EA042329B1 - METHOD FOR CLEANING PRODUCTS - Google Patents
METHOD FOR CLEANING PRODUCTS Download PDFInfo
- Publication number
- EA042329B1 EA042329B1 EA202291845 EA042329B1 EA 042329 B1 EA042329 B1 EA 042329B1 EA 202291845 EA202291845 EA 202291845 EA 042329 B1 EA042329 B1 EA 042329B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- ethanol
- ethyl acetate
- distillation
- thiol
- methanol
- Prior art date
Links
Description
Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross-reference to related applications
Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США № 62/988176, поданной 11 марта 2020 г., и заявке на патент США № 17/183204, поданной 23 февраляThis application claims priority under U.S. Provisional Application No. 62/988176, filed March 11, 2020, and U.S. Patent Application No. 17/183,204, filed February 23
2021 г. Содержание обеих заявок явным образом включено в данный документ в полном объеме посредством ссылок.2021 The contents of both applications are expressly incorporated herein in their entirety by reference.
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к способу выделения и очистки одного или более продуктов из ферментативного бульона. В частности, изобретение относится к применению двух или более разделений для выделения и очистки продуктов, таких как этанол, из ферментативного бульона, причем ферментативный бульон содержит микробную биомассу, этанол и изопропанол.The present invention relates to a method for isolating and purifying one or more products from a fermentation broth. In particular, the invention relates to the use of two or more separations to isolate and purify products such as ethanol from a fermentation broth, the fermentation broth containing microbial biomass, ethanol and isopropanol.
Уровень техникиState of the art
На углекислый газ (СО2) приходится около 76% мировых выбросов парниковых газов в результате деятельности человека, а оставшуюся долю составляют метан (16%), закись азота (6%) и фторированные газы (2%) (согласно данным Управления по охране окружающей среды США). Большая часть СО2 образуется в результате сжигания ископаемого топлива для производства энергии, хотя промышленные и лесохозяйственные мероприятия также выделяют СО2 в атмосферу. Снижение выбросов парниковых газов, особенно СО2, имеет решающее значение для остановки глобального потепления и связанного с ним изменения климата и погоды.Carbon dioxide (CO 2 ) is responsible for about 76% of the world's greenhouse gas emissions from human activities, with the remainder being methane (16%), nitrous oxide (6%) and fluorinated gases (2%) (according to the Environmental Protection Agency). US environments). Most CO 2 is generated from the burning of fossil fuels for energy production, although industrial and forestry activities also release CO 2 into the atmosphere. Reducing greenhouse gas emissions, especially CO 2 , is critical to halting global warming and associated climate and weather changes.
Давно известно, что каталитические процессы, например процесс Фишера-Тропша, можно применять для преобразования газов, содержащих диоксид углерода (СО2), монооксид углерода (СО) и/или водород (Н2), например, газообразных промышленных отходов или синтез-газа, в различные виды топлива и химикаты. Однако в последнее время ферментация газов стала альтернативной платформой для биологического связывания таких газов. В частности, было продемонстрировано, что С1-связывающие микроорганизмы превращают газы, содержащие СО2, СО и/или Н2, в такие продукты, как этанол и изопропанол.It has long been known that catalytic processes, such as the Fischer-Tropsch process, can be used to convert gases containing carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO) and/or hydrogen (H 2 ), such as industrial waste gases or synthesis gas, into various fuels and chemicals. Recently, however, fermentation of gases has emerged as an alternative platform for the biological binding of such gases. In particular, C1-binding microorganisms have been shown to convert gases containing CO2, CO and/or H2 into products such as ethanol and isopropanol.
Обычно продукты, полученные в результате процесса Фишера-Тропша и/или ферментации газов, разделяют посредством обычной перегонки.Typically, the products resulting from the Fischer-Tropsch process and/or gas fermentation are separated by conventional distillation.
Процесс перегонки основан на разнице в летучести, то есть разнице в температуре кипения компонентов, которые необходимо разделить. Побочные продукты, которые при этом образуются и, следовательно, присутствуют, также должны быть отделены от продукта (продуктов). Однако было показано, что для некоторых конечных приложений простая традиционная перегонка без дополнительных мер не позволяет эффективно выделить желаемый продукт из раствора с достаточно высоким уровнем чистоты.The distillation process is based on the difference in volatility, that is, the difference in the boiling point of the components to be separated. By-products which are formed and therefore present must also be separated from the product(s). However, it has been shown that for some end applications, simple conventional distillation without additional measures does not effectively separate the desired product from a solution with a sufficiently high level of purity.
Например, при ферментации газов с использованием С1-связывающих микроорганизмов, когда желаемыми продуктами является этанол, побочными продуктами могут быть метанол, ацеталь, ацетальдегид, этилацетат и, возможно, некоторые серосодержащие соединения. В зависимости от конечного применения этанола может потребоваться удаление одного или нескольких из этих побочных продуктов до уровня ниже указанного. Для получения этанола высокой чистоты может потребоваться несколько этапов разделения.For example, in gas fermentation using C1-binding microorganisms, when the desired products are ethanol, the by-products may be methanol, acetal, acetaldehyde, ethyl acetate, and possibly some sulfur-containing compounds. Depending on the end use of the ethanol, it may be necessary to remove one or more of these by-products below the specified level. Several separation steps may be required to obtain high purity ethanol.
Соответственно, сохраняется потребность в системе, которая эффективно отделяет побочные соединения от продукта ферментации газов, такого как этанол, для получения этанольного продукта высокой чистоты.Accordingly, there remains a need for a system that effectively separates by-products from a gas fermentation product, such as ethanol, to obtain a high purity ethanol product.
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
Настоящее изобретение включает способ выделения этанола из ферментативного бульона, содержащего микробную биомассу, этанол, метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, причем указанный способ включает: отделение, по меньшей мере, микробной биомассы от ферментативного бульона для создания технологического потока; удаление в любом порядке из технологического потока: этилацетата путем осуществления реакции этилацетата с основным соединением с последующей перегонкой; по меньшей мере одного тиола путем адсорбции или реакции с образованием дисульфида; метанола перегонкой; соединений, содержащих 3 или более атомов углерода, перегонкой; и выделение этанола перегонкой; при этом перегонку можно проводить в одной колонне или в двух или более колоннах.The present invention includes a process for separating ethanol from a fermentation broth containing microbial biomass, ethanol, methanol, ethyl acetate, at least one thiol, and at least one compound containing 3 or more carbon atoms, said method comprising: separating at least microbial biomass from the fermentation broth to create a process stream; removing in any order from the process stream: ethyl acetate by reacting ethyl acetate with a basic compound followed by distillation; at least one thiol by adsorption or reaction to form a disulfide; methanol by distillation; compounds containing 3 or more carbon atoms, by distillation; and isolation of ethanol by distillation; however, the distillation can be carried out in one column or in two or more columns.
