具有高co传质系数的合成气发酵方法和装置制造方法
【专利摘要】本申请提供了有效用于提高CO传质的方法和装置。所述方法包括通过位于反应器容器中液体水平面下方的气体喷布器将合成气导入到所述反应器容器中。所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约1psig的流速导入。提供约0.01至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量。所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
【专利说明】具有高CO传质系数的合成气发酵方法和装置
[0001]本申请要求2011年6月30日提交的美国临时申请号61/571，564和61/571，565以及2011年9月13日提交的61/573，845的优先权，所述临时申请以其全部内容通过参考并入本文。
【技术领域】
[0002]本申请提供了有效提高一氧化碳(CO)传质的方法和装置。更具体来说对包括合成气质量、合成气喷射、反应器压力和混合的因素进行平衡，以在合成气发酵期间提供提高的体积CO传质系数。
【背景技术】
[0003]厌氧微生物可以通过气态底物的发酵从一氧化碳(CO)生产乙醇。使用来自于梭状芽胞杆菌属(Clostridium)的厌氧微生物发酵，产生乙醇和其他有用产品。例如，美国专利号 5，173，429 描述了李氏梭菌(Clostridium I jungdahlii) ATCC N0.49587，一种从合成气体生产乙醇和乙酸盐的厌氧微生物。美国专利号5，807，722描述了使用李氏梭菌(Clostridium I jungdahlii )ATCC N0.55380将废气转变成有机酸和醇类的方法和装置。美国专利号 6，136，577 描述了使用李氏梭菌(Clostridium I jungdahlii ) ATCC N0.55988 和55989将废气转变成乙醇的方法和装置。
[0004]CO通常作为采取合成气形式的气态底物的一部分提供给发酵。将含碳材料气化以产生包括一氧化碳和氢的发生气或合成气体或合成气，在本领域中是公知的。这样的气化过程通常包括含碳材料的部分氧化或贫空气氧化，其中向气化过程供应低于化学计算量的氧以促进一氧化碳的生产，如W02009/154788中所述。
[0005]气态底物的发酵可能是挑战性的，这是因为至少一部分气态底物必须溶解在水性发酵液中，然后底物才能被微生物培养物代谢。由于在代谢能够发生之前需要将大量底物溶解在发酵液中，因此利用气态底物为发酵提供碳源和能源的发酵尤其具有挑战性。由于CO为厌氧发酵提供碳源，因此诸如CO这样在水性发酵液中具有低溶解性的底物，需要高度有效地传质到水性发酵液中。提高CO传质的尝试描述在美国专利号5，972，661和7，201,884 以及 W02011/028137 中。
[0006]发明概述
[0007]本发明提供了在合成气发酵期间有效地提高体积CO传质系数的方法和装置。一种情况下，提供了一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括通过气体喷布器或气体分配器将所述合成气导入到反应器容器中。所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方，并且所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig并且在另一种情况下至少约IOpsig的流速导入。所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔t匕。以约0.01至约12千瓦/m3培养基的量向所述反应器容器提供搅拌能量。所述方法有效地提供至少约IOg乙醇/ (L.日)的STY和约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
[0008]在另一种情况下，提供了一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括通过气体喷布器将所述合成气导入到反应器容器中。所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方，并且所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig并且在另一种情况下至少约IOpsig的流速导入。所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比，并且在另一种情况下，所述合成气具有至少约20摩尔％的CO含量。将所述合成气与位于所述气体喷布器上方的至少一个气体分散叶轮相接触，并使用位于所述气体分散叶轮上方的至少一个混合叶轮将所述合成气与产乙酸细菌混合。所述气体分散叶轮和混合叶轮通过传动轴可操作连接到搅拌机。所述搅拌机提供约0.3至约12千瓦/m3、在另一种情况下约0.7至约12千瓦/m3、并且在另一种情况下约0.9至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入。所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
[0009]在一种情况下，所述气体喷布器包括直径为IOmm或更小的孔，并且在另一种情况下，所述孔具有2.5_或更小的直径。合成气也可以有效地提供所述孔出口处25m/sec或更高的气体速度和/或跨所述喷布器孔的约0.5至约2.5psi的压力降的流速导入。
