KR101571322B1 - Method for manufacturing of bio- alcohol by biological process using hollow fiber membrane from waste and synthetic gases - Google Patents

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Abstract

배가스와 합성가스에 함유되어 있는 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 등을 이용하고 중공사막을 활용한 생물학적 전환공정을 통하여 바이오 알코올을 제조하는 방법을 개시한다. 보다 구체적으로는, 기체상 물질인 이산화탄소, 일산화탄소, 수소를 중공사막 내부로 공급하고 중공사막외부에 이를 기질로 하는 생물막을 형성시켜 아세트산 혹은 부티르산과 같은 유기산을 생산하고 이를 분리, 정제한 후, 화학촉매 반응을 통해 에스테르화와 수첨분해 (hydrogenolysis) 반응이 연계된 공정 혹은 수첨분해 반응과 같은 수소화 단독공정을 통하여 바이오 알코올을 제조하는 방법 및 생물막에 의해 바이오 알코올을 직접 생산하는 방법을 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 지구온난화 물질이나 대기환경오염물질로부터 바이오알코올을 효율적이고 경제적으로 생산할 수 있으며 기존 압력식 생물반응기에 비하여 고수율, 고생산성의 바이오 알코올 생산이 가능하게 되어 대기환경오염 해결뿐만 아니라 경제적으로 청정연료를 얻을 수 있다.Discloses a method for producing a bio-alcohol through a biological conversion process using a carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, etc. contained in exhaust gas and syngas and using a hollow fiber membrane. More specifically, an organic acid such as acetic acid or butyric acid is produced by supplying gaseous substances such as carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen into the hollow fiber membrane and forming a biofilm using the same as a substrate on the outside of the hollow fiber membrane. Discloses a process for producing a bioalcohol through a hydrogenation single process such as a process in which esterification and hydrogenolysis are linked through a catalytic reaction or a hydrocracking reaction, and a method for directly producing a bioalcohol by a biofilm. According to an embodiment of the present invention, it is possible to efficiently and economically produce bio-alcohols from global warming substances or air pollutants, and it is possible to produce bio-alcohols with high yield and high productivity as compared with conventional pressure bioreactors, In addition to pollution resolution, clean fuel can be economically obtained.

배가스, 합성가스, 중공사막, 에탄올, 아세트산, 수소, 에스테르화, 수첨분해반응 Flue gas, syngas, hollow fiber membrane, ethanol, acetic acid, hydrogen, esterification, hydrocracking reaction

Description

중공사막을 이용한 생물반응 공정에 의한 배가스 및 합성가스로부터의 바이오 알코올 생산 방법 {Method for manufacturing of bio- alcohol by biological process using hollow fiber membrane from waste and synthetic gases}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing bioalcohol from a flue gas and a syngas by a bioreaction process using a hollow fiber membrane,

본 발명은 중공사막을 이용한 생물반응 공정에 의한 배가스 및 합성가스로부터의 바이오 알코올 생산 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a bio-alcohol from an exhaust gas and a syngas by a bioreaction process using a hollow fiber membrane.

온실가스는 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 프레온가스(CFCs), 불화유황(SF6) 및 대류권의 오존(O3) 등이 있다. 이 중 이산화탄소는 그 발생량이 가장 많고 지구 온난화에 대한 기여도가 약 50%에 달한다. 또한 지구온난화 방지를 위한 이행방안을 담고 있는 교토의정서에 따라 우선 감출 대상물질(이산화탄소, 메탄, 아산화질소(N2O), 불화탄소(PFC), 수소화불화탄소(HFC) 및 불화유황(SF6)) 6가지 중의 하나로 지정되어 이산화탄소 저감을 위한 실질적인 조치를 강구해야 하며, 저비용, 친환경적인 이산화탄소의 회수, 처리·이용기술 등이 필요하다. 이산화탄소를 포함하고 있는 배가스의 처리공정은 크게 분리회수와 고정화로 분류되며 고정화에는 화학적 고정화(chemical fixation), 전기화학적 방법 및 생물학적 고정 화(biological fixation) 방법 등이 있다. 이러한 이산화탄소의 고정화 방법 중 화학적 촉매반응을 이용한 이산화탄소의 재이용기술은 다양한 고효율의 촉매개발에 따라 다양한 화학물질로의 생산을 가능하게 하고 있으며, 수소에 의한 촉매환원법도 보고되었다. 한편 최근까지 생물학적 방법에 의한 이산화탄소 고정화의 경우 대부분 광합성 미생물을 이용하여 이산화탄소를 바이오매스로 전환하는 방법에 한정되어 있었으며, 현재 생물학적 방법에 의한 이산화탄소 고정화 공정을 실용화하기 위한 연구가 주요 선진국에서 진행되고 있지만, 산업체에서 배출되는 이산화탄소를 고정화할 수 있는 반응기의 설계와 그에 따른 운전조건을 찾기는 대단히 어려우며 세계적으로 산업체에서 배출되는 이산화탄소를 생물학적 방법으로 고정화하는 공정을 실용화한 예는 보고된 바 없다. Greenhouse gases include carbon dioxide (CO 2), nitrous oxide (N 2 O), freon (CFCs), sulfur fluoride (SF 6) and tropospheric ozone (O 3). Of these, carbon dioxide generates the most carbon dioxide and contributes about 50% to global warming. Also preferred hide substance (carbon dioxide, methane, nitrous oxide in accordance with the Kyoto Protocol, which contains the implementation plan for the prevention of global warming (N 2 O), fluorocarbon (PFC), hydrofluorocarbon (HFC) and a fluorinated sulfur (SF 6 )), It is necessary to take practical measures to reduce carbon dioxide, and it is necessary to collect, process, and use low-cost, environment-friendly carbon dioxide. The treatment process of the flue gas containing carbon dioxide is classified into separation and immobilization, and chemical immobilization (chemical fixation), electrochemical method and biological fixation method are examples of immobilization. Among the methods of immobilizing carbon dioxide, the technology of reusing carbon dioxide using chemical catalysis enables the production of various chemical substances according to the development of various high efficiency catalysts, and a catalytic reduction method using hydrogen has also been reported. Until recently, in the case of carbon dioxide immobilization by biological methods, most of them have been limited to the method of converting carbon dioxide into biomass using photosynthetic microorganisms. Currently, researches for practical use of a carbon dioxide immobilization process by a biological method are being conducted in major advanced countries , It is very difficult to find the design of reactors capable of immobilizing carbon dioxide emitted from industry and the operating conditions thereof, and there has not been reported an example in which a process for immobilizing carbon dioxide emitted from industrial bodies by biological methods is practically used.

