CN111684050A - 用于从气流中过滤成分的整合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于从含有可能对发酵过程有害的一种或多种成分的气体来源产生可发酵气流的方法。为了产生所述可发酵气流，所述气流传递通过一系列专门排序的去除模块。所述去除模块去除和/或转化在所述气流中发现的可能对下游去除模块存在有害影响和/或对下游气体发酵微生物存在抑制作用的各种成分。在不抑制发酵过程的情况下，所述可发酵气流的至少一部分优选地能够传递到含有气体发酵微生物的生物反应器。

Description

用于从气流中过滤成分的整合方法
相关申请的交叉引用
本申请要求分别于2018年2月12日提交的美国临时申请第62/629,160号和于2018年4月12日提交的美国临时申请第62/656,813号的权益，所述美国临时申请的内容特此通过引用并入。
技术领域
本发明涉及用于从气流中去除成分的系统和方法。具体地，本发明涉及从气流中去除可能对随后去除模块和/或下游过程中的气体发酵微生物有害的成分。
背景技术
迫切需要大幅度减少与全球化石燃料消耗相关联的排放以限制气候变化。然而，碳基材料、化学品和运输燃料主要由化石来源制成，并且目前没有替代来源足以代替所述化石来源。
固定二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)的气体发酵微生物可以减轻这种依赖性的影响，因为所述气体发酵微生物可以将气态碳转化为有用的燃料和化学品。
气体发酵微生物可以利用广泛的原料，包含任何种类的气化有机物质(即，城市固体废物、工业废物、生物质和农业废物残留物)或工业尾气(即，来自炼钢厂或其它加工厂)。
由于过程变量和过程原料中的微量元素，产生这些气流的广泛的行业总是会引入杂质。这些杂质可能会影响气体发酵微生物的下游转化性能。例如，可以存在如氰化氢(HCN)、氨(NH3)、氮氧化物(NOx)等单氮物种以及其它已知酶抑制气体，如乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)、BTEX(苯、甲苯、苯乙烷、二甲苯)和氧气(O2)。气体中的硫化合物，如硫化氢(H2S)、羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)可以进而对基于催化剂的洗涤系统产生负面影响。
对于许多上述化合物，存在可商购的去除系统；然而，这些系统还没有用于微生物气体发酵。作为下游过程，微生物气体发酵是常规催化转化技术的相对新型替代方案并且相对具体的杂质限制。为了确保成功的无抑制气体发酵，必须完成这些气体的净化。
用于气体发酵的清洁气体有三个主要问题，包含(1)过量消耗微生物发酵期望的反应物化合物；(2)反应形成将充当微生物抑制剂的其它不希望的化合物；以及(3)将原料流中的抑制性化合物减少到足够低的水平，以确保成功的无抑制气体发酵。
因此，仍然需要一种发明，所述发明策略性净化来自工业过程或其它过程的气流以为下游发酵过程提供合适的气体，同时还避免了上述问题。
发明内容
本发明提供了一种用于从输入气流中产生可发酵气流的方法，所述输入气流包括CO、CO2、或H2或其组合，其中所述方法包括：将所述输入气流传递到水解模块，其中去除和/或转化所述气流的至少一种成分以提供后水解气流；将所述后水解气流传递到酸性气体去除模块，其中去除和/或转化所述气流的至少一种另外的成分以产生酸性气体耗尽流；将所述酸性气体耗尽流传递到脱氧模块，其中去除和/或转化至少一种另外的成分以产生可发酵气流。这些去除过程的顺序对于成功生产适于发酵的气流至关重要。
在至少一个实施例中，所去除的至少一种成分是微生物抑制剂和/或催化剂抑制剂。
在特定实施例中，由所述水解模块去除和/或转化的所述成分中的至少一种或多种成分是羰基硫(COS)和/或氰化氢(HCN)。
由所述酸性气体去除模块去除和/或转化的所述成分可以选自由以下组成的组：二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和氰化氢(HCN)。
在特定实施例中，由所述脱氧模块去除和/或转化的所述成分中的至少一种或多种成分是氧气(O2)和/或乙炔(C2H2)。
在某些实例中，所述水解模块被绕过，并且所述输入气流递送到所述酸性气体去除模块。
所述方法可以进一步包含催化加氢模块。在利用催化加氢模块的实施例中，所述酸性气体耗尽流在被传递到所述脱氧模块之前被传递到催化加氢模块，其中在被传递到所述脱氧模块之前去除和/或转化来自所述酸性气体耗尽流的至少一种成分。由所述催化加氢模块去除和/或转化的至少一种成分是乙炔(C2H2)。
所述方法可以包含至少一个选自由包括以下的组的另外的模块：微粒去除模块、氯化物去除模块、焦油去除模块、氰化氢去除模块、另外的酸性气体去除模块、温度模块和压力模块。
在特定情况中，另外的酸性气体去除模块是变压吸附(PSA)模块。
在特定实例中，所述方法包含用于测量气流中的成分水平的监测装置。一个或多个监测装置可以放置在一个或多个模块之前和/或之后。在某些情况下，所述方法能够根据所述气流中的一种或多种成分的水平绕过一个或多个模块。
所述方法可以包含能够接收后脱氧气流的氰化氢去除模块。氰化氢去除模块可以在将气流传递到生物反应器之前从气流中去除氰化氢的至少一部分。
优选地，在被传递到生物反应器之前，将成分水平降低到预定水平，使得气流可发酵。在特定实施例中，预定的成分水平包括不超过百万分之一百(100ppm)的氧气(O2)、百万分之一(1ppm)的氰化氢(HCN)和百万分之一(1ppm)的乙炔(C2H2)。在某些情况下，预定的成分水平包括不超过十亿分之一百(100ppb)的氰化氢(HCN)。
生物反应器可以含有培养物，所述培养物包括发酵液和一种或多种微生物。在特定实施例中，所述一种或多种微生物是一氧化碳营养菌(carboxydotrophic bacterium)。
代替将经过处理的气流传递到生物反应器或在此之前，所述方法能够将经过处理的气流送到碳捕获装置。
在特定实施例中，所述方法能够从一个或多个来源接收气流。气流的至少一部分可以源自工业来源。另外，气流的至少一部分可以是合成气。此外，气流的至少一部分可以是发生炉煤气。
在特定实施例中，本发明提供了一种用于产生可发酵气流的方法，其中所述方法包括在气体处理过程中处理气流以从气流中去除一种或多种不希望的成分，所述气流包括CO、CO2、或H2，其中处理气流的步骤包括：将所述气流传递到水解模块，其中转化气流中的至少一种成分以提供后水解流；将所述后水解流传递到酸性气体去除模块，其中去除所述流中的至少一种另外的成分以提供酸性气体耗尽流；以及将所述酸性气体耗尽流传递到脱氧模块，其中转化至少一种另外的成分以提供可发酵气流。
优选地，所述可发酵气流包括在通过处理过程传递之前，与输入气流相比的氧气(O2)、氰化氢(HCN)和乙炔(C2H2)的耗尽水平。
在一个实施例中，可发酵气态底物包括小于百万分之一百(100ppm)的氧气(O2)。
在一个实施例中，可发酵气态底物包括小于百万分之一(1ppm)的氰化氢(HCN)。优选地，可发酵气态底物包括小于十亿分之一百(100ppb)的氰化氢(HCN)。
在一个实施例中，可发酵气态底物包括小于百万分之一(1ppm)的乙炔(C2H2)。
在各个实施例中，所述方法利用一种或多种专用催化剂从输入气流中产生可发酵气流。优选地，专用催化剂用于将氧气减少到小于100ppm、将乙炔减少到小于1ppm以及将氰化氢减少到小于1ppm。在某些情况下，专用催化剂包括如以下等高表面积催化剂上的经过还原的铜金属：二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、二氧化铈、氧化镧、二氧化硅-氧化铝、碳或本领域的技术人员已知的许多其它材料。在某些情况下，所用的专用催化剂是氧化铝负载铜(I)。在某些情况下，专用催化剂包括经过硫化的氧化铝负载铜(I)，使得所述专用催化剂耐硫。在某些情况下，专用催化剂包括氧化铝负载铜(II)。在某些情况下，专用催化剂包括经过硫化的氧化铝负载铜(II)，使得所述专用催化剂耐硫。优选地，专用催化剂包括在处理具有高硫含量的输入气流时的经过硫化的氧化铝负载铜。
在各个实施例中，所述方法接收输入流，所述输入流包括处于各种水平的各种成分。在某些情况下，输入气流包括至多7000ppm的氧气、至多700ppm的乙炔和至多60ppm的氰化氢，这些可以表示从炼钢厂接收的气体。在某些情况下，输入流包括至多10,000ppm的氧气、至多1500ppm的乙炔和至多500ppm的氰化氢，这些可以表示来自气化过程的气流(生物质或城市固体废物)或经过处理的焦炉煤气。优选地，所述方法消耗所述输入气流中小于10％的一氧化碳。在某些情况下，所述方法可以在压力下执行。例如，所述方法可以在至少138kPag的压力下执行。
可以将可发酵气流的至少一部分提供给含有C1固定型微生物的培养物的生物反应器。优选地，C1固定型微生物是一氧化碳营养菌。一氧化碳营养菌可以选自由包括以下的组：穆尔氏菌属(Moorella)、梭菌属(Clostridium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、醋酸杆菌属(Acetobacterium)、优杆菌属(Eubacterium)、丁酸杆菌属(Butyribacterium)、产醋杆菌属(Oxobacter)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)。
优选地，一氧化碳营养菌是产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)。
在某些情况下，工业来源选自由以下组成的组：如炼钢厂制造等黑色金属产品制造、有色金属产品制造、石油精炼、煤气化、电力生产、炭黑生产、氨生产、甲醇生产和焦炭生产。
