, 상기 발효 브로스 내 상기 미생물 바이오매스의 생존력 측정은 상기 진공 증류 용기에 유입되기 전에 상기 발효 브로스로부터 수행된다. 특정 경우에서, 상기 생성물 고갈 스트림 내 상기 미생물 바이오매스의 생존력 측정은 상기 생성물 고갈 스트림이 상기 생물 반응기에 전달되기 전에 상기 진공 증류 용기에서 배출되는 생성물 고갈 스트림으로부터 수행된다. 다른 실시형태에서, 특히 상기 공정이 상기 미생물 바이오매스 중 적어도 일부의 생존력을 유지하는 것으로 사전에 입증되었다면, 상기 미생물 바이오매스의 생존력을 측정할 필요가 전혀 없을 수 있다.
특정 경우에서, 하나 이상의 변수가 상기 생존력 측정의 결과로 인해 변경될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 생존력 측정의 결과로 인해 변경되는 하나 이상의 변수는 압력, 온도, 체류 시간, 상기 발효 브로스 내 생성물 농도, 스트림 공급 속도 및 분리 매질을 포함하는 군으로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림은 상기 발효 브로스 내 생성물의 축적을 방지하거나 적어도 경감시키기 위해 상기 발효 브로스 대비 감소된 비율의 생성물을 갖는다. 상기 발효 브로스 내 생성물의 축적을 방지 또는 적어도 경감시킴으로써, 상기 발효 공정은 연속될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 생성물은 연속식 발효 공정으로부터 회수된다. 특정 경우에서, 상기 생성물 고갈 스트림은 공급물 스트림에 함유된 생성물의 20% 미만 또는 공급물 스트림에 함유된 생성물의 10% 미만 또는 공급물 스트림에 함유된 생성물의 5% 미만 또는 공급물 스트림에 함유된 생성물의 2.5% 미만 또는 공급물 스트림에 함유된 생성물의 2% 미만 또는 공급물 스트림에 함유된 생성물의 1% 미만을 포함한다.
특정 경우에서, 진공 증류 용기는 3.2 kPa(절대) 미만의 상기 진공 증류 용기의 높이에 걸친 압력 강하를 제공한다. 특정 경우에서, 상기 진공 증류 용기의 높이에 걸친 압력 강하는 3 kPa(절대) 미만, 2.8 kPa(절대) 미만, 2.6 kPa(절대) 미만, 2.4 kPa(절대) 미만, 2.2 kPa(절대) 미만, 2 kPa(절대) 미만 또는 1.8 kPa(절대) 미만이다.
미생물 생존력은 유지하면서 상기 발효 브로스로부터 상기 생성물을 효율적으로 제거하기 위해서, 상기 진공 증류 용기는 대기압 미만의 압력에서 작동된다. 일 실시형태에서, 상기 진공 증류 용기는 4 kPa(절대) 내지 10 kPa(절대) 또는 4 kPa(절대) 내지 10 kPa(절대) 또는 4 kPa(절대) 내지 6 kPa(절대) 또는 5 kPa(절대) 내지 10 kPa(절대) 또는 5 kPa(절대) 내지 8 kPa(절대) 또는 5 kPa(절대) 내지 7 kPa(절대) 또는 6 kPa(절대) 내지 10 kPa(절대) 또는 8 kPa(절대) 내지 10 kPa(절대)의 압력에서 작동된다.
상기 발효 브로스로부터 상기 생성물을 효율적으로 제거하기 위해서, 상기 진공 증류는 상기 미생물의 생존력은 보장하면서 생성물을 제거할 수 있는 온도 범위에서 작동된다. 특정 경우에서, 상기 생성물은 에탄올, 아세톤 및 이소프로판올로 구성된 군으로부터 선택된다. 일 실시형태에서, 상기 진공 증류 용기는 30℃ 내지 50℃의 온도에서 작동된다. 일 실시형태에서, 상기 온도는 30℃ 내지 45℃ 또는 37℃ 내지 45℃ 또는 45℃ 내지 50℃이다. 다양한 경우에서, 상기 온도는 37℃ 미만이다.
특정 경우에서, 하나 이상의 부산물이 상기 발효에 의해 생성된다. 특정 경우에서, 하나 이상의 부산물은 카르복실산(예를 들어, 아세트산 및 락트산), 아세톤, 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올, n-부탄올 및/또는 2,3-부탄디올로 구성된 군으로부터 선택된다. 특정 경우에서, 상기 하나 이상의 부산물은 상기 발효 브로스로부터 분리되지 않고, 상기 생성물 고갈 스트림으로서 상기 생물 반응기로 복귀한다. 부산물의 상기 생물 반응기로의 연속적인 복귀로 인해, 상기 발효 내 부산물의 양은 축적될 수 있다. 특정 경우에서, 상기 발효 브로스 내 부산물의 농도를 예정된 수준 미만으로 유지하는 것이 바람직하다. 부산물의 허용 가능한 농도는 상기 미생물의 상기 부산물에 대한 내성을 기준으로 결정될 수 있다. 특정 경우에서, 상기 생성물 고갈 스트림은 2차 분리 수단에 제공되어 상기 생성물 고갈 스트림으로부터 하나 이상의 부산물을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 특정 실시형태에서, 상기 부산물은 2,3-부탄디올이고, 상기 발효 브로스 내 2,3-부탄디올의 농도는 10 g/L 미만으로 유지된다. 특정 경우에서, 상기 부산물은 아세트산이고, 상기 발효 브로스 내 아세트산의 농도는 10 g/L 미만으로 유지된다.
특정 경우에서, 상기 생성물 고갈 스트림의 온도는 상승되기 때문에, 상기 생물 고갈 스트림은 상기 생물 반응기에 전달되기 전에 냉각될 필요가 있다. 상기 스트림의 온도는 상기 미생물의 생존력에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 온도가 높을수록 미생물 생존력은 감소할 수 있다. 온도 상승의 부정적인 영향을 방지하기 위해, 상기 생성물 고갈 스트림은 상기 생물 반응기에 전달되기 전에 임의의 적합한 냉각 수단에 의해 냉각될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림의 온도는 상기 생물 반응기로 복귀되기 전에 30℃ 내지 40℃로 냉각된다. 일 실시형태에서, 상기 발효 브로스 및 상기 생성물 고갈 스트림은 생존력에 대한 상기 유해한 영향을 방지하기 위해 45℃ 미만으로 유지된다. 일 실시형태에서, 상기 온도는 유해한 영향을 방지하기 위해 37℃ 내지 45℃이다. 특정 경우에서, 상기 온도는 사용되는 미생물에 의해 결정된다. 미생물 생존력에 대한 온도의 영향은 체류 시간이 길수록 증가할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도가 최적점보다 초과인 경우, 체류 시간이 더 길수록 상기 미생물의 생존력은 감소할 수 있다.
특정 경우에서, 상기 발효 브로스는 가스 비율을 함유할 수 있다. 상기 발효 브로스 내 가스는 상기 진공 증류 용기의 성능에 부정적인 영향을 미치는 것이 입증되었다. 이러한 성능 저하는 적어도 부분적으로 상기 발효 브로스 내 가스와 상기 진공 증류 용기 내 거품 생성 간의 상관 관계때문일 수 있다. 상기 발효 브로스 내 가스 비율을 제거하기 위해, 탈기 용기가 사용될 수 있다. 탈기 용기를 사용하는 경우, 상기 발효 브로스를 수용하기 위한 상기 주입구는 배관 수단에 의해 상기 탈기 용기에 연결될 수 있다. 상기 탈기 용기는 상기 발효 브로스가 상기 진공 증류 용기로 전달되기 전에 상기 발효 브로스로부터 가스의 적어도 일부를 제거하기 위한 조건 하에서 작동된다.
특정 경우에서, 상기 탈기 용기는 압력 하에 작동된다. 특정 경우에서, 상기 탈기 용기는 상기 생물 반응기의 작동 압력 미만의 임의의 압력에서 작동된다. 일 실시형태에서, 상기 탈기 용기는 0.0 kPa(게이지) 내지 100 kPa(게이지)의 압력에서 작동된다. 일 실시형태에서, 상기 탈기 용기는 0.0 kPa(게이지) 내지 50 kPa(게이지)의 압력에서 작동된다. 일 실시형태에서, 상기 탈기 용기는 상기 발효 브로스로부터 실질적으로 전부의 상기 가스를 제거한다. 특정 실시형태에서, 상기 탈기 용기는 상기 발효 브로스 내 상기 가스의 0 내지 100%를 제거한다. 특정 실시형태에서, 상기 탈기 용기는 상기 발효 브로스로부터 상기 가스의 20% 초과, 40% 초과, 60% 초과 또는 80% 초과를 제거한다. 특정 경우에서, 상기 탈기 용기는 상기 발효 브로스로부터 적어도 일부의 이산화탄소를 제거한다. 특정 경우에서, 상기 탈기 용기는 상기 발효 브로스로부터 이산화탄소의 적어도 20% 또는 적어도 40% 또는 적어도 60% 또는 적어도 80%를 제거한다.
상기 공정은 산업 공정으로부터의 C1-함유 기질의 발효를 위한 조건 하에서 작동되는 생물 반응기에 수용된 발효 브로스로부터의 생성물을 제거할 수 있다. 상기 C1-함유 기질은 하나 이상의 산업 공정으로부터 공급될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 산업 공정은 탄수화물 발효, 기체 발효, 시멘트 제조, 펄프 및 종이 제조, 제강, 정유 및 관련 공정, 석유 화학 제조, 코크스 제조, 혐기성 또는 호기성 분해, 가스화, 열분해, 반탄화(torrefaction), 천연 가스 추출, 오일 추출, 야금 공정 및 촉매 공정을 포함하는 군으로부터 선택된다.
특정 경우에서, 상기 공정은 에탄올, 이소프로판올 및 물을 포함하는 발효 브로스를 증류하여 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림 및 물을 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건 하에서 작동되는 증류 용기를 포함한다. 다양한 경우에서, 상기 증류 용기는 대기압에서 작동된다. 일 실시형태에서, 상기 증류 용기는 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부를 상기 추출성 증류 용기에 전달한다. 상기 증류 용기가 대기압에서 작동되는 경우에서, 하나 이상의 상류 여과 기술이 증류되기 전에 상기 발효 브로스로부터 미생물 바이오매스를 분리하기 위해 추가로 사용될 수 있다. 이러한 여과 기술은 세라믹 막을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
처리되는 발효 브로스는 임의의 적합한 미생물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 상기 미생물은 대장균(Escherichia coli), 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 클로스트리듐 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum), 클로스트리듐 베이예린키이(lostridium beijerinckii), 클로스트리듐 사카르부티리쿰(Clostridium saccharbutyricum), 클로스트리듐 사카로퍼부틸아세토니쿰(Clostridium saccharoperbutylacetonicum), 클로스트리듐 부티리쿰(Clostridium butyricum), 클로스트리듐 디올리스(Clostridium diolis), 클로스트리듐 클루이베리(Clostridium kluyveri), 클로스트리듐 파스테리아늄(Clostridium pasterianium), 클로스트리듐 노비(Clostridium novyi), 클로스트리듐 디피실(Clostridium difficile), 클로스트리듐 써모셀룸(Clostridium thermocellum), 클로스트리듐 셀룰로라이티쿰(Clostridium cellulolyticum), 클로스트리듐 셀룰로보란스(Clostridium cellulovorans), 클로스트리듐 파이토퍼멘탄스(Clostridium phytofermentans), 락토코커스 락티스(Lactococcus lactis), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리체니포르미스(Bacillus licheniformis), 자이모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis), 클렙시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca), 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumonia), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 트리초더마 리세이(Trichoderma reesei), 쿠프리아비두스 네카토르(Cupriavidus necator), 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum) 및 메틸로박테리움 엑스토쿠엔스(Methylobacterium extorquens)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 특정 경우에서, 상기 미생물은 아세토박테리움 우디(Acetobacterium woodii), 알칼리바쿨룸 박치(Alkalibaculum bacchii), 블라우티아 프로덕타(Blautia producta), 부티리박테리움 메틸로트로피쿰(Butyribacterium methylotrophicum), 클로스트리듐 아세티쿰(Clostridium aceticum), 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum), 클로스트리듐 카르복시디보란스(Clostridium carboxidivorans), 클로스트리듐 코스카티(Clostridium coskatii), 클로스트리듐 드라케이(Clostridium drakei), 클로스트리듐 포르미코아세티쿰(Clostridium formicoaceticum), 클로스트리듐 융달리(Clostridium ljungdahlii), 클로스트리듐 마그눔(Clostridium magnum), 클로스트리듐 라그스달레이(Clostridium ragsdalei), 클로스트리듐 스카톨로게네스(Clostridium scatologenes), 유박테리움 리모숨(Eubacterium limosum), 무렐라 써마우토트로피카(Moorella thermautrophica), 무렐라 써모아세티카(Moorella thermoacetica), 옥소박터 프펜니기(Oxobacter pfennigii), 스포로무사 오바타(Sporomusa ovata), 스포로무사 실바세티카(Sporomusa silvacetica), 스포로무사 스파에로이데스(Sporomusa sphaeroides) 및 써모아나에로박터 키우비(Thermoanaerobacter kiuvi)를 포함하는 군으로부터 선택된 C1-고정 박테리아일 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 미생물은 클로스트리듐(Clostridium) 속의 구성원이다. 특정 경우에서, 상기 미생물은 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)이다.
