EA043304B1 - INTEGRATED PROCESS FOR FILTERING COMPONENTS FROM GAS FLOW - Google Patents
INTEGRATED PROCESS FOR FILTERING COMPONENTS FROM GAS FLOW Download PDFInfo
- Publication number
- EA043304B1 EA043304B1 EA202091883 EA043304B1 EA 043304 B1 EA043304 B1 EA 043304B1 EA 202091883 EA202091883 EA 202091883 EA 043304 B1 EA043304 B1 EA 043304B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- gas stream
- module
- gas
- stream
- fermentation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 53
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 34
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 527
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 160
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 112
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 102
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 102
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 96
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 94
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 claims description 78
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 74
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 73
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 73
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 70
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 51
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 claims description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 40
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 38
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims description 36
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000003060 catalysis inhibitor Substances 0.000 claims description 5
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 105
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 85
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 62
- 239000000047 product Substances 0.000 description 59
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 57
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 50
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 50
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 44
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 43
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 43
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 34
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 29
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 22
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 22
- IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N Acetaldehyde Chemical compound CC=O IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 20
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 19
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 19
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 16
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 15
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 15
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 14
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 11
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N acetyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N 0.000 description 8
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 8
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 241001656809 Clostridium autoethanogenum Species 0.000 description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- -1 CO 2 and/or CO Chemical class 0.000 description 6
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 5
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 5
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 238000005486 sulfidation Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N Cu+ Chemical compound [Cu+] VMQMZMRVKUZKQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 4
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 4
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000186566 Clostridium ljungdahlii Species 0.000 description 3
- 241001611023 Clostridium ragsdalei Species 0.000 description 3
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000205276 Methanosarcina Species 0.000 description 3
- 108091005461 Nucleic proteins Proteins 0.000 description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N butan-2-ol Chemical compound CCC(C)O BTANRVKWQNVYAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OWBTYPJTUOEWEK-UHFFFAOYSA-N butane-2,3-diol Chemical compound CC(O)C(C)O OWBTYPJTUOEWEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 238000005504 petroleum refining Methods 0.000 description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ALRHLSYJTWAHJZ-UHFFFAOYSA-M 3-hydroxypropionate Chemical compound OCCC([O-])=O ALRHLSYJTWAHJZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 241001468161 Acetobacterium Species 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 2
- 241000186541 Desulfotomaculum Species 0.000 description 2
- 241000186394 Eubacterium Species 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N Isoprene Chemical compound CC(=C)C=C RRHGJUQNOFWUDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000178985 Moorella Species 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000178986 Oxobacter Species 0.000 description 2
- 241000192031 Ruminococcus Species 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N aluminium(i) oxide Chemical compound [Al]O[Al] BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 210000001822 immobilized cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 235000019156 vitamin B Nutrition 0.000 description 2
- 239000011720 vitamin B Substances 0.000 description 2
- WTFXTQVDAKGDEY-UHFFFAOYSA-N (-)-chorismic acid Natural products OC1C=CC(C(O)=O)=CC1OC(=C)C(O)=O WTFXTQVDAKGDEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 description 1
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940044613 1-propanol Drugs 0.000 description 1
- WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-M 3-hydroxybutyrate Chemical compound CC(O)CC([O-])=O WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Natural products CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001379910 Ephemera danica Species 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N R3HBA Natural products CC(O)CC(O)=O WHBMMWSBFZVSSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- QCIAWMHACRGSKN-UHFFFAOYSA-N [N].[C]=O.C(=O)=O Chemical compound [N].[C]=O.C(=O)=O QCIAWMHACRGSKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- IKHGUXGNUITLKF-XPULMUKRSA-N acetaldehyde Chemical compound [14CH]([14CH3])=O IKHGUXGNUITLKF-XPULMUKRSA-N 0.000 description 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 1
- 230000000789 acetogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- RFAZFSACZIVZDV-UHFFFAOYSA-N butan-2-one Chemical compound CCC(C)=O.CCC(C)=O RFAZFSACZIVZDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WTFXTQVDAKGDEY-HTQZYQBOSA-N chorismic acid Chemical compound O[C@@H]1C=CC(C(O)=O)=C[C@H]1OC(=C)C(O)=O WTFXTQVDAKGDEY-HTQZYQBOSA-N 0.000 description 1
- 238000010960 commercial process Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- OMZSGWSJDCOLKM-UHFFFAOYSA-N copper(II) sulfide Chemical compound [S-2].[Cu+2] OMZSGWSJDCOLKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000004508 fractional distillation Methods 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 1
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 1
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001450 methanotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N monopropylene glycol Natural products CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002018 overexpression Effects 0.000 description 1
- 238000007353 oxidative pyrolysis Methods 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 235000013772 propylene glycol Nutrition 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 238000001991 steam methane reforming Methods 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 241001148471 unidentified anaerobic bacterium Species 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Description
Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross reference to related application
Заявка испрашивает приоритет по предварительным заявкам США №№ 62/629,160 и 62/656,813, поданным 12 февраля 2018 года и 12 апреля 2018 года, соответственно, содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.The application claims benefit to U.S. Provisional Application Nos. 62/629,160 and 62/656,813, filed February 12, 2018 and April 12, 2018, respectively, the contents of which are incorporated herein by reference.
Область техникиField of technology
Настоящее изобретение относится к системам и способам удаления компонентов из газового потока. В частности, изобретение относится к удалению компонентов из газового потока, которые могут оказывать вредное воздействие на последующие модули очистки и/или микроорганизмы, ферментирующие газ, на последующих стадиях процесса.The present invention relates to systems and methods for removing components from a gas stream. In particular, the invention relates to the removal of components from a gas stream that may have a detrimental effect on subsequent purification modules and/or gas fermenting microorganisms in subsequent process steps.
Уровень техникиState of the art
Существует насущная необходимость значительно сократить выбросы, связанные с глобальным потреблением ископаемого топлива, чтобы уменьшить влияние на изменение климата. Однако материалы на основе углерода, химические вещества и транспортное топливо в основном производятся из ископаемых источников и в настоящее время альтернативного источника для адекватной их замены нет.There is an urgent need to significantly reduce emissions associated with global fossil fuel consumption to reduce the impact on climate change. However, carbon-based materials, chemicals and transportation fuels are primarily produced from fossil sources and there is currently no alternative source to adequately replace them.
Ферментирующие газ микроорганизмы, связывающие диоксид углерода (CO2) и монооксид углерода (CO), могут уменьшить эту зависимость, поскольку они могут преобразовывать газообразный углерод в полезные виды топлива и химические вещества.Gas-fermenting microorganisms that bind carbon dioxide (CO 2 ) and carbon monoxide (CO) can reduce this dependence because they can convert carbon gas into useful fuels and chemicals.
Ферментирующие газ микроорганизмы могут использовать широкий спектр сырья, включая газифицированные органические вещества любого вида (например, твердые бытовые отходы, промышленные отходы, биомассу и остатки сельскохозяйственных отходов) или промышленные отходящие газы (например, от сталелитейных заводов или других перерабатывающих предприятий).Gas fermenting microorganisms can utilize a wide range of feedstocks, including gasified organic matter of any kind (eg, municipal solid waste, industrial waste, biomass, and agricultural residues) or industrial waste gases (eg, from steel mills or other processing plants).
Широкий спектр предприятий промышленности, производящих эти газовые потоки, неизменно вводят примеси из-за особенностей технологического процесса и элементов, содержащихся в следовых количествах в технологическом сырье. Эти примеси могут влиять на следующих стадиях на конверсионную эффективность микроорганизмов, ферментирующих газ. Например, могут присутствовать моноазотистые вещества, такие как цианистый водород (HCN), аммиак (NH3), оксид азота (NOx) и другие известные газы, ингибирующие ферменты, такие как ацетилен (C2H2), этилен (C2H4), этан (C2H6), БТЭК (бензол, толуол, этилбензол, ксилол) и кислород (O2). Соединения серы в газе, такие как сероводород (H2S), карбонилсульфид (COS), сероуглерод (CS2) могут, в свою очередь, отрицательно влиять на системы очистки на основе катализаторов.The wide range of industries that produce these gas streams invariably introduce impurities due to the nature of the process and elements contained in trace amounts in the process feedstock. These impurities can influence the conversion efficiency of gas-fermenting microorganisms in subsequent stages. For example, mononitrogenous substances may be present such as hydrogen cyanide (HCN), ammonia (NH 3 ), nitric oxide (NO x ) and other known enzyme inhibitory gases such as acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), ethane (C2H6), BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene) and oxygen ( O2 ). Sulfur compounds in the gas such as hydrogen sulfide (H2S), carbonyl sulfide (COS), carbon disulfide (CS2) can, in turn, negatively affect catalyst-based purification systems.
Для многих из указанных выше соединений существуют коммерчески доступные системы удаления; однако эти системы не использовались для микробиологической ферментации газа. Микробиологическая ферментация газа, как последующий процесс, является относительно новой альтернативой традиционным технологиям каталитического преобразования и требует относительно специфических ограничений по примесям. Для обеспечения эффективной неингибированной ферментации газов очистка этих газов должна быть завершена.For many of the above compounds, there are commercially available removal systems; however, these systems have not been used for microbial gas fermentation. Microbial gas fermentation, as a downstream process, is a relatively new alternative to traditional catalytic conversion technologies and requires relatively specific impurity restrictions. To ensure efficient uninhibited fermentation of gases, purification of these gases must be completed.
Существует три основные проблемы, связанные с очисткой газа для ферментации газа, включая (1) чрезмерное потребление требуемых реагентов для микробиологической ферментации; (2) реакцию с образованием других нежелательных соединений, которые будут действовать как ингибиторы микроорганизмов; и (3) снижение количества ингибирующих соединений в потоке сырья до достаточно низких уровней для обеспечения эффективной неингибированной ферментации газа.There are three major problems associated with gas purification for gas fermentation, including (1) excessive consumption of required microbial fermentation reagents; (2) reaction to form other undesirable compounds that will act as microbial inhibitors; and (3) reducing the amount of inhibitory compounds in the feed stream to levels low enough to allow efficient uninhibited gas fermentation.
Соответственно, остается потребность в изобретении, которое стратегически очищает газовые потоки, полученные после промышленных или других процессов, чтобы обеспечить газ, пригодный для последующего процесса ферментации, в то же время избегая вышеупомянутых проблем.Accordingly, there remains a need for an invention that strategically purifies gas streams obtained from industrial or other processes to provide gas suitable for a subsequent fermentation process while avoiding the above-mentioned problems.
Краткое описание изобретенияBrief description of the invention
В изобретении предложен способ получения ферментируемого газового потока из входящего газового потока, содержащего CO, CO2 или H2, или их комбинации, включающий подачу входящего газового потока в модуль гидролиза, в котором по меньшей мере один компонент газового потока удаляют и/или преобразуют для получения газового потока после гидролиза, пропускание газового потока, полученного после гидролиза, через модуль удаления кислого газа, где по меньшей мере один дополнительный компонент газового потока удаляют и/или преобразуют для получения газового потока с низким содержанием кислого газа, пропускание газового потока с низким содержанием кислого газа через модуль деоксигенации, где по меньшей мере один дополнительный компонент удаляют и/или преобразуют для получения ферментируемого газового потока. Порядок этих процессов удаления имеет решающее значение для успешного производства газового потока, пригодного для ферментации.The invention provides a method for producing a fermentable gas stream from an incoming gas stream containing CO, CO2 or H2, or a combination thereof, comprising supplying the incoming gas stream to a hydrolysis module, in which at least one component of the gas stream is removed and/or converted to produce gas stream after hydrolysis, passing the gas stream obtained after hydrolysis through an acid gas removal module, where at least one additional component of the gas stream is removed and/or converted to produce a gas stream with a low acid gas content, passing the gas stream with a low acid gas content through a deoxygenation module, where at least one additional component is removed and/or converted to produce a fermentable gas stream. The order of these removal processes is critical to the successful production of a gas stream suitable for fermentation.
По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, по меньшей мере один удаленный компонент представляет собой ингибитор микроорганизмов и/или ингибитор катализатора.In at least one embodiment of the invention, at least one removed component is a microbial inhibitor and/or a catalyst inhibitor.
В конкретных вариантах реализации изобретения по меньшей мере один или несколько компонентов, удаленных и/или преобразованных модулем гидролиза, представляют собой карбонилсульфид (COS) и/или цианистый водород (HCN).In specific embodiments of the invention, at least one or more of the components removed and/or converted by the hydrolysis module is carbonyl sulfide (COS) and/or hydrogen cyanide (HCN).
Компоненты, удаленные и/или преобразованные модулем удаления кислого газа, могут быть выбраны из группы, состоящей из диоксида углерода (CO2), сероводорода (H2S) и цианистого водородаThe components removed and/or converted by the acid gas removal module may be selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S) and hydrogen cyanide
- 1 043304 (HCN).- 1 043304 (HCN).
В конкретных вариантах реализации изобретения, по меньшей мере, один или несколько компонентов, удаленных и/или преобразованных модулем деоксигенации, представляют собой кислород (O2) и/или ацетилен (C2H2).In specific embodiments of the invention, at least one or more of the components removed and/or converted by the deoxygenation module is oxygen (O2) and/or acetylene (C2H2).
В определенных случаях входящий газовый поток подают в модуль удаления кислого газа минуя модуль гидролиза.In certain cases, the incoming gas stream is supplied to the acid gas removal module without passing through the hydrolysis module.
Процесс может дополнительно включать модуль каталитического гидрирования. В вариантах реализации изобретения, использующих модуль каталитического гидрирования, газовый поток с низким содержанием кислого газа пропускают через модуль каталитического гидрирования, прежде чем направить в модуль деоксигенации, где по меньшей мере один компонент из газового потока с низким содержанием кислого газа удаляют и/или преобразуют перед тем, как направить газовый поток в модуль деоксигенации. По меньшей мере один компонент, удаленный и/или преобразованный модулем каталитического гидрирования, представляет собой ацетилен (C2H2).The process may further include a catalytic hydrogenation module. In embodiments of the invention using a catalytic hydrogenation module, the low acid gas gas stream is passed through the catalytic hydrogenation module before being sent to the deoxygenation module, where at least one component from the low acid gas gas stream is removed and/or converted before how to direct the gas flow to the deoxygenation module. At least one component removed and/or converted by the catalytic hydrogenation module is acetylene (C2H2).
Процесс может включать в себя, по меньшей мере, один дополнительный модуль, выбранный из группы, состоящей из: модуля удаления твердых частиц, модуля удаления хлоридов, модуля удаления смол, модуля удаления цианистого водорода, дополнительного модуля удаления кислого газа, модуля температуры и модуля давления.The process may include at least one additional module selected from the group consisting of: a solids removal module, a chloride removal module, a tar removal module, a hydrogen cyanide removal module, an additional acid gas removal module, a temperature module, and a pressure module. .
В конкретных случаях дополнительный модуль удаления кислого газа представляет собой модуль адсорбции при переменном давлении (PSA).In specific cases, the optional acid gas removal module is a pressure swing adsorption (PSA) module.
В конкретных вариантах реализации изобретения способ включает в себя контрольные устройства для измерения уровня компонентов, присутствующих в газовом потоке. Одно или несколько контрольных устройств могут быть размещены до и/или после одного или нескольких модулей. В определенных случаях можно обойти один или несколько модулей в зависимости от уровня одного или нескольких компонентов в газовом потоке.In specific embodiments of the invention, the method includes monitoring devices for measuring the level of components present in the gas stream. One or more control devices may be placed before and/or after one or more modules. In certain cases, one or more modules may be bypassed depending on the level of one or more components in the gas stream.
Способ может включать модуль удаления цианистого водорода, в который подается газовый поток после деоксигенации. Модуль удаления цианистого водорода может удалять по меньшей мере часть цианистого водорода из газового потока перед подачей газового потока в биореактор.The method may include a hydrogen cyanide removal module into which a gas stream is supplied after deoxygenation. The hydrogen cyanide removal module may remove at least a portion of the hydrogen cyanide from the gas stream before supplying the gas stream to the bioreactor.
Предпочтительно, перед подачей в биореактор уровни содержания компонентов снижают до заданных уровней, что обеспечивает способность газового потока к ферментации. В конкретных вариантах реализации изобретения заданный уровень компонентов включает не более чем сто частей на миллион (100 ч./млн) кислорода (O2), одну часть на миллион (1 ч./млн) цианистого водорода (HCN) и одну часть на миллион (1 ч./млн) ацетилена (C2H2). В определенных случаях заданный уровень составляющих включает не более ста частей на миллиард (100 ч/млрд) цианистого водорода (HCN).Preferably, before entering the bioreactor, the levels of the components are reduced to predetermined levels, which ensures the ability of the gas stream to ferment. In specific embodiments, the predetermined component level includes no more than one hundred parts per million (100 ppm) oxygen (O2), one part per million (1 ppm) hydrogen cyanide (HCN), and one part per million ( 1 ppm) acetylene (C2H2). In certain cases, the specified constituent level includes no more than one hundred parts per billion (100 ppb) of hydrogen cyanide (HCN).
Биореактор может содержать культуру, в состав которой входят ферментационный бульон и один или несколько микроорганизмов. В конкретных вариантах реализации изобретения один или более микроорганизмов является карбоксидотрофной бактерией.The bioreactor may contain a culture that includes a fermentation broth and one or more microorganisms. In specific embodiments of the invention, one or more microorganisms is a carboxydotrophic bacterium.
Способ может допускать подачу потока очищенного газа в устройство улавливания углерода вместо или перед подачей потока очищенного газа в биореактор.The method may allow the purified gas stream to be supplied to the carbon capture device instead of or before the purified gas stream is supplied to the bioreactor.
В конкретных вариантах реализации изобретения способ допускает получение потоков газа из одного или нескольких источников. По меньшей мере часть газового потока может быть получена из промышленного источника. Кроме того, по меньшей мере часть газового потока может быть синтетическим газом. Кроме того, по меньшей мере часть газового потока может представлять собой генераторный газ.In specific embodiments of the invention, the method allows for obtaining gas streams from one or more sources. At least a portion of the gas stream may be obtained from a commercial source. In addition, at least a portion of the gas stream may be synthetic gas. In addition, at least a portion of the gas stream may be producer gas.
В конкретных вариантах реализации изобретения предложен способ получения ферментируемого газового потока, включающий очистку газового потока, содержащего CO, CO2 или H2, посредством обработки газа для удаления одного или нескольких нежелательных компонентов из газового потока, при этом стадия обработки газового потока включает пропускание газового потока через модуль гидролиза, где по меньшей мере один компонент газового потока преобразуют для получения потока после гидролиза, пропускание потока, полученного после гидролиза, через модуль удаления кислого газа, где по меньшей мере один дополнительный компонент потока удаляют для получения потока с низким содержанием кислого газа и пропускание потока с низким содержанием кислого газа через модуль деоксигенации, в котором по меньшей мере один дополнительный компонент преобразуют для получения ферментируемого газового потока.In specific embodiments, the invention provides a method of producing a fermentable gas stream, comprising purifying a gas stream containing CO, CO2 or H2 by treating the gas to remove one or more undesirable components from the gas stream, wherein the step of treating the gas stream includes passing the gas stream through a module hydrolysis, wherein at least one component of the gas stream is converted to produce a post-hydrolysis stream, passing the stream obtained from hydrolysis through an acid gas removal module, wherein at least one additional component of the stream is removed to produce a stream with low acid gas content, and passing the stream low acid gas content through a deoxygenation module in which at least one additional component is converted to produce a fermentable gas stream.
Предпочтительно ферментируемый газовый поток содержит незначительные уровни кислорода (O2), цианистого водорода (HCN) и ацетилена (C2H2) по сравнению с входящим газовым потоком до прохождения через процесс обработки.Preferably, the fermentation gas stream contains negligible levels of oxygen (O 2 ), hydrogen cyanide (HCN) and acetylene (C 2 H 2 ) compared to the incoming gas stream before passing through the treatment process.
В одном варианте реализации изобретения ферментируемый газообразный субстрат содержит менее ста частей на миллион (100 ч./млн) кислорода (O2).In one embodiment of the invention, the fermentable gaseous substrate contains less than one hundred parts per million (100 ppm) of oxygen (O2).
В одном варианте реализации изобретения ферментируемый газообразный субстрат содержит менее одной части на миллион (1 ч./млн) цианистого водорода (HCN). Предпочтительно, ферментируемый газообразный субстрат содержит менее ста частей на миллиард (100 ч/млрд) цианистого водорода (HCN).In one embodiment of the invention, the fermentable gaseous substrate contains less than one part per million (1 ppm) of hydrogen cyanide (HCN). Preferably, the fermentable gaseous substrate contains less than one hundred parts per billion (100 ppb) of hydrogen cyanide (HCN).
В одном варианте реализации изобретения ферментируемый газообразный субстрат содержит менее одной части на миллион (1 ч./млн) ацетилена (C2H2).In one embodiment of the invention, the fermentable gaseous substrate contains less than one part per million (1 ppm) of acetylene (C2H2).