在某些情况下，合成气来源选自由以下组成的组：煤或精炼厂残留物的气化、生物质或木质纤维素材料的气化、天然气的重整以及城市固体废物或工业固体废物的气化。
附图说明
图1示出了描绘水解模块、酸性气体去除模块和脱氧模块的整合的过程整合方案。
图2示出了根据本发明的一方面的描绘绕过水解模块的过程整合方案。
图3示出了根据本发明的一方面的进一步包含催化加氢模块和绕过功能的过程整合方案。
图4示出了根据本发明的一方面的进一步包含一个或多个另外的模块和绕过功能的过程整合方案。
具体实施方式
发明人已鉴别通过整合一系列去除模块，可以从气体中去除将会抑制下游去除模块和/或下游发酵过程的某些成分。具体地，发明人已鉴别用于定位去除模块以确保成功产生适合于发酵的气流的关键顺序。此外，发明人发现这些模块在不会消耗大量希望的化合物或产生不希望的化合物的情况下在去除抑制性成分方面是有效的。
定义
除非另有定义，否则贯穿本规范所使用的以下术语定义如下：
术语“气化”等应被解释为将有机或化石燃料基含碳材料转化为一氧化碳(CO)、氢气(H2)和二氧化碳(CO2)的过程。
术语“合成气”应被解释为意指通常用于化学品合成生产的气流。
术语“发生炉煤气”应被解释为意指通常用作用于产生热和/或电力的能源的气流。
在与发酵过程相关使用时，术语“提高效率”、“提高的效率”等包含但不限于提高催化发酵的微生物的生长速率、增加的产物浓度下的生长和/或产物生产率、每消耗底物体积产生的期望产物的体积、期望产物的生产速率或生产水平以及与发酵的其它副产物相比产生的期望产物的相对比例中的一种或多种。
当在本文使用时，“包括一氧化碳的气态底物”、“包含一氧化碳的气流”等包含任何含有一氧化碳的气体。气流通常含有相当大比例的CO，优选地按体积计为至少约5％到约100％。
虽然底物不需要含有任何氢气，但是根据本发明的方法，H2的存在不应该对产物和/或副产物的形成有害。在特定实施例中，氢气的存在导致醇类生产的整体效率提高。例如，在特定实施例中，气流可以包括H2:CO的比例在约2:1或1:1或1:2。在一个实施例中，气流包括按体积计约30％或更小的H2、按体积计20％或更小的H2、按体积计约15％或更小的H2或按体积计约10％或更小的H2。在其它实施例中，气流包括低浓度的H2，例如小于5％、或小于4％、或小于3％、或小于2％、或小于1％或基本上不含氢气。气流还可以含有一些CO2，例如按体积计约1％到约80％的CO2或按体积计1％到约30％的CO2。在一个实施例中，气流包括按体积计小于或等于约20％的CO2。在特定实施例中，气流包括按体积计小于或等于约15％的CO2、按体积计小于或等于约10％的CO2、按体积计小于或等于约5％的CO2或者基本上不含CO2。
“气流”是指能够被例如从一个模块传递到另一个模块、从一个模块传递到生物反应器和/或从一个模块传递到碳捕获装置的底物的任何流。
如本文所用的“反应物”是指在化学反应期间参与并且经历变化的物质。在特定实施例中，反应物包含但不限于CO和/或H2。
如本文所用的“微生物抑制剂”是指减缓或阻止特定化学反应或包含微生物发酵的其它过程的一种或多种成分。在特定实施例中，微生物抑制剂包含但不限于氧气(O2)、氰化氢(HCN)、乙炔(C2H2)和BTEX(苯、甲苯、苯乙烷、二甲苯)。
如本文所用的“催化剂抑制剂”、“吸附剂抑制剂”等是指降低或阻止期望的化学反应的一种或多种物质。在特定实施例中，催化剂和/或吸附剂抑制剂可以包含但不限于硫化氢(H2S)和羰基硫(COS)。
“去除模块”、“净化模块”、“处理模块”等包含能够从气流中转化和/或去除微生物抑制剂和/或催化剂抑制剂的技术。
如本文所用的术语“成分”、“污染物”等是指可能存在于气流中的反应物、微生物抑制剂和/或催化剂抑制剂。
术语“经过处理的气体”是指已经通过至少一个去除模块并且已经去除和/或转化了一种或多种成分的气流。
如本文所用的术语“预定水平”、“预定成分水平”等是指在气流中被视为可接受的一种或多种成分的量。本文所述的预定水平通过执行微生物耐受性实验来鉴别。
如本文所用的术语“可发酵气态底物”、“可发酵气流”等是指含有预定成分水平并且能够被C1固定型微生物用作碳源的气流。
如本文所用的术语“碳捕获”是指封存来自包括CO2和/或CO的流的包含CO2和/或CO的碳化合物，并且进行以下：
将CO2和/或CO转化为产物；或者
将CO2和/或CO转化为适用于长期存储的物质；或者
将CO2和/或CO俘获在适用于长期存储的物质中；
或者这些过程的组合。
术语“生物反应器”包含由一个或多个容器和/或塔或管道布置组成的发酵装置，所述发酵装置包含连续搅拌釜反应器(CSTR)、固定化细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、鼓泡塔、气举发酵罐(Gas Lift Fermenter)、静态混合器、循环环管反应器(circulated loop reactor)、如中空纤维膜生物反应器(HFM BR)等膜反应器或适用于气液接触的其它容器或其它装置。反应器优选适于接收包括CO或CO2或H2或其混合物的可发酵气流。反应器可以包括并联或串联的多个反应器(级)。例如，反应器可以包括第一生长反应器和第二发酵反应器，细菌在所述第一生长反应器中培养，来自生长反应器的发酵液可以进给到所述第二发酵反应器中，并且大部分发酵产物可以在所述第二发酵反应器中产生。
“营养培养基(Nutrient media或Nutrient medium)”用于描述细菌生长培养基。通常，此术语是指含有营养物和其它适于微生物培养物生长的组分的培养基。术语“营养物”包含可以用于微生物代谢途径的任何物质。示例性营养物包含钾、维生素B、微量金属和氨基酸。
术语“发酵液”或“培养液”旨在涵盖包含营养物培养基和培养物或一种或多种微生物的组分的混合物。应注意，在整个文件中，术语微生物和术语细菌可以互换使用。
如本文所用的术语“酸”包含羧酸和相关联的羧酸阴离子两者，如在如本文所述的发酵液中存在的游离乙酸和乙酸盐的混合物。发酵液中分子酸与羧酸盐的比例取决于系统的pH。另外，术语“乙酸盐”包含单独的乙酸盐和分子或游离乙酸和乙酸盐的混合物，如在如本文所述的发酵液中存在的乙酸盐和游离乙酸的混合物。
如本文所用的术语“酸性气体”是含有使得气体呈酸性的量的成分的混合物的气体的类别。酸性气体可以含有大量的硫化氢(H2S)和/或二氧化碳(CO2)。另外，酸性气体可以含有一定比例的羰基硫(COS)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)和/或氰化氢(HCN)。
术语“期望组成”用于指物质中组分(例如，气流)的期望水平和类型。更具体地，如果气体含有特定组分(即CO和/或CO2)和/或含有特定水平的特定组分和/或不含特定组分(即对微生物有害的污染物)和/或不含特定水平的特定组分，则所述气体被视为具有“期望组成”。在确定气流是否具有期望组成时，可以考虑多于一种成分。优选地，送入生物反应器的气流是可发酵的，使得所述气流具有期望组成。
除非上下文另有要求，否则如本文所用的短语“发酵”、“发酵过程”或“发酵反应”等旨在涵盖气态底物的生长阶段和产物生物合成阶段两者。
“微生物”是一种微小的有机体，尤其是细菌、古菌(archea)、病毒或真菌。本发明的微生物通常是细菌。如本文所使用，“微生物”的叙述应理解为涵盖“细菌”。
“亲本微生物”是用于产生本发明微生物的微生物。亲本微生物可以是天然存在的微生物(即，野生型微生物)或先前已被修饰的微生物(即，突变体或重组微生物)。本发明的微生物可以被修饰为表达或过表达一种或多种在亲本微生物中未表达或未过表达的酶。类似地，本发明的微生物可以被修饰为含有亲本微生物不含的一个或多个基因。本发明的微生物还可以被修饰为不表达或表达在亲本微生物中表达的较低量的一种或多种酶。在一个实施例中，亲本微生物是产乙醇梭菌、永达尔梭菌(Clostridium ljungdahlii)或拉氏梭菌(Clostridium ragsdalei)。在优选的实施例中，亲本微生物是产乙醇梭菌LZ1561，其于2010年6月7日根据《布达佩斯条约(Budapest Treaty)》条款于2010年6月7日保藏在位于德国不伦瑞克市(Braunschwieg)Inhoffenstraβ7B,D-38124的德国微生物和细胞培养物保藏中心(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH)，并给予保藏登记号DSM23693。公开为WO 2012/015317的国际专利申请第PCT/NZ2011/000144号中描述了此菌株。
术语“源自”表示核酸、蛋白质或微生物由不同的(即，亲本或野生型)核酸、蛋白质或微生物修饰或改编，从而产生新的核酸、蛋白质或微生物。此类修饰或改编通常包含核酸或基因的插入、缺失、突变或替换。通常，本发明的微生物源自亲本微生物。在一个实施例中，本发明的微生物源自产乙醇梭菌、永达尔梭菌或拉氏梭菌。在优选的实施例中，本发明的微生物源自保藏在DSMZ下的登记号为DSM23693的产乙醇梭菌LZ1561。
“伍德-扬达尔(Wood-Ljungdahl)”是指碳固定的伍德-扬达尔途径，例如，由Ragsdale,《生物化学与生物物理学报(Biochim Biophys Acta)》,1784:1873-1898,2008所描述。“伍德-扬达尔微生物”可预见地指含有伍德-扬达尔途径的微生物。一般来说，本发明的微生物含有天然的伍德-扬达尔途径。在本文中，伍德-扬达尔途径可以是原生的未经修饰的伍德-扬达尔途径，或者也可以是经过一定程度的基因修饰(即，过表达、异源表达、敲除等)的伍德-扬达尔途径，只要所述伍德-扬达尔途径仍然能够将CO、CO2和/或H2转化为乙酰辅酶A。
