CN216360474U - 含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器 - Google Patents

Abstract

含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器，反应器包括：气体入口(1)，气体出口(2)，第一液体出口(3)，第二液体出口(4)，内套筒(5)，反应器主体(6)和液固分离构件(7)，所述反应器主体(6)内同心安装所述内套筒(5)，所述内套筒底部布置气体分布器(8)，所述气体分布器与气相入口(1)相连；所述第一液体出口(3)与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口(4)与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口(3)和第二液体出口(4)的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

Description

含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器

技术领域

本实用新型涉及一种用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器。

背景技术

利用厌氧细菌将含一氧化碳原料气体发酵制备含氧有机物，尤其是燃料乙醇，是第三代生物能源炼制技术。其原料气体可来自于钢铁工业、炼油厂、发电厂和垃圾焚烧炉等一氧化碳丰富的废气，也可使用多种原料混合物气化产生的合成气，如生物质、石油焦、煤炭等。这类技术通过微生物的发酵作用，将一氧化碳等无机碳转化为高附加值有机碳，一方面减少了工业废气和二氧化碳排放量，另一方面提高了各类碳资源的利用率，具有重要的经济效益和社会效益。

气态底物发酵一般受气液传质速率的影响较大，气态底物只有溶解到水性发酵液中才能被微生物培养物代谢。然而一氧化碳等气态底物在水性发酵液中的溶解度低，一氧化碳生物发酵过程的转化效率总体较低，提高发酵反应器内的气液传质性能是保证发酵过程充分进行的一大挑战。

专利CN107858383A公布了一种连续式发酵装置，通过两个搅拌釜串联提高一氧化碳的发酵效率。专利CN105296543B公布了一种生物反应器，该反应器也通过搅拌浆提供能量输入，进而提高一氧化碳的气液传质速率。利用机械搅拌提高传质速率有如下明显的缺陷；(1)一氧化碳发酵过程为厌氧过程，需要隔绝空气，但搅拌釜由于存在搅拌桨转动部件，实现反应釜的密封性要求更为严苛；(2)搅拌釜受到搅拌桨的限制，难以通过单个反应器实现更大规模的生产；(3)使用搅拌釜多釜串联时，降低了厂区的空间利用率。

综上所述，开发一种气液传质性能好、结构简单、适用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的新型发酵反应器具有重要的工业应用价值。

实用新型内容

鉴于上述背景，本实用新型提供一种用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器和利用本实用新型提供的反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法。该反应器无机械搅拌动部件，其气-液传质效果好、反应效率高、结构简单，有利于提高含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵效率。

第一方面，本实用新型提供了一种用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器，包括：气体入口(1)，气体出口(2)，第一液体出口 (3)，第二液体出口(4)，内套筒(5)，反应器主体(6)和液固分离构件 (7)，其特征在于，

所述反应器主体(6)内同心安装所述内套筒(5)，所述内套筒底部布置气体分布器(8)，所述气体分布器与气体入口(1)相连；

所述第一液体出口(3)与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口(4)与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口(3)和第二液体出口(4)的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

进一步的，所述发酵反应器为多级串联反应器，相邻两级反应器之间通过级间构件、级间液体管和级间气体管连接。

进一步的，所述发酵反应器还包括：液体分布器(9)、第一液体入口 (10)和第二液体入口(11)；所述第一液体入口(10)设置于反应器主体 (6)的侧壁；所述液体分布器(9)设置于所述内套筒(5)底部；所述第二液体入口(11)设置于反应器底部并与所述液体分布器(9)相连；所述液体分布器(9)上安装文丘里混流喷嘴(12)，所述文丘里混流喷嘴(12) 由文丘里管和液体入口管组成，所述文丘里管包含中间的缩口段、喇叭型入口和喇叭型出口，所述文丘里混流喷嘴包括喷嘴液体入口(A)和喷嘴气体入口(B)，所述喷嘴气体入口(B)连接于所述文丘里混流喷嘴的缩口处。

