合成氣發(fā)酵期間乙醇濃度的控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在合成氣發(fā)酵期間對乙醇濃度進(jìn)行控制的方法。用于合成氣發(fā)酵的方法包括對介質(zhì)進(jìn)行接種以提供接種的介質(zhì)。將接種的介質(zhì)與合成氣接觸，將細(xì)胞和介質(zhì)移出并分離以提供濃縮的細(xì)胞和滲透物。將乙醇從滲透物分離以提供乙醇和乙醇減少的水物流。將所述乙醇減少的水物流返回所述發(fā)酵。
【專利說明】合成氣發(fā)酵期間乙醇濃度的控制
[0001] 本發(fā)明主張2011年12月12日提交的美國臨時(shí)申請61/569, 355號(hào)的權(quán)益，通過 參考W其完整的形式將其并入。
[0002] 本發(fā)明提供一種在合成氣發(fā)酵期間控制己醇濃度的方法。更具體地，將細(xì)胞和介 質(zhì)從發(fā)酵罐移出并在有效用于保持期望的己醇濃度的速率下將己醇減少的水物流返回發(fā) 酵罐。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 厭氧微生物通過氣態(tài)底物的發(fā)酵能夠由一氧化碳（CO)制造己醇。使用厭氧微生 物由梭菌屬發(fā)酵可W制造己醇和其他有用的產(chǎn)物。例如，美國專利5, 173, 429號(hào)描述了 ClostridiumIjungd址IiiATCCNo. 49587, 一種從合成氣體制造己醇和醋酸醋的厭氧微 生物。美國專利 5, 807, 722 號(hào)描述了使用ClostridiumIjungd址IiiATCCNo. 55380 將 廢氣轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸和醇的方法和設(shè)備。美國專利6, 136, 577號(hào)描述了使用Clostridium Ijungd址IiiATCCNo. 55988和55989將廢氣轉(zhuǎn)化成己醇的方法和設(shè)備。
[0005] 通常將CO W作為合成氣形式的氣態(tài)底物的一部分供應(yīng)至發(fā)酵。用于制造包含一 氧化碳和氨氣的發(fā)生爐煤氣或合成氣體或合成氣的碳質(zhì)材料的氣化在本領(lǐng)域內(nèi)是熟知的。 典型地，該種氣化方法涉及碳質(zhì)材料的部分氧化或缺乏空氣的氧化，其中將亞化學(xué)計(jì)量的 量的氧氣供應(yīng)至氣化工藝W促進(jìn)一氧化碳的產(chǎn)生，如W02009/154788中所述。
[0006] 在發(fā)酵期間己醇的濃度提高。一定水平的己醇變?yōu)橐种菩圆?dǎo)致反應(yīng)器失效或產(chǎn) 率下降。需要方法W有效地在己醇的去除與保持期望的細(xì)胞密度水平和己醇產(chǎn)率之間實(shí)現(xiàn) 平衡。
[0007] 發(fā)明概述
[0008] 合成氣發(fā)酵的方法包括對介質(zhì)進(jìn)行接種W提供具有至少約0. 1克/升細(xì)胞密度的 接種的介質(zhì)。將細(xì)胞和介質(zhì)移出并分離W提供濃縮的細(xì)胞和滲透物。將己醇從滲透物分離 W提供己醇和己醇減少的水物流。將己醇減少的水物流返回發(fā)酵。在重要的方面中，己醇 減少的水物流向發(fā)酵供應(yīng)的速率對細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出的速率之比為約0. 5?約25。
[0009] 在另一個(gè)方面中，合成氣發(fā)酵的方法包括對介質(zhì)進(jìn)行接種W提供具有至少約0. 1 克/升細(xì)胞密度的接種的介質(zhì)。將接種的介質(zhì)與合成氣接觸并在發(fā)酵中己醇濃度達(dá)到超過 約lOg/L時(shí)，將細(xì)胞和介質(zhì)移出并分離W提供濃縮的細(xì)胞和滲透物。滲透物保持罐接收滲 透物。蒸觸培從滲透物保持罐接收滲透物。蒸觸培有效用于將己醇從滲透物分離W提供己 醇和己醇減少的水物流。將己醇減少的水物流返回發(fā)酵。在重要的方面中，己醇減少的水 物流向發(fā)酵供應(yīng)的速率對細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出的速率之比為約0. 5?約25。
[0010] 在另一個(gè)方面中，合成氣發(fā)酵的方法包括對介質(zhì)進(jìn)行接種W提供具有至少約0.1 克/升細(xì)胞密度的接種的介質(zhì)。將細(xì)胞和介質(zhì)移出并分離W提供濃縮的細(xì)胞和滲透物。將 己醇從滲透物分離W提供己醇和己醇減少的水物流。將己醇減少的水物流返回發(fā)酵。在 重要的方面中，己醇減少的水物流的供應(yīng)速率與細(xì)胞和介質(zhì)的移出速率有效用于提供0.Ol 克/克/小時(shí)（細(xì)胞干重克數(shù)/母體細(xì)胞干重克數(shù)/小時(shí)的量的增大）的生長因數(shù)是有效 的。
[0011] 在另一個(gè)方面中，合成氣發(fā)酵的方法包括對介質(zhì)進(jìn)行接種W提供具有至少約0.1 克/升細(xì)胞密度的接種的介質(zhì)。將接種的介質(zhì)與合成氣接觸。測量生長因數(shù)并在生長因數(shù) 小于臨界生長因數(shù)時(shí)將水物流返回發(fā)酵。