상기 미생물은 다양한 상이한 생성물을 생성할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 미생물에 의해 생성된 하나 이상의 생성물은 저비등성 발효 생성물이다. 특정 경우에서, 상기 생성물은 에탄올, 아세톤, 이소프로판올, 부탄올, 케톤, 메틸 에틸 케톤, 아세톤, 2-부탄올, 1-프로판올, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부탄온, 1,3-부타디엔, 이소프렌 및 이소부텐으로 구성된 군으로부터 선택된다. 특정 경우에서, 상기 방법은 생성되는 생성물을 기반으로 최적화된다. 특정 경우에서, 상기 생물 반응기에서 생성된 생성물은 에탄올 및 이소프로판올이다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 에탄올 및 이소프로판올이 상기 발효 브로스로부터 효율적으로 제거될 수 있도록 최적화된다. 특정 경우에서, 상기 미생물은 적어도 하나의 부산물을 생성한다. 일 실시형태에서, 상기 적어도 하나의 부산물은 아세트산, 락트산, 아세톤, 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올, n-부탄올 및/또는 2,3-부탄디올로 구성된 군으로부터 선택된다.
다양한 실시형태에서, 탈수 반응기는 생성물을 회수하기 위해 단독 또는 상기 추출성 증류 용기와 함께 사용된다. 탈수 반응기를 포함하는 경우, 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는 증류 용기에서 상기 탈수 반응기로 전달된다. 일 실시형태에서, 상기 증류 용기는 미생물 바이오매스, 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 발효 브로스를 부분적으로 기화시켜서 상기 생성물 풍부 스트림 및 미생물 바이오매스를 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건에서 동작되는 진공 증류 용기이다. 상기 탈수 반응기는 상기 생성물 풍부 스트림을 탈수하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 탈수된 생성물 풍부 스트림 및 물 풍부 스트림을 생성하는 조건 하에서 운영된다. 일 실시형태에서, 상기 물 풍부 스트림 중 적어도 일부는 상기 생물 반응기로 재순환된다.
일 실시형태에서, 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는 선택적으로 N2와 같은 불활성 가스와 함께 상기 탈수 반응기에 공급되어 선택된 반응 온도로 예열되고, 에틸렌 및/또는 프로필렌을 생성하는 상기 탈수 반응을 수행하기에 충분한 온도 및 압력에서 탈수 촉매(예를 들어, 알루미나, 개질된 알루미나, 실리코알루미네이트, 개질된 실리코알루미네이트 및 다른 촉매) 상에 전달된다. 상기 조건은 사용되는 촉매에 따라 결정되고, 당업자에게 공지된 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
특정 경우에서, 상기 탈수 반응기는 200℃ 내지 500℃의 온도에서 작동된다. 다양한 실시형태에서, 상기 탈수 반응기는 300℃ 내지 450℃, 200℃ 내지 450℃ 또는 300℃ 내지 500℃에서 동작된다.
특정 경우에서, 상기 탈수 반응기는 0 MPa(게이지) 내지 8.3 MPa(게이지)의 압력에서 작동된다. 다양한 실시형태에서, 상기 탈수 반응기는 0 MPa(게이지) 내지 3.5 MPa(게이지) 또는 3.5 MPa(게이지) 내지 8.3 MPa(게이지)에서 작동된다.
특정 경우에서, 상기 생성물 풍부 스트림은 0.1 시간-1 내지 30 시간-1의 중량 시간당 공간 속도(WHSV)로 상기 탈수 반응기에 전달될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 상기 생성물 풍부 스트림은 0.5 시간-1 내지 5 시간-1, 0.1 시간-1 내지 5 시간-1 0.1 시간-1 내지 5 시간-1 또는 5 시간-1 내지 30 시간-1의 WHSV로 상기 탈수 반응기에 전달된다.
일 실시형태에서, 상기 생성물 풍부 스트림은 에탄올 및/또는 이소프로판올을 포함한다. 특정 경우에서, 상기 생성물 풍부 스트림은 20 내지 100 중량%의 에탄올이다. 특정 경우에서, 상기 생성물 풍부 스트림은 20 내지 100 중량%의 이소프로판올이다. 다양한 실시형태에서, 상기 생성물 풍부 스트림은 적어도 10 중량%, 적어도 20 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 40 중량%, 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%의 에탄올을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 상기 생성물 풍부 스트림은 적어도 10 중량%, 적어도 20 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 40 중량%, 적어도 50 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 80 중량%의 이소프로판올을 포함한다.
상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 선택적으로 적어도 일부의 탄화수소 연료로 전환될 수 있다. 상기 탈수 생성물 스트림 중 적어도 일부의 탄화수소 연료로의 전환은 당업자에게 공지된 임의의 적합한 방법을 통해 달성될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 2단계의 올리고머화 공정을 포함하는 방법을 통해 적어도 일부의 탄화수소 연료로 전환된다. 일 실시형태에서, 제1 올리고머화 공정은 40℃ 내지 220℃의 온도에서 수행되어 제1 올리고머화 생성물을 생성한다. 일 실시형태에서, 제2 올리고머화 공정은 상기 제1 올리고머화 생성물을 150℃ 내지 450℃의 온도에서 올리고머화하여 제2 올리고머화 생성물을 생성한다.
상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 선택적으로 중합될 수 있다. 중합은 혼합된 에틸렌 및 프로필렌 스트림 상 또는 에틸렌 풍부 스트림 및 프로필렌 풍부 스트림 상에서 개별적으로 수행될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 프로필렌 중 적어도 일부는 중합되어 폴리프로필렌을 생성한다. 일 실시형태에서, 상기 에틸렌 중 적어도 일부는 중합되어 폴리에틸렌을 생성한다.
도 1은 본 개시내용의 일 양태에 따른 분리 용기와 결합된 추출성 증류 용기를 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 본 개시내용의 일 양태에 따른 상기 추출성 증류 용기 및 상기 분리 용기의 상류에 있는 진공 증류 용기를 도시하는 개략적인 흐름도이다.
도 3는 본 개시내용의 일 양태에 따른 탈수 반응기와 결합된 진공 증발 용기를 도시하는 개략적인 흐름도이다.
본 발명자는 진공 증류 용기의 하류에 있는 추출성 증류 용기를 사용함으로써, 에탄올 및 이소프로판올과 같은 유사한 비등점을 갖는 생성물이 미생물 바이오매스를 함유하는 발효 브로스로부터 상기 미생물 바이오매스의 생존력은 보장하면서 효율적으로 회수될 수 있다는 것을 확인하였다.
정의
용어 "추출성 증류 용기"는 에탄올 및 이소프로판올과 같은 낮은 상대적 휘발성을 갖는 성분들을 상기 성분들의 상대적 휘발성을 조정하기 위한 제3 성분, 추출성 증류제의 첨가 사용을 통해 증류하기 위한 장치를 포함하는 것으로 의도된다. 상기 추출성 증류제를 회수하기 위해, 분리 용기는 상기 추출성 증류 용기의 하류에서 사용된다. 일 실시형태에서, 상기 분리 용기는 상기 추출성 증류 용기로부터의 상기 증류 저부물을 수용한다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류 용기는 증류 용기로부터의 생성물 풍부 스트림을 수용한다. 특정 경우에서, 이러한 증류 용기는 진공 증류 용기이다.
용어 "추출성 증류제"는 상기 생성물의 상대적 휘발성을 조정할 수 있는 임의의 성분을 포함하는 것으로 의도된다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류제는 에탄올 및 이소프로판올을 분리할 수 있도록 에탄올 및 이소프로판올의 상대적 휘발성을 조정할 수 있다. 상기 상대적 휘발성을 조정하는 것뿐만 아니라, 상기 추출성 증류제는 또한 에탄올 및/또는 이소프로판올의 높은 비등점 차이를 가질 수 있다.
용어 "진공 증류 용기"는 진공 하에서 증류를 수행하기 위한 장치로서, 증류되는 액체가 이의 비등점을 감소시키기 위한 저압에서 포함되는 장치를 포함하는 것으로 의도된다. 일 실시형태에서, 상기 진공 증류 용기는 분리 구획을 포함한다. 일 실시형태에서, 증류되는 액체는 미생물 바이오매스 및 적어도 하나의 생성물을 포함하는 발효 브로스이다. 일 실시형태에서, 상기 미생물 바이오매스 중 적어도 일부는 생존 가능한다. 이러한 발효 브로스는 생물 반응기로부터 공급될 수 있다. 상기 생물 반응기는 C1-함유 기질의 발효를 위해 사용될 수 있다.
"분리 구획"은 증기-액체 접촉을 위한 넓은 표면적을 제공하여 상기 진공 증류탑의 효율을 증가시킬 수 있는 임의의 적합한 매질로 구성될 수 있다. 이러한 분리 매질은 복수의 이론적 증류단을 제공하도록 설계된다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 분리 매질은 일련의 증류 트레이이다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 분리 매질은 충전재로 구성된다.
"증류 트레이" 또는 "증류 플레이트" 등은 증기-액체 접촉을 촉진하기 위해 사용되는 플레이트 및/또는 트레이를 포함하는 것으로 의도된다. 트레이 유형은 시브(sieve), 밸브 및 포종을 포함한다. 증기가 통과하는 홀(hole)을 보유하는 시브 트레이는 적은 비용으로 높은 효율을 제공하는 고용량 상황에 사용된다. 개폐 밸브와 함께 홀을 보유하는 밸브 트레이는 덜 고가이기는 하지만, 물질의 축적에 기인한 파울링(fouling)이 발생하는 경향이 있다. 포종 트레이는 캡을 보유하고, 상기 세 가지 트레이 중 가장 진보되고 고가이며, 일부 액체 유량 상황에서 가장 효율적이다.
일 실시형태에서, "상부 트레이"는 상기 발효 브로스가 상기 분리 매질의 아래쪽으로 분포될 수 있는 임의의 적합한 경계이다.
일 실시형태에서, "하부 트레이"는 상기 생성물 고갈 스트림의 상기 케이싱의 배출구를 통한 이송을 수행하기 위한 임의의 적합한 경계이다.
"이론적 증류단"은 물질의 액상 및 증기상과 같은 2개의 상이 서로 평형을 이루는 가상적인 영역이다. 다수의 분리 공정의 성능은 일련의 이론적 증류단을 갖는 것에 의해 결정된다. 진공 증류 용기와 같은 분리 장치의 성능은 증가된 수의 단을 제공하는 것에 의해 향상될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 분리 매질은 상기 발효 브로스로부터 적어도 하나의 생성물을 효율적으로 제거하기 위한 충분한 수의 이론적 증류단을 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 분리 매질은 다수의 이론적 증류단을 포함한다.