- 2 043304- 2 043304
В различных вариантах реализации изобретения в способе используют один или несколько специальных катализаторов для получения ферментируемого газового потока из входящего газового потока. Предпочтительно, для снижения содержания кислорода до уровня менее 100 ч./млн, ацетилена до уровня менее 1 ч./млн и цианистого водорода до уровня менее 1 ч./млн используют специальный катализатор. В определенных случаях специальный катализатор содержит восстановленную металлическую медь на катализаторе с большой площадью поверхности, таком как диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана, оксид церия, оксид лантана, алюмосиликат, углерод или многие другие материалы, известные специалистам в данной области техники. В некоторых случаях в качестве специального катализатора используют медь (I), нанесенную на оксид алюминия. В некоторых случаях специальный катализатор содержит сульфидированную медь (I), нанесенную на оксид алюминия, что обеспечивает устойчивость к сере. В некоторых случаях специализированный катализатор содержит медь (II), нанесенную на оксид алюминия. В некоторых случаях специальный катализатор содержит сульфидированную медь (II), нанесенную на оксид алюминия, что обеспечивает устойчивость к сере. Предпочтительно, специальный катализатор содержит сульфидированную медь, нанесенную на оксид алюминия, при очистке входящего газового потока с высоким содержанием серы.In various embodiments of the invention, the method uses one or more special catalysts to produce a fermentable gas stream from the incoming gas stream. Preferably, a special catalyst is used to reduce oxygen to less than 100 ppm, acetylene to less than 1 ppm, and hydrogen cyanide to less than 1 ppm. In certain cases, the specialty catalyst comprises reduced copper metal on a high surface area catalyst such as silica, alumina, titanium dioxide, cerium oxide, lanthanum oxide, aluminosilicate, carbon, or many other materials known to those skilled in the art. In some cases, copper (I) supported on alumina is used as a special catalyst. In some cases, the special catalyst contains sulfided copper (I) supported on aluminum oxide, which provides resistance to sulfur. In some cases, the specialized catalyst contains copper(II) supported on alumina. In some cases, the special catalyst contains sulfided copper (II) supported on aluminum oxide, which provides resistance to sulfur. Preferably, the special catalyst contains sulfided copper supported on alumina when treating the high sulfur content of the incoming gas stream.
В различных вариантах реализации изобретения способ принимает входящий поток, содержащий различные уровни различных компонентов. В некоторых случаях входящий газовый поток содержит кислород в количестве не более 7000 ч./млн, ацетилен в количестве не более 700 ч./млн и цианистый водород в количестве не более 60 ч./млн, которые могут представлять собой газ, полученный из сталелитейного завода. В некоторых случаях входящий поток содержит кислород в концентрации до 10000 ч./млн, ацетилен в концентрации до 1500 ч./млн и цианистый водород в концентрации до 500 ч./млн, которые могут представлять собой газовый поток, полученный в процессе газификации (биомассы или твердых бытовых отходов), или очищенный коксовый газ. Предпочтительно, способ потребляет менее 10% оксида углерода, содержащегося во входящем потоке газа. В некоторых случаях процесс может проводиться под давлением. Например, процесс может проводиться при давлении не менее 138 кПа (изб.).In various embodiments of the invention, the method receives an input stream containing varying levels of various components. In some cases, the incoming gas stream contains no more than 7000 ppm oxygen, no more than 700 ppm acetylene, and no more than 60 ppm hydrogen cyanide, which may be gas derived from steel mills. plant In some cases, the influent contains up to 10,000 ppm oxygen, up to 1,500 ppm acetylene, and up to 500 ppm hydrogen cyanide, which may represent a gas stream from a gasification (biomass) process. or municipal solid waste), or purified coke oven gas. Preferably, the process consumes less than 10% of the carbon monoxide contained in the incoming gas stream. In some cases, the process may be carried out under pressure. For example, the process may be carried out at a pressure of at least 138 kPa(g).
По меньшей мере, часть ферментируемого газового потока можно направить в биореактор, содержащий культуру О-фиксирующих микроорганизмов. Предпочтительно, О-фиксирующий микроорганизм представляет собой карбоксидотрофную бактерию. Карбоксидотрофная бактерия может быть выбрана из группы, включающей Moorella, Clostridium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina, и Desulfotomaculum.At least a portion of the fermentation gas stream may be directed to a bioreactor containing a culture of O-fixing microorganisms. Preferably, the O-fixing microorganism is a carboxydotrophic bacterium. The carboxydotrophic bacterium may be selected from the group consisting of Moorella, Clostridium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina, and Desulfotomaculum.
Предпочтительно карбоксидотрофная бактерия представляет собой Clostridium autoethanogenum.Preferably the carboxydotrophic bacterium is Clostridium autoethanogenum.
В некоторых случаях, промышленный источник выбран из группы, состоящей из: производства продукции черных металлов, например, сталелитейного производства, производства продукции из цветных металлов, переработки нефти, газификации угля, производства электроэнергии, производства чистого углерода, производства аммиака, производства метанола и производства кокса.In some cases, the industrial source is selected from the group consisting of: ferrous metal production, such as steel production, non-ferrous metal production, petroleum refining, coal gasification, power generation, pure carbon production, ammonia production, methanol production, and coke production .
В некоторых случаях источник синтез-газа выбран из группы, состоящей из: газификации угля или остатков нефтеперерабатывающей промышленности, газификации биомассы или лигноцеллюлозного материала, риформинга природного газа и газификации твердых бытовых отходов или промышленных твердых отходов.In some cases, the source of synthesis gas is selected from the group consisting of: gasification of coal or refinery residues, gasification of biomass or lignocellulosic material, reformation of natural gas, and gasification of municipal solid waste or industrial solid waste.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
На фиг. 1 представлена технологическая схема интеграции процессов, на которой показана интеграция модуля гидролиза, модуля удаления кислого газа и модуля деоксигенации.In fig. Figure 1 is a process integration flow diagram showing the integration of the hydrolysis module, acid gas removal module, and deoxygenation module.
На фиг. 2 представлена технологическая схема интеграции процессов, на которой показан обход модуля гидролиза, в соответствии с одним аспектом изобретения.In fig. 2 is a process integration flow diagram illustrating bypass of a hydrolysis module in accordance with one aspect of the invention.
На фиг. 3 показана технологическая схема интеграции процессов, дополнительно включающая модуль каталитического гидрирования и функции обхода, в соответствии с одним аспектом изобретения.In fig. 3 shows a process integration flowchart further including a catalytic hydrogenation module and bypass functions, in accordance with one aspect of the invention.
На фиг. 4 показана технологическая схема интеграции процессов, дополнительно включающая в себя один или несколько дополнительных модулей и функции обхода, в соответствии с одним аспектом изобретения.In fig. 4 illustrates a process integration flowchart further including one or more additional modules and bypass functions, in accordance with one aspect of the invention.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Изобретатели определили, что при интеграции ряда модулей очистки из газа могут быть удалены некоторые компоненты, которые будут ингибировать работу расположенных ниже по потоку модулей очистки и/или последующий процесс ферментации. В частности, авторы изобретения определили критический порядок расположения модулей очистки для обеспечения успешного производства газового потока, пригодного для ферментации. Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что эти модули были эффективными при удалении ингибирующих компонентов без потребления значительных количеств требуемых соединений или получения нежелательных соединений.The inventors have determined that by integrating a number of purification modules, certain components can be removed from the gas that would inhibit the operation of downstream purification modules and/or the subsequent fermentation process. In particular, the inventors have determined the critical order of arrangement of the purification modules to ensure successful production of a gas stream suitable for fermentation. In addition, the inventors found that these modules were effective in removing inhibitory components without consuming significant amounts of the desired compounds or producing undesired compounds.
ОпределенияDefinitions
Если не указано иное, следующие термины, используемые в данном описании, имеют приведенные ниже значения.Unless otherwise specified, the following terms as used in this specification have the meanings given below.
Термин газификация и тому подобное следует толковать как процесс, который преобразует органические или ископаемые топлива на основе углеродистых материалов в угарный газ (CO), водород (H2)The term gasification and the like should be interpreted as a process that converts organic or fossil fuels based on carbonaceous materials into carbon monoxide (CO), hydrogen ( H2 )
- 3 043304 и углекислый газ (CO2).- 3 043304 and carbon dioxide (CO2).
Термин синтез-газ следует толковать как обозначающий газовый поток, обычно используемый при синтетическом производстве химических веществ.The term synthesis gas should be interpreted to mean a gas stream commonly used in the synthetic production of chemicals.
Термин генераторный газ следует толковать как означающий газовый поток, обычно используемый в качестве источника энергии для выработки тепла и/или энергии.The term generator gas should be interpreted to mean a gas stream typically used as an energy source for the generation of heat and/or power.
Термины повышение эффективности, повышенная эффективность и тому подобное, когда они используются в отношении процесса ферментации, включают, но не ограничиваются ими, увеличение одной или нескольких скоростей роста микроорганизмов, катализирующих ферментацию, рост и/или скорость производства продукта при повышенных концентрациях продукта, объем требуемого продукта, произведенного на объем потребляемого субстрата, скорость производства или уровень производства требуемого продукта и относительное содержание требуемого продукта, произведенного по сравнению с другими побочными продуктами ферментации.The terms increased efficiency, increased efficiency, and the like, when used in relation to a fermentation process, include, but are not limited to, an increase in one or more of the growth rates of microorganisms catalyzing the fermentation, the growth and/or rate of product production at increased product concentrations, the volume required product produced per volume of substrate consumed, production rate or level of production of the desired product, and the relative content of the desired product produced compared to other fermentation by-products.
Газообразные субстраты, содержащие монооксид углерода, газовый поток, содержащий монооксид углерода и тому подобное, при использовании в настоящем документе, включают любой газ, который содержит монооксид углерода. Газовый поток обычно содержит значительную долю CO, предпочтительно, по меньшей мере от около 5% до около 100% CO по объему. Несмотря на то, что субстрат не обязательно содержит водород, наличие H2 не должно оказывать неблагоприятное воздействие на образование продукта в соответствии со способами настоящего изобретения. В конкретных вариантах реализации изобретения наличие водорода приводит к улучшению общей эффективности выработки спирта. Так, например, в конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток может содержать H2 и CO в соотношении около 2:1, или 1:1, или 1:2. В одном варианте реализации изобретения газовый поток содержит около 30% или менее H2 по объему, около 20% или менее H2 по объему, около 15% или менее H2 по объему или около 10% или менее H2 по объему. В других вариантах реализации изобретения газовый поток содержит низкие концентрации H2, например менее 5%, или менее 4%, или менее 3%, или менее 2%, или менее 1%, или практически не содержит водорода. Газовый поток также может содержать некоторое количество CO2, например от около 1% до около 80 % CO2 по объему или от 1% до около 30 % CO2 по объему. В одном варианте реализации изобретения газовый поток содержит меньше или около 20% CO2 по объему. В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток содержит меньше или около 15% CO2 по объему, меньше или около 10% CO2 по объему, меньше или около 5% CO2 по объему или практически не содержит CO2.Gaseous substrates containing carbon monoxide, a gas stream containing carbon monoxide and the like, as used herein, include any gas that contains carbon monoxide. The gas stream typically contains a significant proportion of CO, preferably at least about 5% to about 100% CO by volume. Although the substrate does not necessarily contain hydrogen, the presence of H2 should not adversely affect product formation in accordance with the methods of the present invention. In certain embodiments of the invention, the presence of hydrogen leads to an improvement in the overall efficiency of alcohol production. For example, in certain embodiments of the invention, the gas stream may contain H 2 and CO in a ratio of about 2:1, or 1:1, or 1:2. In one embodiment, the gas stream contains about 30% or less H2 by volume, about 20% or less H2 by volume, about 15% or less H2 by volume, or about 10% or less H2 by volume. In other embodiments, the gas stream contains low concentrations of H2, such as less than 5%, or less than 4%, or less than 3%, or less than 2%, or less than 1%, or substantially no hydrogen. The gas stream may also contain some CO2, such as about 1% to about 80% CO2 by volume or from 1% to about 30% CO2 by volume. In one embodiment of the invention, the gas stream contains less than or about 20% CO 2 by volume. In specific embodiments, the gas stream contains less than or about 15% CO2 by volume, less than or about 10% CO2 by volume, less than or about 5% CO2 by volume, or substantially no CO2 .
Газовый поток относится к любому потоку субстрата, который можно подать, например, из одного модуля в другой, из одного модуля в биореактор, и/или из одного модуля в устройство улавливания углерода.A gas stream refers to any substrate stream that can be supplied, for example, from one module to another, from one module to a bioreactor, and/or from one module to a carbon capture device.
Реагент в данном контексте относится к веществу, которое принимает участие и подвергается изменению во время химической реакции. В конкретных вариантах реализации изобретения реагенты включают, но не ограничиваются ими, CO и/или H2.A reactant in this context refers to a substance that takes part and undergoes change during a chemical reaction. In specific embodiments, the reactants include, but are not limited to, CO and/or H2.
Ингибиторы микроорганизмов в данном контексте относятся к одному или более компонентам, которые замедляют или препятствуют конкретной химической реакции или иному процессу, включая микробиологическую ферментацию. В конкретных вариантах реализации изобретения ингибиторы микроорганизмов включают, но не ограничиваются ими, кислород (O2), цианистый водород (HCN), ацетилен (C2H2) и БТЭК (бензол, толуол, этилбензол, ксилол).Microbial inhibitors as used herein refer to one or more components that slow down or interfere with a specific chemical reaction or other process, including microbial fermentation. In specific embodiments, microbial inhibitors include, but are not limited to, oxygen (O2), hydrogen cyanide (HCN), acetylene (C2H2), and BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene).
Ингибитор катализатора, ингибитор адсорбента и т.п. в данном контексте относятся к одному или более веществам, которые снижают скорость или препятствуют требуемой химической реакции. В конкретных вариантах реализации изобретения ингибиторы катализаторов и/или адсорбентов могут включать, но не ограничиваются ими, сероводород (H2S) и карбонилсульфид (COS).Catalyst inhibitor, adsorbent inhibitor, etc. in this context, refer to one or more substances that reduce the rate or interfere with a desired chemical reaction. In specific embodiments, catalyst and/or adsorbent inhibitors may include, but are not limited to, hydrogen sulfide (H2S) and carbonyl sulfide (COS).
Модуль удаления, модуль очистки, модуль обработки и тому подобное включают технологии, которые способны преобразовывать и/или удалять ингибиторы микроорганизмов и/или ингибиторы катализатора из газового потока.A removal module, a purification module, a processing module, and the like include technologies that are capable of converting and/or removing microbial inhibitors and/or catalyst inhibitors from a gas stream.
Термины компоненты, примеси и т.п. в данном контексте относятся к ингибиторам микроорганизмов и/или ингибиторам катализатора, которые могут находиться в газовом потоке.Terms components, impurities, etc. in this context refer to microbial inhibitors and/or catalyst inhibitors that may be present in the gas stream.
Термин очищенный газ относится к потоку газа, пропущенному через по меньшей мере один модуль очистки и из которого удален и/или в котором преобразован один или более компонентов.The term purified gas refers to a gas stream passed through at least one purification module and from which one or more components have been removed and/or converted.
Термины заданный уровень, заданный уровень компонентов и тому подобное, используемые в данном контексте, относятся к количеству одного или нескольких компонентов, которые считаются приемлемыми в газовом потоке. Предварительно определенные уровни, указанные здесь, были идентифицированы путем проведения экспериментов по толерантности микроорганизмов.The terms target level, target component level, and the like, as used herein, refer to the amount of one or more components that are considered acceptable in the gas stream. The predefined levels reported here were identified through microbial tolerance experiments.
Термины ферментируемый газообразный субстрат, ферментируемый газовый поток и тому подобное в данном контексте относятся к газовому потоку, который содержит предварительно заданный уровень компонентов и может использоваться в качестве источника углерода О-фиксирующими микроорганизмами.The terms fermentable gaseous substrate, fermentable gas stream, and the like as used herein refer to a gas stream that contains a predetermined level of components and can be used as a carbon source by O-fixing microorganisms.
Термин улавливание углерода в данном контексте относится к улавливанию соединений углерода, включая CO2 и/или CO, из потока, содержащего CO2 и/или CO, и либо:The term carbon capture in this context refers to the capture of carbon compounds, including CO 2 and/or CO, from a stream containing CO 2 and/or CO, and either:
- 4 043304 преобразованию CO2 и/или CO в продукты; либо преобразованию CO2 и/или CO в вещества, пригодные для долгосрочного хранения; либо улавливанию CO2 и/или CO в веществах, пригодных для долгосрочного хранения;- 4 043304 conversion of CO2 and/or CO into products; or converting CO2 and/or CO into substances suitable for long-term storage; or capture of CO 2 and/or CO in substances suitable for long-term storage;
или комбинации этих процессов.or a combination of these processes.
Термин биореактор включает устройство для ферментации, состоящее из одной или более емкостей и/или башен, или трубопроводов, которые включают смесительный реактор непрерывного действия (CSTR), реактор с иммобилизованными клетками (ICR), реактор с орошаемым слоем (TBR), барботажную колонну, газлифтный ферментер, статический смеситель, циркуляционный петлевой реактор, мембранный реактор, такой как половолоконный мембранный биореактор (HFM BR), или другую емкость или другое устройство, пригодное для контакта газа с жидкостью. Реактор, предпочтительно, приспособлен для получения ферментируемого газового потока, содержащего CO или CO2 или H2 или их смеси. Реактор может содержать несколько реакторов (ступеней), расположенных параллельно или последовательно. Например, реактор может содержать первый реактор выращивания, в котором выращивают бактерии, и второй реактор ферментации, в который можно подать ферментационный бульон из реактора выращивания, и в котором можно получать основную часть продуктов ферментации.The term bioreactor includes a fermentation apparatus consisting of one or more vessels and/or towers or pipelines that include a continuous stirring reactor (CSTR), an immobilized cell reactor (ICR), a trickle bed reactor (TBR), a bubble column, a gas lift fermenter, a static mixer, a loop reactor, a membrane reactor such as a hollow fiber membrane bioreactor (HFM BR), or other vessel or other device suitable for contacting gas with liquid. The reactor is preferably adapted to produce a fermentable gas stream containing CO or CO2 or H2 or mixtures thereof. The reactor may contain several reactors (stages) located in parallel or in series. For example, the reactor may comprise a first growth reactor in which bacteria are grown, and a second fermentation reactor in which fermentation broth from the growth reactor can be fed and in which the bulk of the fermentation products can be produced.
Питательные среды или питательная среда используется для описания среды бактериального роста. Как правило, этот термин относится к среде, содержащей питательные вещества и другие компоненты, подходящие для роста культуры микроорганизмов. Термин питательное вещество включает в себя любое вещество, которое может быть использовано в метаболическом пути микроорганизма. Типичные питательные вещества включают калий, витамины группы B, следы металлов и аминокислоты.Culture media or growth medium is used to describe the bacterial growth medium. Generally, the term refers to a medium containing nutrients and other components suitable for the growth of a culture of microorganisms. The term nutrient includes any substance that can be used in the metabolic pathway of a microorganism. Typical nutrients include potassium, B vitamins, trace metals and amino acids.
Термин ферментационный бульон или бульон охватывает смесь компонентов, включая питательную среду и культуру или один или несколько микроорганизмов. Следует отметить, что термин микроорганизм и термин бактерии используются взаимозаменяемо по всему документу.The term fermentation broth or broth covers a mixture of components including a culture medium and a culture or one or more microorganisms. It should be noted that the term microorganism and the term bacteria are used interchangeably throughout this document.
Термин кислота в данном контексте включает в себя как карбоновые кислоты, так и связанный с ними карбоксилат-анион, такой как смесь свободной уксусной кислоты и ацетата, присутствующая в ферментационном бульоне, как описано в этом документе. Соотношение молекулярной кислоты и карбоксилата в ферментационном бульоне зависит от pH системы. Кроме того, термин ацетат включает как соль уксусной кислоты, так и смесь молекулярной или свободной уксусной кислоты и соли уксусной кислоты, такую как смесь соли уксусной кислоты и свободной уксусной кислоты, присутствующую в ферментационном бульоне, как описано в этом документе.The term acid as used herein includes both carboxylic acids and their associated carboxylate anion, such as the mixture of free acetic acid and acetate present in the fermentation broth as described herein. The ratio of molecular acid to carboxylate in the fermentation broth depends on the pH of the system. In addition, the term acetate includes both an acetic acid salt and a mixture of molecular or free acetic acid and an acetic acid salt, such as the mixture of an acetic acid salt and a free acetic acid present in a fermentation broth as described herein.
Термин кислый газ в данном контексте представляет собой классификацию газа, который содержит смеси компонентов в количествах, делающих газ кислым. Кислый газ может содержать большие доли сероводорода (H2S) и/или диоксида углерода (CO2). Кроме того, кислый газ может содержать некоторое количество карбонилсульфида (COS), хлористого водорода (HCl), фтористого водорода (HF) и/или цианистого водорода (HCN).The term acid gas in this context is a classification of gas that contains mixtures of components in quantities that make the gas acidic. Acid gas may contain large proportions of hydrogen sulfide (H2S) and/or carbon dioxide (CO2). In addition, the acid gas may contain some carbonyl sulfide (COS), hydrogen chloride (HCl), hydrogen fluoride (HF) and/or hydrogen cyanide (HCN).