Ферментативный бульон может дополнительно содержать ацетальдегид, и способ может дополнительно включать удаление ацетальдегида после удаления микробной биомассы для получения технологического потока с использованием металла для восстановления ацетальдегида до ацетата с последующей перегонкой.The fermentation broth may further contain acetaldehyde, and the method may further include removing acetaldehyde after removing microbial biomass to produce a process stream using a metal to reduce acetaldehyde to acetate, followed by distillation.
Ферментативный бульон может дополнительно содержать по меньшей мере один альдегид, и способ может дополнительно включать удаление альдегида после удаления микробной биомассы для получения технологического потока путем восстановления до спирта. Восстановление можно проводить с использованием химически активного металла, амальгамы или соединения, содержащего химически активный металл. Химически активный металл, амальгама или соединение могут включать цинк или алюминий. Восстановление можно проводить путем обработки гидразином. Альдегид можно восстановить до спирта на этапе удаления этилацетата путем осуществления реакции этилацетата с основным соеди- 1 042329 нением с последующей перегонкой, см. ниже.The fermentation broth may further comprise at least one aldehyde, and the method may further comprise removing the aldehyde after removing the microbial biomass to obtain a process stream by reduction to alcohol. Recovery can be carried out using a reactive metal, an amalgam, or a compound containing a reactive metal. The reactive metal, amalgam, or compound may include zinc or aluminum. Recovery can be carried out by treatment with hydrazine. The aldehyde can be reduced to alcohol in the ethyl acetate removal step by reacting ethyl acetate with a basic compound followed by distillation, see below.
Полученный этанол может быть выделен как часть этапа перегонки, когда удаляют метанол или удаляют соединения, содержащие 3 или более атомов углерода.The resulting ethanol can be isolated as part of the distillation step when methanol is removed or compounds containing 3 or more carbon atoms are removed.
Можно осуществлять способ, когда этапы удаления этилацетата путем осуществления реакции этилацетата с основным соединением с последующей перегонкой и удаления по меньшей мере одного тиола путем адсорбции или реакции с образованием дисульфида выполняют до этапа удаления метанола путем перегонки и удаления соединений, содержащих 3 или более атомов углерода, путем перегонки.It is possible to carry out the method when the steps of removing ethyl acetate by reacting ethyl acetate with a basic compound followed by distillation and removing at least one thiol by adsorption or reaction to form a disulfide are performed before the step of removing methanol by distillation and removing compounds containing 3 or more carbon atoms, by distillation.
Можно осуществлять способ при проведении по меньшей мере одной перегонки в инертной атмосфере или при проведении всех перегонок в инертной атмосфере. Можно осуществлять способ при удалении по меньшей мере одного тиола на воздухе или в инертной атмосфере.You can carry out the method when carrying out at least one distillation in an inert atmosphere or when carrying out all the distillations in an inert atmosphere. You can carry out the method while removing at least one thiol in air or in an inert atmosphere.
Можно осуществлять способ, когда для адсорбции применяют сильнокислотную катионообменную смолу. Сильнокислотная катионообменная смола может представлять собой ионообменную смолу на основе Ag на макропористом полистироле с сильнокислотными сульфоновыми группами.It is possible to carry out the method when a strong acid cation exchange resin is used for adsorption. The strong acid cation exchange resin may be an Ag-based ion exchange resin on macroporous polystyrene with strong acid sulfonic groups.
Ферментативный бульон может дополнительно содержать дополнительные примеси, и способ может дополнительно включать обработку технологического потока адсорбентом для удаления дополнительных примесей. Адсорбент может представлять собой активированный углерод, активированный древесный уголь или сильнокислотную катионообменную смолу. Сильнокислотная катионообменная смола может представлять собой ионообменную смолу на основе Ag на макропористом полистироле с сильнокислотными сульфоновыми группами.The fermentation broth may further contain additional impurities, and the method may further include treating the process stream with an adsorbent to remove additional impurities. The adsorbent may be activated carbon, activated charcoal or a strong acid cation exchange resin. The strong acid cation exchange resin may be an Ag-based ion exchange resin on macroporous polystyrene with strong acid sulfonic groups.
Другой вариант реализации изобретения относится к способу выделения этанола из ферментативного бульона, содержащего микробную биомассу, этанол, метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, причем указанный способ включает отделение, по меньшей мере, микробной биомассы от ферментативного бульона для получения технологического потока, обедненного микробной биомассой; удаление этилацетата из технологического потока путем осуществления реакции этилацетата с основным соединением с последующей перегонкой с получением обедненного этилацетатом потока; удаление по меньшей мере одного тиола из обедненного этилацетатом потока путем адсорбции или реакции с образованием дисульфида с образованием обедненного тиолом потока и выделение метанола, этанола и соединений, содержащих 3 или более атомов углерода, из обедненного тиолом потока, путем перегонки, которую можно проводить в одной колонне или в двух или более колоннах.Another embodiment of the invention relates to a method for separating ethanol from a fermentation broth containing microbial biomass, ethanol, methanol, ethyl acetate, at least one thiol and at least one compound containing 3 or more carbon atoms, and this method includes separating at least least microbial biomass from the fermentation broth to obtain a process stream depleted in microbial biomass; removing ethyl acetate from the process stream by reacting ethyl acetate with a basic compound, followed by distillation to obtain an ethyl acetate depleted stream; removing at least one thiol from the ethyl acetate-depleted stream by adsorption or reaction to form a disulfide to form a thiol-depleted stream; column or in two or more columns.
Еще один вариант реализации изобретения относится к способу выделения этанола из ферментативного бульона, содержащего микробную биомассу, этанол, метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, причем способ включает отделение, по меньшей мере, микробной биомассы от ферментативного бульона для получения технологического потока, обедненного микробной биомассой; удаление по меньшей мере одного тиола из технологического потока путем адсорбции или реакции с образованием дисульфида с получением обедненного тиолом потока; удаление этилацетата из обедненного тиолом потока путем осуществления реакции этилацетата с основным соединением с последующей перегонкой с получением обедненного этилацетатом потока и выделение метанола, этанола и соединений, содержащих 3 или более атомов углерода, из обедненного этилацетатом потока путем перегонки, которую можно проводить в одной колонне или в двух или более колоннах.Another embodiment of the invention relates to a method for separating ethanol from a fermentation broth containing microbial biomass, ethanol, methanol, ethyl acetate, at least one thiol and at least one compound containing 3 or more carbon atoms, the method comprising separating at least least microbial biomass from the fermentation broth to obtain a process stream depleted in microbial biomass; removing at least one thiol from the process stream by adsorption or reaction to form a disulfide to form a thiol-depleted stream; removing ethyl acetate from the thiol-depleted stream by reacting ethyl acetate with a basic compound, followed by distillation to obtain an ethyl acetate-depleted stream, and separating methanol, ethanol, and compounds containing 3 or more carbon atoms from the ethyl acetate-depleted stream by distillation, which can be carried out in a single column or in two or more columns.