[0010]在另一种情况下，提供了一种用于提高体积CO传质系数的方法。所述方法包括通过气体喷布器将所述合成气导入到反应器容器中。所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方，并且所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig并且在另一种情况下至少约IOpsig的流速导入。所述合成气具有至少约0.75的CO/CO2摩尔比，并且在另一种情况下，所述合成气具有至少约20摩尔％的CO含量。将所述合成气与至少一个气体分散叶轮和一个混合叶轮相接触。所述气体分散叶轮和混合叶轮通常通过传动轴可操作连接到搅拌机。所述搅拌机提供约0.3至约12千瓦/m3、在另一种情况下约0.7至约12千瓦/m3、并且在另一种情况下约0.9至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入。所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
[0011]提供了一种生物反应器，其包括限定了反应器容器的外壳，所述反应器容器有效地维持至少约Ipsig并且在另一种情况下至少约IOpsig的压力。将搅拌机至少部分配置在所述反应器容器中并至少部分在所述反应器容器中的液体水平面下方。所述搅拌机可操作连接到传动轴，所述搅拌机有效地提供约0.3至约12千瓦/m3、在另一种情况下约0.7至约12千瓦/m3、并且在另一种情况下约0.9至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入。将至少一个混合叶轮可操作连接到所述传动轴并配置在所述培养基的液体水平面下方，并将至少一个气体分散叶轮可操作连接到所述传动轴并配置在所述混合叶轮下方。将气体喷布器配置在所述气体分散叶轮下方，所述气体喷布器包括直径约10_或更小的孔，其有效地在所述孔的出口处提供约25m/sec或更高的气体速度。所述生物反应器还可以包括配置在所述反应器容器下端处的进料室。
[0012]在另一种情况下，提供了一种生物反应器，其包括限定了反应器容器的外壳，所述反应器容器有效地维持至少约Ipsig并且在另一种情况下至少约IOpsig的压力。将搅拌机至少部分配置在所述反应器容器中并至少部分在所述反应器容器中的液体水平面下方。所述搅拌机可操作连接到传动轴，所述搅拌机有效地提供约0.3至约12千瓦/m3、在另一种情况下约0.7至约12千瓦/m3、并且在另一种情况下约0.9至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入。将至少一个混合叶轮可操作连接到所述传动轴并配置在所述培养基的液体水平面下方，并将至少一个气体分散叶轮可操作连接到所述传动轴并配置在所述混合叶轮下方。将气体喷布器配置在所述气体分散叶轮下方，所述气体喷布器包括直径约IOmm或更小的孔，其有效地在所述孔的出口处提供约25m/sec或更高的气体速度。所述生物反应器还包括配置在所述反应器容器下端处的进料室，所述进料室包括进料室喷布器和进料室混合器。
[0013]在另一种情况下，提供了一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括将产乙酸细菌接种到包含在反应器容器的进料室部分中的培养基中，所述培养基填充所述进料室的总体积的至少约75%。将所述产乙酸细菌与合成气接触有效地提供至少约5克/升的细胞密度的时间。向所述反应器容器加入培养基以在所述反应器容器中提供液体水平面。通过气体喷布器将合成气导入到所述反应器容器中。所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方。合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig并且在另一种情况下约IOpsig的流速导入。所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比，并将其与位于所述气体喷布器上方的至少一个气体分散叶轮相接触。使用位于所述气体分散叶轮上方的至少一个混合叶轮将合成气和产乙酸细菌混合。所述气体分散叶轮和混合叶轮通常通过传动轴可操作连接到搅拌机。所述搅拌能量输入为约0.3至约12千瓦/m3培养基。所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
[0014]在另一种情况下，提供了一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括将产乙酸细菌接种到包含在反应器容器的进料室部分中的培养基中，所述培养基有效地填充所述进料室的总体积的至少约75%。将所述产乙酸细菌与合成气接触有效地提供至少约3克/升的细胞密度的时间。向所述反应器容器加入培养基并将细胞密度维持在约3克/升。加入培养基直至获得所述反应器容器中的液体水平面。通过气体喷布器将合成气导入到所述反应器容器中。所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方。合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig并且在另一种情况下约IOpsig的流速导入。所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比，并将其与位于所述气体喷布器上方的至少一个气体分散叶轮相接触。使用位于所述气体分散叶轮上方的至少一个混合叶轮将合成气和产乙酸细菌混合。所述气体分散叶轮和混合叶轮通过传动轴可操作连接到搅拌机，所述搅拌机提供约0.3至约12千瓦/m3培养基的能量输入。所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