Термин требуемый состав используется для обозначения требуемого уровня и типа компонентов в веществе, таком как, например, газовый поток. В частности, считают, что газ имеет требуемый состав, если он содержит определенный компонент (например, CO и/или CO2) и/или содержит определенный компонент в определенном количестве, и/или не содержит определенный компонент (например, примесь, вредную для микроорганизмов), и/или не содержит определенный компонент в определенном количестве. Можно учитывать более одного компонента при определении того, имеет ли газовый поток требуемый состав. Предпочтительно, газовый поток, направляемый в биореактор, является ферментируемым, т.е. имеет требуемый состав.The term required composition is used to indicate the required level and type of components in a substance, such as, for example, a gas stream. In particular, a gas is considered to have the required composition if it contains a certain component (for example, CO and/or CO2) and/or contains a certain component in a certain amount, and/or does not contain a certain component (for example, an impurity harmful to microorganisms ), and/or does not contain a certain component in a certain amount. More than one component may be considered when determining whether a gas stream has the desired composition. Preferably, the gas stream sent to the bioreactor is fermentable, i.e. has the required composition.
Если из контекста не следует иное, выражения ферментация, процесс ферментации или реакция ферментации и т.п. в данном контексте включают как фазу выращивания, так и фазу биосинтеза газообразного субстрата.Unless the context otherwise requires, the expressions fermentation, fermentation process or fermentation reaction, etc. in this context include both the growth phase and the biosynthesis phase of the gaseous substrate.
Микроорганизм представляет собой микроскопический организм, в частности, бактерию, архею, вирус или грибок. Микроорганизм согласно настоящему изобретению обычно представляет собой бактерию. В контексте данного изобретения следует считать, что термин микроорганизм включает в себя термин бактерия.A microorganism is a microscopic organism, such as a bacterium, archaea, virus or fungus. The microorganism of the present invention is usually a bacterium. In the context of this invention, the term microorganism should be considered to include the term bacterium.
Родительский микроорганизм представляет собой микроорганизм, используемый для получения микроорганизма согласно настоящему изобретению. Родительский микроорганизм может быть встречающимся в природе микроорганизмом (т.е. микроорганизмом дикого типа) или микроорганизмом, который был предварительно модифицирован (т.е. мутантным или рекомбинантным микроорганизмом). Микроорганизм согласно данному изобретению может быть модифицирован с целью экспрессии или сверхэкспрессии одного или большего количества ферментов, не экспрессируемых или сверхэкспрессируемых в родительском микроорганизме. Подобным образом микроорганизм согласно изобретению может быть модифицирован, чтобы содержать один или большее количество генов, которые не содержались в родительском микроорганизме. Микроорганизм согласно изобретению также может быть модифицирован, чтобы не экспрессировать или экспрессировать более низкие количества одного или нескольких ферментов, которые были экспрессированы в родительском микроорганизме. В одном варианте реализации изобретения родительский микроорганизм представляет собой Clostridium autoethanogenum,The parent microorganism is the microorganism used to obtain the microorganism according to the present invention. The parent microorganism may be a naturally occurring microorganism (ie, a wild-type microorganism) or a microorganism that has been previously modified (ie, a mutant or recombinant microorganism). The microorganism of the present invention may be modified to express or overexpress one or more enzymes not expressed or overexpressed in the parent microorganism. Likewise, a microorganism of the invention may be modified to contain one or more genes that were not contained in the parent microorganism. The microorganism of the invention may also be modified not to express or to express lower amounts of one or more enzymes that were expressed in the parent microorganism. In one embodiment of the invention, the parent microorganism is Clostridium autoethanogenum,
- 5 043304- 5 043304
Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. В предпочтительном варианте реализации изобретения родительским микроорганизмом является Clostridium autoethanogenum LZ1561, депонированный 7 июня 2010 г. в Немецком банке микроорганизмов и клеточных культур (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, DSMZ), расположенном по адресу: Иноффенштрассе 7B, D-38124 Брауншвейг, Германия, в соответствии с условиями Будапештского договора и с присвоением учетного номера DSM23693. Этот штамм описан в международной заявке на патент № PCT/NZ 2011/000144, опубликованной как WO 2012/015317.Clostridium ljungdahlii or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment, the parent microorganism is Clostridium autoethanogenum LZ1561, deposited on June 7, 2010 in the German Bank for Microorganisms and Cell Cultures (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, DSMZ), located at Inoffenstrasse 7B, D-38124 Braunschweig, Germany , in accordance with the terms of the Budapest Treaty and with the assignment of registration number DSM23693. This strain is described in international patent application No. PCT/NZ 2011/000144, published as WO 2012/015317.
Термин происходит от означает, что нуклеиновая кислота, белок или микроорганизм модифицированы или адаптированы из другой (т.е. родительской или дикого типа) нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма с образованием новой нуклеиновой кислоты, белка или микроорганизма. Такие модификации или адаптации обычно включают в себя вставку, делецию, мутацию или замену нуклеиновых кислот или генов. Как правило, микроорганизм согласно данному изобретению происходит от родительского микроорганизма. В одном варианте реализации изобретения микроорганизм согласно настоящему изобретению происходит от Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii или Clostridium ragsdalei. В предпочтительном варианте реализации изобретения микроорганизм согласно настоящему изобретению происходит от Clostridium autoethanogenum LZ1561, который депонирован под регистрационным номером DSMZ DSM23693.The term is derived from meaning that a nucleic acid, protein or microorganism is modified or adapted from another (i.e. parent or wild type) nucleic acid, protein or microorganism to form a new nucleic acid, protein or microorganism. Such modifications or adaptations typically include insertion, deletion, mutation or substitution of nucleic acids or genes. Typically, the microorganism of the present invention is derived from a parent microorganism. In one embodiment, the microorganism of the present invention is derived from Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment, the microorganism of the present invention is derived from Clostridium autoethanogenum LZ1561, which is deposited under DSMZ accession number DSM23693.
Вуд-Льюнгдал относится к описанному пути углеродной фиксации Вуда-Льюнгдала, как, например, Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008. Микроорганизмы Вуда-Льюнгдала, как и ожидалось, относятся к микроорганизмам, содержащим путь Вуда-Льюнгдала. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению содержит нативный путь Вуда-Льюнгдаля. В данном контексте каскад Вуда-Льюнгдаля может быть нативным, немодифицированным каскадом Вуда-Льюнгдаля, или он может быть каскадом Вуда-Льюнгдаля с определенной степенью генетической модификации (т.е. сверхэкспрессии, гетерологичной экспрессии, нокаута и т.д.), при условии, что он все еще действует для преобразования CO, CO2 и/или H2 в ацетил-КоА. Ш относится к молекуле, содержащей один атом углерода, например CO, CO2, CH4 или CH3OH. d-оксигенат относится к одноуглеродной молекуле, которая также содержит, по меньшей мере, один атом кислорода, например CO, CO2 или CH3OH. Источник C1углерода относится к одноуглеродной молекуле, которая служит частичным или единственным источником углерода для микроорганизма согласно данному изобретению. Например, источник d-углерода может содержать одно или более соединений, выбранных из: CO, CO2, CH4, CH3OH или CH2O2. Источник d-углерода предпочтительно содержит одно или более соединений, выбранных из: CO и CO2. dфиксирующий микроорганизм представляет собой микроорганизм, способный продуцировать один или более продуктов из источника d-углерода. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой d-фиксирующую бактерию.Wood-Ljungdahl refers to the described Wood-Ljungdahl carbon fixation pathway, such as Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008. Wood-Ljungdahl microorganisms, as expected, refer to microorganisms containing the Wood-Ljungdahl pathway. Typically, the microorganism of the present invention contains the native Wood-Ljungdahl pathway. In this context, the Wood-Ljungdahl cascade may be the native, unmodified Wood-Ljungdahl cascade, or it may be the Wood-Ljungdahl cascade with some degree of genetic modification (i.e. overexpression, heterologous expression, knockout, etc.), provided that it still functions to convert CO, CO 2 and/or H 2 to acetyl-CoA. Ш refers to a molecule containing one carbon atom, such as CO, CO 2 , CH4 or CH3OH. d-oxygenate refers to a one-carbon molecule that also contains at least one oxygen atom, such as CO, CO2 or CH3OH. A C1 carbon source refers to a one-carbon molecule that serves as a partial or sole carbon source for the microorganism of the present invention. For example, the d-carbon source may contain one or more compounds selected from: CO, CO 2 , CH 4 , CH3OH or CH2O2. The d-carbon source preferably contains one or more compounds selected from: CO and CO 2 . A d-fixing microorganism is a microorganism capable of producing one or more products from a d-carbon source. Typically, the microorganism of the present invention is a d-fixing bacterium.
Анаэроб представляет собой микроорганизм, не требующий кислорода для роста. Анаэроб может отрицательно реагировать или даже погибнуть в присутствии кислорода выше определенного порогового значения. Однако некоторые анаэробы способны переносить низкие уровни кислорода (например, 0,000001-5% кислорода). Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой анаэроб.An anaerobe is a microorganism that does not require oxygen to grow. An anaerobe can react negatively or even die in the presence of oxygen above a certain threshold. However, some anaerobes are able to tolerate low levels of oxygen (eg, 0.000001-5% oxygen). Typically, the microorganism of the present invention is an anaerobic.
Ацетогены представляют собой облигатно-анаэробные бактерии, использующие путь ВудаЛьюнгдала в качестве их основного механизма для сохранения энергии и синтеза ацетил-КоА и продуктов, полученных из ацетил-КоА, таких как ацетат (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008). В частности, ацетогены используют путь Вуда-Льюнгдаля в качестве (1) механизма для восстановительного синтеза ацетил-КоА из CO2, (2) терминального электроноакцепторного, энергосберегающего процесса, (3) механизма для фиксации (ассимиляции) CO2 при синтезе клеточного углерода (Drake, Acetogenic Prokaryotes, In: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006). Все встречающиеся в природе ацетогены являются d-фиксирующими, анаэробными, автотрофными и неметанотрофными организмами. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой ацетоген.Acetogens are obligate anaerobic bacteria using the Wood-Ljungdahl pathway as their main mechanism for energy conservation and the synthesis of acetyl-CoA and acetyl-CoA-derived products such as acetate (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008 ). Specifically, acetogens use the Wood-Ljungdahl pathway as (1) a mechanism for the reductive synthesis of acetyl-CoA from CO2, (2) a terminal electron-withdrawing, energy-saving process, (3) a mechanism for fixing (assimilation) CO2 during cellular carbon synthesis (Drake, Acetogenic Prokaryotes, In: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006). All naturally occurring acetogens are d-fixing, anaerobic, autotrophic, and non-methanotrophic organisms. Typically, the microorganism of the present invention is an acetogen.
Этанологен представляет собой микроорганизм, который продуцирует или способен продуцировать этанол. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой этанологен.An ethanologen is a microorganism that produces or is capable of producing ethanol. Typically, the microorganism of the present invention is an ethanologen.
Автотроф представляет собой микроорганизм, способный расти в отсутствие органического углерода. Вместо этого автотрофы используют неорганические источники углерода, такие как CO и/или CO2. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой автотроф.An autotroph is a microorganism that can grow in the absence of organic carbon. Instead, autotrophs use inorganic carbon sources such as CO and/or CO 2 . Generally, the microorganism of the present invention is an autotroph.
Карбоксидотроф представляет собой микроорганизм, способный использовать CO в качестве единственного источника углерода и энергии. Как правило, микроорганизм согласно настоящему изобретению представляет собой карбоксидотроф.A carboxydotroph is a microorganism capable of using CO as its sole source of carbon and energy. Typically, the microorganism of the present invention is a carboxydotroph.
Метанотроф представляет собой микроорганизм, способный использовать метан в качестве единственного источника углерода и энергии. Согласно определенным вариантам реализации изобретения, микроорганизм согласно данному изобретению представляет собой метанотроф, или происходит от метанотрофа. Согласно другим вариантам реализации изобретения, микроорганизм согласно данному изобретению не является метанотрофом или не происходит от метанотрофа.A methanotroph is a microorganism capable of using methane as its sole source of carbon and energy. In certain embodiments, the microorganism of the invention is a methanotroph, or is derived from a methanotroph. In other embodiments, the microorganism of the invention is not a methanotroph or is not derived from a methanotroph.
Субстрат относится к источнику углерода и/или энергии для микроорганизма согласно данномуSubstrate refers to a source of carbon and/or energy for a microorganism according to this
- 6 043304 изобретению. Обычно субстрат является газообразным и содержит источник Cl-углерода, например CO,- 6 043304 invention. Typically the substrate is gaseous and contains a source of Cl-carbon, such as CO,
CO2 и/или CH4. Субстрат предпочтительно содержит источник О-углерода в виде CO или CO + CO2. Субстрат может дополнительно содержать другие неуглеродные компоненты, например H2, N2 или электроны.CO2 and/or CH4. The substrate preferably contains a source of O-carbon in the form of CO or CO + CO2. The substrate may additionally contain other non-carbon components, such as H2, N2 or electrons.
Термин со-субстрат относится к веществу, которое, хотя и не обязательно является первичным источником энергией и материала для синтеза продукта, может быть использовано для синтеза продукта при добавлении к другому субстрату, такому как первичный субстрат.The term co-substrate refers to a substance that, although not necessarily the primary source of energy and material for the synthesis of a product, can be used to synthesize a product when added to another substrate, such as a primary substrate.
Субстрат и/или источник О-углерода может представлять собой отработанный газ, полученный в виде побочного продукта промышленного процесса или из какого-либо другого источника, такого как выхлопные газы автомобилей или газификация биомассы. Согласно определенным вариантам реализации промышленный процесс выбран из группы, состоящей из: производства продуктов черных металлов, таких как сталелитейное производство, производства продуктов из цветных металлов, переработки нефти, газификации угля, производства электроэнергии, производства технического углерода, производства аммиака, производства метанола и производства кокса. Согласно таким вариантам реализации субстрат и/или источник О-углерода можно извлечь из промышленного процесса перед его выбросом в атмосферу с применением любого удобного способа.The substrate and/or source of O-carbon may be a waste gas obtained as a by-product of an industrial process or from some other source such as automobile exhaust or biomass gasification. In certain embodiments, the industrial process is selected from the group consisting of: ferrous metal product manufacturing, such as steel production, non-ferrous metal product manufacturing, petroleum refining, coal gasification, power generation, carbon black production, ammonia production, methanol production, and coke production . In such embodiments, the substrate and/or source of O-carbon can be recovered from the industrial process before being released into the atmosphere using any convenient method.
Субстрат и/или источник О-углерода могут быть получены из нескольких источников, например из промышленных процессов, включая газ, выделяющийся при ферментации углеводов, ферментации газа, газ, выделяющийся при производстве цемента, производстве целлюлозы и бумаги, производстве стали, переработке нефти и связанных процессах, производстве нефтехимических продуктов, производстве кокса, анаэробном или аэробном сбраживании, синтез-газ (полученный из источников, включая, но не ограничиваясь ими, биомассу, потоки жидких отходов, потоки твердых отходов, муниципальные потоки, ископаемые ресурсы, включая природный газ, уголь и нефть), добыче природного газа, добыче нефти, металлургических процессах, производстве и/или очистке алюминия, меди и/или ферросплавов, из геологических коллекторов и каталитических процессов (полученные из источников пара, включая, но не ограничиваясь ими, паровую конверсию метана, паровую конверсию нефти, газификацию нефтяного кокса, регенерацию катализатора - крекинг жидкого катализатора, регенерацию катализатора - риформинг нефти, и сухой риформинг метана). В определенных случаях субстрат и/или источник d-углерода могут быть получены из комбинации двух или более источников.The substrate and/or source of O-carbon can be obtained from several sources, for example from industrial processes, including gas released from carbohydrate fermentation, gas fermentation, gas released from cement production, pulp and paper production, steel production, petroleum refining and related processes, petrochemical production, coke production, anaerobic or aerobic digestion, synthesis gas (derived from sources including, but not limited to, biomass, liquid waste streams, solid waste streams, municipal streams, fossil resources including natural gas, coal and petroleum), natural gas extraction, petroleum extraction, metallurgical processes, production and/or refining of aluminum, copper and/or ferroalloys, from geological reservoirs and catalytic processes (derived from steam sources, including, but not limited to, steam methane reforming, steam reforming of oil, gasification of petroleum coke, catalyst regeneration - liquid cracking, catalyst regeneration - oil reforming, and dry methane reforming). In certain cases, the substrate and/or source of d-carbon can be obtained from a combination of two or more sources.
Состав субстрата может оказывать значительное влияние на эффективность и/или стоимость реакции. Например, присутствие кислорода (O2) может понизить эффективность процесса анаэробной ферментации. В зависимости от композиции субстрата может быть желательным обработать, очистить или отфильтровать субстрат для удаления любых нежелательных примесей, например токсинов, нежелательных компонентов, ингибиторов микроорганизмов или частиц пыли, и/или для увеличения концентрации желаемых компонентов.Substrate composition can have a significant impact on the efficiency and/or cost of the reaction. For example, the presence of oxygen (O2) can reduce the efficiency of the anaerobic fermentation process. Depending on the composition of the substrate, it may be desirable to treat, purify, or filter the substrate to remove any undesirable contaminants, such as toxins, unwanted components, microbial inhibitors, or dust particles, and/or to increase the concentration of desired components.
В некоторых вариантах реализации изобретения ферментацию выполняют при отсутствии углеводных субстратов, например сахара, крахмала, лигнина, целлюлозы или гемицеллюлозы.In some embodiments, the fermentation is performed in the absence of carbohydrate substrates, such as sugar, starch, lignin, cellulose, or hemicellulose.
Микроорганизм согласно настоящему изобретению можно культивировать с потоком газа для получения одного или нескольких продуктов. Так, например, микроорганизм согласно данному изобретению может продуцировать или может быть генетически сконструирован для продукции этанола (WO 2007/117157), ацетата (WO 2007/117157), бутанола (WO 2008/115080 и WO 2012/053905), бутирата (WO 2008/115080), 2,3-бутандиола (WO 2009/151342 и WO 2016/094334), лактата (WO 2011/112103), бутена (WO 2012/024522), бутадиена (WO 2012/024522), метилэтилкетона (2-бутанона) (WO 2012/024522 и WO 2013/185123), этилена (WO 2012/026833), ацетона (WO 2012/115527), изопропанола (WO 2012/115527), липидов (WO 2013/036147), 3-гидроксипропионата (3-HP) (WO 2013/180581), изопрена (WO 2013/180584), жирных кислот (WO 2013/191567), 2-бутанола (WO 2013/185123), 1,2-пропандиола (WO 2014/036152), 1-пропанола (WO 2014/0369152), продуктов, полученных из хоризмата (WO 2016/191625), 3-гидроксибутирата (WO 2017/066498) и 1,3-бутандиола (WO 2017/0066498). В дополнение к одному или большему количеству целевых продуктов микроорганизм согласно настоящему изобретению также может продуцировать этанол, ацетат и/или 2,3-бутандиол. В некоторых вариантах реализации изобретения, саму микробную биомассу можно рассматривать как продукт. Один или более продуктов могут быть дополнительно преобразованы для производства по меньшей мере одного компонента дизельного топлива, реактивного топлива и/или бензина.The microorganism of the present invention can be cultured with a gas flow to obtain one or more products. Thus, for example, the microorganism according to this invention can produce or can be genetically engineered to produce ethanol (WO 2007/117157), acetate (WO 2007/117157), butanol (WO 2008/115080 and WO 2012/053905), butyrate (WO 2008 /115080), 2,3-butanediol (WO 2009/151342 and WO 2016/094334), lactate (WO 2011/112103), butene (WO 2012/024522), butadiene (WO 2012/024522), methyl ethyl ketone (2-butanone ) (WO 2012/024522 and WO 2013/185123), ethylene (WO 2012/026833), acetone (WO 2012/115527), isopropanol (WO 2012/115527), lipids (WO 2013/036147), 3-hydroxypropionate (3 -HP) (WO 2013/180581), isoprene (WO 2013/180584), fatty acids (WO 2013/191567), 2-butanol (WO 2013/185123), 1,2-propanediol (WO 2014/036152), 1 -propanol (WO 2014/0369152), products derived from chorismate (WO 2016/191625), 3-hydroxybutyrate (WO 2017/066498) and 1,3-butanediol (WO 2017/0066498). In addition to one or more target products, the microorganism of the present invention can also produce ethanol, acetate and/or 2,3-butanediol. In some embodiments of the invention, the microbial biomass itself can be considered a product. The one or more products may be further converted to produce at least one component of diesel fuel, jet fuel and/or gasoline.