용어 "발효 브로스" 또는 "브로스"는 영양분 배지, 하나 이상의 미생물의 배양물 및 상기 하나 이상의 생성물을 포함한 성분들의 혼합물을 포함하는 것으로 의도된다. 미생물 용어와 박테리아 용어는 본 문서 전체에서 상호 교환적으로 사용되는 점을 유의해야 한다.
"영양분 배지(media)" 또는 "영양분 배지(medium)"는 미생물 성장 배지를 기술하기 위해 사용된다. 일반적으로, 이 용어는 영양분 및 미생물 배양 시 성장에 적합한 다른 성분을 함유하는 배지를 지칭한다. 용어 "영양분"은 미생물의 대사 경로에서 사용될 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 예시적인 영영분은 칼륨, 비타민 B, 미량 금속 및 아미노산을 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 발효 브로스는 "생물 반응기"에서 상기 진공 증류 용기로 전달된다. 용어 "생물 반응기"는 하나 이상의 용기 및/또는 탑 또는 배관 배열로 구성된 발효 장치를 포함하고, 연속식 교반 탱크 반응기(CSTR), 고정 세포 재순환기(ICR: mobilized cell recycles), 살수층 반응기(TBR: trickle bed reactor), 기포탑, 가스 리프트 발효조(gas lift fermenter), 정적 혼합기, 순환 루프 반응기, 막 반응기, 예를 들어, 중공 섬유막 생물 반응기(HFM BR), 또는 가스-액체 접촉에 적합한 다른 용기 또는 다른 장치를 포함한다. 상기 반응기는 CO 또는 CO2 또는 H2 또는 이의 혼합물을 포함하는 가스 기질을 수용하기에 적합할 수 있다. 상기 반응기는 병렬 또는 직렬의 다수의 반응기(단)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응기는 박테리아가 배양되는 제1 성장 반응기 및 상기 성장 반응기로부터의 발효 브로스가 공급될 수 있고 대부분의 발효 생성물이 생성될 수 있는 제2 발효 반응기를 포함할 수 있다.
"일산화탄소를 포함하는 가스 기질"은 일산화탄소를 함유하는 임의의 가스를 포함한다. 상기 가스 기질은 통상적으로 상당한 비율의 CO, 일 실시형태에서는, 적어도 약 5 부피% 내지 약 100 부피%의 CO를 함유한다.
상기 기질이 임의의 수소를 함유하는 것은 필수적이지 않고, H2의 존재가 본 개시내용의 방법에 따른 생성물의 생성에 유해하지 않아야 한다. 특정 실시형태에서는, 수소의 존재로 인해 알콜 생성의 전체 효율이 개선된다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 상기 기질은 약 2:1 또는 1:1 또는 1:2 비율의 H2:CO를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 기질은 약 30 부피% 이하의 H2, 20 부피% 이하의 H2, 약 15 부피% 이하의 H2 또는 약 10 부피% 이하의 H2를 포함한다. 다른 실시형태에서, 상기 기질 스트림은 5% 미만 또는 4% 미만 또는 3% 미만 또는 2% 미만 또는 1% 미만의 낮은 농도의 H2를 포함하거나, 실질적으로 수소가 없다. 상기 기질은 또한 일부 CO2, 예를 들어, 약 1부피% 내지 약 80 부피%의 CO2 또는 약 1부피% 내지 약 30 부피%의 CO2를 함유할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 기질은 약 20 부피% 이하의 CO2를 포함한다. 특정 실시형태에서, 상기 기질은 약 15 부피% 이하의 CO2, 약 10 부피% 이하의 CO2 또는 약 5 부피% 이하의 CO2를 포함하거나, 실질적으로 CO2를 포함하지 않는다.
생물 반응기와 함께 진공 증류 용기를 사용하면 상기 발효 공정의 효율을 증가시킬 수 있다. 용어 "효율의 증가", "증가된 효율" 등은 발효 공정과 관련하여 사용되는 경우, 상기 발효의 촉매 작용을 하는 미생물 성장 속도, 높은 생성물 농도에서의 상기 성장 및/또는 생성물 생성 속도, 소모된 기질 부피 당 생성된 소기의 생성물의 부피, 소기의 생성물의 생성 속도 또는 생성 수준 및 생성된 소기의 생성물의 기타 발효 부산물과의 상대적 비율 중 하나 이상을 증가시키는 것을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
문맥상 달리 요구하지 않는 한, 상기 구절 "발효", "발효 공정" 또는 "발효 반응" 등은 본원에서 사용된 바, 상기 미생물의 성장 단계 및 생성물 생합성 단계를 모두 포함하는 것으로 의도된다.
상기 발효 공정은 "회분식" 또는 "연속식"으로 기술될 수 있다. "회분식 발효"는 상기 생물 반응기가 미생물과 함께 원료, 즉, 탄소 공급원으로 충전되고, 발효가 완료될 때까지 생성물이 상기 생물 반응기에 남아있는 발효 공정을 기술하기 위해 사용된다. "회분식" 공정에서는, 발효가 완료된 후 상기 생성물은 추출되고, 다음 "회분"이 시작되기 전에 상기 생물 반응기는 세척된다. "연속식 발효"는 상기 발효 공정이 더 오랜 기간 동안 연장되고, 발효 동안 생성물 및/또는 대사 산물이 추출되는 발효 공정을 기술하기 위해 사용된다. 일 실시형태에서, 상기 진공 증류 용기는 "연속식 발효" 공정으로부터의 상기 생성물을 제거한다.
"미생물(microorganism)" 또는 "미생물(microbe)"은 미세한 유기체, 특히 박테리아, 고세균, 바이러스 또는 진균이다. 본 개시내용의 미생물은 통상적으로 박테리아이다. 본원에서 사용된 바, "미생물"의 언급은 "박테리아"를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.
"생존력" 또는 "상기 미생물 바이오매스의 생존력" 등은 살아 있거나, 생존할 수 있거나, 성장할 수 있거나, 복제할 수 있는 미생물 대 그렇지 않은 미생물의 비율을 지칭한다. 예를 들어, 진공 증류 용기 내의 생존 가능한 미생물 바이오매스는 상기 진공 증류 용기 내부의 생존/사멸 미생물의 비율을 지칭될 수 있다. 본 개시내용은 상기 미생물 바이오매스의 생존력이 최소 생존력에서 유지되도록 설계될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 미생물 바이오매스의 생존력은 적어도 약 85%이다. 일 실시형태에서, 상기 미생물 바이오매스의 생존력은 적어도 20% 또는 적어도 25% 또는 적어도 30% 또는 적어도 40%, 50% 또는 적어도 60% 또는 적어도 70% 또는 적어도 75% 또는 적어도 80% 또는 적어도 85% 또는 적어도 90%이다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 생존 가능한 미생물 바이오매스는 상기 진공 증류 용기로부터 상기 생물 반응기로 다시 복귀된다.
"생성물의 유효 회수 속도" 등은 생성물 축적과 관련된 유독성 및/또는 억제성 영향을 방지하거나 적어도 경감시키도록 상기 발효 브로스로부터 생성물이 회수될 수 있는 속도를 지칭한다. 본 개시내용은 상기 미생물 바이오매스의 생존력이 소기의 임계치 초과로 유지되도록 하는 생성물의 유효 회수 속도가 되도록 설계될 수 있다. 본 개시내용은 상기 브로스 내의 생성물 농도의 수준이 소기의 임계치 미만으로 유지되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용은 상기 발효 브로스 내의 에탄올 및 이소프로판올 농도가 40 g/L 미만으로 유지되도록 설계될 수 있다. 특정 경우에서, 상기 발효 브로스 내 결합된 에탄올 및 이소프로판올의 농도는 25 내지 35 g/L로 유지된다. 특정 경우에서, 상기 발효 브로스 내 결합된 에탄올 및 이소프로판올 농도는 30 g/L 미만, 35 g/L 미만 또는 38 g/L 미만이다. 일 실시형태에서, 상기 발효 브로스 내 결합된 에탄올 및 이소프로판올 농도는 상기 미생물의 억제를 초래할 수 있는 농도 미만이다. 특정 경우에서, 상기 억제는 사용되는 미생물 및 생성되는 생성물에 의해 결정될 수 있다.
상기 진공 증류 용기는 상기 생성물 고갈 스트림이 상기 생물 반응기로 전달되기 전에 상기 생성물 고갈 스트림을 "냉각 수단"으로 전달할 수 있다. 용어 "냉각 수단"은 상기 생성물 고갈 스트림의 온도를 감소시킬 수 있는 임의의 적합한 장치 또는 공정을 의미할 수 있다.
생물 반응기 내의 미생물은 자연 발생 미생물로부터 변형될 수 있다. "모체 미생물"은 본 개시내용의 미생물을 생성시키기 위해 사용되는 미생물이다. 상기 모체 미생물은 자연 발생 미생물(즉, 야생형 미생물) 또는 사전에 변형되었던 미생물(즉, 돌연변이 또는 재조합 미생물)일 수 있다. 본 개시내용의 미생물은 상기 모체 미생물에서 발현되지 않았거나 과발현되지 않았던 하나 이상의 효소를 발현 또는 과발현하도록 변형될 수 있다. 마찬가지로, 본 개시내용의 미생물은 상기 모체 미생물이 보유하지 않았던 하나 이상의 유전자를 보유하도록 변형될 수 있다. 본 개시내용의 미생물은 또한 상기 모체 미생물에서 발현되었던 하나 이상의 효소를 발현하지 않거나 더 적은 양을 발현하도록 변형될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 모체 미생물은 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum), 클로스트리듐 융달리(Clostridium ljungdahlii) 또는 클로스트리듐 라그스달레이(Clostridium ragsdalei)이다. 일 실시형태에서, 상기 모체 미생물은 클로스트리듐 오토에타노게눔 LZ1561이고, 이것은 부다페스트 조약의 조항에 따라 2010년 6월 7일자로 독일 브라운슈바이크 D-38124 인호펜슈트라세 7B에 소재하는 독일생물자원센터(DSMZ: Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH)에 2010년 6월 7일 기탁되었고, 수탁 번호 DSM23693가 부여되었다. 이 균주는 국제공개 WO 2012/015317호로 공개된 국제출원 PCT/NZ2011/000144호에 기재되어 있다.
"우드-융달(Wood-Ljungdahl)"은 문헌[Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008]에 기재된 바와 같은 탄소 고정의 우드-융달 경로를 지칭한다. "우드-융달 미생물"은 예상대로 상기 우드-융달 경로를 보유하는 미생물을 지칭한다. 일반적으로, 본 개시내용의 미생물은 천연 우드-융달리 경로를 보유한다. 본원에서, 우드-융달 경로는 천연의 변형되지 않은 우드-융달 경로일 수 있거나, CO, CO2, 및/또는 H2를 아세틸-CoA로 전환하는 작용을 여전히 하는 한, 어느 정도의 유전적 변형(즉, 과발현, 이종 발현, 녹아웃(knockout) 등)을 갖는 우드-융달 경로일 수 있다.
"C1"은 하나의 탄소 분자, 예를 들어, CO, CO2, CH4 또는 CH3OH를 지칭한다. "C1-산소화물(oxygenate)"은 적어도 하나의 산소 원자를 또한 포함하는 하나의 탄소 분자, 예를 들어, CO, CO2 또는 CH3OH를 지칭한다. "C1-탄소 공급원"은 본 개시내용의 미생물에 대한 부분적 또는 유일한 탄소 공급원으로 작용하는 하나의 탄소 분자를 지칭한다. 예를 들어, C1-탄소 공급원은 CO, CO2, CH4, CH3OH 또는 CH2O2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, C1-탄소 공급원은 CO 및 CO2 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. "C1-고정 미생물"은 C1-탄소 공급원으로부터 하나 이상의 생성물을 생성하는 능력을 갖는 미생물이다. 통상적으로, 본 개시내용의 미생물은 C1-고정 박테리아이다.
