CN105567551A - 一种生产c5-c19烷酮的系统及方法 - Google Patents

一种生产c5-c19烷酮的系统及方法 Download PDF

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    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/24—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
    • C12P7/26—Ketones

Abstract

本发明涉及一种生产C5-C19烷酮的系统及方法，属于生物化工技术领域。所述系统包括发酵装置、产物分离纯化装置、化学催化装置，所述发酵装置通过产物分离纯化装置与化学催化装置连接；所述产物分离纯化装置为气提纯化装置、渗透汽化膜纯化装置、吸附纯化装置、蒸汽渗透纯化装置、液液萃取纯化装置、离心装置、多效蒸发纯化装置和精馏纯化装置中的至少一种。本发明有益效果为：通过本发明所述系统与方法，可以使工业含糖废弃物糖蜜或农业废弃物秸秆经过生物催化和化学催化转化为C5-C19的长链烷酮，可以直接或脱氧后作为汽油、柴油或航空燃油使用。

Description

一种生产C5-C19烷酮的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种生产C5-C19烷酮的系统及方法，属于生物化工技术领域。
背景技术
目前，制糖工业中的废弃物，例如：糖蜜等含糖有机废弃物，在现有技术中得不到有效利用，给企业排污造成很大压力，直接排放会对环境造成极大污染。农业中的废弃物，例如：含木质纤维素的玉米秸秆、高粱秸秆和菊芋秸秆等，现有的处理方法有：田间焚烧、生产燃料乙醇等，田间焚烧的缺点为是造成雾霾的重要原因之一，生产燃料乙醇的缺点为乙醇的能量密度只有汽油的60％，不是一种理想的液体能源。如果能将工业和农业的含糖有机废弃物合理转化为有价值的化工产品，将会对企业和社会产生巨大的贡献。
现有技术中采用丙酮丁醇梭菌或拜氏梭菌发酵生产丁醇的同时也会产生丙酮和乙醇，发酵终点的丁醇浓度不超过2.0％(w/v)，丙酮浓度不超过1.0％(w/v)，乙醇浓度不超过0.5％(w/v)。在利用丙酮丁醇梭菌发酵的过程中，往往希望转化得到高比例的丁醇，降低副产物丙酮和乙醇的生成(详见文献：Dürre,P.Biobutanol:anattractivebiofuel.Biotechnol.J.2：1525–1534，2007)。
丁醇是一种重要的化学品和潜在的液体生物能源。作为潜在的液体生物能源，丁醇的分子结构中含有4个碳，其能量密度为汽油的90％，比柴油和航空燃油的能量密度低得更多，因此，也不是一种非常理想的液体生物燃料。
发明内容
本发明利用工业和农业含糖有机废弃物通过预处理、发酵、分离纯化和化学催化获得C5-C19的长链烷酮，以此解决上述问题。
本发明提供了一种生产C5-C19烷酮的系统，所述系统包括发酵装置、产物分离纯化装置、化学催化装置，所述发酵装置通过产物分离纯化装置与化学催化装置连接；
所述产物分离纯化装置为气提纯化装置、渗透汽化膜纯化装置、吸附纯化装置、蒸汽渗透纯化装置、液液萃取纯化装置、离心装置、多效蒸发纯化装置和精馏纯化装置中的至少一种。
本发明所述产物分离纯化装置优选为气提纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用、离心装置与多效蒸发纯化装置组合使用或离心装置与精馏纯化装置组合使用。
本发明所述系统优选为还包括原料预处理装置；
所述原料预处理装置依次通过发酵装置、产物分离纯化装置与化学催化装置连接；
所述原料预处理装置为吸附装置、粉碎装置、气爆装置、干燥装置、酸处理装置、碱处理装置、臭氧分解装置、热水处理装置、氨纤维爆破装置、超声处理装置、微波处理装置和酶解装置中的至少一种。
本发明所述发酵装置内优选为设有气泡分散器。