Нативный продукт представляет собой продукт, вырабатываемый генетически немодифицированным микроорганизмом. Так, например, этанол, ацетат и 2,3-бутандиол являются нативными продуктами Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii и Clostridium ragsdalei. Ненативный продукт представляет собой продукт, продуцируемый генетически модифицированным микроорганизмом, но не продуцируемый генетически немодифицированным микроорганизмом, от которого происходит генетически модифицированный микроорганизм.A native product is a product produced by a non-genetically modified microorganism. For example, ethanol, acetate and 2,3-butanediol are native products of Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii and Clostridium ragsdalei. A non-native product is a product produced by a genetically modified microorganism, but not produced by the non-genetically modified microorganism from which the genetically modified microorganism is derived.
Селективность относится к отношению получения целевого продукта к получению всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом. Микроорганизм по изобретению может быть сконструирован для продуцирования продуктов с определенной селективностью или с минимальной селективностью. В одном варианте реализации изобретения целевой продукт составляет по меньшей мереSelectivity refers to the ratio of the production of the target product to the production of all fermentation products produced by the microorganism. The microorganism of the invention can be engineered to produce products with a certain selectivity or with minimal selectivity. In one embodiment of the invention, the target product is at least
- 7 043304 около 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50% или 75% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом согласно настоящему изобретению. В одном варианте реализации изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере 10% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом согласно настоящему изобретению, таким образом, микроорганизм согласно настоящему изобретению обладает селективностью по отношению к целевому продукту, составляющей по меньшей мере 10%. В еще одном варианте реализации изобретения целевой продукт составляет по меньшей мере 30% от всех продуктов ферментации, продуцируемых микроорганизмом согласно настоящему изобретению, так что микроорганизм согласно настоящему изобретению обладает по меньшей мере 30% селективностью по отношению к целевому продукту.- 7 043304 about 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50% or 75% of all fermentation products produced by the microorganism according to the present invention. In one embodiment, the target product constitutes at least 10% of the total fermentation products produced by the microorganism of the present invention, such that the microorganism of the present invention has a selectivity for the target product of at least 10%. In yet another embodiment, the target product constitutes at least 30% of the total fermentation products produced by the microorganism of the present invention, such that the microorganism of the present invention has at least 30% selectivity for the target product.
Как правило, культивирование проводят в биореакторе. Термин биореактор включает в себя устройство для культивирования/ферментации, состоящее из одного или большего количества сосудов, колонн или трубопроводных обвязок, например реактор непрерывного действия с механическим перемешиванием (CSTR), реактор на основе иммобилизованных клеток (ICR), реактор с орошаемым слоем (TBR), барботажную колонку, газлифтный ферментёр, статический смеситель, или другой сосуд или другое устройство, пригодное для приведения в контакт газа с жидкостью. В некоторых вариантах реализации изобретения, биореактор может содержать первый реактор для выращивания и второй реактор для культивирования/ферментации. Субстрат можно подать в один или оба таких реактора. В настоящем документе термины культивирование и ферментация используют взаимозаменяемо. Указанные термины охватывают как фазу роста, так и фазу биосинтеза продукта в процессе культивирования/ферментации.Typically, cultivation is carried out in a bioreactor. The term bioreactor includes a culture/fermentation apparatus consisting of one or more vessels, columns or piping, e.g. continuous stirred tank reactor (CSTR), immobilized cell reactor (ICR), trickled bed reactor (TBR). ), bubble column, gas lift fermenter, static mixer, or other vessel or other device suitable for bringing gas into contact with liquid. In some embodiments, the bioreactor may comprise a first growth reactor and a second culture/fermentation reactor. The substrate can be fed into one or both of these reactors. Throughout this document, the terms cultivation and fermentation are used interchangeably. These terms cover both the growth phase and the biosynthesis phase of the product during the cultivation/fermentation process.
Культивирование обычно поддерживают в водной культуральной среде, содержащей питательные вещества, витамины и/или минералы, достаточные для обеспечения роста микроорганизма. Водная культуральная среда предпочтительно представляет собой среду для анаэробного микробного роста, такую как минимальная среда для анаэробного микробного роста. Подходящие среды хорошо известны в данной области техники.Cultivation is typically maintained in an aqueous culture medium containing nutrients, vitamins and/or minerals sufficient to support growth of the microorganism. The aqueous culture medium is preferably an anaerobic microbial growth medium, such as a minimal anaerobic microbial growth medium. Suitable media are well known in the art.
Для получения целевого продукта культивирование/ферментацию желательно выполнять в соответствующих условиях. Как правило, культивирование/ферментацию выполняют в анаэробных условиях. Условия реакции, которые следует учитывать, включают давление (или парциальное давление), температуру, скорость потока газа, скорость потока жидкости, pH среды, редокс-потенциал среды, скорость перемешивания (при использовании реактора непрерывного действия с механическим перемешиванием), уровень инокулята, максимальные концентрации газообразного субстрата, чтобы содержание газа в жидкой фазе не стало лимитирующим, и максимальные концентрации продукта во избежание ингибирования выработки. В частности, можно контролировать скорость введения субстрата для обеспечения того, что концентрация газа в жидкой фазе не станет лимитирующим фактором, поскольку в условиях лимитирования по газу культура может потреблять продукты.To obtain the target product, cultivation/fermentation is preferably carried out under appropriate conditions. Typically, cultivation/fermentation is performed under anaerobic conditions. Reaction conditions to consider include pressure (or partial pressure), temperature, gas flow rate, liquid flow rate, pH of the medium, redox potential of the medium, stirring speed (if using a continuous mechanically stirred reactor), inoculum level, maximum gaseous substrate concentrations so that the gas content in the liquid phase does not become limiting, and maximum product concentrations to avoid production inhibition. In particular, the rate of substrate introduction can be controlled to ensure that the gas concentration in the liquid phase does not become a limiting factor, since under gas-limited conditions the crop can consume products.
Эксплуатация биореактора при повышенных давлениях позволяет повысить скорость массопереноса газа из газовой фазы в жидкую фазу. Соответственно, в общем случае предпочтительно осуществлять выращивание/ферментацию при давлении выше атмосферного давления. Кроме того, поскольку данная скорость преобразования газа отчасти зависит от времени удерживания субстрата, а время удерживания определяет требуемый объем биореактора, то применение систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для культивирования/ферментации. Это, в свою очередь, означает, что время пребывания, определяемое как объем жидкости в биореакторе, деленный на скорость подачи потока газа, может быть сокращено, если в биореакторах поддерживают повышенное давление, а не атмосферное давление. Оптимальные условия реакции будут частично зависеть от конкретного используемого микроорганизма. Однако, в общем случае предпочтительно проводить ферментацию при давлении выше атмосферного давления. Кроме того, поскольку заданная скорость преобразования газа частично зависит от времени удерживания субстрата, а достижение желаемого времени удерживания, в свою очередь, диктует необходимый объем биореактора, использование систем под давлением может значительно уменьшить требуемый объем биореактора и, следовательно, капитальные затраты на оборудование для культивирования/ферментация.Operating a bioreactor at elevated pressures makes it possible to increase the rate of gas mass transfer from the gas phase to the liquid phase. Accordingly, it is generally preferable to carry out the cultivation/fermentation at a pressure above atmospheric pressure. Additionally, since a given gas conversion rate is dependent in part on substrate retention time, and retention time determines the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and therefore the capital cost of culture/fermentation equipment. This in turn means that residence time, defined as the volume of liquid in the bioreactor divided by the gas flow rate, can be reduced if bioreactors are maintained at elevated pressure rather than atmospheric pressure. Optimal reaction conditions will depend in part on the specific microorganism used. However, in general it is preferable to carry out fermentation at pressures above atmospheric pressure. Additionally, since the target gas conversion rate depends in part on the substrate retention time, and achieving the desired retention time in turn dictates the required bioreactor volume, the use of pressurized systems can significantly reduce the required bioreactor volume and therefore the capital cost of culture equipment /fermentation.
Целевые продукты можно отделять или очищать от ферментационной среды любым способом или комбинацией способов, известных в данной области техники, включая, например, фракционную перегонку, выпаривание, испарение через полупроницаемую мембрану, отдувку газом, разделение фаз и экстракционную ферментацию, включая, например, жидкость-жидкостную экстракцию. В некоторых вариантах реализации изобретения целевые продукты выделяют из ферментационной среды путем непрерывного частичного удаления среды из биореактора, отделения клеток микроорганизмов от среды (обычно фильтрованием) и выделения одного или более целевых продуктов из среды. Спирты и/или ацетон можно выделять, например, перегонкой. Кислоты можно выделять, например, адсорбцией на активированном древесном угле. Отделенные клетки микроорганизмов предпочтительно возвращают в биореактор. Бесклеточный пермеат, оставшийся после удаления целевых продуктов, также предпочтительно возвращают в биореактор. В фильтрат, не содержащий клеток, можно добавлять дополнительные питательные вещества (такие как витамины В) для пополнения среды перед ее возвратом в биореактор.The target products can be separated or purified from the fermentation medium by any method or combination of methods known in the art, including, for example, fractional distillation, evaporation, permeable membrane evaporation, gas stripping, phase separation and extractive fermentation, including, for example, liquid-liquid fermentation. liquid extraction. In some embodiments, the target products are isolated from the fermentation medium by continuously partially removing the medium from the bioreactor, separating microbial cells from the medium (typically by filtration), and recovering one or more target products from the medium. Alcohols and/or acetone can be isolated, for example, by distillation. Acids can be isolated, for example, by adsorption on activated charcoal. The separated microbial cells are preferably returned to the bioreactor. The cell-free permeate remaining after removal of the target products is also preferably returned to the bioreactor. Additional nutrients (such as B vitamins) can be added to the cell-free filtrate to replenish the media before it is returned to the bioreactor.
- 8 043304- 8 043304
ОписаниеDescription
Авторы изобретения обнаружили, что, объединяя различные модули вместе в определенном порядке, различные компоненты газа могут быть поэтапно преобразованы и/или удалены из газового потока, при этом, если компоненты могут оказывать вредное воздействие на последующие модули, их удаляют и/или преобразуют выше по потоку от этих модулей, что позволяет на следующих стадиях удалить другие компоненты газа и затем обеспечить подачу ферментируемого газового потока в биореактор, где газ может быть обработан ферментирующими газ микроорганизмами для создания полезных продуктов. Преобразование и/или удаление этих компонентов достигается без потребления требуемых соединений и без создания других нежелательных соединений. В конкретных вариантах реализации изобретения ферментируемый газовый поток можно подать в устройство улавливания углерода для хранения.The inventors have discovered that by combining different modules together in a specific order, the various gas components can be gradually converted and/or removed from the gas stream, whereby if components may have a detrimental effect on subsequent modules, they are removed and/or converted upstream. stream from these modules, allowing subsequent steps to remove other components of the gas and then provide the fermentable gas stream to a bioreactor where the gas can be processed by gas-fermenting microorganisms to create useful products. The conversion and/or removal of these components is achieved without consuming the required compounds and without creating other unwanted compounds. In certain embodiments of the invention, the fermentable gas stream may be supplied to a carbon capture device for storage.
В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток последовательно подают в следующие модули для обработки: (1) гидролиза; (2) удаления кислого газа; (3) каталитического гидрирования; и (4) деоксигенации. Порядок прохождения газа имеет решающее значение для успешного производства ферментируемого газового потока. Каждый модуль используют для удаления и/или преобразования одного или нескольких компонентов в газовом потоке.In specific embodiments of the invention, the gas stream is sequentially supplied to the following processing modules: (1) hydrolysis; (2) acid gas removal; (3) catalytic hydrogenation; and (4) deoxygenation. The order of gas passage is critical to the successful production of a fermentable gas stream. Each module is used to remove and/or convert one or more components in a gas stream.
Модуль гидролизаHydrolysis module
Цианистый водород (HCN) и карбонилсульфид (COS) - это два предполагаемых компонента, которые сначала необходимо привести в контакт с водой, прежде чем они будут эффективно удалены из газового потока. Авторы изобретения обнаружили, что в применениях, где используется газовый поток с высоким содержанием серы, может быть необходимо преобразование COS в сероводород (H2S), поскольку многие коммерческие процессы не могут эффективно удалять серу в форме COS. Это преобразование происходит в соответствии со следующей реакцией:Hydrogen cyanide (HCN) and carbonyl sulfide (COS) are two putative components that must first be brought into contact with water before they can be effectively removed from the gas stream. The inventors have discovered that in applications where a high sulfur content gas stream is used, conversion of COS to hydrogen sulfide (H 2 S) may be necessary because many commercial processes cannot effectively remove sulfur in the form of COS. This transformation occurs according to the following reaction:
COS + Н2О ~ H2S + СО2 COS + H 2 O ~ H 2 S + CO 2
Это преобразование может быть достигнуто с использованием любой технологии, способной преобразовать COS в H2S. В различных вариантах реализации изобретения в модуле гидролиза используют металлооксидный катализатор для выполнения преобразования. В конкретных вариантах реализации изобретения для выполнения преобразования используют оксид алюминия.This conversion can be achieved using any technology capable of converting COS to H 2 S. In various embodiments of the invention, a metal oxide catalyst is used in the hydrolysis module to perform the conversion. In particular embodiments of the invention, alumina is used to perform the conversion.
В конкретных вариантах реализации изобретения стадия гидролиза может включать многослойный подход для преобразования COS и удаления H2S. В конкретных вариантах реализации изобретения первый слой представляет собой преобразующий слой, посредством которого COS преобразуют в H2S. Примером такого преобразующего слоя является BASF SELEXSORB™ COS. В конкретных вариантах реализации изобретения второй слой представляет собой адсорбент на основе железа, например неопасное гранулированное вещество с большой площадью адсорбции, продаваемое под торговым наименованием AxTrap 4001, который удаляет H2S.In certain embodiments, the hydrolysis step may include a multilayer approach to convert COS and remove H 2 S. In certain embodiments, the first layer is a conversion layer whereby COS is converted to H 2 S. An example of such a conversion layer is BASF SELEXSORB™ COS . In certain embodiments, the second layer is an iron-based adsorbent, such as a non-hazardous high-area granular material sold under the trade name AxTrap 4001, which removes H2S.
В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток подают в модуль гидролиза для преобразования и/или удаления одного или нескольких компонентов из газового потока. В некоторых случаях в газовом потоке после гидролиза значительно уменьшается содержание по меньшей мере одного компонента, выбранного из группы, включающей: COS и/или HCN.In specific embodiments of the invention, the gas stream is supplied to a hydrolysis module to convert and/or remove one or more components from the gas stream. In some cases, the gas stream after hydrolysis significantly reduces the content of at least one component selected from the group consisting of: COS and/or HCN.
Модуль удаления кислого газаAcid gas removal module
Удаление кислого газа относится к процессу, посредством которого сероводород (H2S) и/или диоксид углерода (CO2), а также другие кислые газы отделяются от газового потока.Acid gas removal refers to the process by which hydrogen sulfide (H2S) and/or carbon dioxide (CO 2 ), as well as other acid gases, are separated from a gas stream.
В некоторых случаях в модуле удаления кислого газа используют катализатор на основе оксида цинка (ZnO) для удаления сероводорода (H2S) из газового потока.In some cases, the acid gas removal module uses a zinc oxide (ZnO) catalyst to remove hydrogen sulfide (H2S) from the gas stream.
В конкретных вариантах реализации изобретения в качестве модуля удаления кислого газа используют адсорбцию при переменном давлении (PSA). В конкретных вариантах реализации изобретения адсорбция при переменном давлении не приведет к снижению уровня каждого компонента до требуемых уровней, и, следовательно, могут потребоваться последующие этапы. В конкретных вариантах реализации изобретения слой удаления углеводородов используют перед адсорбцией при переменном давлении для удаления одного или нескольких компонентов, включая БТЭК.In particular embodiments of the invention, pressure swing adsorption (PSA) is used as the acid gas removal module. In certain embodiments of the invention, pressure swing adsorption will not reduce the level of each component to the required levels, and therefore subsequent steps may be required. In particular embodiments of the invention, a hydrocarbon removal layer is used prior to pressure swing adsorption to remove one or more components, including BTEX.
Адсорбция при переменном давлении является адиабатическим процессом, который можно использовать для очистки газов от сопутствующих примесей путем адсорбции на подходящих адсорбентах в неподвижных слоях, содержащихся в сосудах под высоким давлением. Регенерацию адсорбентов осуществляют путем противоточного сброса давления и продувки при низком давлении ранее восстановленным очищенным газом. Для получения непрерывного потока продукта предпочтительно предусматривают, по меньшей мере, два адсорбера, при этом, по меньшей мере, один адсорбер принимает, очищает и направляет поток очищенного газа в дополнительные модули очистки и, по меньшей мере, один адсорбер используют для выполнения регенерации одного или нескольких адсорберов, которые направляют поток очищенного газа в дополнительные модули очистки. Обычные адсорбенты могут быть легко выбраны специалистом в данной области в зависимости от типа примеси, которую требуется адсорбировать и удалить. Подходящие адсорбенты включают цеолитные молекулярные сита, активированный уголь, силикагель или активированный оксид алюминия. Комбинации абсорбирующих слоев могут быть использованы друг над другом, тем самым разделяя содержимое адсорбера на несколько отдельных зон.Pressure swing adsorption is an adiabatic process that can be used to purify gases of associated impurities by adsorption onto suitable adsorbents in fixed beds contained in high-pressure vessels. Regeneration of adsorbents is carried out by countercurrent depressurization and purging at low pressure with previously restored purified gas. To obtain a continuous flow of product, preferably at least two adsorbers are provided, wherein at least one adsorber receives, purifies and directs the stream of purified gas to additional purification modules and at least one adsorber is used to perform regeneration of one or several adsorbers that direct the flow of purified gas to additional purification modules. Conventional adsorbents can be easily selected by one skilled in the art depending on the type of impurity that needs to be adsorbed and removed. Suitable adsorbents include zeolite molecular sieves, activated carbon, silica gel or activated alumina. Combinations of absorbent layers can be used on top of each other, thereby dividing the contents of the adsorber into several separate zones.
- 9 043304- 9 043304
Адсорбция при переменном давлении включает колебательное изменение параметров, таких как давление, температура, поток и состав газообразной и адсорбированной фаз. Очистка или разделение газов с использованием PSA обычно происходит при температурах, близких к температуре среды подаваемого газа, в результате чего удаляемые компоненты селективно адсорбируются. Адсорбция в идеале должна быть в достаточной степени обратимой, чтобы обеспечить регенерацию адсорбентов при аналогичной температуре окружающей среды. Кроме того, адсорбцию, предпочтительно, следует проводить таким образом, чтобы предотвратить или, по крайней мере, свести к минимуму образование нежелательных соединений.Pressure swing adsorption involves oscillatory changes in parameters such as pressure, temperature, flow and composition of the gaseous and adsorbed phases. Gas purification or separation using PSA typically occurs at temperatures close to the ambient temperature of the feed gas, causing the components to be removed to be selectively adsorbed. Adsorption should ideally be sufficiently reversible to allow regeneration of adsorbents at similar ambient temperatures. In addition, adsorption should preferably be carried out in such a way as to prevent or at least minimize the formation of undesired compounds.
В вариантах реализации изобретения, в которых для удаления кислого газа используют последующие этапы, модуль адсорбции диоксида углерода или дополнительный модуль удаления кислого газа можно использовать после модуля PSA. Модуль адсорбции диоксида углерода используют для удаления диоксида углерода (CO2) из потока очищенного газа, чтобы привести уровни диоксида углерода в требуемый диапазон. В этих вариантах реализации изобретения очищенный газ из модуля PSA может быть направлен в модуль адсорбции диоксида углерода перед подачей в модуль каталитического гидрирования. В вариантах реализации изобретения, в которых осуществляется обход модуля каталитического гидрирования, или в вариантах реализации изобретения, которые не содержат модуль каталитического гидрирования, очищенный газ из модуля PSA может быть направлен непосредственно в модуль деоксигенации.In embodiments of the invention in which subsequent steps are used for acid gas removal, a carbon dioxide adsorption module or an additional acid gas removal module may be used after the PSA module. A carbon dioxide adsorption module is used to remove carbon dioxide (CO2) from a purified gas stream to bring carbon dioxide levels within the required range. In these embodiments, the purified gas from the PSA module can be sent to the carbon dioxide adsorption module before being supplied to the catalytic hydrogenation module. In embodiments that bypass the catalytic hydrogenation module, or in embodiments that do not include a catalytic hydrogenation module, purified gas from the PSA module can be sent directly to the deoxygenation module.
В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток подают в модуль удаления кислого газа, чтобы преобразовать и/или удалить один или несколько компонентов из газового потока. В некоторых случаях из потока с низким содержанием кислого газа удаляют по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей: диоксид углерода (CO2), сероводород (H2S) и цианистый водород (HCN).In particular embodiments of the invention, the gas stream is supplied to an acid gas removal module to convert and/or remove one or more components from the gas stream. In some cases, at least one component selected from the group consisting of carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S) and hydrogen cyanide (HCN) is removed from the low acid gas stream.