폐 플라스틱이나 폐 목재와 같은 가연성폐기물의 가스화 공정이 폐기물 감량화 및 에너지 자원화의 일환으로 활발히 연구되고 있으며, 가스화는 폐기물 속의 탄소성분을 산소 또는 공기 및 스팀을 사용하여 일산화탄소와 수소가스가 주 성분인 합성가스(syngas) 및 ash residue 로 전환하는 공정을 말한다. 이러한 가스화로 발생된 합성가스는 부산물인 황화수소 및 이산화탄소등을 제거하는 정제과정을 거쳐 가스터빈, 공업로의 연료로 사용될 수 있으며, 화학공업의 기초 원료인 메탄올 등으로 전환하여 사용할 수 있다. 이러한 가스화 관련 기술로서, 현재 선진국에서 가스화 효율 향상을 위한 전처리 기술, 가스화 장치 관련기술 및 scale-up 기술을 확보하고 있으며, 발생된 합성가스의 이용을 위한 정제기술 및 합성가스를 메탄올로 전환하여 활용하는 기술이 개발되었다. 한편, 우리나라의 경우 가스화 효율 향 상을 위한 기술 개발의 일환으로 가스화 효율 향상을 위한 원료처리기술 및 석탄화력 발전소의 운전 경험을 기반으로 한 가스화 장치에 대한 일부 기술만이 확보되어 있는 실정이다. 또한, 합성가스의 이용기술과 관련하여서는 아직 기초단계에 있으며, 특히 합성가스를 이용한 유용물질의 생산에 관한 연구는 극히 제한적이다. 합성가스를 이용하여 유용물질을 생산하기 위한 방법으로 화학적 방법인 촉매반응을 사용할 경우, 적은 양의 불순물에도 매우 민감하게 반응하므로, 많은 양의 불순물을 포함한 합성가스로부터 합성유 등의 유용물질을 생산하기 위해서는 정제과정이 반드시 필요하다. 그러나 생물학적 방법을 적용할 경우 촉매반응에서와 같이 고순도의 반응물질을 필요로 하지 않기 때문에 추가적인 정제공정 없이 합성가스를 바로 이용할 수 있으며, 반응조건이 상온, 상압에서 이루어지기 때문에 초기 투자비 및 운전비용이 낮은 장점이 있다. The gasification process of flammable waste such as waste plastics and waste wood is actively being studied as part of waste reduction and energy resources, and gasification is carried out by using carbon, oxygen, air and steam in waste to synthesize carbon monoxide and hydrogen gas, Gas (syngas) and ash residue. The syngas produced by such gasification can be used as fuel for gas turbines and industrial furnaces after purification process for removing hydrogen sulfide and carbon dioxide, which are byproducts, and can be converted to methanol, which is a basic raw material of the chemical industry. As a technology related to this gasification, currently pre-treatment technology, gasification device technology and scale-up technology are being secured in advanced countries to improve gasification efficiency. Refining technology for the use of generated syngas and conversion of syngas to methanol Technology has been developed. On the other hand, in Korea, as a part of the technology development for improving the gasification efficiency, only a part of the technology for the gasification apparatus based on the operation experience of the coal-fired power plant and the raw material treatment technology for improving the gasification efficiency is secured. In addition, the use of syngas is still at a basic stage, and research on the production of useful materials using syngas is extremely limited. When a catalytic reaction, which is a chemical method, is used as a method for producing a useful substance using syngas, it reacts very sensitively to a small amount of impurities. Therefore, a useful substance such as synthetic oil is produced from a syngas containing a large amount of impurities A purification process is absolutely necessary. However, the application of biological methods does not require high-purity reactants as in the catalytic reactions. Therefore, syngas can be used immediately without additional purification process, and reaction conditions are at room temperature and atmospheric pressure. There is a low advantage.

이산화탄소, 일산화탄소 및 수소는 호기성 혹은 혐기성 미생물에 의하여 여러 가지 물질로 전환되며, 특히 아세트산생성미생물(acetogen)은 대사 과정 중 혐기적 호흡을 통해 이산화탄소, 일산화탄소 및 수소를 이용하여 아세트산을 생산한다. 이는 이러한 초산생성미생물은 여러 가지 형태의 물질을 에너지 및 탄소원으로서 이용할 수 있으며, 특히 이산화탄소 및 일산화탄소를 탄소원으로, 수소를 에너지원으로 사용하여 아세트산을 생산하는 acetogenic metabolism을 가지고 있다. 혐기성 미생물 중에는 일산화탄소, 이산화탄소, 수소를 기질로 하여 에탄올을 생산할 수 있는 것도 보고되고 있다. 특히 Clostridium ljungdahlii, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus 등은 이러한 미생물들 중 대표적인 것들이 다.Carbon dioxide, carbon monoxide, and hydrogen are converted into various substances by aerobic or anaerobic microorganisms. In particular, acetic acid producing microorganisms produce acetic acid by using carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen through anaerobic respiration during metabolism. These acetic acid-producing microorganisms can utilize various types of substances as energy and carbon sources, and in particular, have acetogenic metabolism for producing acetic acid by using carbon dioxide and carbon monoxide as a carbon source and hydrogen as an energy source. It is also reported that the anaerobic microorganism can produce ethanol using carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen as a substrate. In particular, Clostridium ljungdahlii, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus are representative of these microorganisms.

그러나, 생물학적 전환반응의 주요 기질인 이산화탄소, 일산화탄소, 수소가 기체상 물질이며 수용해도가 극히 낮기 때문에 미생물이 이를 활용하기는 매우 어려워 이를 이용한 유기산이나 에탄올과 같은 바이오 알코올로 전화되는 효율은 극히 미미한 수준으로 대규모 공정에 적용되기 어렵다. 이러한 기체상 물질의 수용해도 문제점을 극복하기 위해 미생물 반응기내 압력을 증가시켜 수용해도를 증가시켜 전환반응을 시도하였으나 기체상 물질의 유기산 혹은 바이오 알코올로의 전환율을 여전히 낮았다.However, since carbon dioxide, carbon monoxide, and hydrogen, which are the main substrates of the biological conversion reaction, are gaseous substances and the water solubility is extremely low, it is very difficult for the microorganisms to utilize it. Thus, the efficiency of the bioalcohol- It is difficult to apply it to a large-scale process. In order to overcome the water solubility problem of these gaseous materials, the conversion of the gaseous materials to organic acids or bio - alcohols was still low, though the conversion was increased by increasing the pressure in the microbial reactor.

본 발명은 기체상 물질을 중공사막 내부로 일정한 압력으로 공급하고 중공사막의 외벽에 기체상 물질을 유기산이나 바이오알코올로 전환할 수 있는 미생물을 부착시킴으로써 기체상 물질의 수용해도와 상관없이 미생물의 기질로 사용될 수 있는 정도를 극대화함으로써 에탄올이나 부탄올과 같은 바이오 알코올을 효율적이고 경제적으로 생산하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a method for supplying a gaseous substance into a hollow fiber membrane at a constant pressure and attaching a microorganism capable of converting a gaseous substance into an organic acid or a bioalcohol on the outer wall of the hollow fiber membrane, Thereby maximizing the degree to which the bio-alcohol can be used as a bio-alcohol, thereby providing a method for efficiently and economically producing bio-alcohols such as ethanol and butanol.