Еще один вариант реализации изобретения представляет собой устройство для выделения этанола из ферментативного бульона, содержащего микробную биомассу, этанол, метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, причем устройство включает первый блок разделения, отделяющий микробную биомассу от ферментативного бульона для получения технологического потока, содержащего этанол, метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода; второй блок разделения, удаляющий из технологического потока этилацетат путем осуществления реакции этилацетата с основным соединением с последующей перегонкой; третий блок разделения, удаляющий по меньшей мере один тиол путем адсорбции или реакции с образованием дисульфида; и систему перегонки для выделения метанола, соединений, содержащих 3 или более атомов углерода, и этанола, при этом система перегонки включает одну колонну или две или более колонны.Another embodiment of the invention is a device for separating ethanol from a fermentation broth containing microbial biomass, ethanol, methanol, ethyl acetate, at least one thiol and at least one compound containing 3 or more carbon atoms, and the device includes a first separation unit separating the microbial biomass from the fermentation broth to obtain a process stream containing ethanol, methanol, ethyl acetate, at least one thiol and at least one compound containing 3 or more carbon atoms; a second separation unit that removes ethyl acetate from the process stream by reacting ethyl acetate with a basic compound, followed by distillation; a third separation unit removing at least one thiol by adsorption or reaction to form a disulfide; and a distillation system for separating methanol, compounds containing 3 or more carbon atoms, and ethanol, wherein the distillation system includes one column or two or more columns.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 показан упрощенный ряд этапов разделения в соответствии с одним вариантом реализации изобретения и, в частности, показан полезный порядок этапов разделения.In FIG. 1 shows a simplified series of separation steps in accordance with one embodiment of the invention, and in particular shows a useful order of the separation steps.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему технологического процесса, показывающую один вариант реализации изобретения.Fig. 2 is a process flow diagram showing one embodiment of the invention.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему технологического процесса, показывающую часть варианта реализации, направленную на получение ферментативного бульона и отделение и удаление микробной биомассы для получения технологического потока, обедненного микробной биомассой.Fig. 3 is a process flow diagram showing part of an embodiment directed to making a fermentation broth and separating and removing microbial biomass to produce a microbial biomass depleted process stream.
Подробное описаниеDetailed description
Согласно настоящему изобретению предложен способ выделения продукта из ферментативного бульона, содержащего микробную биомассу, продукт, побочные продукты и примеси. Способ позволяет очищать продукт для применений, требующих продукта высокой чистоты. Для простоты пониманияThe present invention provides a method for isolating a product from a fermentation broth containing microbial biomass, product, by-products and impurities. The process allows the product to be purified for applications requiring a high purity product. For ease of understanding
- 2 042329 продукт будет описан здесь как этанол. Этанол производится в системе ферментации газов с использованием биологического катализатора и выходит из одного или нескольких биореакторов как часть ферментативного бульона. Ферментативный бульон содержит микробную биомассу, этанол и побочные продукты, такие как метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол, по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, и, возможно, примеси. Ферментативный бульон может дополнительно содержать ацетальдегид. Ферментативный бульон может дополнительно содержать по меньшей мере один альдегид. Ферментативный бульон может дополнительно содержать примеси.- 2 042329 the product will be described here as ethanol. Ethanol is produced in a gas fermentation system using a biological catalyst and exits one or more bioreactors as part of the fermentation broth. The fermentation broth contains microbial biomass, ethanol and by-products such as methanol, ethyl acetate, at least one thiol, at least one compound containing 3 or more carbon atoms, and possibly impurities. The fermentation broth may further contain acetaldehyde. The fermentation broth may further contain at least one aldehyde. The fermentation broth may further contain impurities.
Субстратом и/или источником С1-углерода в способе ферментации газа может быть отработанный газ, полученный в качестве побочного продукта промышленного способа или из другого источника, такого как выхлопные газы автомобилей, биогаз, газ из органических отходов или газ из электролиза. Субстрат и/или источник С1-углерода может представлять собой синтетический газ, полученный в результате пиролиза, торрефикации или газификации. Другими словами, отходы могут быть переработаны путем пиролиза, торрефикации или газификации для получения синтез-газа, который применяют в качестве субстрата и/или источника С1-углерода.The substrate and/or source of C1 carbon in the gas fermentation process may be waste gas obtained as a by-product of an industrial process or from another source such as vehicle exhaust, biogas, landfill gas or electrolysis gas. The substrate and/or source of C1 carbon may be a synthetic gas obtained from pyrolysis, torrefaction or gasification. In other words, the waste can be processed by pyrolysis, torrefaction or gasification to produce synthesis gas, which is used as a substrate and/or source of C1-carbon.
В определенных вариантах реализации промышленный способ выбран из черной металлургии, например, сталелитейного производства, цветной металлургии, нефтепереработки, производства электроэнергии, производства технического углерода, производства бумаги и целлюлозы, производства аммиака, производства метанола, производства кокса или любой комбинации указанных вариантов. В таких вариантах реализации субстрат и/или источник С1-углерода может захватываться в ходе промышленного способа перед его выбросом в атмосферу с применением любого известного способа.In certain embodiments, the industrial process is selected from the iron and steel industry, such as steelmaking, non-ferrous metallurgy, petroleum refining, power generation, carbon black production, paper and pulp production, ammonia production, methanol production, coke production, or any combination of these options. In such embodiments, the substrate and/or source of C1 carbon may be captured during an industrial process before it is released to the atmosphere using any known method.
Субстрат и/или источник С1-углерода может представлять собой синтез-газ, такой как синтез-газ, полученный путем газификации угля, газификации отходов нефтепереработки, газификации биомассы, газификации лигноцеллюлозного материала, газификации черного щелока, газификации твердых бытовых отходов, газификации твердых промышленных отходов, газификации канализационных стоков, газификации осадка от очистки сточных вод, риформинга природного газа, риформинга биогаза, риформинга свалочного газа или любой комбинации указанных вариантов.The substrate and/or source of C1 carbon can be a synthesis gas, such as synthesis gas obtained from coal gasification, refinery waste gasification, biomass gasification, lignocellulosic material gasification, black liquor gasification, municipal solid waste gasification, industrial solid waste gasification , sewage gasification, sewage sludge gasification, natural gas reforming, biogas reforming, landfill gas reforming, or any combination of these options.