进一步的，所述发酵反应器的每级包含液体循环流动通道(13)，循环液体通过循环泵(14)流入本级的第二液体入口管道；所述发酵反应器的每级包含气体循环流动通道(15)，所述气体循环流动通道的循环气体出口 (16)设置于每级反应器的气相空间处，气体循环流动通道的循环气体入口 (17)与所述文丘里混流喷嘴的喷嘴气体入口(B)相连，文丘里混流喷嘴产生的负压作用将本级气相空间的气体吸入文丘里混流喷嘴的喇叭型入口，进而返回本级反应器的液相区域。

进一步的，所述液固分离构件(7)包含折流挡板和旋流器中的一种或组合；和/或所述液固分离构件(7)包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合。

另一方面，本实用新型提供了一种用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法。包括如下步骤：

(1)含一氧化碳的发酵原料气从发酵反应器气体入口(1)的一个或多个通入发酵反应器内，含营养液的发酵原料液体从发酵反应器第一液体入口 (10)的一个或多个通入发酵反应器内；

(2)所述发酵反应器内包含固相活性组分，所述固相活性组分为游离的梭菌属微生物或梭菌属微生物固定化细胞，所述固相活性组分将含一氧化碳的发酵原料气转化成含氧有机物，发酵尾气从发酵反应器的气体出口(2) 离开反应器；

(3)一部分发酵液体经过液固分离构件(7)分离固相活性组分后，通过第一液体出口(3)离开反应器，另一部分发酵液体携带固相活性组分通过第二液体出口(4)离开反应器，通过调节第一液体出口(3)和第二液体出口(4)的发酵液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

进一步的，所述梭菌属微生物包含梭状芽孢杆菌、杨氏梭菌和大梭菌中的一种或组合。

进一步的，所述梭菌属微生物固定化细胞的载体包含活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃和聚合物微球中的一种或组合。

进一步的，所述发酵原料气中一氧化碳浓度为20～95％，所述发酵反应器内的绝对压力为0.1～3MPa，所述发酵反应器内发酵原料气中一氧化碳的转化率为60～99％，所述含氧有机物包含乙醇、乙酸、丁醇和丁二醇中的一种或组合，发酵反应器内发酵液含氧有机物产物的质量浓度为3～15％，优选地，含氧有机物产物的质量浓度为4～10％，更优选地，含氧有机物产物的质量浓度为5～8％。

进一步的，当所述固相活性组分为梭菌属微生物时，所述发酵反应器的液固分离构件(7)包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合。

进一步的，当所述固相活性组分为梭菌属微生物固定化细胞时，所述发酵反应器的液固分离构件(7)包含折流挡板、过滤器和旋流器中的一种或组合。

进一步的，所述发酵反应器每级内的发酵液通过本级的液体循环流动通道(13)流入本级的第二液体入口(11)，进而通过文丘里混流喷嘴的喷嘴液体入口(A)返回本级反应器内，通过各级反应器内文丘里混流喷嘴与内套筒的流量扩增作用增加各级反应器内的气液传质速率，进而提高发酵原料气的转化率；

进一步的，所述发酵反应器的每级包含外部气体循环流动，所述外部气体循环流动进一步提高了发酵原料气的转化率，所述外部气体循环流动通过如下方式实现：文丘里混流喷嘴产生负压作用，将本级气相空间的气体通过本级气体循环流动通道(15)吸入文丘里混流喷嘴的喇叭型入口，进而返回本级反应器的液相区域。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的反应器通过内套筒导流和原料气体携带能量，实现发酵反应器中高效的气液传质速率；通过文丘里混流喷嘴与内套筒扩增反应器内气液循环量，进一步提高气液传质速率；同时利用文丘里混流喷嘴产生的负压作用增加气体循环量，提高发酵原料气的转化率；