Модуль каталитического гидрированияCatalytic hydrogenation module
Ацетилен (C2H2) действует как ингибитор микроорганизмов. Для удаления ацетилена можно использовать модуль каталитического гидрирования. Каталитическое гидрирование - это обработка водородом в присутствии катализатора, такого как, но не ограничиваясь этим, никель, палладий или платина. Не существует одного универсального катализатора, подходящего для гидрирования ацетилена. Выбор катализатора в значительной степени зависит от состава газа и условий эксплуатации. В конкретных вариантах реализации изобретения в качестве катализатора используют палладий. В конкретных вариантах реализации изобретения в качестве катализатора используют палладий на оксиде алюминия (Pd/Al2O3). Примером таких катализаторов является BASF™ R 0-20/47.Acetylene (C2H2) acts as an inhibitor of microorganisms. A catalytic hydrogenation module can be used to remove acetylene. Catalytic hydrogenation is the treatment with hydrogen in the presence of a catalyst such as, but not limited to, nickel, palladium or platinum. There is no single universal catalyst suitable for acetylene hydrogenation. The choice of catalyst largely depends on the gas composition and operating conditions. In particular embodiments of the invention, palladium is used as a catalyst. In specific embodiments of the invention, palladium on alumina (Pd/Al2O 3 ) is used as a catalyst. An example of such catalysts is BASF™ R 0-20/47.
Ингибиторы снижают активность палладия. Соединения серы представляют собой потенциальные ингибиторы палладия. Соединения, такие как сероводород (H2S) или карбонилсульфид (COS) адсорбируются на палладии и могут изменить места реакции. В конкретных вариантах реализации изобретения известные ингибиторы палладия удаляют и/или преобразуют до стадии каталитического гидрирования.Inhibitors reduce the activity of palladium. Sulfur compounds are potential palladium inhibitors. Compounds such as hydrogen sulfide (H 2 S) or carbonyl sulfide (COS) adsorb to palladium and can change reaction sites. In specific embodiments, known palladium inhibitors are removed and/or converted prior to the catalytic hydrogenation step.
В конкретных вариантах реализации изобретения модуль каталитического гидрирования может не требоваться для удаления ацетилена. В дополнение к удалению модулем каталитического гидрирования, ацетилен может быть удален из газового потока некоторыми модулями деоксигенации. В конкретных вариантах реализации изобретения, в которых модуль каталитического гидрирования является ненужным, можно осуществить обход модуля каталитического гидрирования и/или не включать его в процесс. Пример того, когда модуль каталитического гидрирования не требуется, если уровни ацетилена достаточно низкие, чтобы его можно было эффективно удалить с помощью других модулей. В конкретных вариантах реализации изобретения, где уровни ацетилена достаточно низкие, газовый поток можно подать из модуля удаления кислого газа в модуль деоксигенации, минуя модуль каталитического гидрирования.In certain embodiments of the invention, a catalytic hydrogenation module may not be required for acetylene removal. In addition to removal by the catalytic hydrogenation module, acetylene can be removed from the gas stream by some deoxygenation modules. In particular embodiments of the invention in which the catalytic hydrogenation module is unnecessary, the catalytic hydrogenation module can be bypassed and/or not included in the process. An example of when a catalytic hydrogenation module is not required if acetylene levels are low enough that it can be effectively removed by other modules. In particular embodiments of the invention, where acetylene levels are sufficiently low, the gas stream can be passed from the acid gas removal module to the deoxygenation module, bypassing the catalytic hydrogenation module.
В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток подают в модуль каталитического гидрирования, чтобы преобразовать и/или удалить один или несколько компонентов из газового потока. В некоторых случаях поток после гидрирования имеет низкое содержание по меньшей мере ацетилена (C2H2).In specific embodiments of the invention, the gas stream is supplied to a catalytic hydrogenation module to convert and/or remove one or more components from the gas stream. In some cases, the hydrogenation stream has a low content of at least acetylene (C2H2).
Модуль деоксигенацииDeoxygenation module
Кислород (O2) является ингибитором микроорганизмов. Следовательно, кислород в газовом потоке должен быть уменьшен до приемлемых уровней. Для снижения уровня кислорода в газовом потоке может быть использован модуль деоксигенации. Снижение уровня кислорода может быть достигнуто с помощью любых подходящих средств. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль деоксигенации использует каталитический процесс, посредством которого кислород (O2) восстанавливается либо до диоксида углерода (CO2), либо до воды (H2O). В конкретных вариантах реализации изобретения катализатор, используемый в модуле деоксигенации, содержит медь. Примером такого катализатора является BASF PURISTAR™ R 3.15 или BASF CU 0226S.Oxygen (O2) is an inhibitor of microorganisms. Consequently, oxygen in the gas stream must be reduced to acceptable levels. A deoxygenation module can be used to reduce the oxygen level in the gas stream. Reducing oxygen levels can be achieved by any suitable means. In particular embodiments of the invention, the deoxygenation module uses a catalytic process whereby oxygen (O 2 ) is reduced to either carbon dioxide (CO 2 ) or water (H 2 O). In certain embodiments of the invention, the catalyst used in the deoxygenation module contains copper. An example of such a catalyst is BASF PURISTAR™ R 3.15 or BASF CU 0226S.
В конкретных вариантах реализации изобретения модуль деоксигенации можно использовать для эффективного снижения уровня ацетилена в газовом потоке, что позволяет обойти стадию каталитического гидрирования. Одним существенным отличием между удалением ацетилена модулем каталитического гидрирования и модулем деоксигенации является производство этана (C2H6). При удалении ацетиIn specific embodiments of the invention, the deoxygenation module can be used to effectively reduce the level of acetylene in the gas stream, thereby bypassing the catalytic hydrogenation step. One significant difference between acetylene removal by the catalytic hydrogenation module and the deoxygenation module is the production of ethane (C2H6). When removing acetyl
- 10 043304 лена модулем деоксигенации производится большее количество этана, чем при удалении ацетилена модулем каталитического гидрирования. Однако из-за сильной природной резистентности микроорганизма, используемого в процессе ферментации газа, изобретатели обнаружили, что уровень этана, образовавшегося в модуле деоксигенации, не оказывал вредного воздействия на микроорганизм, и, таким образом, в конкретных вариантах реализации изобретения модуль каталитического гидрирования можно было обойти.- 10 043304 lena, the deoxygenation module produces more ethane than when acetylene is removed by the catalytic hydrogenation module. However, due to the strong natural resistance of the microorganism used in the gas fermentation process, the inventors discovered that the level of ethane produced in the deoxygenation module did not have a detrimental effect on the microorganism, and thus, in certain embodiments of the invention, the catalytic hydrogenation module could be bypassed .
Другим существенным отличием между модулем каталитического гидрирования и модулем деоксигенации является производство метанола (CH3OH). Метанол может быть получен при использовании любого модуля деоксигенации на основе меди. В тех случаях, когда для удаления ацетилена используется модуль деоксигенации на основе меди, в процессе очистки образуется большее количество метанола по сравнению с процессом очистки с использованием модуля каталитического гидрирования. Однако изза сильной природной резистентности микроорганизма, используемого в последующем процессе ферментации газа, авторы изобретения обнаружили, что уровень метанола, образовавшегося в модуле деоксигенации, не оказывал вредного воздействия на микроорганизм, и, таким образом, в конкретных вариантах реализации изобретения модуль каталитического гидрирования можно было обойти.Another significant difference between the catalytic hydrogenation module and the deoxygenation module is the production of methanol (CH 3 OH). Methanol can be produced using any copper-based deoxygenation module. When a copper deoxygenation module is used to remove acetylene, the purification process produces more methanol compared to a purification process using a catalytic hydrogenation module. However, due to the strong natural resistance of the microorganism used in the subsequent gas fermentation process, the inventors discovered that the level of methanol formed in the deoxygenation module did not have a detrimental effect on the microorganism, and thus, in certain embodiments of the invention, the catalytic hydrogenation module could be bypassed .
В дополнение к вышеупомянутым компонентам, некоторые модули деоксигенации могут быть использованы для эффективного удаления ртути (Hg). Не все газовые потоки будут содержать ртуть (Hg). Однако процесс очистки предназначен для эффективной очистки потоков газа из ряда источников, некоторые из которых могут содержать ртуть (Hg). Следовательно, в некоторых случаях, когда газовый поток содержит ртуть (Hg), модуль деоксигенации может быть использован для эффективного удаления ртути (Hg) из газового потока. Если ртуть (Hg) удаляют из газового потока с помощью модуля деоксигенации, поток после деоксигенации может не содержать ртути (Hg).In addition to the above components, some deoxygenation modules can be used to effectively remove mercury (Hg). Not all gas streams will contain mercury (Hg). However, the purification process is designed to effectively treat gas streams from a range of sources, some of which may contain mercury (Hg). Therefore, in some cases where the gas stream contains mercury (Hg), a deoxygenation module can be used to effectively remove mercury (Hg) from the gas stream. If mercury (Hg) is removed from a gas stream using a deoxygenation module, the deoxygenation stream may not contain mercury (Hg).
В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток подают в модуль деоксигенации для преобразования и/или удаления одного или нескольких компонентов из газового потока. В некоторых случаях поток после деоксигенации имеет низкое содержание по меньшей мере кислорода (O2) и/или ацетилена (C2H2). В различных случаях поток после деоксигенации имеет низкое содержание ртути (Hg) в дополнение к кислороду (O2) и/или ацетилену (C2H2).In specific embodiments of the invention, the gas stream is supplied to a deoxygenation module to convert and/or remove one or more components from the gas stream. In some cases, the deoxygenation stream has a low content of at least oxygen (O2) and/or acetylene (C2H2). In various cases, the deoxygenation stream has a low content of mercury (Hg) in addition to oxygen (O2) and/or acetylene (C2H2).
Система отбора и анализа проб газаGas sampling and analysis system
Для управления, поддержания и оптимизации процесса может потребоваться надежная технология аналитического контроля и управления. Такие инструменты могут включать, но не ограничиваются ими, систему отбора проб газа и программные средства для регистрации/отчетности.Reliable analytical monitoring and control technology may be required to control, maintain and optimize the process. Such tools may include, but are not limited to, a gas sampling system and logging/reporting software.
Анализ состава газового потока является важнейшим элементом подготовки газа.Analysis of the composition of the gas stream is the most important element of gas preparation.
Анализ газового потока требуется для измерения содержания и определения компонентов, которые должны быть преобразованы и/или удалены из газового потока. Чтобы гарантировать, что газовый поток имеет требуемый состав, может потребоваться измерение компонентов в газовом потоке в многочисленных точках. Эти измерения могут быть осуществлены с помощью любого подходящего средства, которое может включать в себя систему автоматического онлайн-контроля, и могут быть выполнены непрерывным и/или периодическим способом. В конкретных вариантах реализации изобретения измерение газового потока может быть осуществлено до и/или после его подачи в различные модули очистки.Gas stream analysis is required to measure the content and determine the components that must be converted and/or removed from the gas stream. To ensure that the gas stream has the desired composition, it may be necessary to measure components in the gas stream at numerous points. These measurements can be carried out using any suitable means, which may include an automatic online monitoring system, and can be carried out in a continuous and/or periodic manner. In specific embodiments of the invention, measurement of the gas flow may be performed before and/or after it is supplied to the various purification modules.
В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток измеряют до его подачи в один или несколько модулей очистки. В некоторых случаях измерение содержания компонентов, присутствующих в газовом потоке до его подачи в один или несколько модулей очистки, определяет, какие модули очистки будут использоваться. В конкретных вариантах реализации изобретения определение того, использовать ли модуль гидролиза или нет, зависит, по меньшей мере частично, от измерения содержания карбонилсульфида (COS), присутствующего в газовом потоке. В конкретных вариантах реализации изобретения определение того, использовать ли модуль каталитического гидрирования или нет, зависит, по меньшей мере, частично, от измерения содержания ацетилена (C2H2) в газовом потоке. В конкретных вариантах реализации изобретения определение того, следует ли использовать модуль удаления цианистого водорода, зависит, по меньшей мере частично, от измерения содержания цианистого водорода (HCN), присутствующего в газовом потоке.In specific embodiments of the invention, the gas flow is measured before it is supplied to one or more purification modules. In some cases, measuring the components present in the gas stream before it enters one or more treatment modules determines which treatment modules will be used. In particular embodiments of the invention, determining whether or not to use a hydrolysis module depends, at least in part, on measuring the carbonyl sulfide (COS) content present in the gas stream. In particular embodiments of the invention, determining whether or not to use a catalytic hydrogenation module depends, at least in part, on measuring the acetylene (C2H2) content of the gas stream. In particular embodiments of the invention, determining whether a hydrogen cyanide removal module should be used depends, at least in part, on measuring the amount of hydrogen cyanide (HCN) present in the gas stream.
Содержание компонентов в газовом потоке может варьироваться в зависимости от множества факторов. В некоторых вариантах реализации изобретения содержание компонентов в газовом потоке изменяется в зависимости от источника, из которого получен газовый поток. Например, потоки газов, полученные из процесса газификации, могут иметь различные уровни компонентов в зависимости от вещества, подаваемого в газификатор. В определенных вариантах реализации изобретения содержание компонентов в газовом потоке изменяется в зависимости от технологический операций в газификаторе. Например, потоки газов, полученные из процессов газификации, могут иметь разные уровни компонентов в случае образования закупорки в газификаторе.The content of components in the gas stream can vary depending on many factors. In some embodiments of the invention, the content of components in the gas stream varies depending on the source from which the gas stream is obtained. For example, gas streams obtained from a gasification process may have different levels of components depending on the material fed to the gasifier. In certain embodiments of the invention, the content of components in the gas stream varies depending on the technological operations in the gasifier. For example, gas streams obtained from gasification processes may have different levels of components if a blockage occurs in the gasifier.
В конкретных случаях газовый поток получают в результате смешивания потоков из двух или более источников. В различных вариантах реализации изобретения состав газового потока может быть измерен до, во время и/или после смешивания потоков из источников.In specific cases, a gas stream is obtained by mixing streams from two or more sources. In various embodiments of the invention, the composition of the gas stream can be measured before, during and/or after mixing the source streams.
В конкретных случаях газовый поток может быть очищен до, во время и/или после смешивания поIn specific cases, the gas stream may be purified before, during and/or after mixing according to
- 11 043304 токов из источников. В определенных случаях состав газового потока измеряют для того, чтобы проанализировать и определить, какие модули очистки необходимы. Это определение может основываться, по меньшей мере частично, на одном или нескольких компонентах, присутствующих в газовом потоке. По крайней мере, в одном случае состав этих газов может изменяться со временем, что приводит к различному содержанию компонентов. Эти колебания могут повлиять на производительность процесса очистки. Таким образом, может потребоваться корректировка процесса очистки в качестве реакции на изменение состава. В различных случаях эта корректировка процесса очистки включает в себя удаление, обход и/или добавление одного или нескольких модулей очистки. Выбор того, какой модуль очистки следует удалить, обойти и/или добавить, может быть обусловлен, по меньшей мере частично, наличием конкретного компонента. В определенных случаях один или несколько компонентов, ранее не присутствовавших или присутствующих, но в количествах ниже уровней обнаружения, могут быть измерены позже, что может затем потребовать добавления одного или нескольких модулей очистки. В некоторых случаях при увеличении содержания карбонилсульфида (COS) и/или цианистого водорода (HCN) может потребоваться добавление модуля гидролиза, в то время как при уменьшении содержания карбонилсульфида (COS) и/или цианистого водорода (HCN) можно будет удалить модуль гидролиза. В некоторых случаях при увеличении содержания диоксида углерода (CO2), сероводорода (H2S) и/или цианистого водорода (HCN) может потребоваться добавление модуля удаления кислого газа, в то время как при уменьшении содержания диоксида углерода (CO2), сероводорода (H2S) и/или цианистого водорода (HCN) можно будет удалить модуль удаления кислого газа. В некоторых случаях при увеличении содержания ацетилена (C2H2) может потребоваться добавление модуля каталитического гидрирования, в то время как при уменьшении содержания ацетилена (C2H2) можно будет удалить модуль каталитического гидрирования. В некоторых случаях при увеличении содержания кислорода (O2) и/или ацетилена (C2H2) может потребоваться добавление модуля деоксигенации, в то время как при уменьшении содержания кислорода (O2) и/или ацетилена (C2H2) можно будет удалить модуль деоксигенации.- 11 043304 currents from sources. In certain cases, the composition of the gas stream is measured in order to analyze and determine which cleaning modules are needed. This determination may be based, at least in part, on one or more components present in the gas stream. In at least one case, the composition of these gases may change over time, resulting in different component contents. These fluctuations can affect the performance of the cleaning process. Thus, adjustments to the purification process may be necessary in response to changes in composition. In various cases, this cleaning process adjustment involves removing, bypassing, and/or adding one or more cleaning modules. The choice of which cleaning module to remove, bypass, and/or add may be determined, at least in part, by the presence of a particular component. In certain cases, one or more components, not previously present or present but in quantities below detection levels, may be measured later, which may then require the addition of one or more purification modules. In some cases, increasing the carbonyl sulfide (COS) and/or hydrogen cyanide (HCN) content may require the addition of a hydrolysis module, while decreasing the carbonyl sulfide (COS) and/or hydrogen cyanide (HCN) content may require the removal of the hydrolysis module. In some cases, increasing levels of carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S) and/or hydrogen cyanide (HCN) may require the addition of an acid gas removal module, while decreasing carbon dioxide ( CO2 ), hydrogen sulfide ( H2) S) and/or hydrogen cyanide (HCN) can be removed from the acid gas removal module. In some cases, increasing the acetylene (C 2 H 2 ) content may require the addition of a catalytic hydrogenation module, while decreasing the acetylene (C2H2) content may require the removal of the catalytic hydrogenation module. In some cases, increasing oxygen (O2) and/or acetylene (C2H2) may require adding a deoxygenation module, while decreasing oxygen (O2) and/or acetylene (C2H2) may require removing the deoxygenation module.
Для оперативного измерения каждая точка измерения может быть соединена со стальной трубой, чтобы облегчить передачу газового потока через контрольное устройство. В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток регулируют насосным устройством для подачи газового потока под давлением в измерительное устройство. В конкретных вариантах реализации изобретения газовый поток находится под давлением от двадцати до тридцати фунтов на квадратный дюйм (138-207 кПа). В конкретных вариантах реализации изобретения разные измерительные устройства используются для измерения содержания разных компонентов.For on-line measurement, each measuring point can be connected to a steel pipe to facilitate the transmission of gas flow through the control device. In specific embodiments of the invention, the gas flow is controlled by a pumping device to supply the pressurized gas flow to the measuring device. In particular embodiments of the invention, the gas stream is at a pressure of from twenty to thirty pounds per square inch (138-207 kPa). In specific embodiments of the invention, different measuring devices are used to measure the content of different components.
В конкретных вариантах реализации изобретения уровни C2H2 и HCN в газовом потоке контролируют спектрометром. В некоторых случаях спектрометр будет контролировать уровень одного или нескольких компонентов (NH3, CO2 и/или H2S) в дополнение к C2H2 и/или HCN. В конкретных вариантах реализации изобретения спектрометр сконфигурирован для измерения в различных точках отбора проб с периодическими приращениями.In specific embodiments of the invention, the levels of C2H2 and HCN in the gas stream are monitored by a spectrometer. In some cases, the spectrometer will monitor the level of one or more components (NH 3 , CO 2 and/or H 2 S) in addition to C 2 H 2 and/or HCN. In specific embodiments of the invention, the spectrometer is configured to measure at various sampling points in periodic increments.
В конкретных вариантах реализации изобретения содержание углеводородов, БТЭК, нафталина и оксигенатов диметилового эфира, диэтилового эфира, ацетальдегида, тетрагидрофурана, метилэтилкетона, ацетона, метанола и этанола измеряют газовым хроматографом. В конкретных вариантах реализации изобретения хроматограф сконфигурирован для измерения в различных точках отбора проб с периодическими приращениями.In specific embodiments of the invention, the content of hydrocarbons, BTEX, naphthalene and oxygenates of dimethyl ether, diethyl ether, acetaldehyde, tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone, acetone, methanol and ethanol is measured by a gas chromatograph. In specific embodiments of the invention, the chromatograph is configured to measure at various sampling points in periodic increments.
В конкретных вариантах реализации изобретения содержание азота и серы в газовом потоке измеряют устройством, которое включает технологию окислительного пиролиза с ультрафиолетовой флуоресценцией (UVF) и хемилюминесцентную технологию. В конкретных вариантах реализации изобретения устройство сконфигурировано для измерения в различных точках отбора проб с периодическими приращениями.In particular embodiments of the invention, the nitrogen and sulfur content of the gas stream is measured by a device that includes ultraviolet fluorescence (UVF) oxidative pyrolysis technology and chemiluminescence technology. In specific embodiments of the invention, the device is configured to measure at various sampling points in periodic increments.
В конкретных вариантах реализации изобретения большие и/или следовые количества компонентов в газовом потоке измеряют газовым хроматографом. Компоненты, содержащиеся в больших и/или следовых количествах, включают но не ограничиваются ими, водород, азот, кислород, метан, монооксид углерода, диоксид углерода и сероводород. В конкретных вариантах реализации изобретения устройство сконфигурировано для измерения в различных точках отбора проб с периодическими приращениями.In particular embodiments of the invention, large and/or trace amounts of components in the gas stream are measured by a gas chromatograph. Components contained in large and/or trace amounts include, but are not limited to, hydrogen, nitrogen, oxygen, methane, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen sulfide. In specific embodiments of the invention, the device is configured to measure at various sampling points in periodic increments.