[0012] 在另一個(gè)方面中，合成氣高產(chǎn)率發(fā)酵的方法包括對介質(zhì)進(jìn)行接種W提供具有至少 約0. 1克/升細(xì)胞密度的接種的介質(zhì)。將細(xì)胞和介質(zhì)移出并分離W提供濃縮的細(xì)胞和滲透 物。將己醇從滲透物分離W提供己醇和己醇減少的水物流。將己醇減少的水物流返回發(fā)酵。 在重要的方面中，己醇減少的水物流向發(fā)酵供應(yīng)的速率對細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出的速率之 比為約0. 5?約25。所述方法有效用于保持至少約60克/ (升?天）的STY。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 根據(jù)下圖將使得所述方法幾個(gè)方面的上述和其他方面、特征和優(yōu)勢變得更明顯。
[0014] 圖1顯示了用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)。
[0015] 圖2顯示了包括滲透物保持罐的用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)。
[0016] 圖3顯示了包括熱交換器的用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)。
[0017] 圖4顯示了包括熱交換器和(?汽提器的用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)。
[0018] 圖5顯示了包括排出氣體洗涂培的用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)。
[0019] 圖6顯示了關(guān)于培養(yǎng)產(chǎn)己酸菌的生長因數(shù)對己醇濃度之間關(guān)系的圖。
[0020] 圖7顯示了關(guān)于培養(yǎng)產(chǎn)己酸菌的生長因數(shù)對己醇濃度之間關(guān)系的圖。
[0021] 圖8顯示了水循環(huán)對己醇的濃度和CO和&的總攝取的影響。
[0022] 在附圖的所有幾個(gè)視圖中相應(yīng)的參考符號(hào)表示相應(yīng)的組件。熟練的技術(shù)人員應(yīng)理 解，附圖中的元件是為了簡單和清晰而顯示的且不必是按比例繪制的。例如，可W將圖中的 一些元件的尺寸相對于其他元件而夸大W有助于進(jìn)一步理解本方法和系統(tǒng)的各個(gè)方面。此 夕F，通常不描繪在商業(yè)上可行的方面中有用或必需的普通但熟知的元件，從而有助于該些 各個(gè)方面的較少遮擋的視圖。
[002引發(fā)明詳述
[0024] 如下說明不應(yīng)理解為限制的意思，而僅用于描述示例性實(shí)施方案的一般原理。本 發(fā)明的范圍應(yīng)參考權(quán)利要求書來確定。
[0025] 在開始和隨后的發(fā)酵時(shí)，需要對細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵罐的除去與將細(xì)胞從滲透物除 去、將己醇從滲透物除去所需要的時(shí)間、W及將減少的己醇滲透物返回到發(fā)酵罐所需要的 時(shí)間進(jìn)行平衡。本方法對該些工藝進(jìn)行平衡W提供穩(wěn)定的開始和隨后的發(fā)酵。
[0026] 如本文中所述的利用介質(zhì)和產(chǎn)己酸菌在生物反應(yīng)器中進(jìn)行的合成氣發(fā)酵對于將 合成氣中的CO轉(zhuǎn)化成醇和其他產(chǎn)物是有效的。在該方面中，產(chǎn)率可W表達(dá)為STY(表達(dá)為g 己醇/(L?天）的空時(shí)收率）。在該方面中，所述方法對于提供至少約10克/(升?天）的 STY(空時(shí)收率）是有效的，在另一個(gè)方面中，至少約30克/(升?天），在另一個(gè)方面中，至 少約60克/(升?天），且在另一個(gè)方面中，至少約90克/(升?天）?？赡艿腟TY值包括約 10克/(升?天）?約200克/(升?天），在另一個(gè)方面中，約10克/(升?天）?約160 克/(升?天），在另一個(gè)方面中，約10克/(升?天）?約120克/(升?天），在另一個(gè)方 面中，約10克/(升?天）?約80克/(升?天），在另一個(gè)方面中，約20克/(升?天）? 約140克/(升?天），在另一個(gè)方面中，約20克/(升?天）?約100克/(升?天），在另 一個(gè)方面中，約40克/(升?天）?約140克/(升?天），且在另一個(gè)方面中，約40克/ (升?天）?約100克/ (升?天）。
[0027] 定義
[0028] 除非有其他定義，否則在本發(fā)明的整個(gè)該說明書中使用的如下術(shù)語按如下定義并 能夠包括下面定義的定義的單數(shù)或復(fù)數(shù)形式：