본 발명은 배가스와 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법으로서, 배가스와 합성가스를 중공사막 내부기공으로 일정한 압력으로 공급하고 중공사막 외벽에 유기산이나 바이오 알코올을 생산하는 미생물을 부착하여 고정화하여 유기산 혹은 알코올을 생산하는 단계; 상기 생산된 유기산의 경우 분리, 정제하여 에탄올 혹은 부탄올과 같은 알코올과 에스테르화 혹은 수소화 반응을 시켜 바이오 알코올을 생산하고, 미생물에 의해 직접 생산된 알코올의 경우, 분리, 정제공정을 통하여 최종 생성물로 생산하는 단계; 상기 두 과정을 통해 생산된 알코올을 순수 분리 정제하여 최종 생성물로 얻거나 일부를 유기산의 수소화 반응 첨가물로 사용하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a bio-alcohol from an exhaust gas and a syngas, comprising the steps of feeding a flue gas and a syngas to a pore in the hollow fiber membrane at a constant pressure and attaching a microorganism producing an organic acid or a bio- Producing alcohol; In the case of the produced organic acid, it is separated and purified to produce a bioalcohol by esterification or hydrogenation reaction with an alcohol such as ethanol or butanol. In the case of an alcohol directly produced by a microorganism, the product is separated and purified as a final product ; And separating and purifying the produced alcohol through the above two steps to obtain an end product, or using a part of the alcohol as a hydrogenation reaction additive of an organic acid.

본 발명의 일실시예에 따르면, 수용해도가 낮은 기체상 물질을 함유하고 있는 배가스 및 합성가스를 중공사막 내부로 공급하고 중공사막 외벽에는 이러한 기 체상 물질들을 유기산 혹은 알코올로 전환시키는 미생물을 고정화함으로써, 바이오 알코올을 효율적이고 경제적으로 생산할 수 있다. 또한, 온실가스 감출, 폐기물 감량화 및 에너지 자원화가 동시에 가능할 것으로 기대된다. According to an embodiment of the present invention, an exhaust gas and syngas containing a low-water-solubility gaseous material are supplied into the hollow fiber membrane and microorganisms that convert these gas phase materials into organic acids or alcohols are immobilized on the outer wall of the hollow fiber membrane , Bio-alcohol can be produced efficiently and economically. In addition, it is anticipated that it will be possible to observe greenhouse gases, reduce waste, and convert energy resources into energy.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically.

본 발명은 배가스와 합성가스에 함유되어 있는 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 등을 이용하여 중공사막을 활용한 생물학적 전환공정을 통하여 바이오 알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 기체상 물질인 이산화탄소, 일산화탄소, 수소를 중공사막 내부로 공급하고 중공사막외부에 이를 기질로 하는 호기성 혹은 혐기성 생물막을 형성시켜 아세트산 혹은 부티르산과 같은 유기산을 생산하고 이를 분리, 정제한 후, 화학촉매 반응을 통해 에스테르화와 수첨분해 (hydrogenolysis) 반응이 연계된 공정 혹은 수첨분해 반응과 같은 수소화 공정을 통하여 바이오 알코올을 제조하는 방법 및 생물막에 의해 바이오 알코올을 직접 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing bio-alcohols through a biological conversion process using a hollow fiber membrane using carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, etc. contained in exhaust gas and syngas. More specifically, an aerobic or anaerobic biofilm is formed by supplying gaseous substances such as carbon dioxide, carbon monoxide, and hydrogen into the hollow fiber membrane and using the same as a substrate outside the hollow fiber membrane to produce an organic acid such as acetic acid or butyric acid. A process in which esterification and hydrogenolysis are linked through a chemical catalytic reaction or a process for producing a bioalcohol through a hydrogenation process such as a hydrocracking reaction and a process for directly producing a bioalcohol by a biofilm will be.

본 발명에 있어서 바이오 알코올은 바이오 에탄올, 바이오 부탄올을 포함하고, 유기산은 아세트산, 부티르산을, 기체상 물질은 이산화탄소, 일산화탄소, 수소를 포함한다. 배가스(배기가스)나 합성가스의 주성분은 이산화탄소이고, 그 외 가연성 폐기물의 가스화로 발생한 일산화탄소 및 수소를 포함할 수 있다.In the present invention, the bioalcohol includes bioethanol and biobutanol, the organic acid includes acetic acid and butyric acid, and the gaseous materials include carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen. The main component of exhaust gas or syngas is carbon dioxide, and it may contain carbon monoxide and hydrogen generated by gasification of flammable waste.

본 발명은 배가스 혹은 합성가스를 중공사막 내부기공을 통해 일정 압력으로 공급하면서 중공사막 외벽에는 배가스 혹은 합성가스 내에 함유되어 있는 이산화탄소, 일산화탄소, 수소를 기질로 하여 유기산이나 알코올을 생산하는 미생물이 고정화되어 있는 중공사막을 미생물 배양액 내에 침지하여 유기산이나 알코올을 생산하는 단계를 포함한다. In the present invention, microorganisms that produce organic acids or alcohols are immobilized on the outer wall of the hollow fiber membrane using carbon dioxide, carbon monoxide, or hydrogen contained in exhaust gas or syngas as a substrate, while supplying exhaust gas or syngas at a constant pressure through the pores in the hollow fiber membrane And immersing the hollow fiber membrane in a microorganism culture liquid to produce an organic acid or an alcohol.