“C1”是指一碳分子，例如CO、CO2、CH4或CH3OH。“C1含氧化合物”是指还包括至少一个氧原子的一碳分子，例如CO、CO2或CH3OH。“C1碳源”是指充当本发明的微生物的部分或唯一碳源的一种碳分子。例如，C1碳源可以包括以下中的一种或多种：CO、CO2、CH4、CH3OH或CH2O2。优选地，C1碳源包括CO和CO2中的一种或两种。“C1固定型微生物”是能够从C1-碳源产生一种或多种产物的微生物。通常，本发明的微生物是C1固定型细菌。
“厌氧菌”是不需要氧气即可生长的微生物。如果氧气含量超过一定阈值，则厌氧菌可能会产生不良反应或者甚至死亡。然而，一些厌氧菌能够耐受低水平的氧气(即，0.000001-5％的氧气)。通常，本发明的微生物是厌氧菌。
“产乙酸菌”是专性厌氧细菌，其利用伍德-扬达尔途径作为其节能和合成乙酰辅酶A和乙酰辅酶A衍生产物(如乙酸盐)的主要机制(Ragsdale,《生物化学与生物物理学报》,1784:1873-1898,2008)。具体来说，产乙酸菌使用伍德-扬达尔途径作为(1)用于从CO2还原合成乙酰辅酶A的机制，(2)末端电子接受、节能过程，(3)在细胞碳合成中固定(同化)CO2的机制(Drake,产乙酸原核生物,《原核生物(The Prokaryotes)》第3版,第354页,纽约,纽约州,2006)。所有天然存在的产乙酸菌都是C1固定型、厌氧的、自养的和非甲烷氧化的。通常，本发明的微生物是产乙酸菌。
“产乙醇菌”是产生或能够产生乙醇的微生物。通常，本发明的微生物是产乙醇菌。
“自养生物”是能够在不存在有机碳的情况下生长的微生物。相反，自养生物使用无机碳源，如CO和/或CO2。通常，本发明的微生物是自养生物。
“羧基营养菌(carboxydotroph)”是能够利用CO作为碳和能量的唯一来源的微生物。通常，本发明的微生物是羧基营养菌。
“甲烷氧化菌”是能够利用甲烷作为碳和能量的唯一来源的微生物。在某些实施例中，本发明的微生物是甲烷氧化菌或衍生自甲烷氧化菌。在其它实施例中，本发明的微生物不是甲烷氧化菌或不衍生自甲烷氧化菌。
“底物”是指本发明微生物的碳和/或能量的来源。通常，底物呈气态并且包括C1碳源，例如CO、CO2和/或CH4。优选地，底物包括CO或CO+CO2的C1碳源。底物可以进一步包括其它非碳组分，如H2、N2或电子。
术语“共底物”是指虽然不一定作为产物合成的主要能量和材料的来源，但是在添加到如主要底物时可以用于产物合成的物质。
底物和/或C1碳源可以是作为工业过程的副产品获得的废气，也可以是其它来源的废气，如汽车废气或生物质气化所产生的废气。在某些实施例中，工业过程选自由以下组成的组：如炼钢厂制造等黑色金属产品制造、有色金属产品制造、石油精炼、煤气化、电力生产、炭黑生产、氨生产、甲醇生产和焦炭生产。在这些实施例中，可以使用任何便利的方法从工业过程中捕获底物和/或C1碳源，然后将这些排放到大气中。
底物和/或C1碳源可以源自多个来源，例如来自用于铝、铜和/或铁合金的生产和/或精炼、地质油藏和催化过程(源自蒸汽来源，包含但不限于蒸汽甲烷重整、蒸汽石脑油重整、石油焦气化、催化剂再生-流体催化剂裂化、催化剂再生-石脑油重整和干燥甲烷重整)的工业过程，包含来自糖类发酵的气体排放、气体发酵、来自水泥制造、纸浆制造和造纸、炼钢、炼油和相关联过程的气体排放、石化生产、焦炭生产、厌氧或好氧消化、通常用于发热和/或发电的发生炉煤气、合成气(源自包含但不限于以下来源：生物质、液体废物流、固体废物流、市政流(municipal stream)、化石资源，包含天然气、煤和油)、天然气提取、石油提取、冶金过程。在一些情况下，底物和/或C1碳源可以源自两种或两种以上来源的组合。
底物的组成可能对反应的效率和/或成本有重大影响。例如，氧气(O2)的存在可能会降低厌氧发酵过程的效率。取决于底物的组成，可能需要处理、擦洗或过滤所述底物以去除任何不期望杂质(如毒素、不期望的组分、微生物抑制剂或灰尘颗粒)和/或增加期望组分的浓度。
在某些实施例中，发酵在不存在碳水化合物底物(如糖、淀粉、木质素、纤维素或半纤维素)的情况下进行。
本发明的微生物可以用气流培养以产生一种或多种产物。例如，本发明的微生物可以产生或可以被工程化以产生乙醇(WO 2007/117157)、乙酸盐(WO 2007/117157)、丁醇(WO 2008/115080和WO 2012/053905)、丁酸盐(WO 2008/115080)、2,3-丁二醇(WO 2009/151342和WO 2016/094334)、乳酸(WO 2011/112103)、丁烯(WO 2012/024522)、丁二烯(WO2012/024522)、甲基乙基酮(2-丁酮)(WO 2012/024522和WO 2013/185123)、乙烯(WO 2012/026833)、丙酮(WO 2012/115527)、异丙醇(WO 2012/115527)、脂质(WO 2013/036147)、3-羟基丙酸酯(3-HP)(WO 2013/180581)、异戊二烯(WO 2013/180584)、脂肪酸(WO 2013/191567)、2-丁醇(WO 2013/185123)、1,2-丙二醇(WO 2014/036152)、1-丙醇(WO 2014/0369152)、分支酸盐衍生的产物(WO 2016/191625)、3-羟基丁酸(WO 2017/066498)和1,3-丁二醇(WO 2017/0066498)。除了一种或多种这些目标产物以外，本发明的微生物还可以产生乙醇、乙酸盐和/或2,3-丁二醇。在某些实施例中，微生物生物质本身可以被视为产物。可以进一步转化这些产物中的一种或多种产物以产生柴油、喷气燃料和/或汽油中的至少一种组分。
“天然产物”是由未经过基因修饰的微生物产生的产物。例如，乙醇、乙酸盐和2,3-丁二醇是产乙醇梭菌、永达尔梭菌和拉氏梭菌的天然产物。“非天然产物”是由经基因修饰的微生物产生的，而不是由经基因修饰的微生物来源于的未经过基因修饰的微生物产生的产物。
“选择性”是指目标产物的产量与微生物产生的所有发酵产物的产量的比率。可以将本发明的微生物工程改造成以一定的选择性或最小的选择性产生产物。在一个实施例中，目标产物占由本发明的微生物产生的所有发酵产物的至少约5％、10％、15％、20％、30％、50％或75％。在一个实施例中，目标产物占由本发明微生物产生的全部发酵产物的至少10％，使得本发明微生物对目标产物的选择性为至少10％。在另一个实施例中，目标产物占由本发明的微生物产生的所有发酵产物的至少30％，使得本发明的微生物对目标产物的选择性为至少30％。
通常，在生物反应器中执行培养。术语“生物反应器”包含由一个或多个容器、塔或管路布置组成的培养/发酵装置，如连续搅拌釜反应器(CSTR)、固定化细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、鼓泡塔、气举发酵罐、静态混合器或适合气液接触的其它容器或其它装置。在一些实施例中，生物反应器可以包括第一生长反应器和第二培养/发酵反应器。可以将底物提供给这些反应器中的一个或两个。如本文所使用的，术语“培养”与“发酵”可以互换使用。这些术语涵盖了培养/发酵过程的生长阶段和产物生物合成阶段。
培养通常在含有足以允许微生物生长的营养物、维生素和/或矿物质的水性培养基中维持。优选地，水性培养基是厌氧微生物生长培养基，如基本厌氧微生物生长培养基。合适的培养基是所属领域中众所周知的。
理想地，培养/发酵应在适当条件下进行，以便产生目标产物。通常，培养/发酵在厌氧条件下进行。需要考虑的反应条件包含压力(或分压)、温度、气体流速、液体流速、培养基的pH值、培养基的氧化还原电势、搅拌速率(如果使用连续搅拌釜反应器)、接种水平、确保液相中的气体不会受到限制的最大气体底物浓度以及可避免产物被抑制的最大产物浓度。具体来说，可以控制底物的引入速率来确保液相中的气体的浓度不会变成限制因素，因为在气体限制条件下培养会消耗产物。
在高压下操作生物反应器允许增加气体从气相到液相的传质速率。因此，在高于大气压力的压力下执行培养/发酵通常是优选的。而且，由于给定的气体转化率在某种程度上随底物保留时间而变并且保留时间指示生物反应器的所需体积，所以使用加压系统可以大大减小所需生物反应器的体积，并且因此降低培养/发酵设备的资金成本。这进而意味着当将生物反应器保持在高压而不是大气压下时，可以减少保留时间，所述保留时间被定义为生物反应器中的液体体积除以输入气体流速。最佳反应条件将部分取决于所使用的特定微生物。然而，通常，优选地在高于大气压的压力下进行发酵。同样，由于给定的气体转化率部分取决于底物保留时间和达到期望的保留时间，而实现期望的保留时间进而决定了生物反应器的所需体积，因此使用加压系统可以大大减少生物反应器的体积，因此，发酵装置的资金成本大大减少。
可以使用本领域已知的任何方法或方法组合从发酵液中分离或净化目标产物，所述方法包含例如分馏、真空蒸馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵(包含例如液-液萃取)。在某些实施例中，通过从生物反应器中不断去除培养液的一部分、从培养液分离微生物细胞(宜通过过滤)和从培养液中回收一种或多种目标产物而从发酵液中回收目标产物。可以例如通过蒸馏回收醇类和/或丙酮。可以例如通过吸附于活性炭来回收酸类。优选使分离的微生物细胞返回到生物反应器。同样优选使去除目标产物之后剩余的无细胞渗透物返回到生物反应器。可以将另外的营养物(如维生素B)添加到无细胞渗透物中来补给培养基，随后使其返回到生物反应器。
描述
发明人惊讶地发现，通过以精确的顺序将各种模块整合在一起，可以逐步从气流中转化和/或去除各种气体成分，其中如果成分可能对下游模块有害，则在上游将所述成分从那些模块中去除和/或转化，然后允许随后去除其它气体成分，并且稍后将可发酵气流进给到生物反应器，在所述生物反应器中，气体可以被气体发酵微生物处理以产生有用的产物。在不消耗期望化合物并且不产生其它不期望化合物的情况下实现这些成分的转化和/或去除。在特定实施例中，可以将可发酵气流传递到碳捕获装置以供储存。