[0029] 修飾任意量的術(shù)語"約"是指在真實(shí)世界條件中如在實(shí)驗(yàn)室、試驗(yàn)工場或生產(chǎn)設(shè)施 中遇到的所述量的變化。例如，用于混合物中的成分或測量的量或數(shù)量，當(dāng)用"約"修飾時(shí)， 包括在生產(chǎn)工廠或?qū)嶒?yàn)室中典型用于實(shí)驗(yàn)條件測量的變化和關(guān)也程度。例如，產(chǎn)物的組分 的量，當(dāng)用"約"修飾時(shí)，包括在工廠或?qū)嶒?yàn)室中多次實(shí)驗(yàn)中批次之間的變化和在分析方法 方面固有的變化。無論是否用"約"修飾，所述量包括那些量的等價(jià)物。本文中所述的并用 "約"修飾的任意數(shù)量在本發(fā)明中還能夠用作未用"約"修飾的量。
[0030] 術(shù)語"合成氣"或"合成氣體"是指作為被給予至氣體混合物的名稱的合成氣體， 所述氣體混合物包含不同量的一氧化碳和氨氣。生產(chǎn)方法的實(shí)例包括天然氣或姪的蒸汽重 整W生產(chǎn)氨氣、煤和在某些類型的廢物到能量的氣化設(shè)施中的氣化。所述名稱源自其作為 在產(chǎn)生合成天然氣（SNG)中和用于生產(chǎn)氨或甲醇的中間體的用途。合成氣易燃且通常用作 燃料源或用作生產(chǎn)其他化學(xué)品的中間體。
[0031] 術(shù)語"發(fā)酵罐"包括由一個(gè)或多個(gè)容器和/或培或管道排列構(gòu)成的發(fā)酵裝置，其包 括連續(xù)攬動(dòng)的罐式反應(yīng)器（CSTR)、固定化細(xì)胞反應(yīng)器（ICR)、H角床反應(yīng)器（TBR)、移動(dòng)床 生物膜反應(yīng)器（MBBR)、鼓泡培、氣提發(fā)酵罐、膜反應(yīng)器如中空纖維膜生物反應(yīng)器（HFMBR)、 靜態(tài)混合器、或適用于氣-液接觸的其他容器或其他裝置。
[0032] 術(shù)語"發(fā)酵"、"發(fā)酵方法"或"發(fā)酵反應(yīng)"等傾向于包含所述方法的生長階段和產(chǎn) 物生物合成階段兩者。在一個(gè)方面中，發(fā)酵是指CO向醇的轉(zhuǎn)化。
[0033] 術(shù)語"細(xì)胞密度"是指每單位體積發(fā)酵液的微生物細(xì)胞的質(zhì)量如克/升。
[0034] 術(shù)語"細(xì)胞循環(huán)"是指將微生物細(xì)胞從發(fā)酵液分離并將該些分離的微生物細(xì)胞的 全部或部分返回至發(fā)酵罐。通常，使用過濾裝置來完成分離。
[00巧]術(shù)語"提高效率"、"提高的效率"等，當(dāng)涉及發(fā)酵工藝使用時(shí)，包括提高如下中的一 種或多種；在發(fā)酵中微生物的生長速率、所產(chǎn)生的期望產(chǎn)物（例如醇）的體積或質(zhì)量/消耗 的底物（例如一氧化碳）的體積或質(zhì)量、期望產(chǎn)物的生產(chǎn)速率或生產(chǎn)水平、W及產(chǎn)生的期望 產(chǎn)物對發(fā)酵的其他副產(chǎn)物的相對比例。
[0036] 合成氣發(fā)酵系統(tǒng)
[0037] 圖1顯示了用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)。合成氣通過合成氣入口 110進(jìn)入反應(yīng) 容器100。通過介質(zhì)出口 120抽取介質(zhì)和細(xì)胞并使用介質(zhì)循環(huán)粟150通過過濾器供應(yīng)160 供應(yīng)至細(xì)胞分離過濾器200。細(xì)胞分離過濾器200提供濃縮的細(xì)胞和滲透物。反應(yīng)容器100 通過細(xì)胞循環(huán)管線210接收濃縮的細(xì)胞且蒸觸培400通過滲透物供應(yīng)250接收滲透物。蒸 觸培400提供己醇/水的共沸物440和己醇減少的水物流410。分子篩/干燥器700可W 接收己醇/水的共沸物440并提供己醇產(chǎn)物720。再沸器500通過再沸器供應(yīng)管線430接 收一部分己醇減少的水物流410。再沸器500提供預(yù)熱的己醇減少的水物流510。水物流 循環(huán)粟550通過水供應(yīng)管線420接收己醇減少的水物流。水物流循環(huán)粟550通過己醇減少 的水物流供應(yīng)管線560提供返回至反應(yīng)容器100的己醇減少的水物流。
[0038] 在另一個(gè)方面中，可W在側(cè)抽取口 450處將雜醇油從蒸觸培400移出。如本文中 所使用的，"雜醇油"可W包括戊醇、丙醇、了醇、脂肪酸、酉旨、及其混合物。
[0039] 圖2顯示了用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)的另一個(gè)方面。圖2中所述的方法和系 統(tǒng)與圖1的類似且圖2中的系統(tǒng)和方法包括滲透物保持罐300。在該方面中，滲透物保持罐 300通過滲透物供應(yīng)管線220從過濾器200接收滲透物。蒸觸培400通過滲透物供應(yīng)管線 250接收滲透物。本文中所述的任一方面可W包括滲透物保持罐。