本发明的另一目的是提供一种利用上述系统生产C5-C19烷酮的方法，所述方法包括如下步骤：
①将原料与丙酮丁醇生产菌通过发酵装置发酵，可以在发酵过程中边发酵边分离纯化发酵产物，也可以在发酵结束后分离纯化发酵产物，所述原料为葡萄糖、未经预处理的糖蜜、预处理的糖蜜或预处理的秸秆；
②将步骤①分离纯化后的发酵产物与催化剂通过化学催化装置化学催化得到C5-C19的烷酮。
本发明所述秸秆预处理后所得产品中主要组分优选为葡萄糖、木糖、果糖、阿拉伯糖、纤维二糖和半乳糖中的至少一种，总糖浓度为50-150g/L。
本发明所述糖蜜预处理后所得产品中主要组分优选为蔗糖，总糖浓度为50-150g/L。
本发明所述秸秆的预处理方法优选为将秸秆粉碎、酸或碱处理酶解。
本发明所述酸处理方法优选为150-200℃用0.5-2％(w/v)的稀硫酸或稀盐酸处理20-60min。
本发明所述碱处理方法优选为110-150℃用0.5-2％(w/v)的氢氧化钠溶液处理20-60min，水洗至pH为8.0，干燥。
本发明所述酶解方法优选为40-60℃酶解24-72h，所用纤维素酶的酶活力为10-100FPU/g，所用酶缓冲液为柠檬酸缓冲液、稀硫酸、磷酸缓冲液或稀盐酸，所述酶缓冲液的pH为4.5-5.0。
本发明所述糖蜜的预处理方法优选为脱毒脱色。
本发明所述丙酮丁醇生产菌优选为丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、大肠杆菌、热纤梭菌或酪丁酸梭菌，进一步优选为丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、拜氏梭菌(Clostridiumbeijerinckii)、大肠杆菌(Escherichiacoli)、热纤梭菌(Clostridiumthermocellum)或酪丁酸梭菌(Clostridiumtyrobutyricum)。
本发明所述发酵方法为先将发酵培养基121℃灭菌30min，通入氮气或其他惰性气体除氧2h，冷却至室温，接入丙酮丁醇生产菌，35-39℃发酵，当pH低于5.0时，补入氢氧化钠溶液或氨水，调节pH至5.0以上。
本发明所述发酵培养基中的碳源优选为葡萄糖、淀粉、蔗糖、木薯、未经预处理的糖蜜、预处理的糖蜜或预处理的秸秆。
本发明所述产物分离纯化装置优选为气提纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用、液液萃取纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用、蒸汽渗透纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用或吸附纯化装置与蒸汽渗透纯化装置组合使用时的分离纯化方法为：与发酵装置耦合，一边发酵，一边分离纯化，使发酵液中的丁醇、丙酮和乙醇不断被移除，降低丁醇、丙酮和乙醇对细胞的毒性；或不与发酵装置耦合，发酵结束后对发酵液中的丁醇、丙酮和乙醇分离纯化。
本发明所述产物分离纯化装置进一步优选为气提纯化装置与渗透汽化膜纯化装置组合使用，气提得到的产物只含丁醇、丙酮、乙醇和水，对下一步的渗透汽化膜无污染，有效防止发酵液中的菌体和蛋白质等污染渗透汽化膜。
本发明所述气提的条件优选为：气体流速为1-20L/min，冷凝温度为-15-+15℃。
本发明所述渗透汽化的条件优选为：加热温度为25-90℃，膜透过液一侧的真空度为0-200KPa，冷凝温度为-30-+15℃。
本发明所述产物分离纯化装置也可以优选为离心装置与多效蒸发纯化装置组合使用或离心装置与精馏纯化装置组合使用时的分离纯化方法为：发酵结束后，先通过离心装置除去发酵液中菌体细胞，再通过多效蒸发纯化装置或精馏纯化装置纯化发酵液中丁醇、丙酮和乙醇。
本发明所述分离纯化后的发酵产物优选为丁醇、丙酮、乙醇和水，所述丁醇浓度为400g/L以上，所述丙酮浓度为100g/L以上，所述乙醇浓度为8g/L以上。