"혐기성 생물"은 성장을 위해 산소를 필요로 하지 않는 미생물이다. 혐기성 생물은 산소가 특정 임계치 초과로 존재하는 경우 부정적으로 반응하거나 심지어 사멸할 수 있다. 그러나, 일부 혐기성 생물은 낮은 수준의 산소(즉, 0.000001 내지 5%의 산소)를 견딜 수 있다. 통상적으로, 본 개시내용의 미생물은 혐기성 생물이다.
"아세토겐(acetogen)"은 에너지 보존, 및 아세틸-CoA 및 아세틸-CoA 유래 생성물, 예를 들어, 아세테이트의 합성을 위한 이의 주요 기전으로서 우드-융달리 경로를 사용하는 절대적 혐기성 박테리아이다(문헌[Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008]). 특히, 아세토겐은 (1) CO2로부터 아세틸-CoA의 환원 합성을 위한 기전, (2) 말단 전자 수용성 에너지 보존 공정, (3) 세포 탄소의 합성에서 CO2의 고정을 위한 기전(동화)으로서 우드-융달 경로를 사용한다(문헌[Drake, Acetogenic Prokaryotes, In: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006]). 모든 자연 발생 아세토겐은 C1-고정, 혐기성, 독립영양성 및 비-메탄영양성이다. 통상적으로, 본 개시내용의 미생물은 아세토겐이다.
"에탄올로겐(ethnologen)"은 에탄올을 생성하거나 생성할 수 있는 미생물이다. 통상적으로, 본 개시내용의 미생물은 에탄올로겐이다.
"독립영양체"는 유기 탄소의 부재 하에 성장할 수 있는 미생물이다. 대신에, 독립영양체는 무기 탄소 공급원, 예를 들어, CO 및/또는 CO2를 사용한다. 통상적으로, 본 개시내용의 미생물은 독립영양체이다.
"일산화탄소영양체(carboxydotroph)"는 유일한 탄소 공급원 및 에너지원으로서 CO를 사용할 수 있는 미생물이다. 통상적으로, 본 개시내용의 미생물은 일산화탄소영양체이다.
"메탄영양체"는 유일한 탄소 공급원 및 에너지원으로서 메탄을 사용할 수 있는 미생물이다. 특정 실시형태에서, 본 개시내용의 미생물은 메탄영양체이거나 메탄영양체로부터 유래된다. 다른 실시형태에서, 본 개시내용의 미생물은 메탄영양체가 아니거나 메탄영양체로부터 유래되지 않는다.
"기질"은 본 개시내용의 미생물을 위한 탄소 공급원 및/또는 에너지원을 지칭한다. 통상적으로, 상기 기질은 가스이고, C1-탄소 공급원, 예를 들어, CO, CO2 및/또는 CH4를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 기질은 CO 또는 CO + CO2의 C1-탄소 공급원을 포함한다. 상기 기질은 다른 비-탄소 성분, 예를 들어, H2, N2 또는 전자를 추가로 포함할 수 있다.
용어 "공동 기질"은 반드시 생성물 합성을 위한 주요 에너지 및 물질 공급원일 필요는 없지만, 주요 기질과 같은 다른 기질에 첨가되는 경우 생성물 합성에 이용될 수 있는 물질을 지칭한다.
상기 기질은 통상적으로 가스이지만, 상기 기질은 또한 대안적인 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 기질은 미세거품 분산 생성기(microbubble dispersion generator)를 사용하여 CO-함유 가스로 포화된 액체에 용해될 수 있다. 추가적인 예로서, 상기 기질은 고체 지지체에 흡착될 수 있다.
상기 기질 및/또는 C1-탄소 공급원은 산업 공정의 부산물로서 수득된 폐가스일 수 있다. 특정 실시형태에서, 상기 산업 공정은 탄수화물 발효, 기체 발효, 시멘트 제조, 펄프 및 종이 제조, 제강, 정유 및 관련 공정, 석유 화학 제조, 코크스 제조, 혐기성 또는 호기성 분해, 가스화, 열분해, 반탄화, 천연 가스 추출, 오일 추출, 야금 공정 및 촉매 공정으로 구성된 군으로부터 선택된다. 상기 실시형태에서, 상기 기질 및/또는 C1-탄소 공급원은 대기 중으로 배출되기 전에 적절한 방법을 사용하여 상기 산업 공정으로부터 포집될 수 있다.
본 개시내용의 미생물은 상기 가스 스트림과 배양되어 하나 이상의 생성물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용의 미생물은 에탄올(국제공개 WO 2007/117157호), 아세테이트(국제공개 WO 2007/117157호), 부탄올(국제공개 WO 2008/115080호 및 WO 2012/053905호), 부티레이트(국제공개 WO 2008/115080호), 2,3-부탄디올(국제공개 WO 2009/151342호 및 WO 2016/094334호), 락테이트(국제공개 WO 2011/112103호), 부텐(국제공개 WO 2012/024522호), 부타디엔(국제공개 WO 2012/024522호), 메틸 에틸 케톤(2-부탄온)(국제공개 WO 2012/024522호 및 WO 2013/185123호), 에틸렌(국제공개 WO 2012/026833호), 아세톤(국제공개 WO 2012/115527호), 이소프로판올(국제공개 WO 2012/115527호), 지질(국제공개 WO 2013/036147호), 3-하이드록시프로피오네이트(3-HP)(국제공개 WO 2013/180581호), 이소프렌을 포함하는 테르펜(국제공개 WO 2013/180584호), 지방산(국제공개 WO 2013/191567호), 2-부탄올(국제공개 WO 2013/185123호), 1,2-프로판디올(국제공개 WO 2014/036152호), 1-프로판올(국제공개 WO 2014/0369152호), 코리스메이트-유래 생성물(국제공개 WO 2016/191625호), 3-하이드록시부티레이트(국제공개 WO 2017/066498호) 및 1,3-부탄디올(국제공개 WO 2017/0066498호)을 생성하거나, 이를 생성하도록 조작될 수 있다.
"천연 생성물"은 유전적으로 변형되지 않은 미생물에 의해 생성된 생성물이다. 예를 들어, 에탄올, 아세테이트 및 2,3-부탄디올은 클로스트리듐 오토에타노게눔, 클로스트리듐 융달리 및 클로스트리듐 라그스달레이의 천연 생성물이다. "비-천연 생성물"은 유전적으로 변형된 미생물에 의해 생성되지만, 상기 유전적으로 변형된 미생물이 유래되는 유전적으로 변형되지 않은 미생물에 의해서는 생성되지 않는 생성물이다.
"선택성"은 목표 생성물의 생성량 대 미생물에 의해 생성된 모든 발효 생성물의 생성량의 비율을 지칭한다. 상기 미생물에 의해 생성된 잠재적인 발효 생성물의 목록은 상기에 기재되어 있고, 미생물 바이오매스는 제외될 수 있다. 본 개시내용의 미생물은 특정 선택성 또는 최소 선택성으로 생성물을 생성하도록 조작될 수 있다. 일 실시형태에서, 목표 생성물은 본 개시내용의 미생물에 의해 생성된 모든 발효 생성물 중 적어도 약 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50%, 75% 또는 95%를 차지한다. 일 실시형태에서, 상기 목표 생성물은 본 개시내용의 미생물에 의해 생성되는 모든 발효 생성물 중 적어도 약 10%를 차지하여, 본 개시내용의 미생물이 적어도 10%의 상기 목표 생성물에 대한 선택성을 갖도록 한다. 다른 실시형태에서, 상기 목표 생성물은 본 개시내용의 미생물에 의해 생성되는 모든 발효 생성물 중 적어도 약 30%를 차지하여, 본 개시내용의 미생물이 적어도 30%의 상기 목표 생성물에 대한 선택성을 갖도록 한다. 다양한 경우에서, 상기 목표 생성물은 에탄올 및 이소프로판올이다. 특정 경우에서, 상기 목표 생성물은 에탄올이다. 특정 경우에서, 상기 목표 생성물은 이소프로판올이다.
상기 진공 증류 용기는 하나 이상의 "저비등성 발효 생성물"을 회수할 수 있다. "저비등성 발효 생성물"은 물보다 더 휘발성인 생성물이다. 이러한 생성물은 에탄올, 아세톤, 이소프로판올, 부탄올, 케톤, 메틸 에틸 케톤, 2-부탄올, 1-프로판올, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 부탄온, 1,3-부타디엔, 이소프렌 및 이소부텐을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 배양은 일반적으로 상기 미생물이 성장하도록 하기에 충분한 영양분, 비타민 및/또는 미네랄을 함유하는 수성 배양 배지에서 유지된다. 일 실시형태에서, 상기 수성 배양 배지는 혐기성 미생물 성장 배지, 예를 들어, 최소 혐기성 미생물 성장 배지이다. 적합한 배지는 당업계에 잘 알려져 있다.
상기 배양/발효는 바람직하게는 상기 목표 생성물의 생성을 위한 적절한 조건 하에서 수행되어야 한다. 통상적으로, 상기 배양/발효는 혐기성 조건 하에 수행된다. 고려되는 반응 조건은 압력(또는 분압), 온도, 가스 유량, 액체 유량, 배지 pH, 배지 산화환원 전위, 교반 속도(연속식 교반 탱크 반응기를 사용하는 경우), 접종원 수준, 액상에서의 가스가 제한되지 않게 보장하는 최대 가스 기질 농도 및 생성물 억제를 방지하기 위한 최대 생성물 농도를 포함한다. 특히, 생성물은 가스 제한적 조건 하에서 상기 배양에 의해 소모될 수 있기 때문에, 상기 기질의 유입 속도는 액상 내 가스의 농도가 제한되지 않도록 제어될 수 있다.
고압에서 생물반응기를 작동시킴으로써 기상으로부터 액상으로의 가스 물질 이동의 속도를 증가시킨다. 따라서, 일 실시형태는 대기압보다 높은 압력에서 상기 배양/발효를 수행하는 것이다. 또한, 특정 가스 변환 속도가 부분적으로 상기 기질의 잔류 시간의 함수이며, 잔류 시간은 생물 반응기의 소요 부피에 영향을 주기 때문에, 가압 시스템의 이용은 상기 생물 반응기의 소요 부피 및 이에 따른 상기 배양/발효 장비의 자본비를 크게 줄일 수 있다. 이는 결과적으로 생물반응기가 대기압보다 고압에서 유지될 때, 상기 생물반응기 내 액체 부피를 유입 가스 유량으로 나눈 것으로 정의되는 잔류 시간이 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 최적 반응 조건은 부분적으로 사용된 특정 미생물에 따라 결정될 것이다. 일 실시형태에서, 상기 발효는 대기압보다 고압에서 작동될 수 있다. 또한, 특정 기체의 변환 속도는 부분적으로 상기 기질의 잔류 시간의 함수이고, 소기의 잔류 시간의 달성은 결과적으로 생물 반응기의 소요 부피에 영향을 주기 때문에, 가압 시스템의 사용은 생물 반응기의 소요 부피 및 이에 따른 상기 발효 장비의 자본비를 크게 감소시킬 수 있다.
설명
추출성 증류는 C1-함유 가스 기질의 발효로부터 생성되는 유사한 비등점 생성물, 예를 들어 78.4℃에서 비등하는 에탄올 및 82.4℃에서 비등하는 이소프로판올을 효율적으로 분리하는 것이 발견되었다. 추출성 증류는 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림을 추출성 증류제의 존재 하에 처리하는 것을 통해 달성된다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류 용기는 증류 용기 및 분리 용기와 결합하여 사용된다. 일 실시형태에서, 상기 증류 용기는 상기 발효 브로스에 함유된 미생물의 생존력을 보장하기 위한 조건 하에서 작동되는 진공 증류 용기이다. 추출성 증류를 진공 증류와 결합함으로써, 상기 발효 브로스에 함유된 미생물의 생존력은 보장하면서 유사한 비등점 생성물이 분리될 수 있다.