[0040] 圖3顯示了用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)的另一個(gè)方面。圖3中所述的方法和系 統(tǒng)與圖1的類似且圖3中的系統(tǒng)和方法包括熱交換器555。在該方面中，熱交換器通過供應(yīng) 管線230從過濾器200接收己醇減少的水物流和滲透物。熱交換器555有效用于提供預(yù)熱 的滲透物。蒸觸培400通過預(yù)熱的滲透物供應(yīng)管線252接收預(yù)熱的滲透物。在該方面中， 可W利用保留在己醇減少的水物流中的熱在蒸觸之前對滲透物進(jìn)行預(yù)熱。本文中所述的任 一方面可W包括熱交換器。
[0041] 圖4顯示了用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)的另一個(gè)方面。圖4中所述的方法和系 統(tǒng)與圖1的類似且圖4中的系統(tǒng)和方法包括C〇2汽提器600。在該方面中，C〇2汽提器600 接收滲透物有效用于提供(?降低的滲透物。(?降低的滲透物將比汽提之前具有更低水平 的C〇2。與除去C〇2之前的滲透物相比，在該方面中，C〇2降低的滲透物將減少C〇2約10%或 更大，在另一個(gè)方面中，約25%或更大，在另一個(gè)方面中，約50%或更大，在另一個(gè)方面中， 約75%或更大，且在另一個(gè)方面中，約90%或更大。蒸觸培400通過C〇2滲透物供應(yīng)管線 254接收(?降低的滲透物。該方面可W包括所示的熱交換器555且可還包括滲透物保持 罐。
[0042] 圖5顯示了用于合成氣發(fā)酵的方法和系統(tǒng)的另一個(gè)方面。圖5中所述的方法和系 統(tǒng)與圖1的類似且圖5中的系統(tǒng)和方法包括排出氣體洗涂培620。在該方面中，排出氣體 洗涂培620通過己醇減少的供應(yīng)管線560接收己醇減少的水物流、通過排出氣體供應(yīng)管線 640接收排出氣體、并接收蒸觸培廢氣750。排出氣體洗涂培620通過水供應(yīng)管線563提供 返回反應(yīng)容器100的己醇減少的水物流并使得排出氣體通過排出氣體出口 650排出。排出 氣體洗涂培可W包括在本文中所述的任一方面中。在一個(gè)方面中，排出氣體洗涂培有效用 于從發(fā)酵罐廢氣中除去己醇。
[0043] 合成氣發(fā)酵工藝
[0044] 介質(zhì)；根據(jù)一個(gè)方面，通過向反應(yīng)容器添加合適的介質(zhì)來啟動(dòng)發(fā)酵工藝。包含在 反應(yīng)容器中的液體可W包括任意類型的合適的營養(yǎng)介質(zhì)或發(fā)酵液。營養(yǎng)介質(zhì)將包含對使 得正被使用的微生物生長有效的維生素和礦物質(zhì)。在2012年5月22日提交的美國序列 61/650, 098和61/650, 093號(hào)中W及在2001年7月23日提交的美國專利7, 285, 402號(hào)中 對介質(zhì)組合物的某些實(shí)例進(jìn)行了描述，通過參考將其全部內(nèi)容并入本文中?？蒞對介質(zhì)進(jìn) 行滅菌W除去不期望的微生物并利用期望的微生物對反應(yīng)器進(jìn)行接種。并不總是需要滅 困。
[0045] 接種物；根據(jù)所述方法，將產(chǎn)己酸菌的培養(yǎng)物接種入反應(yīng)器中W提供具有最小細(xì) 胞密度的接種的介質(zhì)。如本文中所使用的，"最小細(xì)胞密度"是指至少約0. 1克/升的活的 細(xì)胞密度，在另一個(gè)方面中，至少約0.2克/升，在另一個(gè)方面中，至少約0.3克/升，在另一 個(gè)方面中，至少約0. 4克/升，且在另一個(gè)方面中，至少約0. 5克/升。最小細(xì)胞密度將不 超過約I. 2克/升。在另一個(gè)方面中，用于接種預(yù)反應(yīng)器或種子反應(yīng)器的第一培養(yǎng)物具有 6. 5或更低的地，在另一個(gè)方面中為4. 5或更低，且在另一個(gè)方面中為約4.O?約4. 5。用 于接種反應(yīng)器的第一培養(yǎng)物具有約10克/升或更低的乙酸濃度，在另一個(gè)方面中，約1? 約10克/升，在另一個(gè)方面中，約1?約5克/升，在另一個(gè)方面中，約1?約3克/升，且 在另一個(gè)方面中，約2克/升。
[0046] 在一個(gè)方面中，利用的微生物包括產(chǎn)乙酸菌?？捎玫漠a(chǎn)乙酸菌的實(shí)例包括梭菌屬 的產(chǎn)乙酸菌，例如：ClostridiumIjungdahlii的菌株，包括在W02000/68407、EP117309、 美國專利 5, 173, 429、5, 593, 886 和 6, 368, 819 號(hào)、W01998/00558 和W02002/08438 中 所述的菌株；Clostridiumautoethanogenum的菌株 〇)SMZ，Germany的DSM10061 和 DSM19630)，包括在W02007/117157 和W02009/151342 中所述的菌株；W及Clostridium ragsdalei巧 11，ATCCBAA-622)和Mkal化aculumbacchi(CPll，ATCCBAA-1772)，包括 分別在美國專利 7, 704, 723 號(hào)和"BiofuelsandBioproductsfromBiomass-Generated SynthesisGas" ,HasanAtiyeh,presentedinOklahomaEPSCo民AnnualState Conference,April29, 2010中所述的菌株W及在美國專利申請2007/0276447號(hào)中所述的 Clostridiumcarboxidivorans(ATCCPTA-7827)。其他合適微生物包括：Moorella屬的微 生物，包括Moorellasp.冊C22-1 及Carbo巧do化ermus屬的微生物。通過參考將這些 參考中的各個(gè)參考并入本文中。可W使用兩種或更大微生物的纔合培養(yǎng)物。