본 발명의 일실시예에 따른 배가스 또는 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법은, a) 유기산 혹은 바이오알코올을 생산하는 미생물이 외벽에 고정화된 중공사막 내부로 배가스 혹은 합성가스를 공급하고 중공사막을 영양성분이 함유된 배양액에 침지하여 미생물 전환반응을 통하여 유기산 혹은 바이오 알코올을 생산하는 단계; b)상기 배양액에서 유기산 혹은 유기산염을 액액 추출탑에 공급하고 추출용매를 통하여 유기산을 추출하는 단계; c) 상기 a) 단계에서 미생물에 의해 배가스나 합성가스로부터 직접 생산된 바이오 알코올을 배양액으로부터 추출, 분리, 증류하여 바이오알코올을 생산하는 단계; d) 상기 b)단계의 추출용매와 혼합된 유기산을 증류탑에 투입하여 유기산과 추출용매를 분별증류한 후, 상기 분리된 추출용매를 상기 b)단계의 추출용매로서 공급하는 단계; e) 상기 d)단계의 유기산에 에탄올, 부탄올과 같은 알코올을 혼합하여 에스테르화 반응공정을 통해 에스테르화합물로 전환하거나 수첨분해반응 공정을 통해 알코올로 전환하여 알코올을 최종 생성물로 전환시키는 단계; f) 상기 e)단계의 에스테르화합물의 일부는 최종 생성물로 얻고 나머지는 수첨분해 반응기로 공급하여 알코올로 전환시키는 단계; g) 상기 f)의 수첨분해반응을 통해 얻어진 알코올과 상기 e)단계에서 얻어진 알코올의 일부는 최종 생성물로 얻고 나머지는 상기 e)단계의 에스테르화 및 수첨분해 반응에 사용하는 단계를 포함하여 이루어진다. A method for producing a bio-alcohol from an exhaust gas or a syngas according to an embodiment of the present invention includes the steps of: a) supplying a flue gas or syngas into a hollow fiber membrane in which a microorganism producing an organic acid or a bio- A step of immersing in a nutrient-containing culture medium to produce an organic acid or a bio-alcohol through a microorganism conversion reaction; b) supplying an organic acid or an organic acid salt from the culture solution to a liquid-liquid extraction column and extracting organic acid through an extraction solvent; c) extracting, separating and distilling the bio-alcohol directly produced from the biogas or syngas by the microorganism in the step a), thereby producing the bio-alcohol; d) introducing the organic acid mixed with the extraction solvent of step b) into a distillation column to fractionally distill the organic acid and the extraction solvent, and then supplying the separated extraction solvent as the extraction solvent of step b); e) Converting the organic acid of step d) into an ester compound through an esterification reaction process or converting the alcohol into an alcohol through a hydrocracking reaction process to convert the alcohol into an end product; f) obtaining a part of the ester compound of step e) as an end product and the remainder is supplied to a hydrocracking reactor to convert it to an alcohol; g) the alcohol obtained by the hydrocracking reaction of the above f) and a part of the alcohol obtained in the step e) are obtained as the final product and the remaining is used for the esterification and hydrocracking reaction of the step e).

이산화탄소, 일산화탄소, 수소를 기질로 하여 유기산 혹은 알코올을 생산하는 미생물로는 Clostridium 속 (예를 들어, Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans)와 Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus, Oxobacter pfennigii, Acetobacterium woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Methanosarcina acetivorans, Moorella thermoacetica, Moorella thermoautotrophica 등이 사용될 수 있다.( Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans ) and Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus, Oxobacter pfennigii, Acetobacterium woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Bacillus thuringiensis, and the like are examples of microorganisms producing organic acids or alcohols using carbon dioxide, carbon monoxide , Methanosarcina acetivorans, Moorella thermoacetica, Moorella thermoautotrophica, and the like.

기체상 물질을 이용하여 유기산 혹은 알코올을 생산하기 위한 미생물은 중공사막 외벽에 생물막으로 형성되어 고정화되거나, 생물반응기내에 현탁하여 부유하면서 중공사막으로부터 공급되는 기체상 물질과 배양액내의 미량 영양성분을 기질로 하여 성장하고 유기산이나 알코올을 생산하게 된다. 생산된 알코올의 경우, 증류공정과 같은 순수 분리, 정제공정을 통하여 최종 생성물로 생산되거나 일부는 후술되는 유기산의 알코올 전환공정에 첨가제로 사용될 수 있다.Microorganisms for producing organic acids or alcohols by using gaseous substances are formed into a biofilm on the outer wall of the hollow fiber membrane and immobilized thereon or suspended in a bioreactor to form microorganisms in the microfluidic system, To produce organic acids and alcohols. The produced alcohol may be produced as a final product through pure separation and purification processes such as a distillation process or may be used as an additive in an alcohol conversion process of an organic acid, which will be described later.

이산화탄소 및/또는 일산화탄소와 수소가 약 1: 0.5~7의 부피비로 구성되는 조성으로 중공사막에 공급되며 생물반응기의 운전온도는 25 ~ 40 oC로 유지될 수 있다.Carbon dioxide and / or carbon monoxide and hydrogen in a volume ratio of about 1: 0.5 to 7, and the operating temperature of the bioreactor can be maintained at 25 to 40 ° C.

배양액으로부터의 유기산 혹은 유기산염의 추출은, 배가스나 합성가스에 함유되어 있는 이산화탄소를 추출반응기에 10 ~ 50 기압 의 압력으로 공급하여 배양액의 pH를 pH 4이하로 낮추어 추출용매에 의한 추출효율을 극대화 한다. 유기산의 추출시, 추출효율 및 분리효율의 향상을 위해 케톤류의 코솔벤트(co-solvent)를 추출용매에 혼합하여 사용할 수 있다.The extraction of the organic acid or the organic acid salt from the culture liquid is carried out by supplying carbon dioxide contained in the exhaust gas or the synthesis gas to the extraction reactor at a pressure of 10 to 50 atm to lower the pH of the culture liquid to a pH of 4 or less to maximize the extraction efficiency by the extraction solvent . To extract the organic acid, a co-solvent of the ketone may be mixed with an extraction solvent to improve extraction efficiency and separation efficiency.

액체-액체 추출공정을 통과한 추출액은 증류탑으로 투입되어 증류탑 상단에서 유기산이 얻어지고 증류탑 하단으로는 추출용매가 회수된다. 증류탑의 운전온도 는 추출용매의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 트리펜틸아민의 경우 90 ~ 200 oC에서 운전되는 것이 바람직하며 이때 증류탑 하단으로부터 회수된 추출용매는 앞서 언급한 유기산의 액체-액체 추출을 위한 추출용매로 재사용될 수 있다.The extracted liquid passed through the liquid-liquid extraction process is introduced into the distillation column to obtain the organic acid at the top of the distillation column and the extraction solvent is recovered at the bottom of the distillation column. The operation temperature of the distillation tower may vary depending on the type of the extraction solvent. In the case of tripentylamine, the operation temperature is preferably 90 to 200 ° C. In this case, the extraction solvent recovered from the bottom of the distillation tower is liquid- Can be reused as an extraction solvent for.

앞서 언급한 증류탑의 상단으로부터 회수된 유기산은 알코올과 함께 에스테르화 반응기에 도입되어 에스테르 화합물로 전환이 되는데, 이때 에스테르화 반응에 사용된 알코올은 후술될 수첨분해 반응에 의해 생산되거나 생물반응기에서 미생물에 의해 직접 생산된 후, 순수 분리정제된 알코올 중 일부일 수 있다. 에스테르화 반응에서 생성된 에스테르 화합물중 일부는 디젤을 대치하거나 디젤과 혼합하여 사용할 수 있는 연료로서 최종 생성물로 생산이 되고 나머지는 이후의 수첨분해 반응기에 공급되어 알코올로 전환될 수 있다. The organic acid recovered from the top of the distillation column mentioned above is introduced into an esterification reactor together with an alcohol to be converted into an ester compound. The alcohol used in the esterification reaction may be produced by the hydrogenation reaction described later, , And then it may be part of the purified and purified alcohol. Some of the ester compounds produced in the esterification reaction can be converted into diesel or mixed with diesel and used as a final product and the remainder can be supplied to a subsequent hydrocracking reactor and converted to alcohol.