Примеры твердых бытовых отходов включают шины, пластик и волокна обуви, одежды, текстиля. Твердые бытовые отходы могут быть сортированными или несортированными. Примеры биомассы могут включать лигноцеллюлозный материал, а также могут включать микробную биомассу. Лигноцеллюлозный материал может включать сельскохозяйственные и лесные отходы.Examples of municipal solid waste include tires, plastics and fibers from footwear, clothing, and textiles. Municipal solid waste can be sorted or unsorted. Examples of biomass may include lignocellulosic material and may also include microbial biomass. Lignocellulosic material may include agricultural and forest waste.
Способ ферментации газов субстрата и/или источника С1-углерода с использованием биокатализатора обеспечивает ферментативный бульон, содержащий продукт и микробную биомассу. Микробную биомассу отделяют от ферментативного бульона для получения технологического потока, обедненного микробной биомассой. Как правило, технологический поток будет содержать продукт и некоторую концентрацию побочных продуктов и, возможно, примесей. Например, технологический поток может содержать этанол, а также побочные продукты, такие как метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода. Технологический поток может также содержать ацетальдегид, и/или по меньшей мере один альдегид, и/или другие примеси. Остаток ферментативного бульона содержит микробную биомассу, которую можно рециркулировать в биореакторы. Ферментативный бульон обычно представляет собой водный раствор. Микробная биомасса включает по меньшей мере один подходящий микроорганизм, применяемый в качестве биокатализатора способа ферментации. Например, указанный микроорганизм может быть выбран из Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Clostridium saccharbutyricum, Clostridium saccharoperbutylacetonicum, Clostridium butyricum, Clostridium diolis, Clostridium kluyveri, Clostridium pasterianium, Clostridium novyi, Clostridium difficile, Clostridium thermocellum, Clostridium cellulolyticum, Clostridium cellulovorans, Clostridium phytofermentans, Lactococcus lactis, Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Zymomonas mobilis, Klebsiella oxytoca, Klebsiella pneumonia, Corynebacterium glutamicum, Trichoderma reesei, Cupriavidus necator, Pseudomonas putida, Lactobacillus plantarum и Methylobacterium extorquens. В некоторых случаях микроорганизм может представлять собой С1-связывающую бактерию, выбранную из Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides и Thermoanaerobacter kiuvi. В конкретном варианте реализации микроорганизм является представителем рода Clostridium. В некоторых случаях указанный микроорганизм представляет собой Clostridium autoethanogenum.The method of fermentation of gases of the substrate and/or source of C1-carbon using a biocatalyst provides a fermentation broth containing the product and microbial biomass. The microbial biomass is separated from the fermentation broth to obtain a microbial biomass depleted process stream. Typically, the process stream will contain product and some concentration of by-products and possibly impurities. For example, the process stream may contain ethanol as well as by-products such as methanol, ethyl acetate, at least one thiol, and at least one compound containing 3 or more carbon atoms. The process stream may also contain acetaldehyde and/or at least one aldehyde and/or other impurities. The rest of the fermentation broth contains microbial biomass that can be recycled to the bioreactors. The fermentation broth is usually an aqueous solution. The microbial biomass includes at least one suitable microorganism used as a biocatalyst for the fermentation process. Например, указанный микроорганизм может быть выбран из Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, Clostridium saccharbutyricum, Clostridium saccharoperbutylacetonicum, Clostridium butyricum, Clostridium diolis, Clostridium kluyveri, Clostridium pasterianium, Clostridium novyi, Clostridium difficile, Clostridium thermocellum, Clostridium cellulolyticum, Clostridium cellulovorans, Clostridium phytofermentans, Lactococcus lactis, Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Zymomonas mobilis, Klebsiella oxytoca, Klebsiella pneumonia, Corynebacterium glutamicum, Trichoderma reesei, Cupriavidus necator, Pseudomonas putida, Lactobacillus plantarum and Mextorquensobacterium. In some cases, the microorganism may be a C1-binding bacterium selected from Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia producta, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium clostridium, Ijungridium, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides and Thermoanaerobacter kiuvi. In a particular embodiment, the microorganism is a member of the genus Clostridium. In some cases, said microorganism is Clostridium autoethanogenum.
Микроорганизмы могут быть способны продуцировать множество различных продуктов. Один или более продуктов, продуцируемых микроорганизмами, могут представлять собой продукт ферментации с низкой температурой кипения. В некоторых случаях продукт представляет собой этанол, ацетон, изопропанол, бутанол, кетоны, метилэтилкетон, ацетон, 2-бутанол, 1-пропанол, метилацетат, этилацетат, бутанон, 1,3-бутадиен, изопрен, изобутен или любую их комбинацию. В некоторых вариантах реализацииMicroorganisms may be capable of producing many different products. One or more microorganism-produced products may be a low boiling fermentation product. In some instances, the product is ethanol, acetone, isopropanol, butanol, ketones, methyl ethyl ketone, acetone, 2-butanol, 1-propanol, methyl acetate, ethyl acetate, butanone, 1,3-butadiene, isoprene, isobutene, or any combination thereof. In some implementations
- 3 042329 указанный способ оптимизирован исходя из производимого продукта. В некоторых вариантах реализации продукт, производимый в биореакторе, представляет собой этанол и изопропанол. Указанный способ может быть оптимизирован для эффективного выделения этанола и изопропанола из ферментативного бульона. В некоторых вариантах реализации микроорганизм продуцирует по меньшей мере один побочный продукт. В одном варианте реализации по меньшей мере один побочный продукт представляет собой уксусную кислоту, молочную кислоту, ацетон, 3-гидроксибутират, изобутанол, н-пропанол, нбутанол и/или 2,3-бутандиол.- 3 042329 said method is optimized based on the product being produced. In some embodiments, the product produced in the bioreactor is ethanol and isopropanol. This method can be optimized for efficient recovery of ethanol and isopropanol from the fermentation broth. In some embodiments, the microorganism produces at least one by-product. In one embodiment, at least one by-product is acetic acid, lactic acid, acetone, 3-hydroxybutyrate, isobutanol, n-propanol, n-butanol, and/or 2,3-butanediol.
Известны методики отделения микробной биомассы для получения технологического потока, содержащего, по меньшей мере, продукт. В одном варианте реализации ферментативный бульон можно подавать из биореактора в емкость для вакуумной перегонки, где ферментативный бульон частично испаряется с образованием обогащенного продуктом потока, содержащего этанол и изопропанол, и обедненного продуктом потока, содержащего микробную биомассу. Вакуумная перегонка подробно описана, например, в US 2018/0264375.Known methods of separation of microbial biomass to obtain a process stream containing at least the product. In one embodiment, the fermentation broth can be fed from the bioreactor to a vacuum distillation vessel where the fermentation broth is partially vaporized to form a product rich stream containing ethanol and isopropanol and a product depleted stream containing microbial biomass. Vacuum distillation is described in detail, for example, in US 2018/0264375.