[0015]附图简述
[0016]从下面的图中，所述方法的几种情况的上述和其他方面、特点和优点将更加明显。
[0017]图1是生物反应器的透视图。
[0018]图2A和2B示出了气体入口 /喷布器的底视图。
[0019]图3是气体喷布器的横截面视图。
[0020]图4A和4B是反应器容器的顶部横截面视图，其示出了不同的叶轮组件。
[0021]图5示出了生物反应器进料室的可选替构造。
[0022]在整个附图的几张视图中，相应的参考符号指示相应的组件。专业技术人员将会认识到，图中的元件被简单明了地图示，并且不一定是按比例绘制的。例如，图中某些元件的尺寸相对于其他元件可能被夸大，以帮助增强对本发明方法和装置的各种不同方面的理解。此外，在商业上可行的情况下有用或必需的共同但公知的元件没有被示出，以便于更少阻碍地示出这些各种不同方面。
[0023]详细描述[0024]下面的描述不应以限制的意义看待，而仅仅是出于描述示例性实施方式的一般性原理的目的做出。本发明的范围应该参考权利要求书来确定。
[0025] 通过改进条件以提高体积CO传质系数，来改善合成气发酵效率。所提供的方法和装置有效地提供约100至约1500/小时，在另一种情况下约200至约1100/小时，在另一种情况下约200至约900/小时，在另一种情况下约300至约800/小时，在另一种情况下约400至约700/小时，并且在另一种情况下约500至约600/小时的体积CO传质系数。影响CO传质系数的变量包括合成气喷射、反应器容器压力、合成气质量以及气体分散和混合。
[0026]本文提供的方法有效地提供高水平的生产率。就此而言，所述方法有效地提供至少约IOg乙醇/ (L.日)的STY (空时收率)。可能的STY值包括约IOg乙醇/ (L.日)至约200g乙醇/ (L.日)，在另一种情况下约IOg乙醇/ (L.日)至约160g乙醇/ (L.日)，在另一种情况下约IOg乙醇/ (L.日)至约120g乙醇/ (L.日),在另一种情况下约IOg乙醇/ (L.日)至约80g乙醇/ (L.日)，在另一种情况下约20g乙醇/ (L.日)至约140g乙醇/ (L.日)，在另一种情况下约20g乙醇/ (L.日)至约100g乙醇/ (L.日)，在另一种情况下约40g乙醇/ (L.日)至约140g乙醇/ (L.日)，并且在另一种情况下约40g乙醇/ (L.日)至约100g乙醇/ (L.日)。
[0027]
[0028]除非另有定义，否则在整个本公开的说明书中使用的下列术语如下所定义，并且可以包括下面所确定的定义的单数或复数形式:
[0029]修饰任何量的术语“约”是指在真实世界条件中，例如在实验室、中试厂或生产厂中所遇到的量的变差。例如，在混合物或数量中使用的成分或测量值的量，当用“约”修饰时，包括在生产厂或实验室中的实验条件下，在测量中通常使用的变差和照管程度。例如，产物组分的量当用“约”修饰时，包括在工厂或实验室的多批实验中不同批次之间的变差，以及分析方法所固有的变差。不论是否用“约”修饰，量包括所述量的等同物。本文中陈述并用“约”修饰的任何数量，也可以作为没有用“约”修饰的量使用在本公开中。
[0030]当在本文中使用时，“含碳材料”是指富含碳的材料例如煤和石化产品。然而，在本说明书中，含碳材料包括无论采取固态、液态、气态还是等离子态的任何碳材料。在可以被当作含碳材料的大量物品中，本公开设想了:含碳材料，含碳液体产物，含碳工业液体回收利用物，含碳市政固体废物(MSW或msw)，含碳城市废物，含碳农业材料，含碳林业材料，含碳木材废物，含碳建筑材料，含碳植物材料，含碳工业废物，含碳发酵废物，含碳石化联产物，含碳醇类生产联产物，半无烟煤(carbonaceous coal),轮胎,塑料,废塑料,焦炉焦油，软纤维(fibersoft),木质素，黑液,聚合物，废聚合物，聚对苯二甲酸乙二酯(PETA),聚苯乙烯(PS)，污水污泥，动物废物，作物残留物，能源作物，林业加工残留物，木材加工残留物，家畜粪便，家禽粪便，食品加工残留物，发酵过程废物，乙醇联产物，酒糟，废微生物或其组合。
[0031]术语“软纤维”(fibersoft或 Fibersoft 或 fibrosoft 或 fibrousoft)是指作为各种物质的软化和浓缩的结果而产生的一种类型的含碳材料；在一个实例中，含碳材料通过各种物质的蒸气压热处理来生产。在另一个实例中，软纤维可以包括市政、工业、商业和医疗废物的蒸气压热处理产生的纤维状糊状材料。
[0032]术语“市政固体废物”或“MSW”或“msw”是指可以包括家庭、商业、工业和/或残余废物的废物。
[0033]术语“合成气”或“合成气体”是指用于称呼含有不同量一氧化碳和氢的气体混合物的合成气体。生产方法的实例包括天然气或烃类的水蒸气重整以产生氢，煤的气化以及在某些类型的废物产能气化设施中。该名称来自于它们在产生合成天然气(SNG)中作为中间体和用于生产氨或甲醇。合成气的用途包括在通过Fischer-Tropsch合成生产用作燃料或润滑剂的合成石油以及以前的Mobil甲醇制汽油过程中作为中间体。合成气主要由氢、一氧化碳和一些二氧化碳构成，并具有不到一半的天然气的能量密度(即BTU含量)。合成气是可燃烧的，并且通常被用作燃料源或作为中间体用于其他化学品的生产。