앞서 기술한 바와 같이 미생물에 의해 생산되고 분리, 정제된 유기산은 에스테르화 반응을 통하지 않고 알코올을 첨가제로 하여 수첨분해반응을 통해 직접 알코올로 전환될 수도 있다.As described above, the organic acid produced by the microorganism, separated and purified may be directly converted to alcohol through the hydrocracking reaction using the alcohol as an additive instead of the esterification reaction.

수첨분해 반응에 사용되는 수소는 배가스나 합성가스에 포함되어 있는 수소를 사용하거나 미생물 발효에 의해 생산되는 수소 혹은 기타 수소발생기에서 공급되는 것을 사용할 수 있다. Hydrogen used in hydrocracking reaction can be hydrogen or hydrogen produced by microbial fermentation, supplied from hydrogen gas or other hydrogen generators.

수첨분해 반응은 하나 또는 2종 이상의 금속산화물이 지지체에 담지된 수첨분해 반응을 유도할 수 있는 촉매를 이용하는 반응으로서, 촉매에 담지될 수 있는 금속산화물로는 구리산화물, 크롬산화물, 아연산화물, 니켈산화물, 몰리브덴산화 물, 코발트산화물, 철산화물 등을 들 수 있다.The hydrocracking reaction is a reaction using a catalyst capable of inducing a hydrocracking reaction in which one or two or more metal oxides are supported on a support. Examples of metal oxides that can be supported on the catalyst include copper oxide, chromium oxide, zinc oxide, nickel Oxides, molybdenum oxides, cobalt oxides, iron oxides, and the like.

수첨분해 반응은 온도 120 ~ 350 oC, 압력 1 ~ 70 bar에서 운전되는 것이 바람직하다.The hydrocracking reaction is preferably operated at a temperature of 120 to 350 ° C and a pressure of 1 to 70 bar.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

[실시예 1] 중공사막 생물반응기를 이용한 유기산 생산[Example 1] Production of organic acid using hollow fiber bioreactor

전체 용적이 1.3ℓ인 아크릴 재질의 반응조 내부에 polysulfone 재질의 중공사막(hollow fibers) 1,000가닥이 충진되어 195㎖의 유효 용적을 같는 중공사막 생물반응기를 pH 7의 조건으로 운전하였다. 중공사막 반응기 내부 온도 유지를 위해 외부에 호스를 감은 다음 heating circulator를 이용해 호스 내부에 온수를 순환시킴으로써 온도를 35∼38℃ 수준으로 조절하였다. 이산화탄소와 수소를 1:4 부피비로 구성된 혼합가스를 제작하여 중공사막 내부로 주입하였고, 압력게이지 상에서 운전 초기에는 약 0.2∼0.3기압을 유지시켰고 후반부에는 0.5기압까지 증가시켜 운전함으로써 주입되는 혼압가스 압력에 따른 변화까지 관찰하고자 하였다. 유효용적의 20%(v/v)비로 유기산 생산 미생물을 식종하였다. 배양액내 미량 영양성분은 하기 표 1과 같이 하였고 sodium bicarbonate buffer (pH 7.9)를 사용하여 반응기 pH를 유지하였으며, NaCl 200㎎/ℓ, (NH4Cl)2HPO4 200㎎/ℓ를 넣어주었다. 반응기 내부 의 균질 혼합을 위해 순환 펌프를 사용해 상향류식으로 지속적으로 혼합시켜 주었으며, pH 미터와 OPR 프로브를 통해 변화값을 모니터링 하였다. 반응기 내부에서 형성되어 발생하는 가스의 배출 용량 측정을 위해 wet gas-meter(Model W-NK-0.5, Shinagawa, Japan)를 사용하였으며, 가스 배출 통로에 유리 재질의 샘플러를 장착하여 GC-TCD를 통해 생성 가스의 성상을 분석하였고, 반응기 용액에 존재하는 유기산은 순환 라인에 있는 샘플링 포트에서 시료를 취해 전처리 한 다음 GC-FID를 이용해 측정하였다.A hollow fiber bioreactor with an effective volume of 195 ml was operated under the condition of pH 7, in which an acrylic reactor having a total volume of 1.3 L was filled with 1,000 strands of polysulfone hollow fibers. In order to maintain the internal temperature of the hollow fiber membrane reactor, the hose was wound around the outside, and the temperature was adjusted to 35 to 38 ° C by circulating hot water in the hose by using a heating circulator. A mixed gas composed of carbon dioxide and hydrogen at a volume ratio of 1: 4 was injected into the hollow fiber membrane and maintained at about 0.2 to 0.3 atmospheric pressure on the pressure gauge and increased to 0.5 atmospheric pressure in the latter half, To the extent of change. Organic acid producing microorganisms were implanted with 20% (v / v) of the effective volume. The micronutrients in the culture medium were as shown in Table 1 below. The pH of the reactor was maintained using sodium bicarbonate buffer (pH 7.9), 200 mg / L of NaCl and 200 mg / L of (NH 4 Cl) 2 HPO 4 were added. In order to homogeneously mix the inside of the reactor, it was continuously mixed in an upward flow using a circulation pump and the change value was monitored through pH meter and OPR probe. A wet gas-meter (Model W-NK-0.5, Shinagawa, Japan) was used to measure the emission capacity of the gas generated in the reactor. A GC-TCD The nature of the product gas was analyzed and the organic acid present in the reactor solution was sampled at the sampling port in the circulation line and pretreated and measured using GC-FID.