В конкретных вариантах реализации изобретения различные измерительные устройства могут быть подключены к программному приложению, посредством которого данные, собранные измерительными устройствами, интерпретируют и сохраняют в базе данных. В конкретных вариантах реализации изобретения данные преобразуют в легко интерпретируемый формат, например электронную таблицу.In specific embodiments of the invention, various measurement devices may be connected to a software application through which data collected by the measurement devices is interpreted and stored in a database. In certain embodiments of the invention, the data is converted into an easily interpretable format, such as a spreadsheet.
Специальный катализаторSpecial catalyst
Авторы изобретения обнаружили, что при использовании только специализированного катализатора, содержащего медь, нанесенную на оксид алюминия, ферментируемый газовый поток может быть успешно получен из различных источников газа. Такой газ может быть получен полностью или частично из комбинации газа из одного или нескольких промышленных процессов, синтез-газа и/или генераторного газа. В частности, было обнаружено, что этот специальный катализатор способен восстанавливать кислород, ацетилен и цианистый водород, при этом кислород составляет менее 100 ч./млн, ацетилен ме- 12 043304 нее 1 ч./млн и цианистый водород составляет менее 1 ч./млн в ферментируемом газовом потоке. В различных случаях в качестве катализатора используют медь (I). В различных случаях медь, используемая для этого катализатора, была восстановленной медью.The inventors have discovered that by using only a specialized catalyst containing copper supported on alumina, a fermentable gas stream can be successfully produced from a variety of gas sources. Such gas may be produced in whole or in part from a combination of gas from one or more industrial processes, synthesis gas and/or producer gas. In particular, this special catalyst was found to be capable of reducing oxygen, acetylene and hydrogen cyanide with less than 100 ppm oxygen, less than 1 ppm acetylene and less than 1 ppm hydrogen cyanide. ppm in the fermentable gas stream. In various cases, copper (I) is used as a catalyst. In various cases, the copper used for this catalyst was reduced copper.
При очистке исходного газа с высоким содержанием серы изобретатели обнаружили, что ферментируемый газовый поток был успешно получен с использованием сульфидированной версии специализированного катализатора. Это сульфидирование было осуществлено путем пропускания газа, содержащего сульфидирующий реагент через восстановленную версию катализатора. Такое восстановление и сульфидирование можно проводить в соответствии с предшествующим уровнем техники. В одном варианте реализации изобретения сульфидирование приводит к образованию сульфидированной меди (I) на катализаторе с носителем из оксида алюминия. В одном варианте реализации изобретения сульфидирование приводит к образованию сульфидированной меди (II) на катализаторе с носителем из оксида алюминия. Сульфидированный медный катализатор может быть особенно полезен для снижения уровня ртути (Hg), если она присутствует в газовом потоке, так как известно, что сульфид меди является эффективным адсорбентом ртути.While purifying a high sulfur feed gas, the inventors discovered that a fermentable gas stream was successfully produced using a sulfided version of the custom catalyst. This sulfidation was accomplished by passing a gas containing a sulfidation reagent through a reduced version of the catalyst. Such reduction and sulfidation can be carried out in accordance with the prior art. In one embodiment of the invention, sulfidation results in the formation of sulfided copper(I) on an alumina supported catalyst. In one embodiment of the invention, sulfidation results in the formation of sulfided copper(II) on an alumina supported catalyst. A sulfided copper catalyst may be particularly useful in reducing mercury (Hg) levels if present in a gas stream, as copper sulfide is known to be an effective mercury adsorbent.
Общие сведенияGeneral information
В конкретных вариантах реализации изобретения ферментируемый газовый поток подают в биореактор, содержащий d-фиксирующие микроорганизмы. Эти d-фиксирующие микроорганизмы способны преобразовывать поток d-содержащего газа в полезные химические вещества и продукты путем газовой ферментации. Чтобы обеспечить неингибирующий ферментируемый газовый поток в биореактор, газовый поток должен содержать заранее заданный уровень компонентов. В конкретных вариантах реализации изобретения представляющие интерес компоненты включают кислород (O2), цианистый водород (HCN), ацетилен (C2H2), БТЭК (бензол, толуол, этилбензол, ксилол) и соединения серы (H2S и COS). В различных вариантах реализации изобретения уровень кислорода (O2) должен составлять менее ста частей на миллион (100 ч./млн), чтобы быть на заданном уровне. В различных вариантах реализации изобретения уровень цианистого водорода (HCN) должен составлять менее одной части на миллион (1 ч./млн), чтобы быть на заданном уровне. Предпочтительно уровень цианистого водорода (HCN) должен составлять менее ста частей на миллиард (100 ч/млрд), чтобы быть на заданном уровне. В различных вариантах реализации изобретения уровень ацетилен (C2H2) должен составлять менее одной части на миллион (1 ч./млн), чтобы быть на заданном уровне. В различных вариантах реализации изобретения уровень БТЭК должен составлять менее тридцати частей на миллион (30 частей на миллион), чтобы быть на заданном уровне. В различных вариантах реализации изобретения уровень соединений серы (H2S и COS) должен составлять менее одной части на миллион (1 ч./млн), чтобы быть на заданном уровне. В конкретных вариантах реализации изобретения количества всех компонентов должны находиться на своих заранее заданных уровнях, чтобы составлять заранее заданный уровень компонентов.In specific embodiments of the invention, the fermentable gas stream is supplied to a bioreactor containing d-fixing microorganisms. These d-fixing microorganisms are capable of converting the d-containing gas stream into useful chemicals and products through gaseous fermentation. To provide a non-inhibitory fermentation gas stream into the bioreactor, the gas stream must contain a predetermined level of components. In specific embodiments, the components of interest include oxygen (O2), hydrogen cyanide (HCN), acetylene (C 2 H 2 ), BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene) and sulfur compounds (H2S and COS). In various embodiments, the oxygen (O2) level must be less than one hundred parts per million (100 ppm) to be at the desired level. In various embodiments of the invention, the level of hydrogen cyanide (HCN) must be less than one part per million (1 ppm) to be at a specified level. Preferably, the hydrogen cyanide (HCN) level must be less than one hundred parts per billion (100 ppb) to be at the specified level. In various embodiments, the level of acetylene (C 2 H 2 ) must be less than one part per million (1 ppm) to be at the desired level. In various embodiments of the invention, the BTEX level must be less than thirty parts per million (30 ppm) to be at the target level. In various embodiments of the invention, the level of sulfur compounds (H 2 S and COS) must be less than one part per million (1 ppm) to be at a given level. In particular embodiments of the invention, the amounts of all components must be at their predetermined levels to constitute the predetermined level of components.
Система может включать дополнительные модули как до модуля гидролиза, так и после модуля деоксигенации. Эти дополнительные модули могут включать, но не ограничиваются ими, модуль удаления твердых частиц, модуль удаления хлоридов, модуль удаления смол, модуль удаления цианистого водорода и дополнительный модуль удаления кислого газа, который может удалять органические соединения. В определенных случаях модуль, содержащий активированный уголь, используют для удаления нежелательных органических соединений. Эти органические соединения могут, в определенных случаях, продуцироваться одним или несколькими модулями очистки. В конкретных вариантах реализации изобретения газ подают в систему к модулям в следующей последовательности: (1) модуль удаления твердых частиц, (2) модуль удаления хлоридов, (3) модуль удаления смол, (4) модуль гидролиза, (5) модуль удаления кислого газа, (5) модуль каталитического гидрирования, (6) модуль деоксигенации, (7) модуль удаления цианистого водорода и (8) дополнительный модуль удаления кислого газа.The system can include additional modules both before the hydrolysis module and after the deoxygenation module. These optional modules may include, but are not limited to, a solids removal module, a chloride removal module, a tar removal module, a hydrogen cyanide removal module, and an optional acid gas removal module that can remove organic compounds. In certain cases, a module containing activated carbon is used to remove unwanted organic compounds. These organic compounds may, in certain cases, be produced by one or more purification modules. In specific embodiments of the invention, gas is supplied to the system to modules in the following sequence: (1) solids removal module, (2) chloride removal module, (3) tar removal module, (4) hydrolysis module, (5) acid gas removal module , (5) catalytic hydrogenation module, (6) deoxygenation module, (7) hydrogen cyanide removal module, and (8) optional acid gas removal module.
Модуль удаления твердых частиц может содержать любой подходящий модуль, способный удалять твердые частицы из газового потока. Твердые частицы обычно имеют отношение к закупорке линии. Чтобы предотвратить закупорку линии, можно использовать модуль удаления твердых частиц. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль удаления твердых частиц представляет собой рукавный фильтр. Рукавный фильтр может быть любого подходящего типа, включая, но не ограничиваясь этим, с механическим встряхиванием, с импульсной продувкой, с обратной продувкой. В определенных вариантах реализации изобретения модуль удаления твердых частиц используют перед другими модулями.The solids removal module may comprise any suitable module capable of removing solids from a gas stream. Particulate matter is usually associated with line blockage. To prevent line clogging, a solids removal module can be used. In specific embodiments of the invention, the particulate removal module is a bag filter. The bag filter may be of any suitable type, including, but not limited to, mechanical agitation, pulse purge, and backflush. In certain embodiments of the invention, a solids removal module is used before other modules.
Модуль удаления хлоридов может содержать любой подходящий модуль, способный удалять хлориды из газового потока. Хлориды обычно имеют отношение к коррозии в процессах очистки газа. Чтобы предотвратить коррозию, можно использовать модуль удаления хлоридов. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль удаления хлоридов представляет собой щелочной скруббер, способный удалять хлористый водород (HCl). В конкретных вариантах реализации изобретения модуль удаления хлоридов представляет собой циклон, способный удалять хлорид аммония (NH4Cl).The chloride removal module may comprise any suitable module capable of removing chlorides from a gas stream. Chlorides are commonly associated with corrosion in gas purification processes. To prevent corrosion, a chloride removal module can be used. In specific embodiments of the invention, the chloride removal module is an alkaline scrubber capable of removing hydrogen chloride (HCl). In specific embodiments of the invention, the chloride removal module is a cyclone capable of removing ammonium chloride (NH 4 Cl).
Модуль удаления смол может содержать любой подходящий модуль, способный удалять смолы из газового потока. Смолы могут включать, но не ограничивается им, тяжелый углеводород, такой как нафталин, который обычно имеет отношение к закупорке линии. Чтобы избежать закупорки линии, можно использовать модуль удаления смол. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль удаленияThe tar removal module may comprise any suitable module capable of removing tar from a gas stream. Resins may include, but are not limited to, a heavy hydrocarbon such as naphthalene, which is commonly associated with line plugging. To avoid line blockage, a resin removal module can be used. In specific embodiments of the invention, the removal module
- 13 043304 смол представляет собой адсорбционное устройство. В определенных случаях адсорбционное устройство содержит активированный уголь.- 13 043304 resins is an adsorption device. In certain cases, the adsorption device contains activated carbon.
Модуль удаления цианистого водорода может содержать любой подходящий модуль, способный удалять цианистый водород из газового потока. Цианистый водород обычно имеет отношение к ингибированию микроорганизмов. Чтобы предотвратить ингибирование микроорганизмов, можно использовать модуль удаления цианистого водорода. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль удаления цианистого водорода представляет собой устройство с активированным углем, обработанным медью.The hydrogen cyanide removal module may comprise any suitable module capable of removing hydrogen cyanide from a gas stream. Hydrogen cyanide is generally related to the inhibition of microorganisms. To prevent inhibition of microorganisms, a hydrogen cyanide removal module can be used. In specific embodiments of the invention, the hydrogen cyanide removal module is a copper-treated activated carbon device.
Дополнительный модуль удаления кислого газа может содержать любой подходящий модуль, способный удалять диоксид углерода из газового потока. Высокие уровни углекислого газа могут разбавлять газовый поток, вследствие чего требуются большие биореакторы и/или дополнительные линии ферментации. Чтобы предотвратить разбавление газового потока диоксидом углерода, можно использовать дополнительный модуль удаления кислого газа. В конкретных вариантах реализации изобретения дополнительный модуль удаления кислого газа представляет собой модуль PSA, в котором может использоваться гидроксид кальция.The optional acid gas removal module may comprise any suitable module capable of removing carbon dioxide from the gas stream. High levels of carbon dioxide can dilute the gas stream, requiring large bioreactors and/or additional fermentation lines. To prevent carbon dioxide from diluting the gas stream, an optional acid gas removal module can be used. In specific embodiments of the invention, the optional acid gas removal module is a PSA module, which may use calcium hydroxide.
Система может включать в себя один или несколько температурных модулей для увеличения или уменьшения температуры газового потока. Эти температурные модули можно размещать до и/или после других модулей, чтобы увеличить или уменьшить температуру газового потока между модулями. Температурные модули могут содержать любой подходящий модуль, способный увеличивать или уменьшать температуру газового потока. В конкретных вариантах реализации изобретения температурные модули представляют собой кожухотрубные теплообменники. Кожухотрубный теплообменник состоит из камеры с пучком труб внутри кожуха. Кожухотрубный теплообменник способен регулировать температуру газового потока, пропуская жидкость, например воду, через камеру, одновременно пропуская газовый поток через пучок труб. Тепло от газового потока к жидкости передается через стенки трубок.The system may include one or more temperature modules to increase or decrease the temperature of the gas stream. These temperature modules can be placed before and/or after other modules to increase or decrease the temperature of the gas stream between the modules. The temperature modules may comprise any suitable module capable of increasing or decreasing the temperature of the gas stream. In specific embodiments of the invention, the temperature modules are shell-and-tube heat exchangers. A shell-and-tube heat exchanger consists of a chamber with a bundle of tubes inside a shell. A shell-and-tube heat exchanger is capable of controlling the temperature of a gas stream by passing a liquid, such as water, through a chamber while simultaneously passing the gas stream through a bundle of tubes. Heat from the gas flow to the liquid is transferred through the walls of the tubes.
Система может включать модули давления для увеличения или уменьшения давления газового потока. Эти модули давления могут быть размещены до и/или после других модулей. Модули давления могут содержать любой подходящий модуль, способный увеличивать или уменьшать давление газового потока. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль давления представляет собой компрессор. Компрессор способен увеличивать давление газового потока до значения, которое подходит для переноса газового потока. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль давления представляет собой клапан. Клапан способен снижать давление газового потока до значения, которое подходит для переноса газового потока.The system may include pressure modules to increase or decrease the pressure of the gas stream. These pressure modules can be placed before and/or after other modules. The pressure modules may comprise any suitable module capable of increasing or decreasing the pressure of the gas stream. In specific embodiments of the invention, the pressure module is a compressor. The compressor is capable of increasing the pressure of the gas stream to a value that is suitable for transferring the gas stream. In specific embodiments of the invention, the pressure module is a valve. The valve is capable of reducing the pressure of the gas stream to a value that is suitable for transfer of the gas stream.
На фиг. 1 показана система для выборочной фильтрации компонентов из газового потока, при этом система содержит модуль гидролиза 120, модуль удаления кислого газа 130, модуль деоксигенации 140 и биореактор 150. Газовый поток может быть получен из любого источника промышленного, реакторного и/или синтез-газа 110. Газовый поток подают из источника промышленного, реакторного и/или синтезгаза 110 по трубопроводу 112 в модуль гидролиза 120 для преобразования по меньшей мере одного компонента в газовом потоке для получения газового потока после гидролиза. Газовый поток после гидролиза поступает по трубопроводу 122 в модуль удаления кислого газа 130. Модуль удаления кислого газа 130 удаляет, по меньшей мере, один компонент 134 из газового потока, полученного после гидролиза, для получения газового потока с низким содержанием кислого газа. Поток с низким содержанием кислого газа поступает по трубопроводу 132 в модуль деоксигенации 140. Модуль деоксигенации 140 удаляет по меньшей мере один компонент 144 из газового потока с низким содержанием кислого газа для получения газового потока после деоксигенации. По меньшей мере часть газового потока после деоксигенации можно подать по трубопроводу 142 в биореактор 150 для ферментации. Предпочтительно, биореактор содержит C1-фиксирующие микроорганизмы, способные продуцировать из газового потока продукты 154 и газообразный субстрат после ферментации.In fig. 1 shows a system for selectively filtering components from a gas stream, the system comprising a hydrolysis module 120, an acid gas removal module 130, a deoxygenation module 140, and a bioreactor 150. The gas stream can be obtained from any source of industrial, reactor and/or synthesis gas 110 A gas stream is supplied from the industrial, reactor and/or synthesis gas source 110 through conduit 112 to a hydrolysis module 120 to convert at least one component in the gas stream to produce a post-hydrolysis gas stream. The hydrolysis gas stream passes through conduit 122 to an acid gas removal module 130. The acid gas removal module 130 removes at least one component 134 from the hydrolysis gas stream to produce a low acid gas content gas stream. The low acid gas stream passes through conduit 132 to a deoxygenation module 140. The deoxygenation module 140 removes at least one component 144 from the low acid gas gas stream to produce a deoxygenation gas stream. At least a portion of the gas stream after deoxygenation can be supplied through line 142 to bioreactor 150 for fermentation. Preferably, the bioreactor contains C1-fixing microorganisms capable of producing products 154 and a gaseous substrate from the gas stream after fermentation.
По меньшей мере часть газообразного субстрата после ферментации можно возвратить в один или больше модулей очистки. В некоторых случаях газообразный субстрат после ферментации подают по трубопроводу 152 в модуль гидролиза 120 для преобразования одного или нескольких компонентов в газообразном субстрате после ферментации. В некоторых случаях газообразный субстрат после ферментации можно хранить в устройстве улавливания углерода.At least a portion of the gaseous substrate after fermentation can be returned to one or more purification modules. In some cases, the post-fermentation substrate gas is supplied through conduit 152 to a hydrolysis module 120 to convert one or more components in the post-fermentation substrate gas. In some cases, the gaseous substrate after fermentation can be stored in a carbon capture device.
Авторы изобретения обнаружили, что при конфигурации различных модулей в определенной последовательности, газовый поток, подаваемый в биореактор 150, содержит заданный уровень компонентов, подлежащих ферментации О-фиксирующими микроорганизмами, без значительного потребления требуемых соединений и без получения дополнительных ингибирующих соединений. Было обнаружено, что модуль гидролиза 120 способен преобразовывать по меньшей мере часть карбонилсульфида (COS), присутствующего в газовом потоке, в сероводород (H2S). Также было обнаружено, что по меньшей мере один или несколько компонентов, удаленных модулем удаления кислого газа 130, включают в себя диоксид углерода (CO2) и сероводород (H2S). При установке модуля гидролиза 120 перед модулем удаления кислого газа 130 по меньшей мере часть карбонилсульфида (COS), преобразованного в сероводород (H2S), может быть удалена из газового потока модулем удаления кислого газа 130.The inventors have discovered that by configuring the various modules in a specific sequence, the gas stream supplied to the bioreactor 150 contains a predetermined level of components to be fermented by O-fixing microorganisms, without significant consumption of the desired compounds and without producing additional inhibitory compounds. It has been found that the hydrolysis module 120 is capable of converting at least a portion of the carbonyl sulfide (COS) present in the gas stream into hydrogen sulfide (H 2 S). It has also been discovered that at least one or more of the components removed by the acid gas removal module 130 include carbon dioxide (CO2) and hydrogen sulfide (H2S). By installing the hydrolysis module 120 upstream of the acid gas removal module 130, at least a portion of the carbonyl sulfide (COS) converted to hydrogen sulfide (H2S) can be removed from the gas stream by the acid gas removal module 130.
Кроме того, было обнаружено, что различные модули могут не понадобиться из-за уровня компо- 14 043304 нентов, присутствующих в газовом потоке. На фиг. 2 представлена система для выборочной фильтрации компонентов из газового потока, при этом газовый поток можно направить, минуя модуль гидролиза 220. В конкретных вариантах реализации изобретения уровень компонентов может быть эффективно снижен без прохождения через конкретные модули. В некоторых случаях модуль гидролиза 220 исключают из процесса. В случае обхода модуля гидролиза 220, газовый поток из источника промышленного, генераторного и/или синтетического газа 210 подают по трубопроводу 212 в модуль удаления кислого газа 230. Модуль удаления кислого газа 230 удаляет, по меньшей мере, один компонент 234 из газового потока с получением потока с низким содержанием кислого газа. Поток с низким содержанием кислого газа поступает по трубопроводу 232 в модуль деоксигенации 240. Модуль деоксигенации 240 удаляет по меньшей мере один компонент 244 из потока с низким содержанием кислого газа с получением газового потока после деоксигенации. По меньшей мере часть газового потока после деоксигенации можно подать по трубопроводу 242 в биореактор 250 для ферментации. Предпочтительно, биореактор содержит C1фиксирующие микроорганизмы, способные продуцировать из газового потока продукты 254 и газообразный субстрат после ферментации.In addition, it was discovered that various modules may not be needed due to the level of components present in the gas stream. In fig. 2 illustrates a system for selectively filtering components from a gas stream, wherein the gas stream can be directed to bypass the hydrolysis module 220. In particular embodiments of the invention, the level of components can be effectively reduced without passing through specific modules. In some cases, the hydrolysis module 220 is eliminated from the process. By bypassing the hydrolysis module 220, the gas stream from the industrial, generator and/or synthetic gas source 210 is supplied via conduit 212 to the acid gas removal module 230. The acid gas removal module 230 removes at least one component 234 from the gas stream to produce flow with low acid gas content. The low acid gas stream passes through conduit 232 to a deoxygenation module 240. The deoxygenation module 240 removes at least one component 244 from the low acid gas stream to produce a deoxygenation gas stream. At least a portion of the gas stream after deoxygenation can be supplied through line 242 to bioreactor 250 for fermentation. Preferably, the bioreactor contains C1-fixing microorganisms capable of producing products 254 and a gaseous substrate from the gas stream after fermentation.