증류 용기를 추출성 증류 용기 및 분리 용기와 결합함으로써, 상기 발효 브로스 내부의 미생물의 생존력은 보존하면서 에탄올 및 이소프로판올이 발효 브로스로부터 모두 효율적으로 회수되고 분리될 수 있는 것이 본 발명자에 의해 발견되었다. 또한, 이러한 용기들의 최적 구성을 통해, 생성되는 원하지 않는 부산물이 감소되고, 에너지는 보존되며, 특정 목표 생성물의 생성은 최대화된다. 예를 들어, 하나 이상의 생성물, 예를 들어, 에탄올 또는 아세톤의 재순환에 의해, 상기 발효 공정은 증가된 양의 특정 목표 생성물, 예를 들어, 이소프로판올을 생성할 수 있다.
도 1은 분리 용기(200)와 결합된 추출성 분리 용기(100)를 도시한다. 상기 추출성 증류 용기(100)는 생성물 풍부 스트림(103) 및 추출성 증류제(101)를 수용하여 상부 생성물(102) 및 증류 저부물(104)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 상기 생성물 풍부 스트림(103)을 수용하기 위한 주입구(107)는 상기 추출성 증류제(101)를 수용하기 위한 주입구(105) 아래에 있다. 일 실시형태에서, 상기 상부 생성물(102)은 상기 추출성 증류제(101)를 수용하기 위한 주입구(101)보다 위에 있는 배출구(106)를 통해 상기 추출성 증류 용기(100)에서 배출된다. 본 발명자는 특정 추출성 증류제(101)를 사용함으로써 특정 생성물의 회수 위치가 조절될 수 있다는 것을 발견하였다.
상기 상부 생성물(102)에서 에탄올을 회수하기 위해서, 상기 추출성 증류제(101)는 알파-피넨, 베타-피넨, 메틸 이소부틸 케톤, 리모넨, 알파-펠란드렌, 알파-테르피넨, 미르센, 카란, p-메타-1,5-디엔, 부틸 에테르, 1-메톡시-2-프로판올, n-부틸 아세테이트, n-아밀 아세테이트, 벤질 아세테이트, 에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 메틸 아세토아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트, 메틸 부티레이트, 에틸 프로피오네이트, 에틸 n-발레레이트, 부틸 벤조에이트, 에틸 벤조에이트, 피리딘, N,N-디메틸 아닐린, o-sec.부틸 페놀, 3-이소프로필 페놀, 2,6-디메틸 페놀, o-tert.부틸 페놀, 4-에틸 페놀, 디에틸 프탈레이트, 디이소옥틸 프탈레이트, 디메틸 아디페이트, 글리세린 트리아세테이트, 디에틸 말로네이트, 디메틸 글루타레이트, 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 헥실 에테르, 프로폭시프로판올, 부톡시프로판올, p-자일렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 t-부틸 에테르 메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디아세테이트, 아니솔, 페네톨, 페닐 에테르, 1,2-메틸렌디옥시벤젠, 이소포론, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 테트라에틸오르소실리케이트, 2-하이드록시아세토페논, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, 2,2,2-트리클로로에탄올, m-디클로로벤젠, 클로로벤젠, 2,6-디클로로톨루엔, 1-클로로헥산, 디에틸렌 글리콜, 디메틸 설폭사이드, 디메틸포름아미드, 설포레인, 이소포론, 2-피롤리디온, 1-메틸-2피롤린딘온, 이소데실 알콜, 사이클로도데칸올, 벤질 알콜, 1-도데칸올, 트리데실 알콜, 페네틸 알콜, 사이클로헥산올, 사이클로펜탄올, 2-니트로프로판, 1-니트로프로판, 니트로-에탄, 니트로메탄, 3-니트로톨루엔, 2-니트로톨루엔, 트리아세틴, 3-니트로-o-자일렌, 1,4-디옥세인, 이소부틸 아세테이트, 에틸 부티레이트, 이소아밀 포름에이트, 메틸 카프로에이트, 에틸 카프로에이트, 프로필 카프로에이트, 1-메톡시-2-프로판올 아세테이트, 이소부틸 이소부티레이트, 헥실 아세테이트, 에틸 이소부티레이트, 프로필 부티레이트, 이소부틸 부티레이트, 이소보르닐 아세테이트, 1,3-디옥소레인, 니트로벤젠, 부틸 부티레이트, 4-메틸-2-펜탄온 및 폴리에틸렌 글리콜 400으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 상단부 생성물(102)에서 이소프로판올을 회수하기 위해서, 상기 추출성 증류제(101)는 에틸 벤젠, 톨루엔, p-자일렌, 헵탄, 페놀 및 2-tert-부틸 페놀로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 추출성 증류제(101)는 적어도 5:1의 추출성 증류제 대 알콜의 비율로 상기 추출성 증류 용기(100)에 첨가된다. 상기 상부 생성물(102)에서 에탄올을 회수하는 경우, 추출성 증류제 대 알콜의 비율은 추출성 증류제 대 에탄올에 관한 것이다. 상기 상부 생성물(102)에서 이소프로판올을 회수하는 경우, 추출성 증류제 대 알콜의 비율은 추출성 증류제 대 이소프로판올에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류제(101)는 상기 생성물 풍부 스트림(103)에서 에탄올과 이소프로판올 사이의 상대적 휘발성을 조정하기 위한 최적의 비율로 첨가된다. 특정 경우에서, 상기 추출성 증류제는 적어도 5:1, 10:1, 20:1 또는 40:1의 추출성 증류제 대 알콜의 비율로 첨가된다.
이소프로판올로부터 에탄올의 분리를 수행하기 위해 재비등기(150)가 상기 추출성 증류 용기(100)에 의해 사용된다. 상기 재비등기(150)는 증기 스트림을 상기 추출성 증류 용기(100)에 전달하기 위해 제공된다. 이 증기 스트림은 배관 수단(152)을 통해 상기 재비등기(150)로부터 상기 추출성 증류 용기(100)의 주입구(109)로 전달된다. 상기 증기 스트림은 상기 추출성 증류 용기(100)에 유입되어 상기 추출성 증류 용기(100)를 통해 위쪽으로 상승한다. 상기 재비등기(150)는 상기 추출성 증류 용기(100)에 있는 배출구(108)로부터 전달된 상기 증류 저부물(104)를 가열하는 것에 의해 상기 증기 스트림을 생성할 수 있다.
상기 상부 생성물(102)에서 회수되지 않는 적어도 일부의 상기 생성물(103)은 상기 추출성 증류제(101)와 함께 상기 증류 저부물(104)에서 회수된다. 에탄올이 상기 상부 생성물(102)에서 회수되는 경우, 상기 증류 저부물(104)는 이소프로판올 및 상기 추출성 증류제(101)를 포함한다. 이소프로판올이 상기 상부 생성물(102)에서 회수되는 경우, 상기 증류 저부물(104)는 에탄올 및 상기 추출성 증류제를 포함한다. 상기 증류 저부물 내 상기 알콜 및 상기 추출성 증류제(101)의 분리를 수행하기 위해, 상기 증류 저부물(104) 중 적어도 일부는 상기 재비등기(150)로부터 배관 수단(151)을 통해 상기 분리 용기(200)의 주입구(203)로 전달된다.
상기 분리 용기(200)는 재비등기(250)의 사용을 통해 상기 증류 저부물(104) 내 상기 알콜로부터 상기 추출성 증류제(101)를 분리한다. 상기 재비등기(250)는 증기 스트림을 상기 분리 용기(200)에 전달하기 위해 제공된다. 이 증기 스트림은 배관 수단(252)을 통해 상기 재비등기(250)로부터 상기 분리 용기(200)의 주입구(206)로 전달된다. 상기 증기 스트림은 상기 분리 용기(200)에 유입되어 상기 분리 용기(200)를 통해 위쪽으로 상승한다. 상기 재비등기(250)는 상기 분리 용기(200)의 배출구(201)로부터 전달된 상기 증류 저부물(204)를 가열하는 것에 의해 상기 증기 스트림을 생성할 수 있다.
상기 증류 저부물(104) 내 알콜 중 적어도 일부는 상기 분리 용기(200)의 배출구(205)를 통해 상부 생성물(202)에서 회수된다. 에탄올이 상기 추출성 증류 용기(100)의 상부 생성물(102)에서 회수되는 경우에서, 상기 분리 용기(200)의 상기 상부 생성물(202)은 이소프로판이 풍부하다. 이소프로판올이 상기 추출성 증류 용기(100)의 상부 생성물(102)에서 회수되는 경우에서, 상기 분리 용기(200)의 상부 생성물(202)은 에탄올이 풍부하다. 일 실시형태에서, 상기 추출성 증류 용기(100) 및 상기 분리 용기(200)는 폐기물을 감소시키기 위해 구성된다. 특정 예시에서, 상기 증류 저부물(204)에 잔류하는 상기 추출성 증류제(251)는 상기 재비등기(250)로부터 제거되어, 상기 추출성 증류탑(100)으로 다시 재순환된다.
일 실시형태에서, 상기 추출성 증류 용기(100) 및 상기 분리 용기(200)는 증류 용기와 결합하여 사용된다. 상기 증류 용기는 특정 경우에서 진공 하에서 작동될 수 있다.
도 2는 상기 추출성 증류 용기(100)의 상류에 있는 진공 증류 용기(300)를 도시한다. 상기 진공 증류 용기(300)는 미생물 바이오매스, 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 발효 브로스(301)로부터 생성물을 회수하기 위해 구성될 수 있고, 상기 발효 브로스는 생물 반응기로부터 전달된다. 상기 발효 브로스(301)로부터 생성물을 회수하기 위해서, 상기 진공 증류 용기(300)는 상기 발효 브로스(301)를 부분적으로 기화시켜서 생성물 풍부 스트림(302) 및 생성물 고갈 스트림(303)을 생성한다. 일 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303) 중 적어도 일부는 배출구(311)를 통해 다시 상기 생물 반응기로 전달된다. 상기 생성물 고갈 스트림(303)은 미생물 바이오매스를 포함할 수 있다. 상기 생성물 풍부 스트림(302)은 에탄올 및 이소프로판올을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 생성물 풍부 스트림(302) 중 적어도 일부는 상기 진공 증류 용기(310)의 배출구(310)로부터 상기 추출성 증류 용기(100)의 주입구(107)로 전달된다.
상기 진공 증류 용기(300)는 상기 진공 증류 용기(300)의 주입구(309)를 통해 상기 생물 반응기로부터의 발효 브로스(301)를 수용하기 위해 구성된다. 상기 진공 증류 용기(300)는 분리 구획(307)을 포함하고, 상기 분리 구획(307)은 상부 트레이(308)에 의해 상부 및 하부 트레이(306)에 의해 하부에 결속된다. 상기 분리 구획(307)은 일련의 증류 트레이 및/또는 충전재로 구성될 수 있다. 상기 진공 증류 용기(100)는 상기 발효 브로스(301)로부터 생성물의 회수를 증가시키기 위한 방식으로 설계된다. 상기 생성물 풍부 스트림(302)을 이송하기 위한 상기 배출구(310)는 상기 발효 브로스(301)를 수용하기 위한 주입구(309)에 비해 높다. 상기 발효 브로스(301)를 수용하기 위한 상기 주입구(309)는 상기 상부 트레이(308)에 비해 높고, 상기 생성물 고갈 스트림(303)을 이송하기 위한 상기 배출구(306)는 상기 하단 트레이(306)보다 높다.
일 실시형태에서, 재비등기(350)는 상기 진공 증류 용기(300)에 의해 사용된다. 상기 재비등기(350)는 증기 스트림을 상기 진공 증류 용기(300)에 전달하기 위해 제공된다. 상기 증기 스트림은 상기 진공 증류 용기(300)에서 배출구(312)를 통해 배출되어 배관 수단(304)을 통해 상기 재비등기(350)에 공급된 상기 진공 증류 용기(300)의 액체 저부물(305)의 사용을 통해 생성된다. 이 증기 스트림은 배관 수단(351)을 통해 상기 재비등기(350)로부터 상기 진공 증류 용기(300)의 주입구(313)로 전달된다. 상기 증기 스트림은 상기 진공 증류 용기(300)로 유입되어 상기 진공 증류 용기(300)를 통해 위쪽으로 상승한다.