조성Furtherance 농도(mg/l)Concentration (mg / l) MgCl2·6H2OMgCl 2 .6H 2 O 16.0516.05 CaCl2·2H2OCaCl 2 .2H 2 O 1.201.20 ZnCl2 ZnCl 2 5.915.91 Na2Mo·2H2ONa 2 Mo · 2H 2 O 1.291.29 MnCl2·4H2OMnCl 2 .4H 2 O 13.1913.19 CuCl2·2H2OCuCl 2 .2H 2 O 2.612.61 CoCl2·6H2OCoCl 2 .6H 2 O 0.30.3 KClKCl 1.001.00 FeCl2·2H2OFeCl 2 .2H 2 O 5.235.23 EDTAEDTA 9.759.75 인산버퍼수용액 (pH 7)Phosphate buffer solution (pH 7) 1M1M

도 1은 운전시간에 따른 압력변화 및 pH 변화를 나타내는 것이다. 도 1에서 보는 것처럼 pH 6.5∼7.5의 중성 조건에서 운전을 하였고, 혼합가스 공급 압력은 0.2∼0.3기압으로 운전을 하다가 90일경에 0.4기압으로 그리고 115일째에는 0.5기압까지 증가시켜 운전하였다. 반응 온도는 평균 37℃를 유지하였으며 ORP는 평균 -390mV 수준으로 미생물이 활동하기에 적합한 -450mV보다는 약간 높기는 하지만 운전기간동안 혐기적 조건이 안정적으로 유지되었다. 그리고 순환 속도는 84㎖/min으로 반응 용액을 상향류식으로 순환시킴으로써 완전 혼합 상태를 유지시켜주었다. 순환 속도는 큰 변화를 주지 않고 운전을 하였으며, 두 반응기 사이의 운전조건은 가능한 동일하게 유지하면서 pH 상태만 차이를 주며 이에 따른 변화를 관찰하고자 하였다. 도 2는 유기산의 생성량을 나타내는 것이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 아세트산은 운전초기에는 1000∼2400ppm 사이의 발생량을 보이다가 운전 60일경부터는 500∼1500ppm 사이로 약간 감소한 경향을 보여주었다. 중성 pH로 운전이 되면서 아세트산생성미생물(acetogen)이 저해를 받지 않고 전체 미생물 군집의 한부분을 차지하면서 지속적으로 아세트산을 생산하고 있는 것으로 생각된다. 1 shows the pressure change and the pH change with the operation time. As shown in FIG. 1, the system was operated under neutral conditions of pH 6.5 to 7.5, and the mixed gas supply pressure was increased from 0.2 to 0.3 atmospheres to 0.4 atmospheres at 90 and 0.5 atmospheres at 115 days. The reaction temperature was maintained at 37 ℃ and the ORP was -390mV, which was slightly higher than -450mV, which is suitable for microbial activity, but anaerobic conditions remained stable during the operation. The reaction mixture was circulated in an upflow manner at a circulation rate of 84 ml / min, thereby maintaining a completely mixed state. The circulation rate was maintained without any significant change, and the operating conditions between the two reactors were kept the same as possible, but only the pH state was changed and the changes were observed. Figure 2 shows the amount of organic acid produced. As shown in FIG. 2, the amount of acetic acid produced during the initial operation was in the range of 1000-2400 ppm, and the amount of acetic acid was slightly decreased in the range of 500-1500 ppm from the 60th day of operation. It is believed that acetic acid is continuously produced while the acetic acid-producing microorganism (acetogen) occupies a part of whole microbial community without being inhibited by operation at a neutral pH.

[실시예 2] 중공사막 생물반응기를 이용한 에탄올 생산[Example 2] Ethanol production using a hollow fiber bioreactor

실시예 1과 같은 조건의 중공사막을 사용하였으며 식종되는 미생물을 에탄올 생산 미생물로 대치하여 실험을 실시하였다. 전체 용적이 1.3ℓ인 아크릴 재질의 반응조 내부에 polysulfone 재질의 중공사막(hollow fibers) 1,000가닥이 충진되어 195㎖의 유효 용적을 같는 중공사막 생물반응기를 pH 5~8의 조건으로 운전하였다. 중공사막 반응기 내부 온도 유지를 위해 외부에 호스를 감은 다음 heating circulator를 이용해 호스 내부에 온수를 순환시킴으로써 온도를 35∼38℃ 수준으로 조절하였다. 이산화탄소와 수소를 1:4 부피비로 구성된 혼합가스를 제작하여 중공사막 내부로 주입하였고, 압력게이지 상에서 운전 초기에는 약 0.2∼0.3기압을 유지시켰고 후반부에는 0.5기압까지 증가시켜 운전함으로써 주입되는 혼압가스 압력에 따른 변화까지 관찰하고자 하였다. 유효용적의 20%(v/v)비로 에탄올 생산 미생물을 식종하였다. 배양액내 미량 영양성분은 상기 표 1과 같이 하였고 sodium bicarbonate buffer (pH 7.9)를 사용하여 반응기 pH를 유지하였으며, NaCl 200㎎/ℓ, (NH4Cl)2HPO4 200㎎/ℓ를 넣어주었다. 반응기 내부의 균질 혼합을 위해 순환 펌프를 사용해 상향류식으로 지속적으로 혼합시켜 주었으며, pH 미터와 OPR 프로브를 통해 변화값을 모니터링 하였다. 반응기 내부에서 형성되어 발생하는 가스의 배출 용량 측정을 위해 wet gas-meter(Model W-NK-0.5, Shinagawa, Japan)를 사용하였으며, 가스 배출 통로에 유리 재질의 샘플러를 장착하여 GC-TCD를 통해 생성 가스의 성상을 분석하였고, 반응기 용액에 존재하는 유기산은 순환 라인에 있는 샘플링 포트에서 시료를 취해 전처리 한 다음 GC-FID를 이용해 측정하였다. 알코올은 HPLC를 이용하여 분석하였다.A hollow fiber membrane having the same conditions as in Example 1 was used and the microorganisms to be seeded were replaced with ethanol producing microorganisms. A hollow fiber bioreactor with an effective volume of 195 ml was operated under the condition of pH 5 ~ 8 by loading 1,000 strands of polysulfone hollow fibers inside an acrylic reactor with a total volume of 1.3 liters. In order to maintain the internal temperature of the hollow fiber membrane reactor, the hose was wound around the outside, and the temperature was adjusted to 35 to 38 ° C by circulating hot water in the hose by using a heating circulator. A mixed gas composed of carbon dioxide and hydrogen at a volume ratio of 1: 4 was injected into the hollow fiber membrane and maintained at about 0.2 to 0.3 atmospheric pressure on the pressure gauge and increased to 0.5 atmospheric pressure in the latter half, To the extent of change. Ethanol-producing microorganisms were seeded at a ratio of 20% (v / v) of the effective volume. The micronutrients in the culture were as shown in Table 1 and the pH of the reactor was maintained using sodium bicarbonate buffer (pH 7.9). 200 mg / L of NaCl and 200 mg / L of (NH 4 Cl) 2 HPO 4 were added. In order to homogeneously mix the inside of the reactor, it was continuously mixed in an upward flow using a circulation pump and the change value was monitored through pH meter and OPR probe. A wet gas-meter (Model W-NK-0.5, Shinagawa, Japan) was used to measure the emission capacity of the gas generated in the reactor. A GC-TCD The nature of the product gas was analyzed and the organic acid present in the reactor solution was sampled at the sampling port in the circulation line and pretreated and measured using GC-FID. Alcohol was analyzed by HPLC.