[0047]可使用的細(xì)菌的某些實(shí)例包括Acetogeniumkivui、Acetoanaerobiumnoterae、 Acetobacteriumwoodii^AlkalibaculumbacchiCPU(ATCCBAA-1772)、Blautia producta、ButyribacteriummethyIotrophicum^Caldanaerobactersubterraneous、 Caldanaerobactersubterraneouspacificus、Carboxydothermushydrogenoformans、 Clostridiumaceticum、Clostridiumacetobutylicum、Clostridiumacetobutylicum P262(DSMZGermany的DSM19630)、Clostridiumautoethanogenum(DSMZGermany的 DSM19630)、ClostridiumautoethanogenumOSMZGermany的DSM10061)、Clostridium autoethanogenum(DSMZGermany白勺DSM23693)、Clostridiumautoethanogenum(DSMZ Germany的DSM24138)、ClostridiumcarboxidivoransP7(ATCCPTA-7827)、Clostridium coskatii(ATCCPTA-10522)、Clostridiumdrakei、ClostridiumIjungdahlii PETC(ATCC49587)、ClostridiumljungdahliiERI2(ATCC55380)、Clostridium IjungdahliiC-Ol(ATCC55988)、ClostridiumIjungdahlii0-52 (ATCC55889)、 Clostridiummagnum、Clostridiumpasteurianum(DSMZGermany的DSM525)、 ClostridiumragsdaliPU(ATCCBAA-622)、Clostridiumscatologenes、Clostridium thermoaceticum、Clostridiumultunense、Desulfotomaculumkuznetsovii、 Eubacteriumlimosum、Geobactersulfurreducens、Methanosarcinaacetivorans、 Methanosarcinabarker!、Morrellathermoacetica、Morrellathermoautotrophica、 Oxobacterpfennigii、Peptostreptococcusproductus、民uminococcusproductus、 Thermoanaerobacterkivui及其纔合物。
[0048] 氣體：氣化涉及生物質(zhì)在限制供應(yīng)氧氣條件下的部分燃燒。制得的氣體主要包 含CO和馬。在該方面中，合成氣將包含至少約20mol%的CO,在一個(gè)方面中，約20?約 IOOmol%的CO,在另一個(gè)方面中，約30?約90mol%的CO,在另一個(gè)方面中，約40?約 80mol%的CO,且在另一個(gè)方面中，約50?約70mol%的CO。合成氣將具有至少約0. 75 的C0/C化之比。在均為于2011年4月6日提交的美國序列61/516,667、61/516,704和 61/516, 646號(hào)中、W及在均為于2012年5月22日提交的美國序列13/427, 144U3/427, 193 和13/427, 247號(hào)中提供了合適的氣化方法和設(shè)備的某些實(shí)例，通過參考將其全部內(nèi)容并 入本文中。
[0049] 在有效將生物反應(yīng)器內(nèi)的壓力保持為至少約化Sig的速率下將合成氣引入生物 反應(yīng)器內(nèi)，在另一個(gè)方面中，約0. 25psig，在另一個(gè)方面中，約0. 5psig，在另一個(gè)方面中 約Ipsig，且在另一個(gè)方面中，約10?約25化Sig的壓力。在各種其他方面中，壓力可W為 約10?約200psig，約10?約IOOpsig,約10?約75psig,約10?約SOpsig,約10?約 25psig，約 20 ?約 250psig，約 20 ?約 200psig，約 20 ?約lOOpsig，約 20 ?約 75psig, 約20?約50psig,約20?約25psig,約30?約250psig，約30?約200psig，約30?約 IOOpsig,約 30 ?約 75psig,約 30 ?約SOpsig,約 40 ?約 250psig,約 40 ?約 200psig, 約40?約lOOpsig,約40?約75psig,約40?約SOpsig,約50?約250psig，約50?約 200psig，約 50 ?約IOOpsig和約 50 ?約 75psig。