상기 진공 증류 용기(100)는 상기 진공 증류 용기(300)가 특정 공급 속도로 발효 브로스를 처리할 수 있도록 설계된다. 상기 공급 속도는 시간당 발효 브로스의 생물 반응기 부피의 관점에서 정의된다. 일 실시형태에서, 상기 진공 증류 용기(300)는 상기 공급 속도가 0.05 내지 0.5이도록 설계된다.
상기 진공 증류 용기(300)는 상기 발효 브로스(301)가 체류 시간을 정의하도록 설계된다. 상기 체류 시간은 상기 발효 브로스(301)가 상기 진공 증류 용기(300) 내부에 존재하는 총 시간의 관점에서 정의된다. 상기 발효 브로스(301)가 상기 주입구(309)에 유입될 때 상기 발효 브로스(301)는 상기 진공 증류 용기(300) 내부에 존재하는 것으로 간주된다. 상기 발효 브로스(301)가 상기 배출구(311)를 통해 배출될 때, 상기 발효 브로스(301)는 상기 진공 증류 용기(300)의 밖에 존재하는 것으로 간주된다. 일 실시형태에서, 상기 체류 시간은 0.5분 내지 15분이다. 다양한 실시형태에서, 상기 체류 시간은 0.5 내지 12분, 0.5 내지 9분, 0.5 내지 6분, 0.5 내지 3분, 2 내지 15분, 2 내지 12분, 2 내지 9분 또는 2 내지 6분이다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 체류 시간은 상기 미생물의 생존력을 보장하기 위해 15분 미만, 12분 미만, 9분 미만, 6분 미만, 3분 미만, 2분 미만 또는 1분 미만이다.
상기 특정 체류 시간은 적어도 부분적으로 상기 진공 증류 용기(300) 내의 분리 매질(307)의 유형에 의해 결정될 수 있다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 분리 매질(307)은 일련의 증류 트레이로 정의된다. 일 실시형태에서, 충분한 수의 이론적 증류단이 생성물을 회수하기 위해 제공되도록 분리 매질(307)이 제공된다. 일 실시형태에서, 상기 분리 매질(307)은 다수의 이론적 증류단을 제공한다. 다른 실시형태에서, 상기 분리 매질(307)은 최소 개수의 이론적 증류단, 예를 들어, 3개 초과의 이론적 증류단, 4개 초과의 이론적 증류단, 5개 초과의 이론적 증류단 또는 6개 초과의 이론적 증류단을 제공한다.
상기 진공 증류 용기(300)는 상기 발효 브로스(301) 내의 생성물을 효율적으로 회수하고 상기 생물 반응기 내의 생성물 축적을 방지하도록 설계된다. 일 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303)은 생성물 축적이 효율적으로 감소되거나 제거되도록 감소된 비율의 생성물을 갖는다. 적어도 하나의 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303)은 상기 발효 브로스(301) 공급 스트림에 함유된 생성물 중 10% 미만을 포함한다. 특정 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303)은 상기 발효 브로스(301) 공급 스트림에 함유된 생성물 중 20% 미만을 포함한다. 특정 경우에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303)은 상기 발효 브로스(301) 공급 스트림에 함유된 생성물 중 12.5 내지 5%를 포함한다. 적어도 하나의 실시형태에서, 회수되는 생성물은 에탄올 및 이소프로판올이다.
상기 진공 증류 용기(300)는 생성물 회수를 제공하면서 상기 미생물의 생존력을 보장하도록 설계된다. 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303)은 적어도 20% 생존 가능 또는 적어도 25% 생존 가능 또는 적어도 50% 생존 가능한 미생물 바이오매스를 포함한다. 상기 미생물의 생존력을 보장하기 위해, 상기 진공 증류 용기(300)는 상기 진공 증류 용기(300)의 높이에 걸친 압력 강하, 상기 진공 증류 용기(300) 내부의 압력 및 상기 진공 증류 용기(300) 내부의 온도가 면밀하게 제어되도록 설계된다.
상기 진공 증류 용기(300)는 생성물 풍부 스트림(302) 및 생성물 고갈 스트림(303)의 이송이 가능하도록 설계된다. 특정 경우에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303)은 허용 가능한 온도보다 높을 수 있기 때문에, 상기 생물 반응기로 이송되기 전에 냉각이 필요할 수 있다. 냉각을 수행하기 위해, 냉각 수단이 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 생성물 고갈 스트림(303)의 온도는 상기 생물 반응기로 전달되기 전에 30℃ 내지 40℃이다.
일부 경우에서, 상기 발효 브로스(301)는 허용 가능한 비율 초과의 가스를 가질 수 있기 때문에, 상기 진공 증류 용기(300)로 이송되기 전에 탈기가 필요할 수 있다. 탈기를 수행하기 위해, 탈기 용기가 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 탈기 용기는 사이클론형 탈기 장치이다.
특정 경우에서, 상기 생성물 풍부 스트림(302)은 하나 이상의 부산물 및 최적량 초과의 물을 포함할 수 있다. 상기 생성물 풍부 스트림(302)이 부산물 및/또는 최적량 초과의 물을 포함하는 경우에서는, 하나 이상의 추가적인 공정이 사용될 수 있다. 상기 생성물 풍부 스트림(302)으로부터 부산물 및/또는 물의 제거를 수행하기 위해, 상기 생성물 풍부 스트림(302)은 상기 진공 증류 용기(300)로부터 정류탑(400)의 주입구(408)로 전달될 수 있다. 상기 정류탑(400)에 전달되기 전에, 상기 생성물 풍부 스트림(302)은 하나 이상의 압축 용기(380)에 전달될 수 있고, 상기 생성물 풍부 스트림(302)을 압축하기 위해 기계적 증기 재압축 기술을 사용할 수 있다. 상기 압축된 생성물 풍부 스트림(381)은 상기 정류탑(400)에 의해 처리되어 과량의 물 및/또는 부산물(401)을 제거한다. 상기 부산물(401) 중 적어도 하나는 상기 정류탑(400)의 배출구(405)를 통해 측면 인출부로부터 제거될 수 있다. 일 실시형태에서, 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올 및/또는 n-부탄올이 상기 정류탑의 측면 인출부를 통해 제거된다. 일 실시형태에서, 상기 정류탑(400)은 분리 구획(404)을 포함한다. 상기 분리 구획(404)은 상기 생성물 풍부 스트림으로부터의 과량의 물 및/또는 부산물의 제거를 용이하게 하기 위해 일련의 증류 트레이 및/또는 충전재가 포함될 수 있다.
일 실시형태에서, 재비등기(450)가 상기 정류탑(400)에 의해 사용된다. 상기 재비등기(450)는 증기 스트림을 상기 정류탑(400)에 전달하기 위해 제공된다. 상기 증기 스트림은 상기 정류탑(400)에서 배출구(406)를 통해 배출되어 배관 수단(402)을 통해 상기 재비등기(450)로 공급되는 상기 정류탑(400)의 저부물의 사용을 통해 생성된다. 이 증기 스트림은 상기 재비등기(450)로부터 배관 수단(451)을 통해 상기 정류탑(400)의 주입구(409)로 전달된다. 상기 증기 스트림은 상기 정류탑(400)에 유입되어 상기 증류탑(400)을 통해 위쪽으로 상승한다.
일부 경우에서, 상기 생성물 풍부 스트림(302) 내 상기 부산물 중 일부는 상기 정류탑(400)의 배출구(407)에서 배출되는 상부 생성물(403)에 결국 남을 수 있다. 부산물(481)을 추가로 분리하고, 상기 생성물 풍부 스트림(302)의 온도를 제어하기 위해, 열 교환기(480)가 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 열교환기(480)는 적어도 100 kPa(절대)의 압력 및 적어도 70℃의 온도에서 작동된다. 하나 이상의 실시형태에서, 상기 열교환기(480)에 의해 제거되는 부산물은 아세톤을 포함한다. 이 아세톤은 증기 형태일 수 있다. 상기 생성물 풍부 스트림(302)으로부터 물을 추가로 제거하기 위해, 상기 처리된 생성물 스트림(481)은 하나 이상의 탈수 막 시스템(500)에 전달되어 상기 생성물 풍부 스트림(302)으로부터 과량의 물(502)을 제거할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 탈수된 생성물 풍부 스트림(501)은 에탄올 및 이소프로판올의 분리를 용이하게 하기 위해 추출성 증류 용기(100)로 전달된다.
특정 경우에서, 탈수 반응기는 상기 추출성 증류 용기와 함께 또는 대체로 사용될 수 있다.
도 3은 탈수 반응기(600)의 상류에 있는 진공 증류 용기(300)를 도시한다. 다양한 실시형태에서, 상기 증류 용기(300)는 대기압에서 작동된다. 탈수 반응기(600)를 포함하는 경우, 상기 증류 용기(300)는 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림(302) 중 적어도 일부를 상기 탈수 반응기(600)로 전달하기 위해 구성된다. 특정 경우에서, 정류탑(400)은 상기 탈수 반응기(600)의 상류 및 상기 진공 증류 용기(300)의 하류에서 사용될 수 있다. 다양한 경우에서, 상기 생성물 풍부 스트림(302) 중 적어도 일부는 탈수 반응기(600)로 전달되기 전에 상기 생성물 풍부 스트림(302)을 가열하기 위해 열교환기(480)로 전달된다. 가열된 생성물 풍부 스트림(481)은 주입구(606)를 통해 상기 탈수 반응기(600)로 유입된다. 상기 탈수 반응기 내 촉매(603)의 직경, 길이 및 부피는 상기 생성물 풍부 스트림(481)에 대한 최적의 온도 프로파일 및 체류 시간을 위해 설계된다. 통상적으로, 상기 탈수 반응기(600)는 상기 생성물 풍부 스트림(481)을 충분히 탈수하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 탈수된 생성물 스트림(602) 및 물 풍부 스트림(601)을 생성하기 위해 200℃ 내지 500℃의 온도 및 0 MPa(게이지) 내지 8.3 MPa(게이지)의 압력에서 작동된다. 일 실시형태에서, 상기 탈수된 생성물 스트림(602)는 상기 탈수 반응기(600)에서 배출구(604)를 통해 배출되고, 상기 물 풍부 스트림(601)은 상기 탈수 반응기(600)에서 배출구(605)를 통해 배출된다.
상기 탈수 반응기(600)는 적합한 속도로 상기 생성물 스트림(481)을 수용하도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 상기 생성물 풍부 스트림(481)은 0.1 시간-1 내지 30 시간-1의 중량 시간당 공간 속도로 상기 탈수 반응기(600)에 공급된다. 상기 생성물 풍부 스트림(481)의 중량 시간당 공간 속도는 상기 탈수 반응기(600)에 의해 사용되는 촉매(603)의 양에 상응할 수 있다. 상기 탈수 반응기(600)는 상기 생성물 풍부 스트림(481) 내 에탄올 및 이소프로판올이 공동-탈수(co-hydrated)될 수 있도록, 알루미나, 개질된 알루미나, 결정질 또는 비정질 실리코알루미네이트 및 개질된 실리코알루미네이트로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 촉매(603)를 사용할 수 있다. 특정 경우에서, 상기 탈수된 생성물 스트림(602) 중 적어도 일부는 적어도 일부의 탄화수소 연료로 추가로 전환된다. 특정 경우에서, 상기 탈수된 생성물 스트림(602) 중 적어도 일부는 중합되어 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 생성한다. 중합되거나, 추가로 전환되어 적어도 일부의 탄화수소 연료를 생성하기 전에, 상기 탈수된 생성물 스트림(602)은 에틸렌 풍부 스트림 및 프로필렌 풍부 스트림으로 분리될 수 있다. 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 상기 탈수된 생성물 스트림(602)의 분리는 에탄올과 이소프로판올 사이의 비등점 차이보다 에틸렌과 프로필렌 사이의 비등점 차이가 더 크기 때문에 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 상기 초기 생성물 풍부 스트림(481)보다 더 쉽게 달성될 수 있다. 프로필렌은 -47.6℃에서 비등하고, 에틸렌은 56.1℃의 차이로 -103.7℃에서 비등한다. 에탄올은 78.4℃에서 비등하는 반면, 이소프로판올은 4℃의 차이로 82.4℃에서 비등한다. 상기 탈수된 생성물 풍부 스트림(602)의 효율적인 분리는 극저온 증류(cryogenic distillation) 기술의 사용을 통해 달성될 수 있다.