本发明所述催化剂优选为Pd、Ru、Pt或Ir，与催化剂混合的碱性固体为K3PO4、KOH、K2CO3、KH2PO4、NaHPO4或Ba(OH)28H2O，所述催化剂占碱性固体重量的5-100％。
本发明所述化学催化优选为采用连续式反应或批式反应。
本发明所述化学催化反应的进料流速优选为0.5-1mL/h。
本发明所述化学催化反应的进料量与催化剂Pd的液固重量比优选为2：1-10。
本发明所述化学催化优选为在甲苯体系中醇类与酮进行一次或多次烷基化反应。
本发明所述化学催化反应温度优选为150-300℃。
本发明所述C5-C19烷酮优选为2-戊酮、2-庚酮、4-庚酮、4-壬酮、十一烷酮、十三烷酮、十五烷酮、十七烷酮和十九烷酮。
本发明有益效果为：
①通过本发明所述系统与方法，可以使工业含糖废弃物糖蜜或农业废弃物秸秆经过生物催化和化学催化转化为C5-C19的长链烷酮，可以直接或脱氧后作为汽油、柴油或航空燃油使用。
②本发明采用连续反应操作，可以实现糖蜜或秸秆原料进入反应系统的同时，产生C5-C19的长链烷酮并且流出反应系统，达到连续化生产。
附图说明
本发明附图6幅，
图1为实施例1所述生产C5-C19烷酮系统的结构示意图；
图2为实施例2所述生产C5-C19烷酮系统的结构示意图；
图3为实施例3所述生产C5-C19烷酮系统的结构示意图；
图4为实施例6所述生产C5-C19烷酮系统的结构示意图；
图5为实施例8所述生产C5-C19烷酮系统的结构示意图；
图6为实施例10所述生产C5-C19烷酮系统的结构示意图；
其中：11、粉碎装置，12、干燥装置，13、碱处理装置，14、酶解装置，2、发酵装置，311、冷凝管，312、储罐Ⅰ，313、泵Ⅰ，314、泵Ⅱ，315、泵Ⅲ，321、加热器，322、泵Ⅳ，323、分离池，324、储罐Ⅱ，325、泵Ⅴ，326、储罐Ⅲ，331、离心装置，341、精馏纯化装置，351、多效蒸发纯化装置，4、化学催化装置。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例所述玉米秸秆取自山东地区。
下述实施例所述纤维素酶购于山东尤特尔公司(Youtell)。
下述实施例所述玉米秸秆的预处理方法为：将玉米秸秆粉碎、过0.4mm筛子，取200g粉碎过筛后的玉米秸秆加入到2L的2％(w/v)NaOH溶液中，120℃反应30min，冷却至室温，过滤，将滤渣洗至中性，50℃烘干。将上述处理的玉米秸秆分两次按重量比1：10分别添加到纤维素酶液中，所述纤维素酶液的浓度为0.03mol/L，所述酶缓冲液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，所述酶缓冲液的pH为4.8，所述纤维素酶的酶活力为20FPU/g，转速150r/min，50℃酶解72h，酶解结束后8000r/min离心5min，得到上清液，将上清液用浓氨水调节pH至6.2，加入0.115％(w/v)的酵母浸粉和矿物质混合物，所述矿物质混合物的含量为7水合硫酸镁0.2g/L、7水合硫酸亚铁0.01g/L、1水合硫酸锰0.01g/L和氯化钠0.01g/L，通入氮气5min后灭菌。
下述实施例所述丙酮丁醇生产菌为丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)，购于美国ATCC菌种库(ATCCnumber：55025-E604)。
下述实施例所述种子培养基的组成为：每升培养基中含葡萄糖30g、酵母粉2g、胰蛋白胨4g、磷酸二氢钾0.5g、磷酸氢二钾0.5g、乙酸铵2.2g、7水合硫酸镁0.1g、7水合硫酸亚铁0.015g、2水合氯化钙0.015g、1水合硫酸锰0.01g、氯化钴0.02g和硫酸锌0.002g。
下述实施例所述葡萄糖发酵培养基的组成为：每升培养基中含葡萄糖80g、酵母粉1g、磷酸二氢钾0.5g、磷酸氢二钾0.5g、乙酸铵2.2g、含7水合硫酸镁0.2g、7水合硫酸亚铁0.01g、1水合硫酸锰0.01g、氯化钠0.01g、对氨基苯甲酸0.001g、维生素B10.001g和生物素0.00001g。