По меньшей мере часть газообразного субстрата после ферментации можно возвратить в один или больше модулей очистки. В некоторых случаях газообразный субстрат после ферментации подают по трубопроводу 252 в модуль гидролиза 220 для преобразования одного или нескольких компонентов в газообразном субстрате после ферментации. В вариантах реализации изобретения, в которых осуществляется обход модуля гидролиза 220, газообразный субстрат после ферментации можно подать по трубопроводу 252 в модуль удаления кислого газа 230 для удаления по меньшей мере одного компонента 234 из газообразного субстрата после ферментации. В некоторых случаях газообразный субстрат после ферментации можно хранить в устройстве улавливания углерода.At least a portion of the gaseous substrate after fermentation can be returned to one or more purification modules. In some cases, the post-fermentation substrate gas is supplied through conduit 252 to a hydrolysis module 220 to convert one or more components in the post-fermentation substrate gas. In embodiments of the invention that bypass the hydrolysis module 220, the post-fermentation substrate gas may be supplied via conduit 252 to the acid gas removal module 230 to remove at least one component 234 from the post-fermentation substrate gas. In some cases, the gaseous substrate after fermentation can be stored in a carbon capture device.
Определенные потоки газа имеют уровни компонентов, при которых могут потребоваться дополнительные модули. На фиг. 3 показана система для выборочной фильтрации компонентов из газового потока, дополнительно включающая в себя модуль каталитического гидрирования 360 перед модулем деоксигенации 340. Если система включает в себя модуль каталитического гидрирования 360, газовый поток из источника промышленного, реакторного и/или синтез-газа 310 подают по трубопроводу 312 в модуль гидролиза 320 для преобразования по меньшей мере одного компонента в газовом потоке для получения газового потока после гидролиза. Газовый поток после гидролиза поступает по трубопроводу 322 в модуль удаления кислого газа 330. Модуль удаления кислого газа 330 удаляет по меньшей мере один компонент 334 из потока, полученного после гидролиза, с получением потока с низким содержанием кислого газа. Поток с низким содержанием кислого газа поступает по трубопроводу 332 в модуль каталитического гидрирования 360. Модуль каталитического гидрирования 360 удаляет по меньшей мере один компонент 364 из потока с низким содержанием кислого газа. Поток с низким содержанием кислого газа подают из модуля каталитического гидрирования 360 в модуль деоксигенации 340 по трубопроводу 362. Модуль деоксигенации удаляет 340, по меньшей мере, один компонент 344 из газового потока для получения газового потока после гидрирования. По меньшей мере, часть газового потока после гидрирования можно подать по трубопроводу 342 в биореактор 350 для ферментации. Предпочтительно, биореактор содержит Щ-фиксирующие микроорганизмы, способные продуцировать из газового потока продукты 354 и газообразный субстрат после ферментации.Certain gas streams have component levels that may require additional modules. In fig. 3 illustrates a system for selectively filtering components from a gas stream, further including a catalytic hydrogenation module 360 before a deoxygenation module 340. If the system includes a catalytic hydrogenation module 360, the gas stream from the industrial, reactor and/or synthesis gas source 310 is supplied at conduit 312 to hydrolysis module 320 for converting at least one component in the gas stream to produce a post-hydrolysis gas stream. The hydrolysis gas stream passes through conduit 322 to an acid gas removal module 330. The acid gas removal module 330 removes at least one component 334 from the hydrolysis stream to produce a low acid gas content stream. The low acid gas stream passes through conduit 332 to catalytic hydrogenation module 360. Catalytic hydrogenation module 360 removes at least one component 364 from the low acid gas stream. The low acid gas stream is supplied from the catalytic hydrogenation module 360 to the deoxygenation module 340 via line 362. The deoxygenation module removes 340 at least one component 344 from the gas stream to produce a post-hydrogenation gas stream. At least a portion of the gas stream after hydrogenation can be supplied through line 342 to bioreactor 350 for fermentation. Preferably, the bioreactor contains N-fixing microorganisms capable of producing products 354 and a gaseous substrate from the gas stream after fermentation.
В конкретных вариантах реализации изобретения модуль гидролиза 320, модуль каталитического гидрирования 360 или оба могут быть обойдены. В случае обхода модуля гидролиза 320 и модуля каталитического гидрирования 360, газовый поток из источника промышленного, генераторного и/или синтез-газа 310 подают по трубопроводу 312 в модуль удаления кислого газа 330. Модуль удаления кислого газа 330 удаляет, по меньшей мере, один компонент 334 из газового потока для получения потока с низким содержанием кислого газа. Поток с низким содержанием кислого газа поступает по трубопроводу 332 в модуль деоксигенации 340. Модуль деоксигенации 340 удаляет по меньшей мере один компонент 344 из потока с низким содержанием кислого газа для получения газового потока после деоксигенации. По меньшей мере, часть газового потока после деоксигенации можно подать по трубопроводу 342 в биореактор 350 для ферментации. В конкретных вариантах реализации изобретения модуль каталитического гидрирования 360 обходят, в то время как модуль гидролиза 320 используют. В определенных случаях модуль каталитического гидрирования 360 используют, в то время как модуль гидролиза 320 обходят.In specific embodiments of the invention, the hydrolysis module 320, the catalytic hydrogenation module 360, or both may be bypassed. By bypassing the hydrolysis module 320 and the catalytic hydrogenation module 360, the gas stream from the industrial, generator and/or synthesis gas source 310 is supplied through conduit 312 to the acid gas removal module 330. The acid gas removal module 330 removes at least one component 334 from a gas stream to produce a low acid gas stream. The low acid gas stream passes through conduit 332 to a deoxygenation module 340. The deoxygenation module 340 removes at least one component 344 from the low acid gas stream to produce a deoxygenation gas stream. At least a portion of the gas stream after deoxygenation can be supplied through line 342 to bioreactor 350 for fermentation. In specific embodiments of the invention, the catalytic hydrogenation module 360 is bypassed while the hydrolysis module 320 is used. In certain cases, the catalytic hydrogenation module 360 is used while the hydrolysis module 320 is bypassed.
По меньшей мере часть газообразного субстрата после ферментации можно возвратить в один или больше модулей очистки. В определенных случаях газообразный субстрат после ферментации подают по трубопроводу 352 в модуль гидролиза 320 для преобразования одного или нескольких компонентов в газообразном субстрате после ферментации. В вариантах реализации изобретения, в которых осуществляется обход модуля гидролиза 320, газообразный субстрат после ферментации можно подать по трубопроводу 352 в модуль удаления кислого газа 330 для удаления по меньшей мере одного компонента 334 из газообразного субстрата после ферментации. В некоторых случаях газообразный субстрат после ферментации можно хранить в устройстве улавливания углерода.At least a portion of the gaseous substrate after fermentation can be returned to one or more purification modules. In certain cases, the post-fermentation substrate gas is supplied through conduit 352 to a hydrolysis module 320 to convert one or more components in the post-fermentation substrate gas. In embodiments of the invention that bypass the hydrolysis module 320, the post-fermentation substrate gas may be supplied via conduit 352 to the acid gas removal module 330 to remove at least one component 334 from the post-fermentation substrate gas. In some cases, the gaseous substrate after fermentation can be stored in a carbon capture device.
Система может иметь дополнительные модули, выбранные из группы, включающей: модуль удаления твердых частиц, модуль удаления хлоридов, модуль удаления смол, модуль удаления цианистогоThe system may have additional modules selected from the group consisting of: solids removal module, chloride removal module, resin removal module, cyanide removal module
- 15 043304 водорода, дополнительный модуль удаления кислого газа, модуль температуры и модуль давления. Эти модули могут быть необходимы для кондиционирования газового потока между модулями и/или эффективного снижения уровней компонентов до приемлемых уровней.- 15 043304 hydrogen, additional acid gas removal module, temperature module and pressure module. These modules may be necessary to condition the gas flow between modules and/or effectively reduce component levels to acceptable levels.
На фиг. 4 показана система для выборочной фильтрации компонентов из газового потока, включающая дополнительные модули в системе. В конкретных вариантах реализации изобретения один или несколько модулей могут быть установлены после модуля деоксигенации 440. Если система включает в себя один или несколько модулей после модуля деоксигенации 440, газовый поток подают из источника промышленного, реакторного и/или синтез-газа 410 по трубопроводу 412 в модуль гидролиза 420 для преобразования по меньшей мере одного компонента в газовом потоке для получения газового потока после гидролиза. Газовый поток после гидролиза подают по трубопроводу 422 в модуль удаления кислого газа 430. Модуль удаления кислого газа 430 удаляет по меньшей мере один компонент 434 из газового потока после гидролиза для получения потока с низким содержанием кислого газа. Поток с низким содержанием кислого газа подают по трубопроводу 432 в модуль каталитического гидрирования 460 для удаления по меньшей мере одного компонента 464 из газового потока. Газовый поток затем подают по трубопроводу 462 из модуля каталитического гидрирования 460 в модуль деоксигенации 440. Модуль деоксигенации 440 удаляет, по меньшей мере, один компонент 444 из газового потока. Газовый поток подают по трубопроводу 442 из модуля деоксигенации 440 в один или несколько дополнительных модулей 470. Один или больше дополнительных модулей 470 удаляют и/или преобразуют по меньшей мере один компонент 474 в газовом потоке. По меньшей мере, часть газового потока из одного или больше дополнительных модулей 470 можно подать по трубопроводу 472 в биореактор 450 для ферментации. Предпочтительно, биореактор содержит Ш-фиксирующие микроорганизмы, способные продуцировать из газового потока продукты 454 и газообразный субстрат после ферментации. В конкретных вариантах реализации изобретения один или больше дополнительных модулей 470 представляют собой модуль удаления цианистого водорода и/или дополнительный модуль удаления кислого газа.In fig. 4 shows a system for selectively filtering components from a gas stream, including additional modules in the system. In specific embodiments of the invention, one or more modules may be installed after the deoxygenation module 440. If the system includes one or more modules after the deoxygenation module 440, the gas stream is supplied from the industrial, reactor and/or synthesis gas source 410 through conduit 412 to a hydrolysis module 420 for converting at least one component in the gas stream to produce a gas stream after hydrolysis. The hydrolysis gas stream is supplied through conduit 422 to an acid gas removal module 430. The acid gas removal module 430 removes at least one component 434 from the hydrolysis gas stream to produce a low acid gas content stream. The low acid gas stream is supplied through line 432 to catalytic hydrogenation module 460 to remove at least one component 464 from the gas stream. The gas stream is then passed through conduit 462 from the catalytic hydrogenation module 460 to the deoxygenation module 440. The deoxygenation module 440 removes at least one component 444 from the gas stream. The gas stream is supplied through conduit 442 from the deoxygenation module 440 to one or more additional modules 470. The one or more additional modules 470 remove and/or convert at least one component 474 in the gas stream. At least a portion of the gas stream from one or more additional modules 470 can be supplied through conduit 472 to the bioreactor 450 for fermentation. Preferably, the bioreactor contains III-fixing microorganisms capable of producing products 454 and a gaseous substrate from the gas stream after fermentation. In specific embodiments of the invention, one or more additional modules 470 are a hydrogen cyanide removal module and/or an additional acid gas removal module.
В конкретных вариантах реализации изобретения один или больше дополнительных модулей 480 может быть установлено перед модулем гидролиза 420. Если система включает в себя один или больше модулей перед модулем гидролиза 420, газовый поток подают из источника промышленного, реакторного и/или синтез-газа 410 по трубопроводу 412 в один или больше дополнительных модулей 480. Один или больше дополнительных модулей 480 удаляют и/или преобразуют по меньшей мере один компонент 484 в газовом потоке. Затем газовый поток подают по трубопроводу 482 в модуль гидролиза 420 для дальнейшей обработки. В вариантах реализации изобретения, в которых осуществляется обход модуля гидролиза 420, газовый поток можно подать по трубопроводу 482 в модуль удаления кислого газа 430. В конкретных вариантах реализации изобретения система может включать один или больше дополнительных модулей 480 перед модулем гидролиза 420 и один или больше дополнительных модулей 470 после модуля деоксигенации 440.In specific embodiments, one or more additional modules 480 may be installed upstream of the hydrolysis module 420. If the system includes one or more modules upstream of the hydrolysis module 420, the gas stream is supplied from the industrial, reactor and/or synthesis gas source 410 through a pipeline 412 into one or more additional modules 480. The one or more additional modules 480 remove and/or convert at least one component 484 in the gas stream. The gas stream is then passed through line 482 to hydrolysis module 420 for further processing. In embodiments of the invention that bypass the hydrolysis module 420, the gas stream can be supplied through conduit 482 to the acid gas removal module 430. In particular embodiments of the invention, the system may include one or more additional modules 480 upstream of the hydrolysis module 420 and one or more additional 470 modules after 440 deoxygenation module.
По меньшей мере часть газообразного субстрата после ферментации можно возвратить в один или больше модулей очистки. В некоторых случаях газообразный субстрат после ферментации подают по трубопроводу 452 в модуль 420 гидролиза для преобразования одного или нескольких компонентов в газообразном субстрате после ферментации. В вариантах реализации изобретения, в которых осуществляется обход модуля гидролиза 420, газообразный субстрат после ферментации можно подать по трубопроводу 452 в модуль удаления кислого газа 430 для удаления по меньшей мере одного компонента 434 из газообразного субстрата после ферментации. В вариантах реализации изобретения, включающих один или несколько модулей перед модулем гидролиза 420, газообразный субстрат после ферментации можно подать по трубопроводу 452 в один или несколько дополнительных модулей 480. В некоторых случаях газообразный субстрат после ферментации можно хранить в устройстве улавливания углерода.At least a portion of the gaseous substrate after fermentation can be returned to one or more purification modules. In some cases, the post-fermentation substrate gas is supplied via conduit 452 to a hydrolysis module 420 to convert one or more components in the post-fermentation substrate gas. In embodiments of the invention that bypass the hydrolysis module 420, the post-fermentation substrate gas may be supplied via conduit 452 to the acid gas removal module 430 to remove at least one component 434 from the post-fermentation substrate gas. In embodiments of the invention that include one or more modules upstream of the hydrolysis module 420, the post-fermentation substrate gas may be supplied through conduit 452 to one or more additional modules 480. In some cases, the post-fermentation substrate gas may be stored in a carbon capture device.
Предпочтительно газовый поток способен ферментироваться одним или несколькими C1фиксирующими микроорганизмами. Ш-фиксирующий микроорганизм в биореакторе, как правило, представляет собой карбоксидотрофную бактерию. В конкретных вариантах реализации изобретения карбоксидотрофные бактерии выбраны из группы, включающей Moorella, Clostridium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina, Methanosarcina и Desulfotomaculum. В различных вариантах реализации изобретения карбоксидотрофные бактерии представляют собой Clostridium autoethanogenum.Preferably, the gas stream is capable of being fermented by one or more C1-fixing microorganisms. The III-fixing microorganism in the bioreactor is usually a carboxydotrophic bacterium. In specific embodiments, the carboxydotrophic bacteria are selected from the group consisting of Moorella, Clostridium, Ruminococcus, Acetobacterium, Eubacterium, Butyribacterium, Oxobacter, Methanosarcina, Methanosarcina, and Desulfotomaculum. In various embodiments of the invention, the carboxydotrophic bacteria are Clostridium autoethanogenum.
Следующие примеры изложены в качестве типичных для настоящего изобретения. Эти примеры не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения, так как эти и другие эквивалентные варианты реализации изобретения будут очевидны с учетом настоящего раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.The following examples are set forth as representative of the present invention. These examples should not be construed as limiting the scope of the invention, since these and other equivalent embodiments of the invention will be obvious in view of the present disclosure and the accompanying claims.
Пример 1.Example 1.
Система очистки газа была сконфигурирована для приема смешанного газового потока. Смешанный газовый поток предназначен для представления потока, полученного от сталелитейного завода. Система очистки газа включает следующие модули в следующем порядке: (i) модуль гидролиза, (ii) модуль удаления кислого газа, (iii) модуль каталитического гидрирования и (iv) модуль деоксигенации. Модуль гидролиза содержит слой адсорбента гамма-оксида алюминия (BASF F-200). Модуль удаления кислогоThe gas purification system was configured to receive a mixed gas stream. The mixed gas stream is intended to represent the stream obtained from a steel mill. The gas purification system includes the following modules in the following order: (i) hydrolysis module, (ii) acid gas removal module, (iii) catalytic hydrogenation module and (iv) deoxygenation module. The hydrolysis module contains a layer of gamma alumina adsorbent (BASF F-200). Acid removal module
- 16 043304 газа содержит слой адсорбента оксида цинка (RCI ZOP-116). Модуль каталитического гидрирования содержит палладий на оксиде алюминия (BASF R0-20/47). Модуль деоксигенации содержит медный катализатор (BASF CU0226S).- 16 043304 gas contains a layer of zinc oxide adsorbent (RCI ZOP-116). The catalytic hydrogenation module contains palladium on alumina (BASF R0-20/47). The deoxygenation module contains a copper catalyst (BASF CU0226S).
Перед испытанием субстрата катализатор гидрирования был восстановлен в 1% H2 в N2 при 120°C в течение не менее 12 ч. Катализатор деоксигенации был восстановлен в 1% H2 в N2 при 250°C в течение не менее 12 ч.Before testing the substrate, the hydrogenation catalyst was reduced in 1% H2 in N2 at 120°C for at least 12 hours. The deoxygenation catalyst was reduced in 1% H2 in N2 at 250°C for at least 12 hours.
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приведенной ниже таблицей.The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below.
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана и диметилового эфира. Эти соединения являются примесями в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane and dimethyl ether were detected in the mixed stream. These compounds are impurities in the supplied gas.
Скорости, с которыми подавался газовый поток, и температура на входе каждого модуля иллюстрируются приведенной ниже .таблицей. Давление каждого слоя составляло 345 кПа (изб.).The rates at which the gas flow was supplied and the inlet temperature of each module are illustrated in the table below. The pressure of each layer was 345 kPa (g).
В этой конфигурации был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.In this configuration, a fermentable gas stream was successfully obtained. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, обнаруженному во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. Других примесей не было обнаружено в выходящем потоке при использовании этой конфигурации. При использовании этой конфигурации не было образовано каких-либо ингибиторов микроорганизмов.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane found in the influent stream, thus no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. No other contaminants were detected in the effluent stream using this configuration. No microbial inhibitors were formed using this configuration.
Концентрация CO на выходе составляла 30,1%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 2,6% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The CO concentration at the outlet was 30.1%. This output concentration corresponds to a consumption of 2.6% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Пример 2.Example 2.
Система очистки газа, подобная примеру 1, была сконфигурирована для приема смешанного газового потока. Смешанный газовый поток предназначен для представления потока, полученного от сталелитейного завода. Система очистки газа включает следующие модули в следующем порядке: (i) модуль гидролиза, (ii) модуль удаления кислого газа и (iii) модуль деоксигенации. Модуль гидролиза содержит слой адсорбента гамма-оксида алюминия (BASF F-200). Модуль удаления кислого газа содержит слой адсорбента оксида цинка (RCI ZOP-116). Модуль деоксигенации содержит медный катализатор (BASF CU0226S).A gas purification system similar to Example 1 was configured to receive a mixed gas stream. The mixed gas stream is intended to represent the stream obtained from a steel mill. The gas purification system includes the following modules in the following order: (i) hydrolysis module, (ii) acid gas removal module and (iii) deoxygenation module. The hydrolysis module contains a layer of gamma alumina adsorbent (BASF F-200). The acid gas removal module contains a layer of zinc oxide adsorbent (RCI ZOP-116). The deoxygenation module contains a copper catalyst (BASF CU0226S).
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приве- 17 043304 денной ниже таблицей.The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below.
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана. Эти соединения являются примесями в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane were detected in the mixed stream. These compounds are impurities in the supplied gas.
Скорости, с которыми подавался газовый поток, и температура на входе каждого модуля иллюстрируются приведенной ниже таблицей. Давление каждого слоя составляло 345 кПа (изб.).The gas flow rates and inlet temperatures of each module are illustrated in the table below. The pressure of each layer was 345 kPa (g).