본원에 인용된 공보, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참고문헌은 각각의 참고문헌이 개별적으로 및 구체적으로 인용되어 포함된 것으로 나타나고 본원에 이의 전체 내용에 기재된 것과 동일한 정도로 본원에 인용되어 포함된다. 본 명세서에서 인용된 임의의 종래 기술은 그러한 종래 기술이 임의의 국가의 실시 분야의 통상적이고 일반적인 지식의 일부를 형성하는 것으로 인정하는 것이 아니며, 그렇게 간주되지 않아야 한다.
본 개시내용을 기술하는 문맥에서 사용된 단수(a, an), 정관사(the) 및 기타 유사한 지시사는 (특히, 하기 청구항의 문맥에서) 본원에 달리 명시되지 않거나 문맥상 명확하게 상충되지 않는 한, 단수와 복수를 모두 가리키는 것으로 해석해야 한다. 용어 "포함하는(comprising, including)", "갖는", "보유하는" 및 "함유하는(having, containing)"은 달리 언급되지 않는 한, 개방형 용어(즉, "포함하지만, 이에 제한되지 않는"의 의미)로 해석되어야 한다. 본원에서 언급된 값 범위는 본원에 달리 명시되지 않는 한, 단지 그 범위에 포함되는 각각의 개별 값을 개별적으로 나타내는 약식 방법의 역할을 하는 것으로 의도되고, 각각의 개별 값은 마치 본원에 개별적으로 언급된 것처럼 본 명세서에 포함된다. 본원에 기재된 모든 방법은 본원에 달리 명시되지 않거나 문맥상 달리 명확하게 상충되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에서 제공된 임의의 예 및 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "예를 들어")의 사용은 단지 본 개시내용을 보다 명확하게 하기 위한 것으로 의도되고, 달리 청구되지 않는 한 본 개시내용의 범위에 제한을 부여하지 않는다. 본 명세서의 어떤 언어도 임의의 청구되지 않은 구성 요소를 본 개시내용의 실시에 필수적인 것으로서 지시하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 개시내용의 실시형태가 본원에 기재된다. 이러한 실시형태의 변형은 당업자가 전술한 설명을 읽을 때 명확해질 수 있을 것이다. 본 발명자들은 당업자가 이와 같은 변형을 적절하게 사용할 것으로 예상하며, 본 발명자들은 본 개시내용이 본 명세서에 구체적으로 기재된 바와 달리 실시되도록 의도한다. 따라서, 본 개시내용은 준거법에 의해 허용되는 한, 본원에 첨부된 청구항에 언급된 기술 요지의 모든 변형 및 균등물을 포함한다. 또한, 본원에서 달리 명시하지 않거나 문맥상 달리 명확하게 상충되지 않는 한, 본 개시내용은 상기 기재된 구성 요소를 이의 모든 가능한 변형의 임의의 조합을 포함한다.
제1 실시형태는 하기 단계를 포함하는 발효 브로스로부터 생성물을 회수하는 방법이다:
a. 미생물 바이오매스, 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 발효 브로스를 생물 반응기에서 진공 증류 용기로 전달하는 단계;
b. 상기 발효 브로스를 부분적으로 기화시켜서 에탄올 및 이소프로판올 포함하는 생성물 풍부 스트림 및 미생물 바이오매스를 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 단계;
c. 상기 생성물 고갈 스트림 중 적어도 일부를 다시 상기 생물 반응기로 전달하는 단계;
d. 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부를 추출성 증류 용기로 전달하는 단계; 및
e. 상기 추출성 증류 용기에서 추출성 증류제의 존재 하에 상기 생성물 풍부 스트림을 증류하여 상부 생성물 및 증류 저부물을 수득하는 단계, 여기서
i. 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되거나;
ii. 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수된다.
제1 실시형태에 있어서, 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되며; 상기 추출성 증류제는 알파-피넨, 베타-피넨, 메틸 이소부틸 케톤, 리모넨, 알파-펠란드렌, 알파-테르피넨, 미르센, 카란, p-메타-1,5-디엔, 부틸 에테르, 1-메톡시-2-프로판올, n-부틸 아세테이트, n-아밀 아세테이트, 벤질 아세테이트, 에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 메틸 아세토아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트, 메틸 부티레이트, 에틸 프로피오네이트, 에틸 n-발레레이트, 부틸 벤조에이트, 에틸 벤조에이트, 피리딘, N,N-디메틸 아닐린, o-sec.부틸 페놀, 3-이소프로필 페놀, 2,6-디메틸 페놀, o-tert.부틸 페놀, 4-에틸 페놀, 디에틸 프탈레이트, 디이소옥틸 프탈레이트, 디메틸 아디페이트, 글리세린 트리아세테이트, 디에틸 말로네이트, 디메틸 글루타레이트, 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 헥실 에테르, 프로폭시프로판올, 부톡시프로판올, p-자일렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 t-부틸 에테르 메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디아세테이트, 아니솔, 페네톨, 페닐 에테르, 1,2-메틸렌디옥시벤젠, 이소포론, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 테트라에틸오르소실리케이트, 2-하이드록시아세토페논, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, 2,2,2-트리클로로에탄올, m-디클로로벤젠, 클로로벤젠, 2,6-디클로로톨루엔, 1-클로로헥산, 디에틸렌 글리콜, 디메틸 설폭사이드, 디메틸포름아미드, 설포레인, 이소포론, 2-피롤리디온, 1-메틸-2피롤린딘온, 이소데실 알콜, 사이클로도데칸올, 벤질 알콜, 1-도데칸올, 트리데실 알콜, 페네틸 알콜, 사이클로헥산올, 사이클로펜탄올, 2-니트로프로판, 1-니트로프로판, 니트로-에탄, 니트로메탄, 3-니트로톨루엔, 2-니트로톨루엔, 트리아세틴, 3-니트로-o-자일렌, 1,4-디옥세인, 이소부틸 아세테이트, 에틸 부티레이트, 이소아밀 포름에이트, 메틸 카프로에이트, 에틸 카프로에이트, 프로필 카프로에이트, 1-메톡시-2-프로판올 아세테이트, 이소부틸 이소부티레이트, 헥실 아세테이트, 에틸 이소부티레이트, 프로필 부티레이트, 이소부틸 부티레이트, 이소보르닐 아세테이트, 1,3-디옥소레인, 니트로벤젠, 부틸 부티레이트, 4-메틸-2-펜탄온 및 폴리에틸렌 글리콜 400으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되며; 상기 추출성 증류제는 에틸 벤젠, 톨루엔, p-자일렌, 헵탄, 페놀 및 2-tert-부틸 페놀로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림은 상기 추출성 증류 용기로 전달되기 전에 정류탑에 전달되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 추출성 증류제는 적어도 5:1의 추출성 증류제 대 이소프로판올의 비율 또는 적어도 5:1의 추출성 증류제 대 에탄올의 비율로 상기 추출성 증류 용기에 첨가되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 발효 브로스는 아세트산, 아세톤, 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올, n-부탄올 및/또는 2,3-부탄디올로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 부산물을 추가로 포함하는, 방법. 제1 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 부산물 중 적어도 일부는 측면 인출부를 통해 제거되는, 방법. 제1 실시형태에 있어서, 상기 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올 및/또는 n-부탄올 중 적어도 일부는 측면 인출부를 통해 제거되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 발효 브로스는 아세톤을 추가로 포함하고, 상기 아세톤 중 적어도 일부는 상기 생물 반응기로 재순환되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 추출성 증류 용기는 열 통합되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 증류 저부물을 분리 용기로 전달하여 이소프로판올 풍부 스트림 또는 에탄올 풍부 스트림; 및 추출성 증류제 풍부 스트림을 생성하는 단계; 및 상기 추출성 증류제 풍부 스트림 중 적어도 일부를 상기 추출성 증류 용기로 전달하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 생물 반응기는 발효 브로스의 부피를 정의하고, 상기 발효 브로스는 시간당 생물 반응기 부피 관점에서 정의되는 공급 속도로 상기 진공 증류 용기에 전달되며, 상기 공급 속도는 0.05 내지 0.5인, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 발효 브로스는 체류 시간을 정의하고, 상기 체류 시간은 상기 발효 브로스가 상기 진공 증류 용기 내부에 존재하는 총 시간으로 정의되며, 상기 체류 시간은 0.5분 내지 15분인, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 일련의 증류 트레이가 포함된 분리 구획을 정의하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 3개 초과의 증류단이 포함된 분리 구획을 정의하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 충전재가 포함된 분리 구획을 정의하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림은 적어도 20%의 생존 가능한 미생물 바이오매스를 포함하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림은 상기 발효 브로스 내에 10% 미만의 상기 에탄올 및 상기 이소프로판올을 포함하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 상기 진공 증류 용기의 높이에 걸친 압력 강하를 정의하고, 상기 압력 강하는 3.2 kPa(절대) 미만인, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 4 kPa(절대) 내지 10 kPa(절대)의 압력에서 작동되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 30℃ 내지 50℃의 온도에서 작동되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림은 상기 생성물 고갈 스트림이 상기 생물 반응기로 전달되기 전에 상기 생성물 고갈 스트림의 온도를 감소시키기 위해 냉각 수단으로 전달되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림의 온도는 30℃ 내지 40℃인, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 발효 브로스를 상기 진공 증류 용기에 전달하는 전에 상기 발효 브로스 중 적어도 일부를 탈기하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 생물 반응기는 산업 공정으로부터의 C1-함유 가스의 발효를 위한 조건 하에서 작동되는, 방법.
제1 실시형태에 있어서, 상기 산업 공정은 탄수화물 발효, 가스 발효, 시멘트 제조, 펄프 및 종이 제조, 제강, 정유 및 관련 공정, 석유 화학 제조, 코크스 제조, 혐기성 또는 호기성 분해, 가스화, 열분해, 반탄화, 천연 가스 추출, 오일 추출, 야금 공정 및 촉매 공정을 포함하는 군으로부터 선택되는, 방법.
제2 실시형태는 하기 단계를 포함하는 생성물 풍부 스트림으로부터 생성물을 회수하는 방법이다:
a. 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림을 탈수 반응기에 전달하는 단계;
b. 상기 생성물 풍부 스트림을 탈수하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 탈수된 생성물 스트림 및 물 풍부 스트림을 생성하는 단계; 및
c. 상기 물 풍부 스트림을 상기 생물 반응기에 전달하는 단계.
제2 실시형태에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는 미생물 바이오매스, 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 발효 브로스를 부분적으로 기화시켜서 상기 생성물 풍부 스트림 및 미생물 바이오매스를 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건에서 작동되는 진공 증류 용기로부터 수용되는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는, 에탄올, 이소프로판올 및 물을 포함하는 발효 브로스를 증류하여 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림 및 물을 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건에서 작동되는 증류 용기로부터 수용되는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 생물 반응기는 산업 공정으로부터의 C1-함유 가스의 발효를 위한 조건 하에서 작동되는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 탈수 반응기는 200℃ 내지 500℃의 온도에서 작동되는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 탈수 반응기는 0 MPa(게이지) 내지 8.3 MPa(게이지)의 압력에서 작동되는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림은 0.1 시간-1 내지 30 시간-1의 중량 시간당 공간 속도로 상기 탈수 반응기에 전달되는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림은 20 내지 100 중량%의 에탄올을 포함하는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 탈수 반응기는 알루미나, 개질된 알루미나, 결정질 또는 비정질 실리코알루미네이트 및 개질된 실리코알루미네이트로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 촉매를 포함하는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 적어도 일부의 탄화수소 연료로 추가로 전환되는, 방법.