下述实施例所述玉米秸秆水解液发酵培养基的组成为：每升培养基中含葡萄糖48.4g、木糖15.6g、纤维二糖4.8g、阿拉伯糖2.4g、酵母粉1g、磷酸二氢钾0.5g、磷酸氢二钾0.5g、乙酸铵2.2g、7水合硫酸镁0.2g、7水合硫酸亚铁0.01g、1水合硫酸锰0.01g、氯化钠0.01g、对氨基苯甲酸0.001g、维生素B10.001g和生物素0.00001g。
下述实施例所述丙酮丁醇生产菌的培养和发酵方法为：将种子培养基通入氮气除氧10min，再121℃灭菌30min，冷却至室温，接入丙酮丁醇生产菌37℃培养15h，得到种子液。将发酵培养基121℃灭菌30min，再通入氮气除氧2h，冷却至室温，然后将种子液加入到发酵培养基中37℃发酵，所述种子液占发酵培养基体积的10％，当发酵液pH低于5.0时，加入氨水，使pH调整至5.0以上。
下述实施例所述气提的条件为：气体由下至上垂直流经冷凝管，气体流速为1.5L/min，冷凝温度为0～2℃；
下述实施例所述渗透汽化的条件为：加热温度为70℃，原料液流速为0.5L/min，膜透过液一侧的真空度为0-5KPa，冷凝温度为0-2℃。
下述实施例所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)试剂盒购于美国道康宁公司(Dowcorning)。
下述实施例所述沸石纳米材料(ZSM-5)购于美国ZeolystInternational。
下述实施例所述渗透汽化膜的制备方法为：将ZSM-5在80℃下烘干24h；将聚二甲基硅氧烷(PDMS)试剂盒中的成胶剂基液与固化剂按重量比10：1混合，得到PDMS制膜液；将占PDMS重量80％的ZSM-5与PDMS制膜液混合，用搅拌器将ZSM-5在PDMS制膜液中悬浮均匀，8000r/min离心5min，抽真空除去气泡，再搅拌使ZSM-5颗粒在PDMS中分散均匀，均匀涂抹在玻璃板上，100℃烘干3h，得到渗透汽化膜。
下述实施例所述催化剂Pd/C购于中国赢创(Evonik)。
下述实施例所述化学催化的方法为：将5wt％的Pd/C与12.8gK3PO4混合后装入固定床反应器中，以1mL/h的速度通入5mL甲苯，润洗固定床反应器，所述固定床反应器的直径为10mm，固定床反应器的长度为200mm，将甲苯与分离纯化后的产品按体积比10：1混合，200℃反应生成C5-C19烷酮。
实施例1
一种利用葡萄糖培养基生产C5-C19烷酮的系统及方法：
如图1所示，所述系统包括发酵装置2、气提纯化装置、渗透汽化膜纯化装置、化学催化装置4；
所述气提纯化装置包括冷凝管311、储罐Ⅰ312、泵Ⅰ313、泵Ⅱ314、泵Ⅲ315；
所述渗透汽化膜纯化装置包括加热器321、泵Ⅳ322、分离池323、储罐Ⅱ324、泵Ⅴ325、储罐Ⅲ326；
所述冷凝管311的底部出口与储罐Ⅰ312的顶部入口连接，所述发酵装置2的顶部出口连接在冷凝管311与储罐Ⅰ312连接管路之间，所述冷凝管311的顶部出口通过泵Ⅰ313与发酵装置2连接，所述储罐Ⅰ312的下部出口通过泵Ⅱ314与加热器321的入口Ⅰ连接，所述加热器321的出口通过泵Ⅳ322与分离池323的入口连接，所述分离池323的顶部出口与加热器321的入口Ⅱ连接，所述分离池323的底部出口与储罐Ⅱ324的顶部入口连接，所述储罐Ⅱ324的底部出口通过泵Ⅴ325与储罐Ⅲ326的入口Ⅰ连接，所述储罐Ⅰ312通过泵Ⅲ315与储罐Ⅲ326的入口Ⅱ连接，所述储罐Ⅲ326的出口与化学催化装置4连接。
所述方法包括如下步骤：
按上述方法进行丙酮丁醇生产菌的培养和发酵，当发酵液中丁醇浓度达到0.8％时，开启气提纯化装置，一边发酵，一边气提纯化，当发酵液中葡萄糖浓度降到5g/L时，补加400g/L的葡萄糖继续发酵；
按上述条件进行气提，气提得到的溶液组分为：丁醇15.1％(w/v)、丙酮3.7％(w/v)、乙醇0.9％(w/v)、余量的水；溶液分层后，上层有机相泵入储罐Ⅲ326内，下层进行渗透汽化分离纯化；