在特定实施例中，连续将气流传递到以下模块以处理以下：(1)水解；(2)酸性气体去除；(3)催化加氢；以及(4)脱氧。气体通过的顺序对成功产生可发酵气流至关重要。可以利用每个模块来去除和/或转化气流中的一种或多种成分。
水解模块
氰化氢(HCN)和羰基硫(COS)是两种预期成分，其首先需要与水发生化学反应，然后才能成功地从气流中去除。发明人已经发现，在利用高硫气流的应用中，可能需要将COS转化为硫化氢(H2S)，因为许多商业方法无法高效地去除呈COS形式的硫。此转化根据以下反应发生：
Figure BDA0002618705920000161
此转化可以使用任何能够将COS转化为H2S的技术实现。在各个实施例中，水解模块利用金属氧化物催化剂来执行转化。在特定实施例中，使用氧化铝催化剂来执行转化。
在特定实施例中，水解步骤可以包含用于转化COS和去除H2S的多床方法(multibed approach)。在特定实施例中，第一床利用转化床，由此将COS转化为H2S。此类转化床实例包含BASF SELEXSORBTM COS。在特定实施例中，第二床利用铁基吸附剂，如以商品名称“AxTrap 4001”出售的高容量无害颗粒介质，所述高容量无害颗粒介质去除H2S。
在特定实施例中，将气流进给到水解模块，以从气流中转化和/或去除一种或多种成分。在某些情况下，在选自包括以下的组的至少一种成分中耗尽后水解气流：COS和/或HCN。
酸性气体去除模块
酸性气体去除是指从气流中分离硫化氢(H2S)和/或二氧化碳(CO2)以及其它酸性气体的过程。
在某些情况下，酸性气体去除模块利用氧化锌(ZnO)催化剂从气流中去除硫化氢(H2S)。
在特定实施例中，变压吸附(PSA)用作酸性气体去除模块。在特定实施例中，变压吸附不会将每种成分水平降低到期望水平，并且因此可能需要随后步骤。在特定实施例中，在变压吸附之前利用烃去除床来去除一种或多种成分，包含BTEX。
变压吸附是可以用于净化气体以通过在高压下通过固定床中容器中含有的适合的吸附剂借助于吸附来去除伴随的杂质的绝热过程。通过逆流减压和利用先前回收的经过处理的气体在低压下吹扫来完成吸附剂的再生。为了获得连续产物流，优选地提供至少两个吸附器，使得至少一个吸附器接收、处理和发送经过处理的气流到另外的处理模块，并且使用至少一个吸附器执行将经过处理的气流发送到另外的处理模块的一个或多个吸附器的再生。本领域的技术人员可以根据要吸附和去除的杂质的类型容易地选择常见吸附剂。合适的吸附剂包含沸石分子筛、活性炭、硅胶或活性氧化铝。吸附剂床的组合可以在彼此之上使用，由此将吸附器内容物分成多个不同的区域。变压吸附涉及如以下等参数的摆动：压力、温度、流量和气相和吸附相的组成。使用PSA的气体净化或分离通常在接近环境进气温度下发生，由此选择性地吸附要去除的组分。理想地，吸附应该是充分可逆的，以在类似环境温度下实现吸附剂的再生。另外，应优先执行吸附，从而避免或至少最小化不希望化合物的产生。
在利用酸性气体去除的随后步骤的实施例中，可以在PSA模块后使用二氧化碳吸附模块或另外的酸性气体去除模块。二氧化碳吸附模块用于从经过处理的流中去除二氧化碳(CO2)，以使二氧化碳水平处于期望范围内。在这些实施例中，在被送到催化加氢模块之前，可以将来自PSA模块的经过处理的气体送到二氧化碳吸附模块。在绕过催化加氢模块的实施例中，或者在不包含催化加氢模块的实施例中，可以将来自PSA模块的经过处理的气体直接送到脱氧模块。
在特定实施例中，将气流进给到酸性气体去除模块，以从气流中转化和/或去除一种或多种成分。在某些情况下，在选自包括以下的组的至少一种成分中耗尽酸性气体耗尽流：二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和氰化氢(HCN)。
催化加氢模块
乙炔(C2H2)充当微生物抑制剂。为了去除乙炔，可以利用催化加氢模块。催化加氢是在存在催化剂(如但不限于镍、钯或铂)的情况下用氢气进行处理。没有一种适用于乙炔氢化的通用催化剂。催化剂的选择很大程度上取决于气体组成和操作条件。在特定实施例中，将钯用作催化剂。在特定实施例中，将钯氧化铝(Pd/Al2O3)用作催化剂。此类催化剂的实例是BASFTM R 0-20/47。
抑制剂降低钯的活性。硫化物表示潜在的钯抑制剂。如硫化氢(H2S)或羰基硫(COS)等化合物吸附在钯并且可能会改变反应位置。在特定实施例中，在催化加氢之前去除和/或转化已知的钯抑制剂。
在特定实施例中，催化加氢模块对于乙炔去除可能是不必要的。除了由催化加氢模块去除之外，乙炔可以由某些脱氧模块从气流中去除。在无需催化加氢模块的特定实施例中，催化加氢模块可以被绕过和/或不包含在过程中。催化加氢模块是不必要时的实例是当乙炔水平足够低，以至于所述乙炔可以通过其它模块有效去除时。在乙炔水平足够低的特定实施例中，气流可以从酸性气体去除模块传递到脱氧模块，从而绕过催化加氢模块。
在特定实施例中，将气流进给到催化加氢模块，以从气流中转化和/或去除一种或多种成分。在某些情况下，后氢化流中的至少乙炔(C2H2)耗尽。
脱氧模块
氧气(O2)是微生物抑制剂。因此，气流中的氧气需要减少到可接受的水平。为了降低气流中的氧气水平，可以利用脱氧模块。氧气水平的降低可以通过任何合适的方式来实现。在特定实施例中，脱氧模块利用催化过程，由此将氧气(O2)还原成二氧化碳(CO2)或水(H2O)。在特定实施例中，脱氧模块中使用的催化剂是含铜的。此类催化剂的实例是BASFPURISTARTM R 3.15或BASF CU 0226S。
在特定实施例中，脱氧模块可以用于有效降低气流中的乙炔水平，由此允许要绕过的催化加氢步骤。由催化加氢模块去除乙炔与由脱氧模块去除乙炔之间的一个显著差异是乙烷(C2H6)的产生。与由催化加氢模块去除乙炔相比，由脱氧模块去除乙炔产生更大量的乙烷。然而，由于气体发酵过程中使用的微生物的稳健特性，发明人发现由脱氧模块产生的乙烷水平对微生物无害，并且因此，在特定实施例中，催化加氢模块能够被绕过。
催化加氢模块与由脱氧模块之间的另一个显著差异是甲醇(CH3OH)的产生。在利用任何铜基脱氧模块时，可能产生甲醇。在利用铜基脱氧模块去除乙炔的情况下，相对于利用催化加氢模块的去除过程，此去除过程产生更大量的甲醇。然而，由于随后气体发酵过程中使用的微生物的稳健特性，发明人发现由脱氧模块产生的甲醇水平对微生物无害，并且因此，在特定实施例中，催化加氢模块能够被绕过。
除了上述成分之外，还可以使用某些脱氧模块来有效减少汞(Hg)。并非所有气流都含有汞(Hg)。然而，处理过程被设计为有效处理来自多种来源的气流，所述多种来源中的一些来源可能含有汞(Hg)。因此，在气流含有汞(Hg)的某些情况下，可以利用脱氧模块有效地从气流中去除汞(Hg)。当由脱氧模块从气流中去除汞(Hg)时，后脱氧流中的汞(Hg)可能会耗尽。
在特定实施例中，将气流供给到脱氧模块，以转化和/或去除来自气流的一种或多种成分。在某些情况下，后脱氧流中的至少氧气(O2)和/或乙炔(C2H2)耗尽。在各种情况下，除了氧气(O2)和/或乙炔(C2H2)之外，后脱氧流中的汞(Hg)耗尽。
气体采样和分析系统
为了管理、维护和优化流程，可能需要稳健的分析监测和控制技术。此类仪器可以包含但不限于气体采样系统和数据记录/报告软件工具。
气流组成的分析是气体处理的关键要素。气流的分析提供了对需要转化和/或从气流中去除哪些成分的测量和测定。为了确保气流具有期望的组成，可能需要在多个点处测量气流中的成分。这些测量可以通过任何合适的方式实现并且可以以连续和/或周期性的方式完成，所述方式可以包含在线自动监测。在特定实施例中，气流可以在被传递到不同去除模块之前和/或之后测量。
在特定实施例中，气流在被传递到一个或多个去除模块之前测量。在某些情况下，在被传送到所述一个或多个去除模块之前对气流中存在的成分的测量决定了将利用哪些去除模块。在特定实施例中，对是否利用水解模块的确定至少部分地取决于对气流中存在的羰基硫(COS)的测量。在特定实施例中，对是否利用催化加氢模块的确定至少部分取决于气流中存在的乙炔(C2H2)的测量。在特定实施例中，对是否利用氰化氢去除模块的确定至少部分取决于对气流中存在的氰化氢(HCN)的测量。
气流中存在的成分可以基于各种因素而变化。在某些实施例中，存在于气流中的成分可基于气流的来源改变。例如，来自气化过程的气流可以基于进给到气化器的物质的变化而具有不同的成分水平。在某些实施例中，存在于气流中的成分可基于气化器操作改变。例如，当气化器中发生堵塞时，来自气化过程的气流可能具有不同的成分水平。
在特定情况下，气流从两种或两种以上的来源的混合物获得。在各个实施例中，可以在混合来源之前、在此期间和/或在此之后测量气流的组成。
在特定情况下，可以在混合来源之前、在此期间和/或在此之后处理气流。在某些情况下，测量气流的组成，以便分析和测定哪些去除模块是必要的。此测定可以至少部分基于存在于气流中的一种或多种成分。在至少一种情况下，这些气体的组成可能随时间波动，导致成分的比例变化。这些波动可能会影响处理过程的性能。如此，可能需要响应于组成的变化而调整处理过程。在各种情况下，处理过程的这种调整包含去除、绕过和/或添加一个或多个去除模块。对要去除、绕过和/或添加哪个去除模块的选择可能至少部分取决于存在的特定成分。在某些情况下，先前不存在或存在但低于检测水平的一种或多种成分可以随后测量，然后这可能需要添加一个或多个去除模块。在某些情况下，增加羰基硫(COS)和/或氰化氢(HCN)的比例可能需要添加水解模块，而降低羰基硫(COS)和/或氰化氢(HCN)的比例可能允许去除水解模块。在某些情况下，增加二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和/或氰化氢(HCN)的比例可能需要添加酸性气体去除模块，而减少二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和/或氰化氢(HCN)的比例可能允许去除酸性气体去除模块。在某些情况下，增加乙炔(C2H2)的比例可能需要添加催化加氢模块，而降低乙炔(C2H2)的比例可能允许去除催化加氢模块。在某些情况下，增加氧气(O2)和/或乙炔(C2H2)的比例可能需要添加脱氧模块，而减少(O2)和/或乙炔(C2H2)的比例可能允许去除脱氧模块。