本实用新型反应器通过第一、第二液体出口和液固分离构件实现发酵反应器内固相活性组分浓度的调节，提高了反应器内的发酵效率；

本实用新型提供的反应器的发酵效率高，替代了原有发酵生产过程中的搅拌釜反应器，反应器结构简单、密封性更有保障；

本实用新型提供的反应器及方法实现了含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的高效转化。

附图说明

图1为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的二级发酵反应器结构示意图；

图2为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的三级发酵反应器结构示意图；

图3～5为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的二级发酵反应器结构示意图；

图6为文丘里混流喷嘴结构示意图；

图7为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的单级发酵反应器结构示意图；

图8为利用发酵反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型多个优选实施案例的实施方式。

实施例1

图1为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的二级发酵反应器结构示意图。在该实施例的反应器中，反应器为二级串联，反应器从下到上依次为第一级和第二级；反应器包括气体入口1，气体出口2，第一液体出口 3，第二液体出口4，内套筒5，反应器主体6、液固分离构件7、气体分布器8和第一液体入口10。

在该实施例的反应器中，所述反应器主体6内同心安装所述内套筒5，所述内套筒底部布置气体分布器8，所述气体分布器与气体入口1相连；所述第一液体出口3与液固分离构件7相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口4与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的反应器中，所述液固分离构件7包含折流挡板和旋流器中的一种或组合；和/或所述液固分离构件7包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合。

实施例2

图2为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的三级发酵反应器结构示意图。在该实施例的反应器中，反应器为三级串联，反应器从下到上依次为第一级、第二级和第三级；反应器包括气体入口1，气体出口2，第一液体出口3，第二液体出口4，内套筒5，反应器主体6、液固分离构件7、气体分布器8和第一液体入口10。

在该实施例的反应器中，所述反应器主体6内同心安装所述内套筒5，所述内套筒底部布置气体分布器8，所述气体分布器与气体入口1相连；所述第一液体出口3与液固分离构件7相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口4与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的反应器中，所述液固分离构件7与实施例1相同。

实施例3

图3为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的二级发酵反应器结构示意图。在该实施例的反应器中，反应器为二级串联，反应器从下到上依次为第一级和第二级；反应器包括气体入口1，气体出口2，第一液体出口 3，第二液体出口4，内套筒5，反应器主体6、液固分离构件7、气体分布器8、液体分布器9、第一液体入口10、第二液体入口11和液体循环流动通道13。

在该实施例的反应器中，所述反应器主体6内同心安装所述内套筒5，所述内套筒底部布置气体分布器8，所述气体分布器与气体入口1相连；所述第一液体出口3与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口4与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的反应器中，所述液体分布器9设置于所述内套筒5底部；所述第二液体入口11设置于反应器底部并与所述液体分布器9相连；所述液体分布器9上安装文丘里混流喷嘴12-1。

图6为文丘里混流喷嘴结构示意图。所述文丘里混流喷嘴12-1由文丘里管和液体入口管组成，所述文丘里管包含中间的缩口段、喇叭型入口和喇叭型出口。

在该实施例的反应器中，所述循环液体通道的液体出口与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的循环液体，循环液体通过循环泵 14流入本级的第二液体入口13管道。

在该实施例的反应器中，所述固相活性组分为梭菌属微生物。

在该实施例的反应器中，所述液固分离构件7包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合。

实施例4

图4为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的二级发酵反应器结构示意图。在该实施例的反应器中，反应器为二级串联，反应器从下到上依次为第一级和第二级；反应器包括气体入口1，气体出口2，第一液体出口3，第二液体出口4，内套筒5，反应器主体6、液固分离构件7、气体分布器8、液体分布器9、第一液体入口10、第二液体入口11和液体循环流动通道13。

在该实施例的反应器中，所述反应器主体6内同心安装所述内套筒5，所述内套筒底部布置气体分布器8，所述气体分布器与气体入口1相连；所述第一液体出口3与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口4与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的反应器中，所述液体分布器9设置于所述内套筒5底部；所述第二液体入口11设置于反应器底部并与所述液体分布器9相连；所述液体分布器9上安装文丘里混流喷嘴12-1。