[0034]术语“发酵”、“发酵过程”或“发酵反应”等打算涵盖所述过程的生长阶段和产物生物合成阶段两者。在一种情况下，发酵是指将CO转变成醇类。
[0035]当在本文中使用时，“传质”是指原子或分子、尤其是底物原子或分子从气相向水性溶液中的转移。传质系数可以按照Younesi等(Iranian Journal of Biotechnology, V
ol.4，N0.1, January2006)中描述的方程来计算，所述文献通过参考并入本文。下面的方程表示CO生物转化(Xaj)和体积传质系数:
[0036]
【权利要求】
1.一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括: 通过气体喷布器将所述合成气导入到反应器容器中，所述气体喷布器位于所述反应器容器中液体水平面下方，所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig的流速导入，其中所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比；以及 向所述反应器容器提供约0.01至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入， 其中所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
2.权利要求1的方法,其中所述反应器容器中的搅拌由机械搅拌器、气体注入、液体注入和液体再循环(泵循环)中的一种或多种来提供。
3.权利要求1的方法，其中所述气体喷布器包括直径为IOmm或更小的孔。
4.权利要求3的方法，其中所述气体喷布器包括直径为2.5mm或更小的孔。
5.权利要求3的方法，其中所述合成气在所述孔的出口处以25m/sec或更高的气体速度导入到所述反应器容器中。
6.权利要求1的方法，其中所述合成气跨所述喷布器的压力降为约0.5至约2.5psi。
7.权利要求1的方法，其中所述搅拌能量为约0.9至约12千瓦/m3。
8.权利要求1的方法，其中合成气以有效地将所述反应器容器内的压力维持到至少约IOpsig的流速导入。
9.权利要求1的方法，其中所述方法有效地提供约200至约1100/小时的体积CO传质系数。
10.权利要求1的方法，其中所述反应器容器包括CO浓度梯度，其中靠近所述气体喷布器的CO浓度高于所述反应器容器的更高水平面处的CO浓度。
11.权利要求1的方法，其中所述反应器底部处的CO浓度与所述反应器上部处的CO浓度之比，为约100:1至约10:1。
12.一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括: 通过气体喷布器将所述合成气导入到反应器容器中，所述气体喷布器位于所述反应器容器中液体水平面下方，所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig的流速导入，其中所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比；以及 向所述反应器容器提供约0.01至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入， 其中所述方法有效地提供至少约IOg乙醇/ (L.日)的STY。
13.权利要求12的方法，其中所述气体喷布器包括直径为IOmm或更小的孔。
14.权利要求13的方法，其中所述气体喷布器包括直径为2.5mm或更小的孔。
15.权利要求13的方法，其中所述合成气在所述孔的出口处以25m/sec或更高的气体速度导入到所述反应器容器中。
16.权利要求12的方法，其中所述合成气跨所述喷布器的压力降为约0.5至约2.5psi。
17.权利要求12的方法，其中所述搅拌能量为约0.9至约12千瓦/m3。
18.权利要求12的方法，其中合成气以有效地将所述反应器容器内的压力维持到至少约IOpsig的流速导入。
19.一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括: 通过气体喷布器将所述合成气导入到反应器容器中，所述气体喷布器位于所述反应器容器中液体水平面下方，所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig的流速导入，其中所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比； 将所述合成气与位于所述气体喷布器上方的至少一个气体分散叶轮相接触；以及 使用位于所述上方的至少一个混合叶轮将所述合成气与产乙酸细菌混合， 其中所述气体分散叶轮和混合叶轮通过传动轴与搅拌机可操作连接，所述搅拌机提供约0.3至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入， 其中所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
20.权利要求19的方法，其中所述气体喷布器包括直径为IOmm或更小的孔。
21.权利要求20的方法，其中所述气体喷布器包括直径为2.5mm或更小的孔。
22.权利要求19的方法，其中所述合成气在所述孔的出口处以25m/sec或更高的气体速度导入到所述反应器容器中。
23.权利要求19的方法，其中所述合成气跨所述喷布器的压力降为约0.5至约2.5psi。