[0050] 在一個(gè)方面中，在特定尺寸的發(fā)酵罐中，在約10?約50立方英尺/砂的速率下將 合成氣引入氣體入口 /噴頭110,且在另一個(gè)方面中，速率為約25?約35立方英尺/砂。 通過控制引入合成氣的速率并控制氣體排出反應(yīng)容器的速率來控制壓力?？蒞在反應(yīng)器的 頂部空間中或在反應(yīng)容器的底部測量壓力。
[0051] 攬動(dòng)；在接種期間，將啟動(dòng)攬動(dòng)設(shè)定為約10?約30化，在另一個(gè)方面中約25化。 攬動(dòng)加速至約35?約50化，在另一個(gè)方面中，在每10分鐘約2?約10化的加速速率下加 速至約4甜Z，且在另一個(gè)方面中，每10分鐘約甜Z。
[0052] 細(xì)胞循環(huán)：在發(fā)酵中己醇濃度達(dá)到超過約lOg/L時(shí)，所述方法包括將細(xì)胞和介質(zhì) 從發(fā)酵罐100移出。在另一個(gè)方面中，所述方法包括當(dāng)發(fā)酵達(dá)到超過約20g/L的己醇濃度 且在另一個(gè)方面中超過約30g/L時(shí)將細(xì)胞和介質(zhì)移出。通過將細(xì)胞與介質(zhì)分離，提供濃縮 的細(xì)胞和介質(zhì)。使用已知的方法如例如細(xì)胞分離器200將細(xì)胞與介質(zhì)分離。如本文中所使 用的，"濃縮的細(xì)胞"是指細(xì)胞密度高于介質(zhì)與細(xì)胞分離之前的細(xì)胞物流。"滲透物"是指在 分離細(xì)胞之后的介質(zhì)。在該方面中，滲透物可W包含己醇。將濃縮的細(xì)胞的全部或部分返 回至發(fā)酵罐100。在一個(gè)方面中，在接種之前或接種后立刻，可W開始細(xì)胞循環(huán)。
[0053] 在另一個(gè)方面中，在細(xì)胞密度達(dá)到約0. 5克/升或更大時(shí)，可W除去細(xì)胞和介質(zhì)， 在另一個(gè)方面中，約0. 6克/升或更大，在另一個(gè)方面中，約0. 7克/升或更大，在另一個(gè)方 面中，約0.8克/升或更大，在另一個(gè)方面中約0.9克/升或更大，在另一個(gè)方面中約1.0克 /升或更大，在另一個(gè)方面中約1. 5克/升或更大，在另一個(gè)方面中約2. 0克/升或更大，在 另一個(gè)方面中約2. 5克/升或更大，在另一個(gè)方面中約0. 5?約5. 0克/升或更大，在另一 個(gè)方面中約1. 0?約4. 0克/升或更大，且在另一個(gè)方面中約2. 0?約3. 0克/升或更大。
[0054] 所述方法用于將己醇與滲透物分離W供應(yīng)己醇和己醇減少的水物流。在一個(gè)方面 中，可W將滲透物轉(zhuǎn)移至滲透物保持罐300并隨后轉(zhuǎn)移到蒸觸培400。在一個(gè)方面中，當(dāng)體 積達(dá)到滲透物保持罐總體積的至少約1%?約100%的體積時(shí)，將源自保持罐的滲透物連 續(xù)轉(zhuǎn)移到蒸觸培400。在另一個(gè)方面中，一旦滲透物保持罐300達(dá)到其總體積的約10%的 體積，會(huì)立即發(fā)生滲透物向蒸觸培的轉(zhuǎn)移，在另一個(gè)方面中，其體積的至少約25%，在另一 個(gè)方面中，其體積的至少約50%，在另一個(gè)方面中，其體積的至少約75%，且在另一個(gè)方面 中，其體積的至少約90%。蒸觸培400提供己醇450和己醇減少的水物流410。蒸觸培能 夠?yàn)楸绢I(lǐng)域內(nèi)已知的任意蒸觸培如板式培、填料培。蒸觸培通常產(chǎn)生己醇-水的共沸物，使 用例如分子篩對所述己醇-水的共沸物進(jìn)一步進(jìn)行加工W生產(chǎn)無水己醇。
[00巧]如本文中所使用的，"己醇減少的水物流"是指在除去至少一部分己醇之后的水物 流。己醇減少的水物流可W僅包含源自蒸觸培的己醇減少的水物流或除了其他添加的介質(zhì) 和/或水之外還包含源自蒸觸培的己醇減少的水物流。將己醇減少的水物流連續(xù)返回到反 應(yīng)容器100。在該方面中，己醇減少的水物流的供應(yīng)速率對細(xì)胞和介質(zhì)的除去速率之比為約 0. 5?約25,在另一個(gè)方面中，約0. 5?約10,在另一個(gè)方面中，約0. 5?約5,在另一個(gè)方 面中，約0. 5?約1，在另一個(gè)方面中，約1?約20,在另一個(gè)方面中，約5?約15,在另一個(gè) 方面中，約5?約10,在另一個(gè)方面中，約4?約8,在另一個(gè)方面中，約5?約7,在另一個(gè) 方面中，約5,在另一個(gè)方面中，約6,且在另一個(gè)方面中，約7。在該方面中，己醇減少的水物 流將包含小于約10重量％的醇，在另一個(gè)方面中，小于約5重量％的醇，在另一個(gè)方面中， 小于約2. 5重量％的醇，在另一個(gè)方面中，小于約1. 0重量％的醇，在另一個(gè)方面中，小于約 0. 5重量％的醇，在另一個(gè)方面中，小于約0. 1重量％的醇，且在另一個(gè)方面中，小于約0.Ol 重量％的醇。