Экстрактивная перегонка, отдельно или в сочетании с вакуумной перегонкой, представляет собой другую известную методику, которую можно применять для отделения технологического потока, обедненного микробной биомассой, от ферментативного бульона. Агент экстрактивной перегонки действует путем осуществления реакции с продуктом, с увеличением относительной летучести желаемого продукта по сравнению с другими компонентами. Например, агент экстрактивной перегонки имеет высокое сродство к желаемому продукту и низкое сродство к побочным продуктам. Подходящий агент экстрактивной перегонки не должен образовывать азеотроп с компонентами, и должен быть способен к отделению от продукта при помощи последующей методики отделения, такой как перегонка. Подходящие возможные агенты экстрактивной перегонки перечислены, например, в US 2020/0255362.Extractive distillation, alone or in combination with vacuum distillation, is another known technique that can be used to separate a microbial biomass depleted process stream from a fermentation broth. The extractive distillation agent works by reacting with the product to increase the relative volatility of the desired product compared to the other components. For example, the extractive distillation agent has a high affinity for the desired product and a low affinity for by-products. A suitable extractive distillation agent should not form an azeotrope with the components, and should be capable of being separated from the product by a subsequent separation technique such as distillation. Suitable optional extractive distillation agents are listed, for example, in US 2020/0255362.
Другая методика включает применение модуля сепаратора, выполненного с возможностью приема ферментативного бульона из биореактора и пропускания бульона через фильтр с получением ретентата и пермеата. Часто пермеат содержит, по меньшей мере, продукт, а ретентат содержит, по меньшей мере, микробную биомассу ферментативного бульона, которую можно рециркулировать в биореактор. Фильтр может представлять собой мембрану, такую как мембрана с поперечным потоком или мембрана из полых волокон.Another technique involves the use of a separator module configured to receive the fermentation broth from the bioreactor and pass the broth through a filter to obtain a retentate and permeate. Often the permeate contains at least the product and the retentate contains at least the microbial biomass of the fermentation broth, which can be recycled to the bioreactor. The filter may be a membrane such as a cross flow membrane or a hollow fiber membrane.
Технологический поток, отделенный от ферментативного бульона и обедненный микробной биомассой, содержит этанол, метанол, этилацетат, по меньшей мере один тиол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода. Остаток ферментативного бульона может быть рециркулирован в биореактор или может быть дополнительно обработан, а затем рециркулирован в биореактор. Этанол для применения в качестве топлива может не требовать высокой степени чистоты, но для других применений этанола может потребоваться высокая степень чистоты, чтобы избежать неприятного запаха или привкуса или проблем со здоровьем человека. Для производства этанола с наивысшей ценностью необходимо удалять побочные продукты, которые обычно образуются и обнаруживаются вместе с этанолом в технологическом потоке. Перегонка является основной методикой выделения целевого этанола, но одной перегонки недостаточно для достижения необходимого уровня чистоты из-за сходных профилей температуры и давления паров целевого этанола и нежелательных побочных продуктов. Кроме того, в некоторых ситуациях могут образовываться азеотропы, затрудняющие перегонку. Для достижения желаемого уровня чистоты получаемого этанола необходимо комбинировать несколько методов разделения на нескольких этапах разделения. Целесообразно определенные этапы разделения проводить в определенном порядке для достижения желаемого результата.The process stream separated from the fermentation broth and depleted in microbial biomass contains ethanol, methanol, ethyl acetate, at least one thiol, and at least one compound containing 3 or more carbon atoms. The rest of the fermentation broth may be recycled to the bioreactor or may be further processed and then recycled to the bioreactor. Ethanol for fuel applications may not require high purity, but other ethanol applications may require high purity to avoid odor or taste nuisance or human health problems. To produce the highest value ethanol, it is necessary to remove the by-products that typically form and are found along with ethanol in the process stream. Distillation is the main technique for isolating the target ethanol, but distillation alone is not sufficient to achieve the desired level of purity due to the similar temperature and vapor pressure profiles of the target ethanol and undesirable by-products. In addition, in some situations, azeotropes may form, making distillation difficult. To achieve the desired level of purity of the resulting ethanol, it is necessary to combine several separation methods in several separation steps. It is advisable to carry out certain separation steps in a certain order to achieve the desired result.
Этилацетат может присутствовать в качестве побочного продукта в технологическом потоке, и желательно удалять этилацетат из технологического потока для получения продукта этанола высокой чистоты. Этилацетат трудно отделить от этанола. Например, этилацетат нельзя отделить от этанола перегонкой или ректификацией из-за близости их температур кипения. Однако в настоящем изобретении применяют щелочной гидролиз сложных эфиров или, более конкретно, методику гидролиза этилацетата основанием, таким как гидроксид натрия, с образованием этанола и уксусной кислоты, которую нейтрализуют до ацетата, такого как ацетат натрия. Основание добавляют в месте рядом с подачей технологического потока на этап выделения. Основание может быть добавлено выше места подачи технологического потока в колонну, например, в верхней части или рядом с верхней частью колонны. Основание может быть добавлено к питанию ребойлера, особенно в периодическом режиме. Полученный ацетат не реагирует с этанолом, и затем ацетат легко отделить от этанола перегонкой. Другие основания подходят для применения на этом этапе выделения и включают такие основания, как гидроксид калия, гидроксид кальция, гидроксид лития, гидроксид рубидия, гидроксид цезия, гидроксид бария, гидроксид аммония, гидроксид магния и их комбинации. На этом этапе выделения этилацетат удаляют из технологического потока и, следовательно, из получаемого этанола.Ethyl acetate may be present as a by-product in the process stream, and it is desirable to remove ethyl acetate from the process stream to obtain a high purity ethanol product. Ethyl acetate is difficult to separate from ethanol. For example, ethyl acetate cannot be separated from ethanol by distillation or rectification due to the closeness of their boiling points. However, the present invention employs alkaline ester hydrolysis, or more specifically, the procedure for hydrolyzing ethyl acetate with a base such as sodium hydroxide to form ethanol and acetic acid, which is neutralized to an acetate such as sodium acetate. The base is added at a location adjacent to the process stream feed to the isolation step. The base can be added above the point where the process stream enters the column, for example, at the top or near the top of the column. Base can be added to the reboiler feed, especially in batch mode. The resulting acetate does not react with ethanol, and then the acetate is easily separated from ethanol by distillation. Other bases are suitable for use in this isolation step and include bases such as potassium hydroxide, calcium hydroxide, lithium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, barium hydroxide, ammonium hydroxide, magnesium hydroxide, and combinations thereof. In this recovery step, ethyl acetate is removed from the process stream and hence from the resulting ethanol.