按上述条件进行渗透汽化，在储罐Ⅱ324中通过渗透汽化得到的溶液组分为：丁醇44.7％(w/v)、丙酮16.2％(w/v)、乙醇1.1％(w/v)、余量的水；将储罐Ⅱ324中溶液泵入储罐Ⅲ326中，得到的溶液浓度为：丁醇52.5％(w/v)、丙酮10.1％(w/v)、乙醇1.1％(w/v)、余量的水；
按上述方法进行化学催化，将储罐Ⅲ326中溶液与甲苯混合后采用连续式反应，进料流速为1mL/h，进料量与催化剂Pd的液固重量比为2：1，生成C5-C19烷酮的产率(对丙酮的产率g/g)为：2-戊酮0.9％、2-庚酮50％、4-庚酮0.1％、4-壬酮0.5％、十一烷酮24％、十三烷酮1.5％、十五烷酮5.1％、十七烷酮0.6％、十九烷酮0.9％。
实施例2
一种利用葡萄糖培养基生产C5-C19烷酮的系统及方法：
如图2所示，所述系统包括发酵装置2、离心装置331、精馏纯化装置341、化学催化装置4；
所述发酵装置2依次通过离心装置331、精馏纯化装置341与化学催化装置4连接。
所述方法包括如下步骤：
按上述方法进行丙酮丁醇生产菌的培养和发酵，发酵结束后，先通过离心装置331除去发酵液中菌体细胞，再通过精馏纯化装置341纯化发酵液中丁醇、丙酮和乙醇，使其含水量低于10％，将精馏纯化后的产物与甲苯混合后采用连续式反应，进料流速为1mL/h，进料量与催化剂Pd的液固重量比为2：1，生成C5-C19烷酮的产率(对丙酮的产率g/g)为：2-戊酮1.5％、2-庚酮55％、4-庚酮0.6％、4-壬酮0.7％、十一烷酮28％、十三烷酮1.9％、十五烷酮6.7％、十七烷酮1.2％、十九烷酮1.4％。
实施例3
一种利用葡萄糖培养基生产C5-C19烷酮的系统及方法：如图3所示，所述系统与实施例2的区别为：采用多效蒸发纯化装置351代替精馏纯化装置341，得到的C5-C19烷酮的产率与实施例2相同。
实施例4
一种利用实施例2所述系统生产C5-C19烷酮的方法，所述方法与实施例2的区别为：采用批式反应代替连续式反应，生成C5-C19烷酮的产率(对丙酮的产率g/g)为：2-戊酮1.1％、2-庚酮15％、4-庚酮0.8％、4-壬酮1.5％、十一烷酮22％、十三烷酮2.9％、十五烷酮31％、十七烷酮1.1％、十九烷酮19％。
实施例5
一种利用实施例3所述系统生产C5-C19烷酮的方法，所述方法与实施例3的区别为：采用批式反应代替连续式反应，得到的C5-C19烷酮的产率与实施例4相同。
实施例6
一种利用玉米秸秆生产C5-C19烷酮的系统及方法：
如图4所示，所述系统与实施例1的区别为：所述系统还包括原料预处理装置；
所述原料预处理装置包括粉碎装置11、干燥装置12、碱处理装置13、酶解装置14；
所述粉碎装置11依次通过干燥装置12、碱处理装置13、酶解装置14与发酵装置2连接。
所述方法包括如下步骤：
按上述方法进行玉米秸秆的预处理，得到含50g/L的葡萄糖、16g/L的木糖、5g/L纤维二糖和2g/L阿拉伯糖的玉米秸秆水解液；
按上述方法进行丙酮丁醇生产菌的培养和发酵，当发酵液中丁醇浓度达到0.8％时，开启气提纯化装置，一边发酵，一边气提纯化，当发酵液中葡萄糖浓度降到5g/L时，补加玉米秸秆水解液继续发酵；
按上述条件进行气提，气提得到的溶液组分为：丁醇7.5％(w/v)、丙酮3.1％(w/v)、乙醇0.4％(w/v)、余量的水；丁醇浓度小于8％，溶液不分层，直接进行渗透汽化分离纯化；
按上述条件进行渗透汽化，在储罐Ⅱ324中通过渗透汽化得到的溶液组分为：丁醇41.5％(w/v)、丙酮11.9％(w/v)、乙醇0.9％(w/v)、余量的水；
按上述方法进行化学催化，将储罐Ⅱ324中溶液与甲苯混合后采用连续式反应，进料流速为1mL/h，进料量与催化剂Pd的液固重量比为2：1，生成C5-C19烷酮的产率(对丙酮的产率g/g)为：2-戊酮0.8％、2-庚酮47％、4-庚酮0.1％、4-壬酮0.3％、十一烷酮19％、十三烷酮0.9％、十五烷酮4.1％、十七烷酮0.3％、十九烷酮2.1％。