미생물을 접종한 후, 5일 경과후부터 에탄올이 생산되기 시작하였으며 에탄올의 농도가 7 ~ 10 g/L 정도였고 15일 운전이후에는 30~50 g/L 농도로 생산이 되었다.After 5 days of inoculation, ethanol was produced and the concentration of ethanol was about 7 ~ 10 g / L. After 15 days of operation, the concentration of ethanol was 30 ~ 50 g / L.

에탄올 생산 미생물은 중고사막 담체에 안정적으로 고정화되어 있어 1달가량의 연속운전 후에도 활성을 잃지 않고 미생물의 탈착도 발견되지 않았다. 에탄올 농도는 50 ~70g/L로 안정되게 운전되었다. 에탄올의 생산속도는 1.3 ~ 2 g/L/hr였다.The ethanol - producing microorganisms were stably immobilized on the used desert carrier, so that they did not lose their activity even after one month of continuous operation and no microbial desorption was found. Ethanol concentration was stable to 50 ~ 70g / L. The production rate of ethanol was 1.3 ~ 2 g / L / hr.

[실시예 3] 아세트산 추출 및 증류[Example 3] Acetic acid extraction and distillation

500 mL 비이커에 물 100 mL, 이세트산 20g을 혼합한 후, 추출용매로써 트리펜틴아민을 75g 넣고 1시간동안 격렬하게 교반한 후에 층분리가 완전히 이루어지도록 정치하였다. 정치 1시간 후에 물층에 잔류하고 있는 아세트산의 농도는 0.1% 였고 투입된 아세트산의 99%이상이 추출용매 층으로 이동하였다.100 mL of water and 20 g of this acetic acid were mixed in a 500 mL beaker, 75 g of tripentine amine as an extraction solvent was added, and the mixture was stirred vigorously for 1 hour and then left to stand for complete layer separation. After 1 hour, the concentration of acetic acid remaining in the water layer was 0.1%, and 99% or more of the charged acetic acid was transferred to the extraction solvent layer.

상기 비이커로부터 회수된 추출용매 층에 용해되어 있는 아세트산을 회분식 증류장치에 넣고 교반하면서 압력 30 torr로 유지한 상태에서 온도를 10 oC 간격으로 서서히 증가시켜 온도가 90 oC에 도달하는 시점부터 아세트산 증기가 응축기에 유입되는 것이 관찰되었고 증류기의 온도는 100 oC로 고정하였다. 응축기에 유입되는 아세트산 증기가 더 이상 유입되는 않는 시점에서 증류기 운전을 정지하고 응축기 내에서 아세트산을 17g 회수하였다.Acetic acid dissolved in the extraction solvent layer recovered from the beaker was placed in a batch distillation apparatus, and while the pressure was maintained at 30 torr with stirring, the temperature was gradually increased at intervals of 10 ° C. From the point at which the temperature reached 90 ° C, Steam was introduced into the condenser and the distiller temperature was fixed at 100 ° C. When the acetic acid vapor entering the condenser was no longer introduced, the distiller operation was stopped and 17 g of acetic acid was recovered in the condenser.

[실시예 4] 아세트산과 에탄올의 에스테르화 반응[Example 4] Esterification reaction of acetic acid and ethanol

아세트산과 에탄올의 에스테르화 반응을 위해 12mm의 관형 반응기에 Amberlyst-121Wet를 80 mL 채운후, 온도를 110 oC로 유지하였다. 아세트산과 에탄올이 1:2의 몰비로 혼합된 원료를 시간당 100 g의 속도로 반응기에 공급하여 통과되게 하였다. 5시간부터 10시간 동안 반응물과 부산물을 채취하여 분석하였다.For the esterification reaction of acetic acid and ethanol, Amberlyst-121 Wet was filled in a 12 mm tubular reactor to 80 mL, and the temperature was maintained at 110 ° C. A raw material in which acetic acid and ethanol were mixed at a molar ratio of 1: 2 was fed into the reactor at a rate of 100 g per hour. Reactants and by - products were collected from 5 hours to 10 hours and analyzed.

채취된 반응물은 920 g이었고 물이 75g 얻어졌다. 수집된 반응물과 부산물의 조성을 분석한 결과, 아세트산의 전환율이 98% 이상이었고 에스테르화 반응을 통하여 에틸아세테이트가 에스테르 화합물로 생성되는 것을 확인하였다. The collected reactant was 920 g and 75 g of water was obtained. As a result of analyzing the composition of the collected reactants and byproducts, it was confirmed that the conversion of acetic acid was 98% or more and ethyl acetate was produced as an ester compound through the esterification reaction.

[실시예 5] 에틸아세테이트의 수첨분해 반응[Example 5] Hydrolysis of ethylacetate

내경 12mm 관형 연속 반응기에 수성가스 전환반응용 상용촉매 (CuZnOx/감마 알루미나, CuO: 51 중량 %, ZnO: 31 중량 %, 알루미나: 나머지) 12.0 cc를 채우고 5 부피 %의 수소와 질소 혼합가스로 220 oC에서 3시간, 20 부피%의 수소와 질소 혼합가스로 220 oC에서 2시간 동안 환원처리한다. 에틸아세테이트를 2.0 cc/hr, 수소를 10 L/hr로 공급하고 촉매층 온도를 150 oC, 반응기 후단의 압력은 10 bar가 되게 유지하였다. 반응기 정상상태 운전 도달시점부터 생성물을 6시간 간격으로 채취하여 GC-FID에서 분석 정량하였다.12.0 cc of an inner diameter 12 mm tubular continuous reactor was charged with 12.0 cc of a commercial catalyst for aqueous gas conversion reaction (CuZnOx / gamma alumina, CuO 51 wt%, ZnO 31 wt%, alumina: balance) o C for 3 hours at 220 ° C for 2 hours with 20% by volume hydrogen and nitrogen gas mixture. Ethyl acetate was fed at 2.0 cc / hr and hydrogen was fed at 10 L / hr. The temperature of the catalyst bed was maintained at 150 ° C and the pressure at the rear end of the reactor was kept at 10 bar. The product was sampled at 6 hour intervals from the point of time when the reactor reached steady-state operation and analyzed by GC-FID.

촉매층의 온도를 175 oC, 200 oC로 변경한 후, 동일한 조건에서 실험을 실시한 결과는 150 oC에서 에틸아세테이트의 전환율이 85%, 175 oC에서는 93%, 200 oC에서는 95%였으며 에탄올에 대한 선택도는 온도조건에 관계없이 모두 99.8% 이상을 보였다.Changing the temperature of the catalyst layer to 175 o C, 200 o C and then, as a result of the experiment under the same conditions is 150 o the conversion of ethyl acetate to 85% C, 175 o C in was 93%, and 200 o C 95% The selectivity for ethanol was more than 99.8% regardless of temperature condition.