Технологический поток, обедненный этилацетатом, затем можно обработать адсорбирующим материалом для удаления соединений, содержащих серу, таких как тиол. Известно, что серосодержащие соединения придают неприятный запах, при этом этанол становится непригодным для некоторых применений с высокой степенью чистоты. Неприятные запахи могут быть результатом низкого содержания соThe ethyl acetate depleted process stream can then be treated with adsorbent material to remove sulfur containing compounds such as thiol. Sulfur compounds are known to impart an unpleasant odor, rendering ethanol unsuitable for some high purity applications. Unpleasant odors may be the result of low
- 4 042329 единений серы, такого как концентрации в диапазоне частей на миллиард. Приведение в контакт технологического потока, содержащего по меньшей мере один тиол, с адсорбентом, способным к адсорбции, и, таким образом, удалению тиола из технологического потока, также приведет к удалению неприятного запаха из потока. Подходящие адсорбенты включают, например, сильнокислотные катионообменные смолы. Примером является обработанный или пропитанный серебром нейтрализованный каталитический адсорбент на основе сильнокислотной ионообменной смолы. Смола может представлять собой сульфонированную стиролдивинилбензольную смолу. Такие синтетические смолы продаются под названием Amberlyst 15 от Rohm & Haas и LEWATIT SPC 118 от Bayer AG. Подходящий адсорбент продается под названием Ag/Amberlyst-15 от Rohm & Haas. Подходящий адсорбент подробно описан в US 4760204. Обработку технологического потока можно проводить в непрерывном режиме, в периодическом режиме, в сменно-циклическом режиме или в любом другом подходящем режиме работы. Адсорбент может быть размещен в неподвижном, движущемся, псевдоожиженном, псевдодвижущемся слое или в любом другом подходящем варианте расположения.- 4,042,329 sulfur units, such as concentrations in the ppb range. Contacting a process stream containing at least one thiol with an adsorbent capable of adsorbing, and thereby removing the thiol from the process stream, will also remove the malodor from the stream. Suitable adsorbents include, for example, strongly acidic cation exchange resins. An example is a silver-treated or impregnated neutralized catalytic adsorbent based on a strong acid ion exchange resin. The resin may be a sulphonated styrene-divinylbenzene resin. Such synthetic resins are sold under the name Amberlyst 15 from Rohm & Haas and LEWATIT SPC 118 from Bayer AG. A suitable adsorbent is sold under the name Ag/Amberlyst-15 from Rohm & Haas. A suitable adsorbent is described in detail in US 4,760,204. Processing of the process stream can be carried out in a continuous mode, in a batch mode, in a shift-cyclic mode, or in any other suitable mode of operation. The adsorbent may be placed in a fixed bed, a moving bed, a fluidized bed, a pseudo moving bed, or any other suitable arrangement.
В другом варианте реализации любые присутствующие меркаптаны могут быть окислены с использованием углерода с образованием дисульфидов для химического превращения пахучих меркаптанов в непахучие дисульфиды.In another embodiment, any mercaptans present can be oxidized using carbon to form disulfides to chemically convert odorous mercaptans to odorless disulfides.
Обработку для удаления соединений серы можно проводить на воздухе или в инертной атмосфере. Неограничительные примеры инертной атмосферы включают атмосферу азота и атмосферу гелия. Преимуществом применения инертной атмосферы является предотвращение образования нежелательного ацетальдегида. Сосуды с адсорбентом можно продувать инертным газом, таким как азот, и можно непрерывно продувать азотом.Treatment to remove sulfur compounds can be carried out in air or in an inert atmosphere. Non-limiting examples of an inert atmosphere include a nitrogen atmosphere and a helium atmosphere. The advantage of using an inert atmosphere is to prevent the formation of undesirable acetaldehyde. The adsorbent vessels may be purged with an inert gas such as nitrogen, and may be continuously purged with nitrogen.
Технологический поток, обедненный как этилацетатом, так и тиолом, перегоняют для выделения этанола, метанола и по меньшей мере одного соединения, содержащего 3 или более атомов углерода. Перегонку можно проводить в одной, двух или более перегонных колоннах. Например, одну перегонную колонну можно применять для выделения по меньшей мере одного соединения, содержащего 3 или более атомов углерода, в виде кубового потока из головного потока метанола и потока боковой фракции этанола высокой чистоты. В другом варианте реализации первая колонна может выделять метанол в виде головной фракции и кубовую фракцию, содержащую этанол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода. Во второй колонне этанол высокой чистоты отделяют по меньшей мере от одного соединения, содержащего три или более атомов углерода.The process stream depleted of both ethyl acetate and thiol is distilled to recover ethanol, methanol and at least one compound containing 3 or more carbon atoms. The distillation can be carried out in one, two or more distillation columns. For example, one distillation column can be used to isolate at least one compound containing 3 or more carbon atoms as a bottoms stream from a methanol overhead stream and a high purity ethanol side cut stream. In another embodiment, the first column may recover methanol as an overhead fraction and a bottoms fraction containing ethanol and at least one compound containing 3 or more carbon atoms. In the second column, high purity ethanol is separated from at least one compound containing three or more carbon atoms.
Одну или несколько перегонок можно проводить в инертной атмосфере. Одна или несколько перегонных колонн могут представлять собой экстрактивные перегонные колонны, в которых применяют агент экстрактивной перегонки.One or more distillations can be carried out under an inert atmosphere. One or more distillation columns may be extractive distillation columns in which an extractive distillation agent is used.
В процессе ферментации в качестве побочного продукта могут образовываться сивушные масла. Таким образом, ферментативный бульон и технологический поток, обедненный микробной биомассой, могут дополнительно содержать сивушные масла. Сивушные масла могут быть удалены из технологического потока на этапе перегонки. В одном варианте реализации сивушные масла удаляют в виде бокового отбора по меньшей мере из одной из перегонных колонн. В рамках того же бокового отбора по меньшей мере из одной из перегонных колонн, наряду с сивушными маслами, также могут быть удалены соединения серы. Здесь могут быть удалены серосодержащие соединения, которые не были удалены ранее в способе.During the fermentation process, fusel oils can form as a by-product. Thus, the fermentation broth and process stream depleted in microbial biomass may additionally contain fusel oils. Fusel oils can be removed from the process stream during the distillation step. In one embodiment, the fusel oils are removed as a side draw from at least one of the distillation columns. As part of the same side withdrawal from at least one of the distillation columns, along with fusel oils, sulfur compounds can also be removed. Here, sulfur-containing compounds that have not been removed earlier in the process can be removed.