对于在线测量，可以将每个测量点连接到钢管上，以促进气流通过监测装置的传输。在特定实施例中，气流由泵装置调节，以向测量装置提供加压气流。在特定实施例中，将气流加压到介于二十磅每平方英寸与三十磅每平方英寸(138-207kPa)之间。在特定实施例中，使用不同的测量装置来测量不同成分。
在特定实施例中，气流中C2H2的水平和HCN水平的水平由光谱仪监测。在某些情况下，除了C2H2和/或HCN之外，光谱仪将监测NH3、CO2和/或H2S中的一种或多种的水平。在特定实施例中，光谱仪被配置成在各种采样点以周期性增量进行测量。
在特定实施例中，烃、BTEX、萘以及含氧化合物二甲醚、二乙醚、乙醛、四氢呋喃、甲基乙基酮、丙酮、甲醇和乙醇通过气相色谱仪测量。在特定实施例中，色谱仪被配置成在不同的采样点以周期性增量进行测量。
在特定实施例中，气流中的氮和硫由包含氧化热解的装置利用紫外荧光(UVF)技术和化学发光技术来测量。在特定实施例中，装置被配置成在不同的采样点以周期性增量进行测量。
在特定实施例中，气流中的主量成分和/或微量成分由气相色谱仪测量。主量成分和/或微量成分可以包含但不限于氢气、氮气、氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢。在特定实施例中，装置被配置成在不同的采样点以周期性增量进行测量。
在特定实施例中，可以将各种测量装置连接到软件应用，由此在数据库中解释并存储由测量装置收集的数据。在特定实施例中，数据被解析成易于解释的格式，例如电子表格。
专用催化剂
发明人惊讶地发现，通过仅利用包括氧化铝负载铜的专用催化剂，可以从各种气体来源成功地产生可发酵气流。此类气体可以全部或部分源自来自一个或多个工业过程的气体、合成气和/或发生炉煤气的组合。具体地，发现此专用催化剂能够还原氧气、乙炔和氰化氢，使得可发酵气流中的氧气小于100ppm、乙炔小于1ppm并且氰化氢小于1ppm。在各种情况下，用于此催化剂的铜是铜(I)。在各种情况下，用于此催化剂的铜是还原铜。
为了处理具有高硫含量的输入气体，发明人发现通过利用专用催化剂的硫化形式成功地产生可发酵气流。这种硫化是通过将包括硫化试剂的气体通过专用催化剂的还原形式来实现的。此类还原和硫化可以根据现有技术执行。在一个实施例中，硫化产生经过硫化的氧化铝负载铜(I)催化剂。在一个实施例中，硫化产生经过硫化的氧化铝负载铜(II)催化剂。当存在于气流中时，硫化铜催化剂在减少汞(Hg)水平方面可能特别有用，因为已知硫化铜是有效的汞吸附剂。
概述
在特定实施例中，将可发酵气流被进给到含有C1固定型微生物的生物反应器。这些C1固定型微生物能够通过气体发酵将含C1的气流转化成有用的化学品和产物。为了向生物反应器提供非抑制性可发酵气流，气流需要含有预定的成分水平。在特定实施例中，所关注的成分包含氧(O2)、氰化氢(HCN)、乙炔(C2H2)、BTEX(苯、甲苯、苯乙烷、二甲苯)和硫(H2S和COS)。在各个实施例中，氧气(O2)水平需要低于百万分之一百(100ppm)才能处于预定水平。在各个实施例中，氰化氢(HCN)需要低于百万分之一(1ppm)才能处于预定水平。优选地，氰化氢(HCN)低于十亿分之一百(100ppb)才能处于预定水平。在各个实施例中，乙炔(C2H2)需要低于百万分之一(1ppm)才能处于预定水平。在各个实施例中，BTEX需要低于百万分之三十(30ppm)才能处于预定水平。在各个实施例中，硫(H2S和COS)需要低于百万分之一(1ppm)才能处于预定水平。在特定实施例中，所有成分都必须处于其预定水平，以构成预定的成分水平。
系统可以包含在水解模块之前和在脱氧模块之后的另外的模块。这些另外的模块可以包含但不限于可以去除有机物的微粒去除模块、氯化物去除模块、焦油去除模块、氰化氢去除模块和另外的酸性气体去除模块。在某些情况下，由活性炭组成的模块用于去除不希望的有机化合物。在某些情况下，这些有机化合物可以由一个或多个去除模块形成。在特定实施例中，气体按以下顺序被供给到系统进入模块中：(1)微粒去除模块，(2)氯化物去除模块，(3)焦油去除模块，(4)水解模块，(5)酸性气体去除模块，(5)催化加氢模块，(6)脱氧模块，(7)氰化氢去除模块，以及(8)另外的酸性气体去除模块。
微粒去除模块可以包括能够从气流中去除微粒的任何合适的模块。微粒通常与线路堵塞相关联。为了避免线路堵塞，可以利用微粒去除模块。在特定实施例中，微粒去除模块是袋滤室。袋滤室可以是任何合适的类型，包含但不限于机械振动器、反向气体和脉冲发动机。在某些实施例中，微粒去除模块在其它模块之前使用。
氯化物去除模块可以包括能够从气流中去除氯化物的任何合适的模块。氯化物通常与气体净化过程中的腐蚀相关联。为了避免腐蚀，可以利用氯化物去除模块。在特定实施例中，氯化物去除模块是能够去除氯化氢(HCl)的碱洗涤器。在特定实施例中，氯化物去除模块是能够去除氯化铵(NH4Cl)的旋风器。
焦油去除模块可以包括能够从气流中去除焦油的任何合适的模块。焦油可以包含但不限于重质烃，如萘，其通常与线路堵塞相关联。为了避免线路堵塞，可以利用焦油去除模块。在特定实施例中，焦油去除模块是吸附装置。在某些情况下，吸附装置包括活性炭。
氰化氢去除模块可以包括能够从气流中去除氰化氢的任何合适的模块。氰化氢通常与抑制微生物相关联。为了避免微生物抑制，可以利用氰化氢去除模块。在特定实施例中，氰化氢去除模块是经过铜处理的活性炭装置。
另外的酸性气体去除模块可以包括能够从气流中去除二氧化碳的任何合适的模块。高水平的二氧化碳可能会稀释气流，因此需要更大的生物反应器和/或另外的发酵系列(fermentation train)。为了避免气流被二氧化碳稀释，可以利用另外的酸性气体去除模块。在特定实施例中，另外的酸性气体去除模块是可以利用氢氧化钙的PSA模块。
系统可以包含一个或多个温度模块，以提高或降低气流的温度。这些温度模块可以放置在其它模块之前和/或之后，以便提高或降低介于模块之间的气流的温度。温度模块可以包括能够提高或降低气流温度的任何合适的模块。在特定实施例中，温度模块是壳管式热交换器。壳管式热交换器包括壳体，其中在壳体内具有管束。壳管式热交换器能够通过使流体(例如，水)穿过壳体，同时使气流穿过管束来调节气流的温度。热量通过管壁在气流与流体之间传送。
系统可以包含压力模块以增加或降低气流的压力。这些压力模块可以放置在其它模块之前和/或之后。压力模块可以包括能够提高或降低气流压力的任何合适的模块。在特定实施例中，压力模块是压缩机。压缩机能够将气流的压力增加到适合于气流传输的值。在特定实施例中，压力模块是阀。所述阀能够将气流的压力降低到适合于气流传输的值。
图1示出了用于从气流中选择性地过滤成分的系统，所述系统包括水解模块120、酸性气体去除模块130、脱氧模块140和生物反应器150。气流可以源自任何工业、发生炉和/或合成气来源110。气流通过导管112从工业、发生炉和/或合成气来源110进给到水解模块120，以转化气流中至少一种成分，从而提供后水解气流。后水解气流通过导管122递送到酸性气体去除模块130。酸性气体去除模块130从后水解气流中去除至少一种成分134，以产生酸性气体耗尽气流。酸性气体耗尽气流通过导管132递送到脱氧模块140。脱氧模块140从酸性气体耗尽流中去除至少一种成分144，以产生后脱氧气流。后脱氧气流的至少一部分可以通过导管142传递到生物反应器150进行发酵。优选地，生物反应器含有能够从气流中产生产物154和后发酵气态底物的C1固定型微生物。
后发酵气态底物的至少一部分可以传递回一个或多个去除模块。在某些情况下，后发酵气态底物通过导管152传递到水解模块120，以转化后发酵气态底物中的一种或多种成分。在某些情况下，后发酵气态底物可以储存在碳捕获装置中。
令人惊讶的是，发明人已经发现，通过以特定顺序配置各种模块，提供给生物反应器150的气流包括预定水平的要由C1固定型微生物发酵的成分，而不会显著消耗期望化合物并且也不会产生另外的抑制性化合物。据发现，水解模块120能够将气流中存在的羰基硫(COS)的至少一部分转化为硫化氢(H2S)。还发现，由酸性气体去除模块130去除成分中的至少一种或多种成分包含二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。通过将水解模块120放置在酸性气体去除模块130之前，可以由酸性气体去除模块130从气流中去除羰基硫(COS)的转化为硫化氢(H2S)的至少一部分。
另外，据发现由于气流中存在的成分水平，各种模块可能不是必要的。图2示出了用于从气流中选择性过滤成分的系统，其中气流能够绕过水解模块220。在特定实施例中，成分水平可以有效地去除，而无需穿过特定模块。在某些情况下，绕过水解模块220。当水解模块220被绕过时，来自工业、发生炉和/或合成气来源210的气流通过导管212进给到酸性气体去除模块230。酸性气体去除模块230从气流中去除至少一种成分234，以产生酸性气体耗尽流。酸性气体耗尽流通过导管232递送到脱氧模块240。脱氧模块240从酸性气体耗尽气流中去除至少一种成分244，以产生后脱氧气流。后脱氧气流的至少一部分可以通过导管242传递到生物反应器250进行发酵。优选地，生物反应器含有能够从气流中产生产物254和后发酵气态底物的C1固定型微生物。
后发酵气态底物的至少一部分可以传递回一个或多个去除模块。在某些情况下，后发酵气态底物通过导管252传递到水解模块220，以转化后发酵气态底物中的一种或多种成分。在绕过水解模块220的实施例中，后发酵气态底物可以通过导管252传递到酸性气体去除模块230，以从后发酵气态底物中去除至少一种成分234。在某些情况下，后发酵气态底物可以储存在碳捕获装置中。