도 1은 본 발명의 일실시예에서 운전시간에 따른 압력변화 및 pH 변화를 나타내는 것이다. FIG. 1 shows a pressure change and a pH change according to an operation time in an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에서 유기산의 생성량을 나타내는 것이다. Figure 2 shows the amount of organic acid produced in one embodiment of the present invention.

Claims (9)

배가스와 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법으로서, A method for producing bio-alcohols from flue-gas and syngas, 배가스와 합성가스를 중공사막 내부기공으로 일정 압력으로 공급하고 중공사막 외벽에 유기산이나 바이오 알코올을 생산하는 미생물을 부착하여 고정화하여 유기산 혹은 알코올을 생산하는 단계; A step of supplying an exhaust gas and syngas to the inner pores of the hollow fiber membrane at a constant pressure and attaching a microorganism producing an organic acid or a bio alcohol to the outer wall of the hollow fiber membrane to fix the organic acid or alcohol; 상기 생산된 유기산을 액체-액체 추출탑에 공급하고 추출용매를 이용하여 추출하고, 상기 미생물에 의해 직접 생산된 바이오 알코올은 배양액으로부터 추출, 분리 및 증류하여 생산하고, 상기 추출용매와 혼합된 유기산을 증류탑에 투입하여 유기산과 추출용매를 분별증류한 후, 상기 분리된 추출용매를 유기산 추출을 위한 추출용매로서 재공급하는 단계; 및The produced organic acid is supplied to a liquid-liquid extraction tower and extracted using an extraction solvent. The bioalcohol produced directly by the microorganism is extracted from the culture broth, separated and distilled to produce an organic acid mixed with the extraction solvent. Distilling the organic acid and the extraction solvent into a distillation tower, and then re-supplying the separated extraction solvent as an extraction solvent for extracting the organic acid; And 상기 생산된 알코올을 순수 분리 정제하여 최종 생성물로 얻거나 일부를 유기산의 수첨분해 반응 첨가물로 사용하는 단계를 포함하고,Separating and purifying the produced alcohol as a final product or using a part of the produced alcohol as a hydrogenation decomposition reaction additive of an organic acid, 상기 생산된 알코올의 일부를 유기산의 수첨분해 반응 첨가물로 사용하는 단계는, The step of using a part of the produced alcohol as an addition product of hydrocracking reaction of an organic acid, 추출되고 증류 회수된 유기산에 상기 알코올을 혼합하여 에스테르화 반응공정을 통해 에스테르화합물로 전환하거나 수첨분해 반응 공정을 통해 알코올로 전환하여 알코올을 최종 생성물로 얻는 단계; Mixing the alcohol with the organic acid extracted and distilled / recovered, converting the alcohol into an ester compound through an esterification reaction process or converting it into an alcohol through a hydrocracking reaction process to obtain an alcohol as an end product; 상기 에스테르화합물의 소정부분은 최종 생성물로 얻고 나머지는 수첨분해 반응기로 공급하여 알코올로 전환시키는 단계; 및A predetermined portion of the ester compound is obtained as an end product and the remainder is supplied to a hydrocracking reactor to convert to an alcohol; And 상기 수첨분해 반응을 통해 얻어진 알코올 및 미생물로부터 직접 생산된 후 분리 및 정제과정을 통하여 얻어진 알코올의 소정부분은 최종 생성물로 얻고 나머지는 상기의 에스테르화 및 수첨분해 반응에 사용하는 단계를 더 포함하고,Wherein the alcohol and the microorganism obtained through the hydrocracking reaction are directly produced, and a predetermined portion of the alcohol obtained through the separation and purification process is obtained as a final product and the remainder is used for the esterification and hydrocracking reaction, 상기 수첨분해 반응은 하나 또는 2종 이상의 금속 산화물이 지지체에 담지된 형태의 수소화 기능을 갖는 촉매를 이용하여 110 ~ 350 oC의 반응온도 및 1 ~ 70 bar의 반응압력에서 진행되는 것이며,The hydrocracking reaction is carried out at a reaction temperature of 110 to 350 ° C and a reaction pressure of 1 to 70 bar using a catalyst having a hydrogenation function in which one or two or more metal oxides are supported on a support, 상기 금속 산화물은 구리산화물, 아연산화물, 크롬산화물, 니켈산화물, 코발트산화물, 몰리브덴산화물, 텅스텐산화물로 이루어진 물질군으로부터 선택되는 것인,Wherein the metal oxide is selected from the group consisting of copper oxide, zinc oxide, chromium oxide, nickel oxide, cobalt oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, 배가스 혹은 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법.A method for producing bio-alcohols from flue-gas or syngas. 제1항에 있어서, 유기산 혹은 바이오알코올을 생산하는 미생물이 외벽에 고정화된 중공사막 내부로 배가스 혹은 합성가스를 공급하고 중공사막을 영양성분이 함유된 배양액에 침지하여 미생물 전환반응을 통하여 유기산 혹은 바이오 알코올을 생산하는 것을 특징으로 하는 배가스 혹은 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법. The method according to claim 1, wherein the microorganism producing organic acid or bio-alcohol is fed into the hollow fiber membrane immobilized on the outer wall, and the hollow fiber membrane is immersed in a nutrient- A method for producing a bio-alcohol from an exhaust gas or syngas characterized by producing alcohol. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 유기산 혹은 에탄올 생산 미생물이 Clostridium 속, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus, Oxobacter pfennigii, Acetobacterium woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Methanosarcina acetivorans, Moorella thermoacetica 또는 Moorella thermoautotrophica을 이용하는 것을 특징으로 하는 배가스 혹은 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법.The method according to claim 1, wherein the organic acid or ethanol producing microorganism is Clostridium genus, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus, Oxobacter pfennigii, Acetobacterium woodii, Butyribacterium methylotrophicum, Methanosarcina acetivorans, Moorella thermoacetica or Moorella thermoautotrophica . A method for producing alcohol. 제1항에 있어서, 유기산 및 에탄올 생산 미생물이 중공사막 내외벽에 부착되거나 현탁되어 부유하면서 유기산이나 에탄올을 생산하는 것을 특징으로 하는 배가스 혹은 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법.The method according to claim 1, wherein the organic acid and the ethanol-producing microorganism are suspended or suspended on the outer wall of the hollow fiber membrane to produce an organic acid or ethanol while floating. 제1항에 있어서, 상기 바이오 알코올은 에탄올, 부탄올, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 부틸부티레이트 또는 에탄올과 에틸아세테이트의 혼합물인 것을 특 징으로 하는 배가스 혹은 합성가스로부터 바이오 알코올을 생산하는 방법.The method according to claim 1, wherein the bioalcohol is ethanol, butanol, ethyl acetate, butyl acetate, butylbutyrate or a mixture of ethanol and ethyl acetate.
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