제2 실시형태에 있어서, 상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 중합되는, 방법. 제2 실시형태에 있어서, 상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 중합되기 전에 에틸렌 풍부 스트림 및 프로필렌 풍부 스트림으로 분리되는, 방법.
제3 실시형태는 하기 단계를 포함하는 생성물 풍부 스트림으로부터 생성물을 회수하는 방법이다:
a. 에탄올 및 이소프로필렌을 포함하는 생성물 풍부 스트림을 추출성 증류 용기로 전달하는 단계; 및
b. 상기 생성물 풍부 스트림을 추출성 증류제의 존재 하에 증류하여 상부 생성물 및 증류 저부물을 수득하는 단계, 여기서
i. 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되거나;
ii. 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수된다.
제3 실시형태에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는, 에탄올, 이소프로판올 및 물을 포함하는 발효 브로스를 증류하여 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림 및 물을 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건에서 작동되는 증류 용기로부터 수용되는, 방법.

Claims (40)

  1. 발효 브로스(fermentation broth)로부터 생성물을 회수하는 방법으로서,
    a. 미생물 바이오매스(microbial biomass), 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 발효 브로스를 생물 반응기에서 진공 증류 용기로 전달하는 단계;
    b. 상기 발효 브로스를 부분적으로 기화시켜서 에탄올 및 이소프로판올 포함하는 생성물 풍부 스트림(product enriched stream) 및 미생물 바이오매스를 포함하는 생성물 고갈 스트림(product depleted stream)을 생성하는 단계;
    c. 상기 생성물 고갈 스트림 중 적어도 일부를 다시 상기 생물 반응기로 전달하는 단계;
    d. 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부를 추출성 증류 용기로 전달하는 단계; 및
    e. 상기 추출성 증류 용기에서 추출성 증류제(extractive distillation agent)의 존재 하에 상기 생성물 풍부 스트림을 증류하여 상부 생성물(overhead product) 및 증류 저부물(distillation bottoms)을 수득하는 단계를 포함하며,
    i. 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되거나;
    ii. 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되며;
    상기 추출성 증류제는 알파-피넨, 베타-피넨, 메틸 이소부틸 케톤, 리모넨, 알파-펠란드렌, 알파-테르피넨, 미르센, 카란, p-메타-1,5-디엔, 부틸 에테르, 1-메톡시-2-프로판올, n-부틸 아세테이트, n-아밀 아세테이트, 벤질 아세테이트, 에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트, 메틸 아세토아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 2-부톡시에틸 아세테이트, 메틸 부티레이트, 에틸 프로피오네이트, 에틸 n-발레레이트, 부틸 벤조에이트, 에틸 벤조에이트, 피리딘, N,N-디메틸 아닐린, o-sec.부틸 페놀, 3-이소프로필 페놀, 2,6-디메틸 페놀, o-tert.부틸 페놀, 4-에틸 페놀, 디에틸 프탈레이트, 디이소옥틸 프탈레이트, 디메틸 아디페이트, 글리세린 트리아세테이트, 디에틸 말로네이트, 디메틸 글루타레이트, 테트라하이드로 퓨란, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 헥실 에테르, 프로폭시프로판올, 부톡시프로판올, p-자일렌 글리콜 디메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 t-부틸 에테르 메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디아세테이트, 아니솔, 페네톨, 페닐 에테르, 1,2-메틸렌디옥시벤젠, 이소포론, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 테트라에틸오르소실리케이트, 2-하이드록시아세토페논, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, 2,2,2-트리클로로에탄올, m-디클로로벤젠, 클로로벤젠, 2,6-디클로로톨루엔, 1-클로로헥산, 디에틸렌 글리콜, 디메틸 설폭사이드, 디메틸포름아미드, 설포레인, 이소포론, 2-피롤리디온, 1-메틸-2피롤린딘온, 이소데실 알콜, 사이클로도데칸올, 벤질 알콜, 1-도데칸올, 트리데실 알콜, 페네틸 알콜, 사이클로헥산올, 사이클로펜탄올, 2-니트로프로판, 1-니트로프로판, 니트로-에탄, 니트로메탄, 3-니트로톨루엔, 2-니트로톨루엔, 트리아세틴, 3-니트로-o-자일렌, 1,4-디옥세인, 이소부틸 아세테이트, 에틸 부티레이트, 이소아밀 포름에이트, 메틸 카프로에이트, 에틸 카프로에이트, 프로필 카프로에이트, 1-메톡시-2-프로판올 아세테이트, 이소부틸 이소부티레이트, 헥실 아세테이트, 에틸 이소부티레이트, 프로필 부티레이트, 이소부틸 부티레이트, 이소보르닐 아세테이트, 1,3-디옥소레인, 니트로벤젠, 부틸 부티레이트, 4-메틸-2-펜탄온 및 폴리에틸렌 글리콜 400으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되며;
    상기 추출성 증류제는 에틸 벤젠, 톨루엔, p-자일렌, 헵탄, 페놀 및 2-tert-부틸 페놀로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림은 상기 추출성 증류 용기로 전달되기 전에 정류탑에 전달되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 추출성 증류제는 적어도 5:1의 추출성 증류제 대 이소프로판올의 비율 또는 적어도 5:1의 추출성 증류제 대 에탄올의 비율로 상기 추출성 증류 용기에 첨가되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발효 브로스는 아세트산, 아세톤, 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올, n-부탄올 및/또는 2,3-부탄디올로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 부산물을 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 부산물 중 적어도 일부는 측면 인출부를 통해 제거되는, 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 3-하이드록시부티레이트, 이소부탄올, n-프로판올 및/또는 n-부탄올 중 적어도 일부는 측면 인출부를 통해 제거되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발효 브로스는 아세톤을 추가로 포함하고, 상기 아세톤 중 적어도 일부는 상기 생물 반응기로 재순환되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 추출성 증류 용기는 열 통합되는(heat integrated), 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 증류 저부물을 분리 용기로 전달하여 이소프로판올 풍부 스트림 또는 에탄올 풍부 스트림; 및 추출성 증류제 풍부 스트림을 생성하는 단계; 및
    상기 추출성 증류제 풍부 스트림 중 적어도 일부를 상기 추출성 증류 용기로 전달하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 생물 반응기는 발효 브로스의 부피를 정의하고, 상기 발효 브로스는 시간당 생물 반응기 부피의 관점에서 정의되는 공급 속도로 상기 진공 증류 용기에 전달되며, 상기 공급 속도는 0.05 내지 0.5인, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 발효 브로스는 체류 시간을 정의하고, 상기 체류 시간은 상기 발효 브로스가 상기 진공 증류 용기 내부에 존재하는 총 시간으로 정의되며, 상기 체류 시간은 0.5분 내지 15분인, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 일련의 증류 트레이가 포함된 분리 구획을 정의하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 3개 초과의 증류단(distillation stage)이 포함된 분리 구획을 정의하는, 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 충전재가 포함된 분리 구획을 정의하는, 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림은 적어도 20%의 생존 가능한 미생물 바이오매스를 포함하는, 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림은 상기 발효 브로스 내에 10% 미만의 상기 에탄올 및 상기 이소프로판올을 포함하는, 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 상기 진공 증류 용기의 높이에 걸친 압력 강하를 정의하고, 상기 압력 강하는 3.2 kPa(절대) 미만인, 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 4 kPa(절대) 내지 10 kPa(절대)의 압력에서 작동되는, 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 진공 증류 용기는 30℃ 내지 50℃의 온도에서 작동되는, 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림은 상기 생성물 고갈 스트림이 상기 생물 반응기에 전달되기 전에 상기 생성물 고갈 스트림의 온도를 감소시키기 위해 냉각 수단에 전달되는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 생성물 고갈 스트림의 온도는 30℃ 내지 40℃인, 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 발효 브로스를 상기 진공 증류 용기에 전달하기 전에 상기 발효 브로스 중 적어도 일부를 탈기하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  25. 제1항에 있어서, 상기 생물 반응기는 산업 공정으로부터의 C1-함유 가스의 발효를 위한 조건 하에서 작동되는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 산업 공정은 탄수화물 발효, 가스 발효, 시멘트 제조, 펄프 및 종이 제조, 제강, 정유 및 관련 공정, 석유 화학 제조, 코크스 제조, 혐기성 또는 호기성 분해, 가스화, 열분해, 반탄화(torrefaction), 천연 가스 추출, 오일 추출, 야금 공정 및 촉매 공정을 포함하는 군으로부터 선택되는, 방법.
  27. 생성물 풍부 스트림으로부터 생성물을 회수하는 방법으로서,
    에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림을 탈수 반응기에 전달하는 단계;
    상기 생성물 풍부 스트림을 탈수하여 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 탈수된 생성물 스트림 및 물 풍부 스트림을 생성하는 단계; 및
    상기 물 풍부 스트림을 상기 생물 반응기에 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는 미생물 바이오매스, 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 발효 브로스를 부분적으로 기화시켜서 상기 생성물 풍부 스트림 및 미생물 바이오매스를 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건에서 작동되는 진공 증류 용기로부터 수용되는, 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는, 에탄올, 이소프로판올 및 물을 포함하는 발효 브로스를 증류하여 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림 및 물을 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건에서 작동되는 증류 용기로부터 수용되는, 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 생물 반응기는 산업 공정으로부터의 C1-함유 가스의 발효를 위한 조건 하에서 작동되는, 방법.
  31. 제27항에 있어서, 상기 탈수 반응기는 200℃ 내지 500℃의 온도에서 작동되는, 방법.
  32. 제27항에 있어서, 상기 탈수 반응기는 0 MPa(게이지) 내지 8.3 MPa(게이지)의 압력에서 작동되는, 방법.
  33. 제27항에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림은 0.1 시간-1 내지 30 시간-1의 중량 시간당 공간 속도로 상기 탈수 반응기에 전달되는, 방법.
  34. 제27항에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림은 20 내지 100 중량%의 에탄올을 포함하는, 방법.
  35. 제27항에 있어서, 상기 탈수 반응기는 알루미나, 개질된 알루미나, 결정질 또는 비정질 실리코알루미네이트 및 개질된 실리코알루미네이트로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 촉매를 포함하는, 방법.
  36. 제27항에 있어서, 상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 적어도 일부의 탄화수소 연료로 추가로 전환되는, 방법.
  37. 제27항에 있어서, 상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 중합되는, 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 탈수된 생성물 스트림 중 적어도 일부는 중합되기 전에 에틸렌 풍부 스트림 및 프로필렌 풍부 스트림으로 분리되는, 방법.
  39. 생성물 풍부 스트림으로부터 생성물을 회수하는 방법으로서,
    a. 에탄올 및 이소프로필렌을 포함하는 생성물 풍부 스트림을 추출성 증류 용기에 전달하는 단계; 및
    b. 상기 생성물 풍부 스트림을 추출성 증류제의 존재 하에 증류하여 상부 생성물 및 증류 저부물을 수득하는 단계를 포함하며,
    i. 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되거나;
    ii. 상기 에탄올 중 적어도 일부는 상기 상부 생성물에서 회수되고, 상기 이소프로판올 중 적어도 일부는 상기 증류 저부물에서 회수되는, 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 생성물 풍부 스트림 중 적어도 일부는, 에탄올, 이소프로판올 및 물을 포함하는 발효 브로스를 증류하여 에탄올 및 이소프로판올을 포함하는 생성물 풍부 스트림 및 물을 포함하는 생성물 고갈 스트림을 생성하는 조건에서 작동되는 증류 용기로부터 수용되는, 방법.
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