在该实施例的反应器中，所述文丘里混流喷嘴12-1与实施例3相同。

在该实施例的反应器中液体，所述循环液体通道的液体出口与液固分离构件相连，分离固相活性组分后的循环液体，循环液体通过循环泵14流入本级的第二液体入口13管道。

在该实施例的反应器中，所述固相活性组分为梭菌属微生物固定化细胞。

在该实施例的反应器中，所述液固分离构件7包含折流挡板和旋流器中的一种或组合。

实施例5

图5为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的二级发酵反应器结构示意图。在该实施例的反应器中，反应器为二级串联，反应器从下到上依次为第一级和第二级；反应器包括气体入口1，气体出口2，第一液体出口 3，第二液体出口4，内套筒5，反应器主体6、液固分离构件7、气体分布器8、液体分布器9、第一液体入口10、第二液体入口11、液体循环流动通道13和气体循环流动通道15。

在该实施例的反应器中，所述反应器主体6内同心安装所述内套筒5，所述内套筒底部布置气体分布器8，所述气体分布器与气体入口1相连；所述第一液体出口3与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口4与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的反应器中液体，所述循环液体通道的液体出口与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的循环液体，循环液体通过循环泵14流入本级的第二液体入口13管道。

在该实施例的反应器中，所述液体分布器9设置于所述内套筒5底部；所述第二液体入口11设置于反应器底部并与所述液体分布器9相连；所述液体分布器9上安装文丘里混流喷嘴12-2。

图6为文丘里混流喷嘴结构示意图。所述文丘里混流喷嘴12-2由文丘里管和气液入口管组成，所述文丘里管包含中间的缩口段、喇叭型入口和喇叭型出口，所述文丘里混流喷嘴包括喷嘴液体入口(A)和喷嘴气体入口 (B)，所述喷嘴气体入口(B)连接于所述文丘里混流喷嘴的缩口处。

在该实施例的反应器中，所述气体循环流动通道的循环气体出口16设置于每级反应器的气相空间处，气体循环流动通道的循环气体入口17与所述文丘里混流喷嘴的喷嘴气体入口(B)相连，文丘里混流喷嘴产生的负压作用将本级气相空间的气体吸入文丘里混流喷嘴的喇叭型入口，进而返回本级反应器的液相区域。

在该实施例的反应器中，所述固相活性组分为梭菌属微生物。

在该实施例的反应器中，所述液固分离构件7包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合。

实施例6

图7为用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的单级发酵反应器结构示意图。在该实施例的反应器为单级；反应器包括气体入口1，气体出口 2，第一液体出口3，第二液体出口4，内套筒5，反应器主体6、液固分离构件7、气体分布器8和第一液体入口10。

在该实施例的反应器中，所述反应器主体6内同心安装所述内套筒5，所述内套筒底部布置气体分布器8，所述气体分布器与气相入口1相连；所述第一液体出口3与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口4与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的反应器中，所述液固分离构件与实施例1相同。

实施例7

利用实施例1、2和6所述的反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法，包括如下步骤：

(1)含一氧化碳的发酵原料气从发酵反应器气体入口1的一个或多个通入发酵反应器内，含营养液的发酵原料液体从发酵反应器第一液体入口10的一个或多个通入发酵反应器内；

(2)所述发酵反应器内包含固相活性组分，所述固相活性组分为游离的梭菌属微生物或梭菌属微生物固定化细胞，所述固相活性组分将含一氧化碳的发酵原料气转化成含氧有机物，发酵尾气从发酵反应器的气体出口2离开反应器；