某些气流的成分水平可能需要另外的模块。图3示出了用于从气流中选择性过滤成分的系统，所述系统进一步包含在脱氧模块340之前的催化加氢模块360。当系统包含催化加氢模块360时，气流通过导管312从工业、发生炉和/或合成气来源310进给到水解模块320，以转化气流中至少一种成分，从而提供后水解气流。后水解气流通过导管322递送到酸性气体去除模块330。酸性气体去除模块330从后水解气流中去除至少一种成分334，以产生酸性气体耗尽流。酸性气体耗尽流通过导管332递送到催化加氢模块360。催化加氢模块360从酸性气体耗尽流中去除至少一种成分364。酸性气体耗尽流通过导管362从催化加氢模块360传递到脱氧模块340。脱氧模块340从气流中去除至少一种成分344，以产生后氢化气流。后氢化气流的至少一部分可以通过导管342传递到生物反应器350进行发酵。优选地，生物反应器含有能够从气流中产生产物354和后发酵气态底物的C1固定型微生物。
在特定实施例中，水解模块320、催化加氢模块360或两者都可以被绕过。当水解模块320和催化加氢模块360被绕过时，来自工业、发生炉和/或合成气来源310的气流通过导管312进给到酸性气体去除模块330。酸性气体去除模块330从气流中去除至少一种成分334，以产生酸性气体耗尽流。酸性气体耗尽流通过导管332递送到脱氧模块340。脱氧模块340从酸性气体耗尽气流中去除至少一种成分344，以产生后脱氧气流。后脱氧气流的至少一部分可以通过导管342传递到生物反应器350进行发酵。在特定实施例中，绕过催化加氢模块360，而利用水解模块320。在某些情况下，利用催化加氢模块360，而绕过水解模块320。
后发酵气态底物的至少一部分可以传递回一个或多个去除模块。在某些情况下，后发酵气态底物通过导管352传递到水解模块320，以转化后发酵气态底物中的一种或多种成分。在绕过水解模块320的实施例中，后发酵气态底物可以通过导管352传递到酸性气体去除模块330，以从后发酵气态底物中去除至少一种成分334。在某些情况下，后发酵气态底物可以储存在碳捕获装置中。
所述流可以具有选自包括以下的组的另外的模块：微粒去除模块、氯化物去除模块、焦油去除模块、氰化氢去除模块、另外的酸性气体去除模块、温度模块和压力模块。这些模块可能是必要的，以便调节模块之间的气流和/或有效地将成分水平降低到可接受水平。
图4示出了用于从气流中选择性过滤成分的系统，所述系统包含系统中另外的模块。在特定实施例中，可以将一个或多个模块放置在脱氧模块440之后。当系统包含脱氧模块440之后的一个或多个模块时，气流通过导管412从工业、发生炉和/或合成气来源410传递到水解模块420，以转化气流中至少一种成分，从而提供后水解气流。后水解气流通过导管422递送到酸性气体去除模块430。酸性气体去除模块430从后水解气流中去除至少一种成分434，以产生酸性气体耗尽流。酸性气体耗尽流通过导管432递送到催化加氢模块460，以从气流中去除至少一种成分464。然后，气流通过导管462从催化加氢模块460进给到脱氧模块440。脱氧模块440从气流中去除至少一种成分444。气流通过导管442从脱氧模块440进给到一个或多个另外的模块470。所述一个或多个另外的模块470去除和/或转化气流中的至少一种成分474。来自所述一个或多个另外的模块470的气流的至少一部分可以通过导管472传递到生物反应器450进行发酵。优选地，生物反应器含有能够从气流中产生产物454和后发酵气态底物的C1固定型微生物。在特定实施例中，所述一个或多个另外的模块470是氰化氢去除模块和/或另外的酸性气体去除模块。
在特定实施例中，一个或多个另外的模块480可以放置在水解模块420之前。当系统包含水解模块420之前的一个或多个模块时，气流通过导管412从工业、发生炉和/或合成气来源410传递到所述一个或多个另外的模块480。所述一个或多个另外的模块480去除和/或转化气流中的至少一种成分484。然后，气流通过导管482进给到水解模块420进行进一步处理。在绕过水解模块420的实施例中，气流可以通过导管482进给到酸性气体去除模块430。在特定实施例中，系统可以包含水解模块420之前的一个或多个另外的模块480和脱氧模块440之后的一个或多个另外的模块470。
后发酵气态底物的至少一部分可以传递回一个或多个去除模块。在某些情况下，后发酵气态底物通过导管452传递到水解模块420，以转化后发酵气态底物中的一种或多种成分。在绕过水解模块420的实施例中，后发酵气态底物可以通过导管452传递到酸性气体去除模块430，以从后发酵气态底物中去除至少一种成分434。在整合水解模块420之前的一个或多个模块的实施例中，后发酵气态底物可以通过导管452传递到所述一个或多个另外的模块480。在某些情况下，后发酵气态底物可以储存在碳捕获装置中。
优选地，气流能够由一种或多种C1固定型微生物发酵。C1固定型微生物通常是一氧化碳营养菌。在特定实施例中，一氧化碳营养菌选自包括以下的组：穆尔氏菌属、梭菌属、瘤胃球菌属、醋酸杆菌属、优杆菌属、丁酸杆菌属、产醋杆菌属、甲烷八叠球菌属、甲烷八叠球菌属和脱硫肠状菌属。在各个实施例中，一氧化碳营养菌是产乙醇梭菌。
以下实例是作为本发明的代表阐述的。这些实例不应被解释为限制本发明的范围，因为考虑到本公开和所附权利要求，这些实例和其它等效实施例将是显而易见的。
实例1
气体清洁系统被配置成接收混合气流。混合气流设计为表示从炼钢厂接收的流。气体清洁系统按照以下顺序整合以下模块：(i)水解模块，(ii)酸性气体去除模块，(iii)催化加氢模块和(iv)脱氧模块。水解模块由γ-氧化铝吸附剂(BASF F-200)床组成。酸性气体去除模块由氧化锌吸附剂(RCI ZOP-116)床组成。催化加氢模块由钯氧化铝催化剂(BASFR0-20/47)组成。脱氧模块由铜催化剂(BASF CU0226S)组成。
在测试底物之前，加氢催化剂在1％H2:N2中在120℃下还原至少12小时。脱氧催化剂在1％H2:N2中在250℃下还原至少12小时。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
Figure BDA0002618705920000281
Figure BDA0002618705920000291
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷和二甲醚。这些化合物是进气中的杂质。
下表说明了气流供给的这些速率和每个模块的入口温度。每个床的压力为345kPag。
模块 气时空速(GHSV)时<sup>-1</sup> 模块入口温度(℃)
水解 2000 200
酸性气体去除 370 20
催化加氢 5500 120
脱氧 4000 200
此配置成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.50ppm
乙炔 0.062ppm
氰化氢 <0.010ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到其它杂质。使用此配置未形成微生物抑制剂。
CO的出口浓度为30.1％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的2.6％，这远低于10％的最大优选消耗量。
实例2
类似于实例1，气体清洁系统被配置成接收混合气流。混合气流设计为表示从炼钢厂接收的流。气体清洁系统按照以下顺序整合以下模块：(i)水解模块，(ii)酸性气体去除模块和(iii)脱氧模块。水解模块由γ-氧化铝吸附剂(BASF F-200)床组成。酸性气体去除模块由氧化锌吸附剂(RCI ZOP-116)床组成。脱氧模块由铜催化剂(BASF CU0226S)组成。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
化合物
氢气 6.8％
一氧化碳 30.6％
二氧化碳 18.4％
氮气 43.0％
水 4500ppm
氧气 6700ppm
乙炔 500ppm
氰化氢 60ppm
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷。这些化合物是进气中的杂质。
下表说明了气流供给的这些速率和每个模块的入口温度。每个床的压力为345kPag。
模块 气时空速(GHSV)时<sup>-1</sup> 模块入口温度(℃)
水解 2000 200
酸性气体去除 370 20
脱氧 4000 200
此配置成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.45ppm
乙炔 0.065ppm
氰化氢 <0.010ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物。检测到微量二甲醚和乙醛。二甲醚和乙醛不是微生物抑制剂。使用此配置未形成微生物抑制剂。
通过将可发酵气流传递到有机化合物去除模块来去除微量的二甲醚和乙醛。流向有机化合物去除模块的气流的流速为使得气时空速为370小时-1。
CO的出口浓度为29.8％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的4.0％，这远低于10％的最大优选消耗量。
除了以345KPag运行气体清洁系统之外，使用此配置和此气体组成，发明人增加压力，使得每个床的压力为690kPag，以评估压力可能如何影响系统。
据发现，在增加的压力(每床690kPag)下，所述配置成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.41ppm
乙炔 0.076ppm