Ферментативный бульон и технологический поток могут дополнительно содержать ацетальдегид. Ацетальдегид является нежелательным компонентом технологического потока и может быть удален, чтобы не загрязнять получаемый этанол и не снижать чистоту получаемого этанола. Этот этап выделения не является обязательным и может зависеть от количества ацетальдегида, присутствующего в технологическом потоке. Ацетальдегид удаляют из технологического потока с помощью металла для восстановления ацетальдегида до ацетата с последующей перегонкой для удаления ацетата. Образовавшийся ацетат может представлять собой этилацетат. Следовательно, ацетальдегид можно удалить на том же этапе, что и удаление этилацетата.The fermentation broth and process stream may additionally contain acetaldehyde. Acetaldehyde is an undesirable component of the process stream and can be removed so as not to contaminate the resulting ethanol and not reduce the purity of the resulting ethanol. This isolation step is optional and may depend on the amount of acetaldehyde present in the process stream. Acetaldehyde is removed from the process stream with a metal to reduce acetaldehyde to acetate, followed by distillation to remove acetate. The resulting acetate may be ethyl acetate. Therefore, acetaldehyde can be removed in the same step as the removal of ethyl acetate.
Ферментативный бульон и технологический поток могут дополнительно содержать альдегид. Альдегид является нежелательным компонентом технологического потока и может быть удален, чтобы не загрязнять получаемый этанол и не снижать чистоту получаемого этанола. Альдегид может быть восстановлен до спирта и затем удален из технологического потока. Восстановление альдегида можно осуществлять с использованием химически активного металла, амальгамы или соединения, содержащего химически активный металл. Подходящие металлы, амальгамы и соединения могут включать цинк или алюминий. Можно применять смеси различных металлов, амальгам и соединений. В другом варианте реализации технологический поток можно обрабатывать гидразином для взаимодействия с альдегидом и образования алкана. Полученный спирт или полученный алкан могут быть удалены на этапе (этапах) перегонки, для выделения этанола с высокой степенью чистоты.The fermentation broth and process stream may additionally contain an aldehyde. The aldehyde is an undesirable component of the process stream and can be removed so as not to contaminate the ethanol produced and reduce the purity of the ethanol produced. The aldehyde can be reduced to alcohol and then removed from the process stream. The reduction of the aldehyde can be carried out using a reactive metal, an amalgam, or a compound containing a reactive metal. Suitable metals, amalgams and compounds may include zinc or aluminum. Mixtures of different metals, amalgams and compounds can be used. In another embodiment, the process stream may be treated with hydrazine to react with an aldehyde and form an alkane. The resulting alcohol or the resulting alkane can be removed in the distillation step(s) to recover ethanol in high purity.
Ферментативный бульон и технологический поток могут дополнительно содержать нежелательные примеси. Технологический поток можно обрабатывать адсорбентом для удаления примесей. Подходящие адсорбенты включают активированный углерод, активированный древесный уголь и обработанныйThe fermentation broth and process stream may additionally contain undesirable impurities. The process stream may be treated with an adsorbent to remove impurities. Suitable adsorbents include activated carbon, activated charcoal and treated
- 5 042329 или пропитанный серебром нейтрализованный каталитический адсорбент на основе сильнокислотной ионообменной смолы, такой как продаваемый под названием Ag/Amberlyst-15. Технологический поток можно обрабатывать для удаления примесей на любом этапе способа. В одном варианте реализации технологический поток обрабатывают для удаления примесей перед другими этапами разделения. В другом варианте реализации технологический поток обрабатывают для удаления примесей на том же этапе, что и удаление по меньшей мере одного тиола.- 5 042329 or a silver impregnated neutralized catalytic adsorbent based on a strong acid ion exchange resin such as sold under the name Ag/Amberlyst-15. The process stream may be treated to remove impurities at any stage of the process. In one embodiment, the process stream is treated to remove impurities prior to other separation steps. In another implementation, the process stream is processed to remove impurities at the same stage as the removal of at least one thiol.
Этапы разделения можно выполнять в любом порядке, но есть преимущества в выполнении этапов в определенном порядке. Предпочтительно удалять этилацетат и тиол из технологического потока раньше, чем метанол и соединение, содержащее 3 или более атомов углерода. В одном варианте реализации в первую очередь из технологического потока удаляют этилацетат.The separation steps can be done in any order, but there are advantages to doing the steps in a particular order. It is preferable to remove ethyl acetate and thiol from the process stream before methanol and a compound containing 3 or more carbon atoms. In one embodiment, ethyl acetate is removed from the process stream first.
Необязательно, поток очищенного этанола можно высушивать или обезвоживать. Поскольку этанол образует азеотропы с водой, простая перегонка может обеспечить обезвоживание этанола примерно до 90 мас.%, но для удаления оставшейся воды требуется другая методика. Такие методики известны, и подходящие методики включают применение мембранного обезвоживания и обезвоживания с использованием адсорбента. Примеры мембранных методик включают в себя режимы проникновения паров через мембрану или первапорации. Для обезвоживания этанола в продаже имеется несколько различных мембран. Адсорбция и абсорбция при переменном давлении (PSA) - известные методики получения безводного этанола. Многие цеолитные адсорбенты коммерчески доступны для применения в системах PSA.Optionally, the purified ethanol stream may be dried or dehydrated. Because ethanol forms azeotropes with water, a simple distillation can dehydrate the ethanol to about 90% by weight, but a different technique is required to remove the remaining water. Such techniques are known, and suitable techniques include the use of membrane dehydration and dehydration using an adsorbent. Examples of membrane techniques include vapor permeation or pervaporation modes. Several different membranes are commercially available for dehydrating ethanol. Pressure swing adsorption and absorption (PSA) are known techniques for producing anhydrous ethanol. Many zeolite adsorbents are commercially available for use in PSA systems.
На фиг. 1 показана технологическая схема, в которой микробную биомассу удаляют из ферментативного бульона 102 на этапе 104 с образованием технологического потока, обедненного микробной биомассой. Технологический поток направляют либо в последовательность 108, либо в последовательность 110 этапа разделения 112. В последовательности 108 этапа разделения 112 сначала удаляют этилацетат путем осуществления реакции этилацетата с основным соединением с последующей перегонкой в 109, а затем по меньшей мере один тиол отделяют путем адсорбции или реакции с образованием дисульфида в 111. В последовательности 110 этапа разделения 112 сначала отделяют по меньшей мере один тиол путем адсорбции или реакции с образованием дисульфида в 113, а затем удаляют этилацетат путем осуществления реакции этилацетата с основным соединением с последующей перегонкой в 114. После этапа разделения 112 технологический поток, обедненный этилацетатом и тиолом, направляют в последовательность 116 или последовательность 118 этапа разделения 120. В последовательности 116 этапа разделения 120 сначала метанол выделяют перегонкой в 117, а затем по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, выделеют перегонкой в 119. В последовательности 118 этапа разделения 120 сначала по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, отделяют перегонкой в 121, а затем метанол отделяют перегонкой в 122. Затем выделяют этанол на этапе 122.In FIG. 1 shows a process flow diagram in which microbial biomass is removed from fermentation broth 102 in step 104 to form a microbial biomass depleted process stream. The process stream is sent to either sequence 108 or sequence 110 of separation step 112. In sequence 108 of separation step 112, ethyl acetate is first removed by reacting ethyl acetate with a basic compound, followed by distillation at 109, and then at least one thiol is separated by adsorption or reaction to form a disulfide at 111. In sequence 110 of separation step 112, at least one thiol is first separated by adsorption or reaction to form a disulfide at 113, and then ethyl acetate is removed by reacting ethyl acetate with a basic compound, followed by distillation at 114. After separation step 112 the process stream depleted in ethyl acetate and thiol is sent to sequence 116 or sequence 118 of separation stage 120. In sequence 116 of separation stage 120, methanol is first recovered by distillation to 117, and then at least one compound containing 3 or more carbon atoms, to is isolated by distillation at 119. In sequence 118 of separation step 120, first at least one compound containing 3 or more carbon atoms is separated by distillation at 121, and then methanol is separated by distillation at 122. Ethanol is then isolated at step 122.