(3)一部分发酵液体经过液固分离构件7分离固相活性组分后，通过第一液体出口3离开反应器，另一部分发酵液体携带固相活性组分通过第二液体出口4离开反应器，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的发酵液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的方法中，所述梭菌属微生物包含梭状芽孢杆菌、杨氏梭菌和大梭菌中的一种或组合；所述梭菌属微生物固定化细胞的载体包含活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃和聚合物微球中的一种或组合。

在该实施例的方法中，所述发酵原料气中一氧化碳浓度为20～95％，所述发酵反应器内的绝对压力为0.1～3MPa，所述发酵反应器内发酵原料气中一氧化碳的转化率为60～99％，所述含氧有机物包含乙醇、乙酸、丁醇和丁二醇中的一种或组合，发酵反应器内发酵液含氧有机物产物的质量浓度为 3～15％，优选地，含氧有机物产物的质量浓度为4～10％，更优选地，含氧有机物产物的质量浓度为5～8％。

在该实施例的方法中，当所述固相活性组分为梭菌属微生物时，所述发酵反应器的液固分离构件7包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合；当所述固相活性组分为梭菌属微生物固定化细胞时，所述发酵反应器的液固分离构件7包含折流挡板、过滤器和旋流器中的一种或组合。

实施例8

利用实施例3所述的反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法，包括如下步骤：

(1)含一氧化碳的发酵原料气从发酵反应器气体入口1的一个或多个通入发酵反应器内，含营养液的发酵原料液体从发酵反应器第一液体入口10的一个或多个通入发酵反应器内；

(2)所述发酵反应器内包含固相活性组分，所述固相活性组分为梭菌属微生物，所述梭菌属微生物将含一氧化碳的发酵原料气转化成含氧有机物，发酵尾气从发酵反应器的气体出口2离开反应器；

(3)一部分发酵液体经过液固分离构件7分离固相活性组分后，通过第一液体出口3离开反应器，另一部分发酵液体携带固相活性组分通过第二液体出口4离开反应器，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的发酵液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的方法中，所述发酵反应器每级内的发酵液通过本级的液体循环流动通道13流入本级的第二液体入口11，进而通过文丘里混流喷嘴返回本级反应器内，通过各级反应器内文丘里混流喷嘴与内套筒的流量扩增作用增加各级反应器内的气液传质速率，进而提高发酵原料气的转化率

在该实施例的方法中，所述梭菌属微生物包含梭状芽孢杆菌、杨氏梭菌和大梭菌中的一种或组合。

在该实施例的方法中，所述发酵原料气中一氧化碳浓度为20～95％，所述发酵反应器内的绝对压力为0.1～3MPa，所述发酵反应器内发酵原料气中一氧化碳的转化率为60～99％，所述含氧有机物包含乙醇、乙酸、丁醇和丁二醇中的一种或组合，发酵反应器内发酵液含氧有机物产物的质量浓度为 3～15％，优选地，含氧有机物产物的质量浓度为4～10％，更优选地，含氧有机物产物的质量浓度为5～8％。

实施例9

利用实施例4所述的反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法，包括如下步骤：

(1)含一氧化碳的发酵原料气从发酵反应器气体入口1的一个或多个通入发酵反应器内，含营养液的发酵原料液体从发酵反应器第一液体入口10的一个或多个通入发酵反应器内；

(2)所述发酵反应器内包含固相活性组分，所述固相活性组分为梭菌属微生物固定化细胞，所述梭菌属微生物固定化细胞将含一氧化碳的发酵原料气转化成含氧有机物，发酵尾气从发酵反应器的气体出口2离开反应器；

(3)一部分发酵液体经过液固分离构件7分离固相活性组分后，通过第一液体出口3离开反应器，另一部分发酵液体携带固相活性组分通过第二液体出口4离开反应器，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的发酵液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的方法中，所述发酵反应器每级内的发酵液通过本级的液体循环流动通道13流入本级的第二液体入口11，进而通过文丘里混流喷嘴返回本级反应器内，通过各级反应器内文丘里混流喷嘴与内套筒的流量扩增作用增加各级反应器内的气液传质速率，进而提高发酵原料气的转化率在该实施例的方法中，所述梭菌属微生物固定化细胞的载体包含活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃和聚合物微球中的一种或组合。