В этой конфигурации был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей. ______________________________________________In this configuration, a fermentable gas stream was successfully obtained. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below. ______________________________________________
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, обнаруженному во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена. Были обнаружены следовые количества диметилового эфира и ацетальдегида. Диметиловый эфир и ацетальдегид не являются ингибиторами микроорганизмов. При использовании этой конфигурации не было образовано каких-либо ингибиторов микроорганизмов.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane found in the influent stream, thus no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are products of acetylene removal. Trace amounts of dimethyl ether and acetaldehyde were detected. Dimethyl ether and acetaldehyde are not inhibitors of microorganisms. No microbial inhibitors were formed using this configuration.
Следовые количества диметилового эфира и ацетальдегида были удалены путем пропускания ферментируемого газового потока через модуль удаления органических соединений. Скорость подачи газового потока в модуль удаления органических соединений была такой, что часовая объемная скорость газа составляла 370 ч'1.Trace amounts of dimethyl ether and acetaldehyde were removed by passing the fermentation gas stream through an organic removal module. The gas flow rate into the organic compound removal module was such that the hourly space velocity of the gas was 370 h' 1 .
Выходная концентрация СО составляла 29,8%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 4,0% входящего СО, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 29.8%. This output concentration corresponds to a consumption of 4.0% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
В дополнение к работе системы очистки газа при 345 кПа (изб.), используя эту конфигурацию и этот состав газа, изобретатели увеличили давление так, чтобы давление каждого слоя составляло 690 кПа (изб.), чтобы оценить, как давление может повлиять на систему.In addition to operating the gas purification system at 345 kPa(g), using this configuration and this gas composition, the inventors increased the pressure so that the pressure of each layer was 690 kPa(g) to evaluate how the pressure might affect the system.
Было обнаружено, что при повышенном давлении (690 кПа (изб.) для каждого слоя) в этой конфигурации был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.It was found that at elevated pressure (690 kPa(g) for each layer), a fermentable gas stream was successfully produced in this configuration. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
- 18043304- 18043304
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, обнаруженному во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. Были обнаружены следовые количества диметилового эфира и ацетальдегида. Диметиловый эфир и ацетальдегид не являются ингибиторами микроорганизмов. При использовании этой конфигурации не было обнаружено каких-либо примесей в выходящем потоке.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane found in the influent stream, thus no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. Trace amounts of dimethyl ether and acetaldehyde were detected. Dimethyl ether and acetaldehyde are not inhibitors of microorganisms. Using this configuration, no impurities were detected in the effluent.
Следовые количества диметилового эфира и ацетальдегида были удалены путем пропускания ферментируемого газового потока через модуль удаления органических соединений. Скорость подачи газового потока в модуль удаления органических соединений была такой, что часовая объемная скорость газа составляла 370 ч-1.Trace amounts of dimethyl ether and acetaldehyde were removed by passing the fermentation gas stream through an organic removal module. The gas flow rate into the organic compound removal module was such that the hourly gas space velocity was 370 h -1 .
Выходная концентрация CO составляла 29,8%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 3,3% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 29.8%. This output concentration corresponds to a consumption of 3.3% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Пример 3.Example 3.
Система очистки газа была сконфигурирована для приема смешанного газового потока. Смешанный газовый поток предназначен для представления потока, полученного от сталелитейного завода. Система очистки газа включает следующие модули в следующем порядке: (i) модуль гидролиза, (ii) модуль удаления кислого газа, (iii) модуль каталитического гидрирования, (iv) модуль деоксигенации и (v) модуль удаления органических соединений. Модуль гидролиза содержит слой адсорбента гамма-оксида алюминия (BASF F-200). Модуль удаления кислого газа содержит слой адсорбента оксида цинка (RCI ZOP-116). Модуль каталитического гидрирования содержит палладий на оксиде алюминия (BASF R020/47). Модуль деоксигенации содержит медный катализатор (BASF Cu0226S).The gas purification system was configured to receive a mixed gas stream. The mixed gas stream is intended to represent the stream obtained from a steel mill. The gas purification system includes the following modules in the following order: (i) hydrolysis module, (ii) acid gas removal module, (iii) catalytic hydrogenation module, (iv) deoxygenation module and (v) organic removal module. The hydrolysis module contains a layer of gamma alumina adsorbent (BASF F-200). The acid gas removal module contains a layer of zinc oxide adsorbent (RCI ZOP-116). The catalytic hydrogenation module contains palladium on alumina (BASF R020/47). The deoxygenation module contains a copper catalyst (BASF Cu0226S).
Перед испытанием субстрата катализатор гидрирования был восстановлен в 1% H2 в N2 при 120°C в течение не менее 12 часов. Катализатор деоксигенации был восстановлен в 1% H2 в N2 при 250°C в течение не менее 12 часовBefore testing the substrate, the hydrogenation catalyst was reduced in 1% H2 in N2 at 120°C for at least 12 hours. The deoxygenation catalyst was reduced to 1% H2 in N2 at 250°C for at least 12 hours
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приведенной ниже таблицей.The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below.
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана. Эти соединения являются примесями в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane were detected in the mixed stream. These compounds are impurities in the supplied gas.
Скорости, с которыми подавался газовый поток, и температура на входе каждого модуля иллюстрируются приведенной ниже таблицей. Давление каждого слоя было 690 кПа (изб.).The gas flow rates and inlet temperatures of each module are illustrated in the table below. The pressure of each layer was 690 kPa(g).
- 19 043304- 19 043304
В этой конфигурации был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.In this configuration, a fermentable gas stream was successfully obtained. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, определяемому как примесь во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. Других примесей не было обнаружено в выходящем потоке при использовании этой конфигурации. При использовании этой конфигурации модулей не было образовано каких-либо ингибиторов микроорганизмов.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane detected as an impurity in the influent stream, so no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. No other contaminants were detected in the effluent stream using this configuration. No microbial inhibitors were generated using this module configuration.
Выходная концентрация CO составляла 26,6%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 3,8% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 26.6%. This output concentration corresponds to a consumption of 3.8% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Пример 4.Example 4.
Система очистки газа была сконфигурирована аналогично Примеру 3 для получения смешанного газового потока. Смешанный газовый поток предназначен для представления потока, полученного от сталелитейного завода. Система очистки газа включает следующие модули в следующем порядке: (i) модуль гидролиза, (ii) модуль удаления кислого газа, (iii) модуль деоксигенации и (iv) модуль удаления органических соединений. Модуль гидролиза содержит слой адсорбента гамма-оксида алюминия (BASF F-200). Модуль удаления кислого газа содержит слой адсорбента оксида цинка (RCI ZOP-116). Модуль деоксигенации содержит медный катализатор (BASF Cu0226S).The gas purification system was configured similarly to Example 3 to produce a mixed gas stream. The mixed gas stream is intended to represent the stream obtained from a steel mill. The gas purification system includes the following modules in the following order: (i) hydrolysis module, (ii) acid gas removal module, (iii) deoxygenation module and (iv) organic removal module. The hydrolysis module contains a layer of gamma alumina adsorbent (BASF F-200). The acid gas removal module contains a layer of zinc oxide adsorbent (RCI ZOP-116). The deoxygenation module contains a copper catalyst (BASF Cu0226S).
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приведенной ниже таблицей.The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below.
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана. Эти соединения являются примесями в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane were detected in the mixed stream. These compounds are impurities in the supplied gas.
- 20 043304- 20 043304
Скорости, с которыми подавался газовый поток, и температура на входе каждого модуля иллюстрируются приведенной ниже таблицей. Давление каждого слоя было 690 кПа (изб.).The gas flow rates and inlet temperatures of each module are illustrated in the table below. The pressure of each layer was 690 kPa(g).
В этой конфигурации был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.In this configuration, a fermentable gas stream was successfully obtained. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, определяемому как примесь во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. Других примесей не было обнаружено в выходящем потоке при использовании этой конфигурации. При использовании этой конфигурации модулей не было образовано каких-либо ингиби торов микроорганизмов.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane detected as an impurity in the influent stream, so no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. No other contaminants were detected in the effluent stream using this configuration. No microbial inhibitors were produced when using this module configuration.
Выходная концентрация CO составляла 26,2%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 4,9% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 26.2%. This output concentration corresponds to a consumption of 4.9% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Пример 5.Example 5.
Система очистки газа, аналогичная примеру 2, была сконфигурирована для приема смешанного газового потока. Смешанный газовый поток имеет более высокие концентрации ингибиторов микроорганизмов. Концентрации находятся в диапазоне, который ожидается от газификации биомассы или твердых бытовых отходов или очищенного коксового газа. Система очистки газа включает следующие модули в следующем порядке: (i) модуль гидролиза, (ii) модуль удаления кислого газа, (iii) модуль деоксигенации и (iv) модуль удаления органических соединений. Модуль гидролиза содержит слой адсорбента гамма-оксида алюминия (BASF F-200). Модуль удаления кислого газа содержит слой адсорбента оксида цинка (RCI ZOP-116). Модуль деоксигенации содержит медный катализатор (BASF Cu0226S).A gas purification system similar to Example 2 was configured to receive a mixed gas stream. The mixed gas stream has higher concentrations of microbial inhibitors. Concentrations are in the range expected from gasification of biomass or municipal solid waste or purified coke oven gas. The gas purification system includes the following modules in the following order: (i) hydrolysis module, (ii) acid gas removal module, (iii) deoxygenation module and (iv) organic removal module. The hydrolysis module contains a layer of gamma alumina adsorbent (BASF F-200). The acid gas removal module contains a layer of zinc oxide adsorbent (RCI ZOP-116). The deoxygenation module contains a copper catalyst (BASF Cu0226S).
Перед испытанием субстрата катализатор деоксигенации был восстановлен в 1% H2 в N2 при 250°C в течение не менее 12 ч.Before substrate testing, the deoxygenation catalyst was reduced in 1% H2 in N2 at 250°C for at least 12 h.
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приведенной ниже таблицей. ____________________________________________The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below. _____________________________________________________
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана. Это соединение является примесью в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane were detected in the mixed stream. This compound is an impurity in the supply gas.
- 21 043304- 21 043304
Скорости, с которыми подавался газовый поток, и температура на входе каждого модуля иллюстрируются приведенной ниже таблицей. Давление каждого слоя было 690 кПа (изб.).The rates at which the gas flow was supplied and the inlet temperature of each module are illustrated in the table below. The pressure of each layer was 690 kPa(g).
В этой конфигурации был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.In this configuration, a fermentable gas stream was successfully obtained. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, определяемому как примесь во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. Других примесей не было обнаружено в выходящем потоке при использовании этой конфигурации. При использовании этой конфигурации модулей не было образовано каких-либо ингиби торов микроорганизмов.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane detected as an impurity in the influent stream, so no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. No other contaminants were detected in the effluent stream using this configuration. No microbial inhibitors were produced when using this module configuration.
Выходная концентрация CO составляла 16,6%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 6,8% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 16.6%. This output concentration corresponds to a consumption of 6.8% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Пример 6.Example 6.
Система очистки газа была сконфигурирована для приема смешанного газового потока. Смешанный газовый поток предназначен для представления потока, полученного от сталелитейного завода. Система очистки газа включает в себя только один модуль. Модуль содержал медный катализатор (BASF Cu0226S).The gas purification system was configured to receive a mixed gas stream. The mixed gas stream is intended to represent the stream obtained from a steel mill. The gas purification system includes only one module. The module contained a copper catalyst (BASF Cu0226S).
Перед испытанием субстрата катализатор деоксигенации был восстановлен в 1% H2 в N2 при 250°C в течение не менее 12 ч.Before substrate testing, the deoxygenation catalyst was reduced in 1% H2 to N2 at 250°C for at least 12 h.
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приведенной ниже таблицей.The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below.
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана. Это соединение является примесью в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane were detected in the mixed stream. This compound is an impurity in the supply gas.
Скорость подачи газового потока соответствует часовой объемной скорости газа 4000 час-1. Температура на входе модуля составляла 200°C. Давление в модуле было 690 кПа (изб.).The gas flow rate corresponds to the hourly gas volumetric velocity of 4000 h -1 . The temperature at the module inlet was 200°C. The pressure in the module was 690 kPa(g).
В этом модуле был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.A fermentable gas stream was successfully produced in this module. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
- 22 043304- 22 043304
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, определяемому как примесь во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. В ферментируемом газовом потоке был обнаружен метанол. Метанол не является ингибитором микроорганизмов. Других примесей не было обнаружено в выходящем потоке при использовании этой конфигурации. При использовании этой конфигурации модулей не было образовано какихлибо ингибиторов микроорганизмов.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane detected as an impurity in the influent stream, so no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. Methanol was detected in the fermentation gas stream. Methanol is not an inhibitor of microorganisms. No other contaminants were detected in the effluent stream using this configuration. No microbial inhibitors were formed using this module configuration.
Выходная концентрация CO составляла 30,2%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 4,2% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 30.2%. This output concentration corresponds to a consumption of 4.2% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Пример 7.Example 7.
Система очистки газа была сконфигурирована для приема смешанного газового потока. Смешанный газовый поток предназначен для представления потока, полученного от сталелитейного завода. Система очистки газа включает в себя только один модуль. Модуль содержал медный катализатор (BASF Cu0226S).The gas purification system was configured to receive a mixed gas stream. The mixed gas stream is intended to represent the stream obtained from a steel mill. The gas purification system includes only one module. The module contained a copper catalyst (BASF Cu0226S).
Перед испытанием субстрата катализатор был восстановлен в 1% H2 в N2 при 250°C в течение не менее 12 ч. После восстановления катализатор был сульфидирован с использованием газового потока, содержащего 1% H2S, 5% H2 в N2. Сульфидирование катализатора проводили при 220°C в течение 18 ч.Before substrate testing, the catalyst was reduced in 1% H2 in N2 at 250°C for at least 12 hours. After reduction, the catalyst was sulfided using a gas stream containing 1% H2S, 5% H2 in N2. The catalyst was sulfided at 220°C for 18 hours.
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приведенной ниже таблицей.The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below.
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана. Это соединение является примесью в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane were detected in the mixed stream. This compound is an impurity in the supply gas.
Скорость подачи газового потока соответствует часовой объемной скорости газа 2000 час-1. Температура на входе модуля составляла 280°C. Давление в модуле было 690 кПа (изб.).The gas flow rate corresponds to the hourly gas volumetric velocity of 2000 h -1 . The temperature at the module inlet was 280°C. The pressure in the module was 690 kPa(g).
В этом модуле был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.A fermentable gas stream was successfully produced in this module. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, определяемому как примесь во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. В ферментируемом газовом потоке был обнаружен ацетальдегид. Ацетальдегид неTrace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane detected as an impurity in the influent stream, so no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. Acetaldehyde was detected in the fermentation gas stream. Acetaldehyde is not
- 23 043304 является ингибитором микроорганизмов. Других примесей не было обнаружено в выходящем потоке при использовании этой конфигурации. При использовании этой конфигурации модулей не было образовано каких-либо ингибиторов микроорганизмов.- 23 043304 is an inhibitor of microorganisms. No other contaminants were detected in the effluent stream using this configuration. No microbial inhibitors were generated using this module configuration.
Выходная концентрация CO составляла 26,9%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 1,0% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 26.9%. This output concentration corresponds to a consumption of 1.0% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Пример 8.Example 8.
Система очистки газа, аналогичная примеру 7, была сконфигурирована для приема смешанного газового потока. Смешанный газовый поток содержал более высокие концентрации ингибиторов микроорганизмов. Концентрации находятся в диапазоне, ожидаемом от газификации биомассы или твердых бытовых отходов или очищенного коксового газа. Система очистки газа включает в себя только один модуль. Модуль содержал медный катализатор (BASF Cu0226S).A gas purification system similar to Example 7 was configured to receive a mixed gas stream. The mixed gas stream contained higher concentrations of microbial inhibitors. Concentrations are in the range expected from gasification of biomass or municipal solid waste or purified coke oven gas. The gas purification system includes only one module. The module contained a copper catalyst (BASF Cu0226S).
Состав смешанного газового потока, подаваемого в систему очистки газа, иллюстрируется приведенной ниже таблицей.The composition of the mixed gas stream supplied to the gas purification system is illustrated in the table below.
В дополнение к вышеуказанным соединениям в смешанном потоке были обнаружены следовые количества метана. Это соединение является примесью в подаваемом газе.In addition to the above compounds, trace amounts of methane were detected in the mixed stream. This compound is an impurity in the supply gas.
Скорость подачи газового потока соответствует часовой объемной скорости газа 1000 час-1. Температура на входе модуля составляла 300°C. Давление в модуле было 690 кПа (изб.).The gas flow rate corresponds to the hourly gas volumetric velocity of 1000 h -1 . The temperature at the module inlet was 300°C. The pressure in the module was 690 kPa(g).
В этом модуле был успешно получен ферментируемый газовый поток. Цель по удалению загрязнений была достигнута. Состав ферментируемого газового потока иллюстрируется приведенной ниже таблицей.A fermentable gas stream was successfully produced in this module. The target for removing contaminants has been achieved. The composition of the fermentation gas stream is illustrated in the table below.
В ферментируемом газовом потоке были обнаружены следовые количества метана. Однако количество метана в выходящем потоке было аналогично количеству метана, определяемому как примесь во входящем потоке, таким образом, образования метана не было обнаружено. Были обнаружены следы этана и этилена. Этан и этилен являются продуктами удаления ацетилена и не являются ингибиторами микроорганизмов. В ферментируемом газовом потоке был обнаружен ацетальдегид. Ацетальдегид не является ингибитором микроорганизмов. Других примесей не было обнаружено в выходящем потоке при использовании этой конфигурации. При использовании этой конфигурации модулей не было образовано каких-либо ингибиторов микроорганизмов.Trace amounts of methane were detected in the fermentation gas stream. However, the amount of methane in the effluent stream was similar to the amount of methane detected as an impurity in the influent stream, so no methane formation was detected. Traces of ethane and ethylene were found. Ethane and ethylene are acetylene removal products and are not microbial inhibitors. Acetaldehyde was detected in the fermentation gas stream. Acetaldehyde is not an inhibitor of microorganisms. No other contaminants were detected in the effluent stream using this configuration. No microbial inhibitors were generated using this module configuration.
Выходная концентрация CO составляла 15,9%. Эта выходная концентрация соответствует потреблению 3,0% входящего CO, что значительно ниже предпочтительного максимального потребления в 10%.The output CO concentration was 15.9%. This output concentration corresponds to a consumption of 3.0% of incoming CO, which is significantly lower than the preferred maximum consumption of 10%.
Все ссылки, в том числе публикации, патентные заявки и патенты, приведенные в данном документе, включены в данный документ посредством ссылки в той же степени, как если бы каждая ссылка была отдельно и конкретно указана для включения посредством ссылки и изложена в данном документе в полном объеме. В настоящем описании ссылка на любой известный уровень техники не является и не должна рассматриваться как признание того, что такой известный уровень техники является частью общедоступных известных знаний в области деятельности в любой стране.All references, including publications, patent applications and patents cited herein, are incorporated herein by reference to the same extent as if each reference had been separately and specifically indicated for inclusion by reference and set forth herein in its entirety. volume. In this specification, reference to any prior art does not constitute, and should not be construed as, an admission that such prior art is part of the public knowledge of the art in any country.
Следует считать, что применение терминов в единственном числе и аналогичных ссылок в контексте описания настоящего изобретения (особенно в контексте следующей формулы изобретения) включа-The use of the singular terms and similar references in the context of the description of the present invention (especially in the context of the following claims) should be considered to include:
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US62/629,160 | 2018-02-12 | ||
US62/656,813 | 2018-04-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA043304B1 true EA043304B1 (en) | 2023-05-12 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11713443B2 (en) | Integrated process for filtering constituents from a gas stream | |
RU2735100C2 (en) | Improved carbon sequestration during fermentation | |
US20220298649A1 (en) | Process for improving carbon conversion efficiency | |
JP2023011698A (en) | Process and system for product recovery and cell recycle | |
EA021007B1 (en) | Method of fermentation of carbon-containing feedstock | |
EA024474B1 (en) | Method for the production of hydrocarbon products | |
WO2020252335A1 (en) | Processes and systems for producing products by fermentation | |
US20220333140A1 (en) | Process for improving carbon conversion efficiency | |
EA043304B1 (en) | INTEGRATED PROCESS FOR FILTERING COMPONENTS FROM GAS FLOW | |
CA3213237A1 (en) | Method of controlling gas fermentation platform for improved conversion of carbon dioxide into products | |
BR112020014839B1 (en) | PROCESSES FOR PRODUCING A FERMENTABLE GAS STREAM AND FOR REMOVING OXYGEN, ACETYLENE AND HYDROGEN CYANIDE FROM AN INLET GAS STREAM | |
RU2778024C2 (en) | Improved carbon sequestration in fermentation | |
US20230105160A1 (en) | Gas fermentation conversion of carbon dioxide into products | |
RU2800360C1 (en) | Advanced carbon capture in fermentation | |
US20220325216A1 (en) | Intermittent feedstock to gas fermentation |