氰化氢 <0.010ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。检测到微量二甲醚和乙醛。二甲醚和乙醛不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到杂质。
通过将可发酵气流传递到有机化合物去除模块来去除微量的二甲醚和乙醛。流向有机化合物去除模块的气流的流速为使得气时空速为370小时-1。
CO的出口浓度为29.8％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的3.3％，这远低于10％的最大优选消耗量。
实例3
气体清洁系统被配置成接收混合气流。混合气流设计为表示从炼钢厂接收的流。气体清洁系统按照以下顺序整合以下模块：(i)水解模块，(ii)酸性气体去除模块，(iii)催化加氢模块，(iv)脱氧模块和(v)有机化合物去除模块。水解模块由γ-氧化铝吸附剂(BASFF-200)床组成。酸性气体去除模块由氧化锌吸附剂(RCI ZOP-116)床组成。催化加氢模块由钯氧化铝催化剂(BASF R0-20/47)组成。脱氧模块由铜催化剂(BASF Cu0226S)组成。
在测试底物之前，加氢催化剂在1％H2:N2中在120℃下还原至少12小时。脱氧催化剂在1％H2:N2中在250℃下还原至少12小时。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
化合物
氢气 6.2％
一氧化碳 27.6％
二氧化碳 16.2％
氮气 49.1％
水 2400ppm
硫化氢 40.0ppm
羰基硫 4.0ppm
氧气 6000ppm
乙炔 550ppm
氰化氢 20ppm
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷。这些化合物是进气中的杂质。
下表说明了气流供给的这些速率和每个模块的入口温度。每个床的压力为690kPag。
Figure BDA0002618705920000321
此配置成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.38ppm
乙炔 0.168ppm
氰化氢 <0.030ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到作为杂质的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到其它杂质。使用模块的此配置未形成微生物抑制剂模块。
CO的出口浓度为26.6％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的3.8％，这远低于10％的最大优选消耗量。
实例4
气体清洁系统被配置成与实例3类似地接收混合气流。混合气流设计为表示从炼钢厂接收的流。气体清洁系统按照以下顺序整合以下模块：(i)水解模块，(ii)酸性气体去除模块，(iii)脱氧模块和(iv)有机化合物去除模块。水解模块由γ-氧化铝吸附剂(BASFF-200)床组成。酸性气体去除模块由氧化锌吸附剂(RCI ZOP-116)床组成。脱氧模块由铜催化剂(BASF Cu0226S)组成。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
化合物
氢气 6.2％
一氧化碳 27.6％
二氧化碳 16.2％
氮气 49.1％
水 2400ppm
硫化氢 40.0ppm
羰基硫 4.0ppm
氧气 6000ppm
乙炔 550ppm
氰化氢 20ppm
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷。这些化合物是进气中的杂质。
下表说明了气流供给的这些速率和每个模块的入口温度。每个床的压力为690kPag。
模块 气时空速(GHSV)时<sup>-1</sup> 模块入口温度(℃)
水解 2000 200
酸性气体去除 370 20
脱氧 4000 200
有机物去除 370 20
此配置成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.34ppm
乙炔 0.073ppm
氰化氢 <0.010ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到作为杂质的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到其它杂质。使用模块的此配置未形成微生物抑制剂模块。
CO的出口浓度为26.2％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的4.9％，这远低于10％的最大优选消耗量。
实例5
类似于实例2，气体清洁系统被配置成接收混合气流。混合气流具有更高浓度的微生物抑制剂。浓度在生物质或城市固体废物气化或经过处理的焦炉煤气的预期范围内。气体清洁系统按照以下顺序整合以下模块：(i)水解模块，(ii)酸性气体去除模块，(iii)脱氧模块和(iv)有机化合物去除模块。水解模块由γ-氧化铝吸附剂(BASF F-200)床组成。酸性气体去除模块由氧化锌吸附剂(RCI ZOP-116)床组成。脱氧模块由铜催化剂(BASF Cu0226S)组成。
在测试底物之前，脱氧催化剂在1％H2:N2中在250℃下还原至少12小时。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
化合物
氢气 4.1％
一氧化碳 17.8％
二氧化碳 10.7％
氮气 66.3％
水 2000ppm
氧气 7600ppm
乙炔 860ppm
氰化氢 280ppm
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷。此化合物是进气中的杂质。
下表说明了气流供给的这些速率和每个模块的入口温度。每个床的压力为690kPag。
模块 气时空速(GHSV)时<sup>-1</sup> 模块入口温度(℃)
水解 2000 200
酸性气体去除 370 20
脱氧 4000 200
有机物去除 370 20
此配置成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.46ppm
乙炔 0.040ppm
氰化氢 <0.010ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到作为杂质的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到其它杂质。使用模块的此配置未形成微生物抑制剂模块。
CO的出口浓度为16.6％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的6.8％，这远低于10％的最大优选消耗量。
实例6
气体清洁系统被配置成接收混合气流。混合气流设计为表示从炼钢厂接收的流。气体清洁系统整合仅一个模块。所述模块由铜催化剂(BASF Cu0226S)组成。
在测试底物之前，脱氧催化剂在1％H2:N2中在250℃下还原至少12小时。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
化合物
氢气 7.0％
一氧化碳 31.6％
二氧化碳 18.5％
氮气 41.9％
水 4500ppm
氧气 5900ppm
乙炔 490ppm
氰化氢 20ppm
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷。此化合物是进气中的杂质。
气流供给的速率对应于4000小时-1的气时空速。模块的入口温度为200℃。模块的压力为690kPag。
此模块成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.41ppm
乙炔 0.060ppm
氰化氢 <0.010ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到作为杂质的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。在可发酵气流中检测到甲醇。甲醇不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到其它杂质。使用模块的此配置未形成微生物抑制剂模块。
CO的出口浓度为30.2％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的4.2％，这远低于10％的最大优选消耗量。
实例7
气体清洁系统被配置成接收混合气流。混合气流设计为表示从炼钢厂接收的流。气体清洁系统整合仅一个模块。所述模块由铜催化剂(BASF Cu0226S)组成。
在测试底物之前，脱氧催化剂在1％H2:N2中在250℃下还原至少12小时。在催化剂还原之后，使用1％H2S、5％H2:N2的气流硫化催化剂。将催化剂在220℃下硫化18小时。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
化合物
氢气 6.1％
一氧化碳 27.2％
二氧化碳 16.0％
氮气 49.8％
水 2400ppm
硫化氢 39ppm
羰基硫 4.0ppm
氧气 6200ppm
乙炔 550ppm
氰化氢 19ppm
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷。此化合物是进气中的杂质。
气流供给的速率对应于2000hr-1的气时空速。模块的入口温度为280℃。模块的压力为690kPag。
此模块成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 0.42ppm