在该实施例的方法中，所述发酵原料气中一氧化碳浓度为20～95％，所述发酵反应器内的绝对压力为0.1～3MPa，所述发酵反应器内发酵原料气中一氧化碳的转化率为60～99％，所述含氧有机物包含乙醇、乙酸、丁醇和丁二醇中的一种或组合，发酵反应器内发酵液含氧有机物产物的质量浓度为 3～15％，优选地，含氧有机物产物的质量浓度为4～10％，更优选地，含氧有机物产物的质量浓度为5～8％。

实施例10

利用实施例5所述的反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法，包括如下步骤：

(1)含一氧化碳的发酵原料气从发酵反应器气体入口1的一个或多个通入发酵反应器内，含营养液的发酵原料液体从发酵反应器第一液体入口10的一个或多个通入发酵反应器内；

(2)所述发酵反应器内包含固相活性组分，所述固相活性组分为梭菌属微生物，所述梭菌属微生物将含一氧化碳的发酵原料气转化成含氧有机物，发酵尾气从发酵反应器的气体出口2离开反应器；

(3)一部分发酵液体经过液固分离构件7分离固相活性组分后，通过第一液体出口3离开反应器，另一部分发酵液体携带固相活性组分通过第二液体出口4离开反应器，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4的发酵液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的方法中，所述发酵反应器每级内的发酵液通过本级的液体循环流动通道13流入本级的第二液体入口11，进而通过文丘里混流喷嘴返回本级反应器内，通过各级反应器内文丘里混流喷嘴与内套筒的流量扩增作用增加各级反应器内的气液传质速率，进而提高发酵原料气的转化率。

在该实施例的方法中，所述发酵反应器的每级包含外部气体循环流动，所述外部气体循环流动进一步提高了发酵原料气的转化率，所述外部气体循环流动通过如下方式实现：文丘里混流喷嘴产生负压作用，将本级气相空间的气体通过本级气体循环流动通道15吸入文丘里混流喷嘴的喇叭型入口，进而返回本级反应器的液相区域。

在该实施例的方法中，所述梭菌属微生物包含梭状芽孢杆菌、杨氏梭菌和大梭菌中的一种或组合。

在该实施例的方法中，所述发酵原料气中一氧化碳浓度为20～95％，所述发酵反应器内的绝对压力为0.1～3MPa，所述发酵反应器内发酵原料气中一氧化碳的转化率为60～99％，所述含氧有机物包含乙醇、乙酸、丁醇和丁二醇中的一种或组合，发酵反应器内发酵液含氧有机物产物的质量浓度为 3～15％，优选地，含氧有机物产物的质量浓度为4～10％，更优选地，含氧有机物产物的质量浓度为5～8％。

实施例11

利用实施例1所述的反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法，所述方法的流程图如图8所示，包括如下步骤：

(1)含一氧化碳的发酵原料气从发酵反应器气体入口1的一个或多个通入发酵反应器内，含营养液的发酵原料液体从发酵反应器第一液体入口10的一个或多个通入发酵反应器内；

(2)所述发酵反应器内包含固相活性组分，所述固相活性组分为游离的梭菌属微生物或梭菌属微生物固定化细胞，所述固相活性组分将含一氧化碳的发酵原料气转化成含氧有机物，发酵尾气从发酵反应器的气体出口2离开反应器，其中第一级发酵尾气从气体出口2-1离开反应器后进入第二级反应器的气体入口1-2管道，第二级发酵尾气从气体出口2-2 离开反应器后进入其他单元；