实施例7
一种利用实施例6所述系统生产C5-C19烷酮的方法，所述方法与实施例6的区别为：进料流速为0.5mL/h，生成C5-C19烷酮的产率(对丙酮的产率g/g)为：2-戊酮1.0％、2-庚酮50％、4-庚酮0.1％、4-壬酮0.4％、十一烷酮23％、十三烷酮1.1％、十五烷酮7.1％、十七烷酮0.8％、十九烷酮3.5％。
实施例8
一种利用玉米秸秆生产C5-C19烷酮的系统及方法：
如图5所示，所述系统与实施例2的区别为：所述系统还包括原料预处理装置；
所述原料预处理装置包括粉碎装置11、干燥装置12、碱处理装置13、酶解装置14；
所述粉碎装置11依次通过干燥装置12、碱处理装置13、酶解装置14与发酵装置2连接。
所述方法与实施例2的区别为：所述方法还包括如下步骤：
按上述方法进行玉米秸秆的预处理，得到含50g/L的葡萄糖、16g/L的木糖、5g/L纤维二糖和2g/L阿拉伯糖的玉米秸秆水解液，得到的C5-C19烷酮的产率与实施例2相同。
实施例9
一种利用实施例8所述系统生产C5-C19烷酮的方法，所述方法与实施例8的区别为：采用批式反应代替连续式反应，得到的C5-C19烷酮的产率与实施例4相同。
实施例10
一种利用玉米秸秆生产C5-C19烷酮的系统及方法：
如图6所示，所述系统与实施例3的区别为：所述系统还包括原料预处理装置；
所述原料预处理装置包括粉碎装置11、干燥装置12、碱处理装置13、酶解装置14；
所述粉碎装置11依次通过干燥装置12、碱处理装置13、酶解装置14与发酵装置2连接。
所述方法与实施例3的区别为：所述方法还包括如下步骤：
按上述方法进行玉米秸秆的预处理，得到含50g/L的葡萄糖、16g/L的木糖、5g/L纤维二糖和2g/L阿拉伯糖的玉米秸秆水解液，得到的C5-C19烷酮的产率与实施例2相同。
实施例11
一种利用实施例10所述系统生产C5-C19烷酮的方法，所述方法与实施例10的区别为：采用批式反应代替连续式反应，得到的C5-C19烷酮的产率与实施例4相同。

Claims (10)

1.一种生产C5-C19烷酮的系统，其特征在于：所述系统包括发酵装置、产物分离纯化装置、化学催化装置，所述发酵装置通过产物分离纯化装置与化学催化装置连接；
所述产物分离纯化装置为气提纯化装置、渗透汽化膜纯化装置、吸附纯化装置、蒸汽渗透纯化装置、液液萃取纯化装置、离心装置、多效蒸发纯化装置和精馏纯化装置中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括原料预处理装置；
所述原料预处理装置依次通过发酵装置、产物分离纯化装置与化学催化装置连接；
所述原料预处理装置为吸附装置、粉碎装置、气爆装置、干燥装置、酸处理装置、碱处理装置、臭氧分解装置、热水处理装置、氨纤维爆破装置、超声处理装置、微波处理装置和酶解装置中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述发酵装置内设有气泡分散器。
4.一种利用权利要求1、2或3所述系统生产C5-C19烷酮的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
①将原料与丙酮丁醇生产菌通过发酵装置发酵，可以在发酵过程中边发酵边分离纯化发酵产物，也可以在发酵结束后分离纯化发酵产物，所述原料为葡萄糖、未经预处理的糖蜜、预处理的糖蜜或预处理的秸秆；