乙炔 0.581ppm
氰化氢 0.011ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到作为杂质的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。在可发酵气流中检测到乙醛。乙醛不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到其它杂质。使用模块的此配置未形成微生物抑制剂模块。
CO的出口浓度为26.9％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的1.0％，这远低于10％的最大优选消耗量。
实例8
类似于实例7，气体清洁系统被配置成接收混合气流。混合气流包括更高浓度的微生物抑制剂。浓度在生物质或城市固体废物气化或经过处理的焦炉煤气的预期范围内。气体清洁系统整合仅一个模块。所述模块由铜催化剂(BASF Cu0226S)组成。
下表说明了进给到气体清洁系统的混合气流的组成。
化合物
氢气 3.8％
一氧化碳 16.4％
二氧化碳 9.1％
氮气 69.6％
水 2200ppm
硫化氢 40ppm
羰基硫 4ppm
氧气 6600ppm
乙炔 1060ppm
氰化氢 400ppm
除了上述化合物之外，在混合流中还检测到微量水平的甲烷。此化合物是进气中的杂质。
气流供给的速率对应于1000小时-1的气时空速。模块的入口温度为300℃。模块的压力为690kPag。
此模块成功地产生可发酵气流。实现了目标污染物的去除。下表说明了可发酵气流的组成。
化合物
氧气 3.1ppm
乙炔 0.960ppm
氰化氢 0.280ppm
在可发酵气流中检测到微量甲烷。然而，出口流中的甲烷的量类似于在入口流中检测到作为杂质的甲烷的量，因此未检测到甲烷的产生。检测到微量乙烷和乙烯。乙烷和乙烯是来自乙炔去除的产物而不是微生物抑制剂。在可发酵气流中检测到乙醛。乙醛不是微生物抑制剂。使用此配置，在出口流中未检测到其它杂质。使用模块的此配置未形成微生物抑制剂模块。
CO的出口浓度为15.9％。此出口浓度对应于输入CO消耗量的3.0％，这远低于10％的最大优选消耗量。
本文引用的所有参考文献(包含出版物、专利申请和专利)均通过引用的方式并入本文，其程度如同每篇参考文献被单独并且具体地指出通过引用的方式并入本文，并且在本文中被整体阐述。本说明书中对任何现有技术的提及不是、并且不应被视为承认现有技术形成了任何国家的公知常识中的一部分。
除非本文中另有所指或明显与上下文相矛盾否则在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)使用的术语“一个/一种(a/an)”和“所述(the)”以及类似的指代词应被解释为涵盖单数和复数两者。除非另外说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”应被解释为开放式术语(即，意指“包含但不限于”)。术语“基本上由…组成”将组合物、过程或方法的范围限制为指定材料或步骤，或限制为实质上不影响所述组合物、过程或方法的基本和新颖特性的材料或步骤。替代方案(例如，“或”)的使用应被理解为意指替代方案中的一个、两个或其任何组合。如本文中所使用的，除非另外指明，否则术语“约”是指所指定范围、值或结构的±20％。
除非另外指明，否则对本文中值范围的叙述仅旨在用作单独地提及落入所述范围内的每个单独数值的简写方法，并且将每个单独数值并入说明书中，如同在本文中单独地叙述一样。例如，除非另外指明，否则任何浓度范围、百分比范围、比值范围、整数范围、大小范围或厚度范围应被理解为包含所陈述范围内的任何整数的值并且在适当的情况下包含其分数(如整数的十分之一和百分之一)。
除非本文中另外指明或明显与上下文相矛盾，否则本文所述的所有方法可以按任何适合的顺序进行。除非另外声明，否则本文中提供的任何和所有实例或示例性语言(即，“如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不对本发明的范围构成限制。本说明书中的任何语言都不应被解释为将任何未要求保护的元件指示为实践本发明所必须的。
本文描述了本发明的优选实施例。在阅读前述描述后，对本领域的普通技术人员而言，那些优选实施例的变化可能变得显而易见。发明人预期技术人员在适当时采用这些变化，并且诸位发明人意图使本发明以与本文具体描述的方式不同的方式来进行实践。因此，在适用法律允许的情况下，本发明包含对所附权利要求中所叙述的主题的所有修改和等效物。此外，本发明涵盖上述元件在其所有可能的变化的情况下的任意组合，除非本文另有说明或者以其它方式与上下文明显矛盾。

Claims (20)

1.一种用于从输入气流中产生可发酵气流的方法，所述输入气流包括CO、CO2、或H2或其组合，所述方法包括：
a.将所述输入气流传递到水解模块，其中去除和/或转化所述气流的至少一种成分以提供后水解气流；
b.将所述后水解气流传递到酸性气体去除模块，其中去除和/或转化所述气流的至少一种另外的成分以产生酸性气体耗尽流；以及
c.将所述酸性气体耗尽流传递到脱氧模块，其中去除和/或转化至少一种另外的成分以产生可发酵气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所去除和/或所转化的至少一种成分是微生物抑制剂和/或催化剂抑制剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其中由所述水解模块去除和/或转化的所述成分中的至少一种或多种成分是羰基硫(COS)和/或氰化氢(HCN)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中由所述酸性气体去除模块去除和/或转化的所述成分中的至少一种或多种成分选自由以下组成的组：二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和氰化氢(HCN)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中由所述脱氧模块去除和/或转化的所述成分中的至少一种或多种成分是氧气(O2)和/或乙炔(C2H2)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述水解模块被全部或部分绕过，并且所述输入气流被递送到所述酸性气体去除模块。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包含在被传递到所述脱氧模块之前将所述酸性气体耗尽流传递到催化加氢模块，其中在被传递到所述脱氧模块之前去除和/或转化来自所述酸性气体耗尽流的至少一种成分。
8.根据权利要求7所述的方法，其中由所述催化加氢模块去除和/或转化的至少一种成分是乙炔(C2H2)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在每个模块之前和/或之后放置的用于测量所述气流中的成分水平的一个或多个监测装置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法能够根据所述气流中的一种或多种成分的水平绕过一个或多个模块。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法包含在被传递到生物反应器之前将所述可发酵气流传递到氰化氢去除模块，以从所述可发酵气流中去除氰化氢的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述可发酵气流包括不超过百万分之一百(100ppm)的氧气(O2)、百万分之一(1ppm)的氰化氢(HCN)和百万分之一(1ppm)的乙炔(C2H2)。
13.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将所述可发酵气流的至少一部分传递到生物反应器，其中所述生物反应器含有培养物，所述培养物包括发酵液和一种或多种微生物。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入气流的至少一部分是合成气和/或发生炉煤气。
15.一种用于从输入气流中去除氧气、乙炔和氰化氢的方法，所述方法包括通过使所述输入气流与催化剂接触来将所述氧气减少到小于100ppm、将所述乙炔减少到小于1ppm并且将所述氰化氢减少到小于1ppm，其中所述催化剂包括氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、氧化镧、碳、二氧化硅-氧化铝或沸石负载铜。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述输入气流包括至多7000ppm的氧气、至多700ppm的乙炔和至多60ppm的氰化氢。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述输入气流包括至多10000ppm的氧气、至多1500ppm的乙炔和至多500ppm的氰化氢。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法消耗所述输入气流中小于10％的一氧化碳。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法在至少138kPag的压力下执行。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述催化剂被硫化。
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