(3)一部分发酵液体经过液固分离构件7分离固相活性组分后，通过第一液体出口3离开反应器，另一部分发酵液体携带固相活性组分通过第二液体出口4离开反应器，其中第二级的发酵液从第一液体出口3-2 和第二液体出口4-2离开反应器后汇总并进入第一级反应器的第一液体入口10-1管道，第一级的发酵液从第一液体出口3-1和第二液体出口4-1

离开反应器后进入其他单元，通过调节第一液体出口3和第二液体出口4 的发酵液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

在该实施例的方法中，所述梭菌属微生物包含梭状芽孢杆菌、杨氏梭菌和大梭菌中的一种或组合；所述梭菌属微生物固定化细胞的载体包含活性炭、氧化铝、硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃和聚合物微球中的一种或组合。

在该实施例的方法中，所述发酵原料气中一氧化碳浓度为20～95％，所述发酵反应器内的绝对压力为0.1～3MPa，所述发酵反应器内发酵原料气中一氧化碳的转化率为60～99％，所述含氧有机物包含乙醇、乙酸、丁醇和丁二醇中的一种或组合，发酵反应器内发酵液含氧有机物产物的质量浓度为 3～15％，优选地，含氧有机物产物的质量浓度为4～10％，更优选地，含氧有机物产物的质量浓度为5～8％。

在该实施例的方法中，当所述固相活性组分为梭菌属微生物时，所述发酵反应器的液固分离构件7包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合；当所述固相活性组分为梭菌属微生物固定化细胞时，所述发酵反应器的液固分离构件7包含折流挡板、过滤器和旋流器中的一种或组合。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器，包括：气体入口(1)，气体出口(2)，第一液体出口(3)，第二液体出口(4)，内套筒(5)，反应器主体(6)和液固分离构件(7)，其特征在于，

所述反应器主体(6)内同心安装所述内套筒(5)，所述内套筒底部布置气体分布器(8)，所述气体分布器与气体入口(1)相连；

所述第一液体出口(3)与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口(4)与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口(3)和第二液体出口(4)的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

2.根据权利要求1所述的发酵反应器，其特征在于：所述发酵反应器为多级串联反应器，相邻两级反应器之间通过级间构件、级间液体管和级间气体管连接。

3.根据权利要求1或2所述的发酵反应器，其特征在于还包括：液体分布器(9)、第一液体入口(10)和第二液体入口(11)；所述第一液体入口(10)设置于反应器主体(6)的侧壁；所述液体分布器(9)设置于所述内套筒(5)底部；所述第二液体入口(11)设置于反应器底部并与所述液体分布器(9)相连；所述液体分布器(9)上安装文丘里混流喷嘴(12)，所述文丘里混流喷嘴(12)由文丘里管和液体入口管组成，所述文丘里管包含中间的缩口段、喇叭型入口和喇叭型出口，所述文丘里混流喷嘴包括喷嘴液体入口(A)和喷嘴气体入口(B)，所述喷嘴气体入口(B)连接于所述文丘里混流喷嘴的缩口处。

4.根据权利要求3所述的发酵反应器，其特征在于，

所述发酵反应器的每级包含液体循环流动通道(13)，循环液体通过循环泵(14)流入本级的第二液体入口管道；

所述发酵反应器的每级包含气体循环流动通道(15)，所述气体循环流动通道的循环气体出口(16)设置于每级反应器的气相空间处，气体循环流动通道的循环气体入口(17)与所述文丘里混流喷嘴的喷嘴气体入口(B)相连，文丘里混流喷嘴产生的负压作用将本级气相空间的气体吸入文丘里混流喷嘴的喇叭型入口，进而返回本级反应器的液相区域。

5.根据权利要求1或2所述的发酵反应器，其特征在于，

所述液固分离构件(7)包含折流挡板和旋流器中的一种或组合；和/或

所述液固分离构件(7)包含烧结式过滤器、石棉式过滤器、硅藻土式过滤器、陶瓷式过滤器、玻璃式过滤器和纤维素膜过滤器中的一种或组合。

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