[0056]己醇減少的水物流可W包含己酸。在該方面中，己醇減少的水物流可W具有約5. 0 克/升或更低的己酸，在另一個(gè)方面中，約2.5克/升或更低的己酸，在另一個(gè)方面中，約 1. 0克/升或更低的己酸，在另一個(gè)方面中，約0.Ol?約5. 0克/升的己酸，且在另一個(gè)方 面中，約0.Ol?約0. 02克/升的己酸。將含己酸的己醇減少的水物流傳送回反應(yīng)器，使得 不再產(chǎn)生凈己酸。在反應(yīng)器中在己醇與水之間建立平衡。結(jié)果，除了用于培養(yǎng)物維持之外， 供應(yīng)至反應(yīng)器的所有C0、C〇2和&可W轉(zhuǎn)化為己醇。
[0057]在另一個(gè)方面中，通過利用生長因數(shù)量度，可W控制己醇減少的水物流的供應(yīng)速 率和細(xì)胞和介質(zhì)的除去速率。如本文中所使用的，"生長因數(shù)"是細(xì)胞（單位為克，干重）/ (母體）細(xì)胞（干重）的克數(shù)/小時(shí)的量的增加。在該方面中，己醇減少的水物流的供應(yīng)速 率和細(xì)胞和介質(zhì)的除去速率有效地提供至少約0.Ol克/克/小時(shí)的生長因數(shù)，在另一個(gè)方 面中，約0.Ol?約1的生長因數(shù)，在另一個(gè)方面中，約0.Ol?約0. 5的生長因數(shù)，在另一個(gè) 方面中，約0.01?約0.25的生長因數(shù)，且在另一個(gè)方面中，約0.01?約0. 1的生長因數(shù)。 如本文中所使用的"臨界生長因數(shù)"是指最小期望生長因數(shù)。在一個(gè)方面中，最小期望生長 因數(shù)為約0. 01，在另一個(gè)方面中，約0. 02,且在另一個(gè)方面中，約0. 03。生長因數(shù)可W按如

【權(quán)利要求】
1. 一種用于合成氣發(fā)酵的方法，包括： 將合成氣與接種的介質(zhì)接觸，所述接種的介質(zhì)具有至少約0. 1克/升的細(xì)胞密度； 將細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出并對移出的細(xì)胞和介質(zhì)進(jìn)行分離以提供濃縮的細(xì)胞和滲透 物； 將乙醇從滲透物分離以提供乙醇和乙醇減少的水物流；以及 將乙醇減少的水物流供應(yīng)至發(fā)酵； 其中乙醇減少的水物流向發(fā)酵供應(yīng)的速率對所述細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出的速率之比 為約0. 5?約25。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中在發(fā)酵中達(dá)到超過約10g/L的乙醇濃度時(shí)，將細(xì)胞和介質(zhì)移 出。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中在達(dá)到約0. 5g/L或更大的細(xì)胞密度時(shí)，將細(xì)胞和介質(zhì)移出。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中在發(fā)酵中保持乙醇濃度超過約10g/L。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中將滲透物轉(zhuǎn)移到滲透物保持罐。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中將滲透物轉(zhuǎn)移到蒸餾塔。
7. 權(quán)利要求6的方法，其中在蒸餾之前，通過與乙醇減少的水物流的熱交換對滲透物 進(jìn)行預(yù)熱。
8. 權(quán)利要求6的方法，其中在將乙醇減少的水物流供應(yīng)至發(fā)酵之前，使用乙醇減少的 水物流對發(fā)酵罐的廢氣進(jìn)行洗滌。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中乙醇減少的水物流包含乙酸。
10. 權(quán)利要求6的方法，其中在蒸餾之前將C02從滲透物移出。
11. 權(quán)利要求1的方法，其中在測抽取口處將雜醇油從蒸餾塔移出。
12. -種用于合成氣發(fā)酵的方法，包括： 將合成氣與接種的介質(zhì)接觸，所述接種的介質(zhì)具有至少約〇. 1克/升的細(xì)胞密度； 在發(fā)酵中達(dá)到超過約l〇g/L的乙醇濃度時(shí)，將細(xì)胞和介質(zhì)移出并分離細(xì)胞和介質(zhì)以提 供濃縮的細(xì)胞和滲透物； 將滲透物轉(zhuǎn)移到滲透物保持罐； 將滲透物從滲透物保持罐轉(zhuǎn)移到蒸餾塔，所述蒸餾塔有效用于將乙醇從滲透物分離以 提供乙醇和乙醇減少的水物流； 將乙醇減少的水物流供應(yīng)至發(fā)酵； 其中乙醇減少的水物流向發(fā)酵供應(yīng)的速率對細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出的速率之比為約 0? 5?約25。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中在達(dá)到約0. 5g/L或更大的細(xì)胞密度時(shí)，將細(xì)胞和介質(zhì)移 出。