На фиг. 2 показан один вариант реализации изобретения, в котором этапы разделения расположены в определенном порядке. Технологический поток, который уже отделен от ферментативного бульона и содержит этилацетат, по меньшей мере один тиол, метанол, по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, и этанол, направляют по линии 204 и подают в сосуд 206, где удаляют этилацетат. Основание, такое как гидроксид натрия, вводят в сосуд 206 по линии 208. Основание взаимодействует с этилацетатом с образованием ацетата натрия, который удаляют по линии 210. Обедненный этилацетатом технологический поток направляют из сосуда 206 в сосуд 214 по линии 212. Сосуд 214 содержит адсорбент, способный адсорбировать по меньшей мере один тиол. Технологический поток, обедненный этилацетатом и тиолом, направляют из сосуда 214 в сосуд 220 по линии 218. В какой-то момент способа тиол, адсорбированный адсорбентом, десорбируют на этапе десорбции и удаляют по линии 216. Сосуд 220 представляет собой перегонную колонну, в которой метанол удаляют в виде головной фракции по линии 224, а по линии 222 кубовую фракцию, содержащую этанол и по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, направляют в сосуд 226. Также показан необязательный боковой отвод 232, из которого можно отбирать сивушные масла и/или серосодержащие соединения. Сосуд 226 представляет собой перегонную колонну, в которой по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, удаляют в кубовом потоке 228. Также показан необязательный боковой отвод 234, из которого можно отбирать сивушные масла и/или серосодержащие соединения. Очищенный этанол удаляют по головной линии 230. Необязательно, очищенный этанол в линии 230 может быть высушен в установке для обезвоживания этанола 238 с получением очищенного обезвоженного этанола в линии 236. Установка 238 для обезвоживания этанола может представлять собой мембранную систему или PSA.In FIG. 2 shows one embodiment of the invention in which the separation steps are arranged in a particular order. The process stream, which has already been separated from the fermentation broth and contains ethyl acetate, at least one thiol, methanol, at least one compound containing 3 or more carbon atoms, and ethanol, is sent through line 204 and fed to vessel 206, where ethyl acetate is removed . A base, such as sodium hydroxide, is introduced into vessel 206 via line 208. The base reacts with ethyl acetate to form sodium acetate, which is removed via line 210. An ethyl acetate-depleted process stream is sent from vessel 206 to vessel 214 via line 212. Vessel 214 contains adsorbent, capable of adsorbing at least one thiol. The process stream depleted of ethyl acetate and thiol is sent from vessel 214 to vessel 220 via line 218. At some point in the process, thiol adsorbed by the adsorbent is desorbed in a desorption step and removed via line 216. Vessel 220 is a distillation column in which methanol is removed as head cut via line 224, and via line 222, a bottoms fraction containing ethanol and at least one compound containing 3 or more carbon atoms is sent to vessel 226. An optional side outlet 232 is also shown, from which fusel oils can be withdrawn and/or sulfur compounds. Vessel 226 is a distillation column in which at least one compound containing 3 or more carbon atoms is removed in bottom stream 228. Also shown is an optional side draw 234 from which fusel oils and/or sulfur compounds can be withdrawn. Purified ethanol is removed via overhead line 230. Optionally, purified ethanol in line 230 may be dried in ethanol dehydrator 238 to provide purified dehydrated ethanol in line 236. Ethanol dehydrator 238 may be a membrane system or PSA.
На фиг. 3 показана часть варианта реализации получения ферментативного бульона и отделения и удаления микробной биомассы для получения обедненного микробной биомассой технологического потока. Промышленный способ или установка газификации 310 обеспечивает субстрат в трубопроводе 304, который поступает в биореактор 300, где его ферментируют под действием микроорганизма для получения целевого продукта, такого как этанол.In FIG. 3 shows a portion of an embodiment for producing a fermentation broth and separating and removing microbial biomass to produce a microbial biomass depleted process stream. The commercial gasification process or plant 310 provides the substrate in conduit 304 which enters the bioreactor 300 where it is fermented by a microorganism to produce a desired product such as ethanol.
Ферментативный бульон 312, содержащий микробную биомассу, этилацетат, по меньшей мере один тиол, метанол, по меньшей мере одно соединение, содержащее 3 или более атомов углерода, и этанол, удаляют из биореактора 300 и направляют в сепаратор 314, где микробную биомассу отделяют в линиюFermentation broth 312 containing microbial biomass, ethyl acetate, at least one thiol, methanol, at least one compound containing 3 or more carbon atoms, and ethanol is removed from bioreactor 300 and sent to separator 314, where microbial biomass is separated in line
--
Claims (26)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/988,176 | 2020-03-11 | ||
| US17/183,204 | 2021-02-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA042329B1 true EA042329B1 (en) | 2023-02-03 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101588052B1 (en) | Method of extracting butyric acid from broth and chemically converting it into biofuel | |
| US8658845B2 (en) | Process and adsorbent for separating ethanol and associated oxygenates from a biofermentation system | |
| RU2573926C2 (en) | Method for producing organic compounds by biomass fermentation and zeolite catalysis | |
| US11807592B2 (en) | Process for recovering close boiling products | |
| US20230357112A1 (en) | Process for purification of products | |
| WO2009064201A2 (en) | Use of carriers in microbial fermentation | |
| US11731926B2 (en) | Process for purification of products | |
| EA042329B1 (en) | METHOD FOR CLEANING PRODUCTS | |
| FI76700C (en) | FOERFARANDE FOER KONCENTRERING AV EN UTSPAEDD VATTENLOESNING AV AETTIKSYRA, MJOELKSYRA, ETANOL ELLER BUTANOL. | |
| US20230113411A1 (en) | Flexible product separation and recovery | |
| EA045094B1 (en) | METHOD FOR EXTRACTING PRODUCTS WITH CLOSED BOILING TEMPERATURES |