②将步骤①分离纯化后的发酵产物与催化剂通过化学催化装置化学催化得到C5-C19的烷酮。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述秸秆预处理后所得产品中主要组分为葡萄糖、木糖、果糖、阿拉伯糖、纤维二糖和半乳糖中的至少一种，总糖浓度为50-150g/L。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述糖蜜预处理后所得产品中主要组分为蔗糖，总糖浓度为50-150g/L。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述丙酮丁醇生产菌为丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、大肠杆菌、热纤梭菌或酪丁酸梭菌。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述分离纯化后的发酵产物为丁醇、丙酮、乙醇和水，所述丁醇浓度为400g/L以上，所述丙酮浓度为100g/L以上，所述乙醇浓度为8g/L以上。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述催化剂为Pd、Ru、Pt或Ir，与催化剂混合的碱性固体为K3PO4、KOH、K2CO3、KH2PO4、NaHPO4或Ba(OH)28H2O，所述催化剂占碱性固体重量的5-100％。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述C5-C19烷酮为2-戊酮、2-庚酮、4-庚酮、4-壬酮、十一烷酮、十三烷酮、十五烷酮、十七烷酮和十九烷酮。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110267742A (zh) * 2017-01-11 2019-09-20 汉阳大学校产学协力团 用于从生物质的发酵产物中制备脂肪族酮的催化剂及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101805754A (zh) * 2010-03-31 2010-08-18 南京工业大学 生物质发酵与渗透汽化耦合原位分离丙酮、丁醇和乙醇的工艺
CN102911854A (zh) * 2012-09-29 2013-02-06 大连理工大学 一种分离纯化丁醇和丙酮的装置及方法
CN103370419A (zh) * 2010-12-23 2013-10-23 科莱恩产品（德国）有限公司 通过发酵生物质和沸石催化用于制备有机化合物的方法
CN103917512A (zh) * 2011-05-27 2014-07-09 加利福尼亚大学董事会 将发酵混合物转化为燃料的方法
CN105308015A (zh) * 2013-04-26 2016-02-03 加利福尼亚大学董事会 燃料制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101805754A (zh) * 2010-03-31 2010-08-18 南京工业大学 生物质发酵与渗透汽化耦合原位分离丙酮、丁醇和乙醇的工艺
CN103370419A (zh) * 2010-12-23 2013-10-23 科莱恩产品（德国）有限公司 通过发酵生物质和沸石催化用于制备有机化合物的方法
CN103917512A (zh) * 2011-05-27 2014-07-09 加利福尼亚大学董事会 将发酵混合物转化为燃料的方法
CN102911854A (zh) * 2012-09-29 2013-02-06 大连理工大学 一种分离纯化丁醇和丙酮的装置及方法
CN105308015A (zh) * 2013-04-26 2016-02-03 加利福尼亚大学董事会 燃料制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110267742A (zh) * 2017-01-11 2019-09-20 汉阳大学校产学协力团 用于从生物质的发酵产物中制备脂肪族酮的催化剂及其制备方法
CN110267742B (zh) * 2017-01-11 2022-09-13 汉阳大学校产学协力团 用于从生物质的发酵产物中制备脂肪族酮的催化剂及其制备方法

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