14. 權(quán)利要求12的方法，其中在蒸餾之前，通過與乙醇減少的水物流的熱交換對滲透 物進(jìn)行預(yù)熱。
15. 權(quán)利要求12的方法，其中在將乙醇減少的水物流供應(yīng)至發(fā)酵之前，使用乙醇減少 的水物流對發(fā)酵罐的廢氣進(jìn)行洗滌。
16. 權(quán)利要求12的方法，其中乙醇減少的水物流包含乙酸。
17. 權(quán)利要求12的方法，其中在蒸餾之前將C02從滲透物移出。
18. 權(quán)利要求12的方法，其中在測抽取口處將雜醇油從蒸餾塔移出。
19. 一種用于合成氣發(fā)酵的方法，包括： 對介質(zhì)進(jìn)行接種以提供具有至少約〇. 1克/升細(xì)胞密度的接種的介質(zhì)； 將合成氣與接種的介質(zhì)接觸； 將細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出并分離細(xì)胞和介質(zhì)以提供濃縮的細(xì)胞和滲透物； 將乙醇從滲透物分離以提供乙醇和乙醇減少的水物流；以及 將乙醇減少的水物流供應(yīng)至發(fā)酵； 其中乙醇減少的水物流向發(fā)酵供應(yīng)的速率與細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出的速率有效用于 提供至少約0. 01克/克/小時(shí)的生長因數(shù)。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中在發(fā)酵中達(dá)到超過約10g/L的乙醇濃度時(shí)，將細(xì)胞和介質(zhì) 移出。
21. 權(quán)利要求19的方法，其中在達(dá)到約0. 5g/L或更大的細(xì)胞密度時(shí)，將細(xì)胞和介質(zhì)移 出。
22. 權(quán)利要求19的方法，其中將滲透物轉(zhuǎn)移到滲透物保持罐。
23. 權(quán)利要求22的方法，其中將滲透物轉(zhuǎn)移到蒸餾塔。
24. 權(quán)利要求23的方法，其中在蒸餾之前，通過與乙醇減少的水物流的熱交換對滲透 物進(jìn)行預(yù)熱。
25. 權(quán)利要求19的方法，其中在將乙醇減少的水物流供應(yīng)至發(fā)酵之前，使用乙醇減少 的水物流對發(fā)酵罐的廢氣進(jìn)行洗滌。
26. 權(quán)利要求19的方法，其中乙醇減少的水物流包含乙酸。
27. 權(quán)利要求19的方法，其中在蒸餾之前將C02從滲透物移出。
28. 權(quán)利要求19的方法，其中在測抽取口處將雜醇油從蒸餾塔移出。
29. -種用于合成氣發(fā)酵的方法，包括： 對介質(zhì)進(jìn)行接種以提供具有至少約〇. 1克/升細(xì)胞密度的接種的介質(zhì)； 將合成氣與接種的介質(zhì)接觸； 測量生長因數(shù)并在生長因數(shù)小于臨界生長因數(shù)時(shí)將水物流供應(yīng)至發(fā)酵。
30. 權(quán)利要求29的方法，其中水物流包含乙醇減少的水物流，其中 所述乙醇減少的水物流通過如下操作得到： 將細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出并分離細(xì)胞和介質(zhì)以提供濃縮的細(xì)胞和滲透物； 將乙醇從滲透物分離以提供乙醇和乙醇減少的水物流。
31. -種用于合成氣發(fā)酵的方法，包括： 對介質(zhì)進(jìn)行接種以提供具有至少約〇. 1克/升細(xì)胞密度的接種的介質(zhì)； 將合成氣與接種的介質(zhì)接觸； 測量生長因數(shù)并以有效用于保持生長因數(shù)在臨界生長因數(shù)之上的量將水物流供應(yīng)至 發(fā)酵。
32. 權(quán)利要求31的方法，其中水物流包含乙醇減少的水物流，其中 所述乙醇減少的水物流通過如下操作得到： 將細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出并分離細(xì)胞和介質(zhì)以提供濃縮的細(xì)胞和滲透物； 將乙醇從滲透物分離以提供乙醇和乙醇減少的水物流。
33. -種用于合成氣發(fā)酵的高產(chǎn)率方法，包括： 將合成氣與接種的介質(zhì)接觸，所述接種的介質(zhì)具有至少約〇.lg/L的細(xì)胞密度； 將細(xì)胞和介質(zhì)從發(fā)酵移出并對移出的細(xì)胞和介質(zhì)進(jìn)行分離以提供濃縮的細(xì)胞和滲透 物； 將乙醇從滲透物分離以提供乙醇和乙醇減少的水物流；以及 將乙醇減少的水物流供應(yīng)至發(fā)酵； 其中乙醇減少的水物流的供應(yīng)速率對細(xì)胞和介質(zhì)的移出速率之比為約0. 5?約25 ; 其中所述方法有效用于保持至少約60克八升?天）的STY。
【文檔編號(hào)】C12Q3/00GK104379755SQ201280061371
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月12日
【發(fā)明者】瑞安·塞納拉特納, 劉頌 申請人:伊內(nèi)奧斯生物股份公司