24.权利要求19的方法，其中所述搅拌能量为约0.9至约12千瓦/m3。
25.权利要求19的方法，其中合成气以有效地将所述反应器容器内的压力维持到至少约IOpsig的流速导入。
26.权利要求19的方法，其中所述方法有效地提供约200至约1100/小时的体积CO传质系数。
27.权利要求19的方法，其中所述方法有效地提供至少约2克/升的细胞密度。
28.权利要求19的方法，其中所述方法有效地提供约10至约400小时的液体停留时间。
29.权利要求19的方法，其中所述方法有效地提供约2至约15分钟的气体停留时间。
30.权利要求19的方法，其中所述合成气具有至少约20摩尔％的CO含量。
31.权利要求19的方法,其中所述合成气包括低于约IOppm的氧合或非氧合芳香族化合物。
32.权利要求19的方法，其中所述产乙酸细菌选自凯伍产乙酸菌(Acetogeniumkivui )、潮湿厌氧醋菌(Acetoanaerobium noterae)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacteriumwoodii)、Alkalibaculum bacchi CPll (ATCC BAA-1772)、Blautia producta、甲基营养丁酸杆菌(Butyribacterium methylotrophicum)、Caldanaerobacter subterraneous、Caldanaerobacter subterraneous pacificus、 Carboxydothermus hydrogenoformans、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum) P262 (德国 DSMZ 保藏号 DSM19630)、Clostridiumautoethanogenum (德国 DSMZ 保藏号 DSM19630)、Clostridium autoethanogenum (德国DSMZ 保藏号 DSM10061)、Clostridium autoethanogenum (德国 DSMZ 保藏号 DSM23693)、Clostridium autoethanogenum(德国 DSMZ 保藏号 DSM24138)、食氧化碳梭菌(Clostridiumcarboxidivorans) P7 (ATCC PTA-7827)、Clostridium coskatii (ATCC PTA-10522)、Clostridium drake1、李氏梭菌(Clostridium Ijungdahlii)PETC (ATCC49587)、李氏梭菌(Clostridium I jungdahlii ) ERI2 (ATCC55380)、李氏梭菌(Clostridium I jungdahlii )C-Ol (ATCC55988)、李氏梭菌(Clostridium I jungdahlii )0-52 (ATCC55889),Clostridiummagnum、巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)(德国 DSMZ 保藏号 DSM525)、Clostridiumragsdali Pll (ATCC BAA-622)、Clostridium scatologenes、嗜热乙酸梭菌(Clostridiumthermoaceticum)、Clostridium ultunense、库氏脱硫肠状菌(Desulfotomaculumkuznetsovii)、粘液真杆菌(Eubacterium limosum)、Geobacter sulfurreducens、Methanosarcina acetivorans、巴氏甲烧八叠球菌(Methanosarcina barkeri )、热醋穆尔氏菌(Morrella thermoacetica)、Morrella thermoautotrophica、Oxobacter pfennigi1、产生消化链球菌(Peptostreptococcus productus)、产生瘤胃球菌(Ruminococcusproductus)、Thermoanaerobacter kivui 及其混合物。
33.一种用于提高体积CO传质系数的方法，所述方法包括: 以有效地将含有液体的反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig的流速，将合成气导入到所述反应器容器中，所述合成气通过气体喷布器导入，所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方，其中所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比；以及 将所述合成气与至少一个气体分散叶轮和至少一个混合叶轮相接触，其中所述气体分散叶轮和混合叶轮可操作连接到搅拌机，所述搅拌机提供约0.3至约12千瓦/m3培养基的搅拌能量输入， 其中所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
34.权利要求33的方法，其中所述气体喷布器包括直径为IOmm或更小的孔。
35.权利要求33的方法，其中所述气体喷布器包括直径为2.5mm或更小的孔。
36.权利要求33的方法，其中所述合成气以25m/sec或更高的气体速度导入到所述反应器容器中。
37.权利要求34的方法，其中所述合成气跨所述喷布器的压力降为约0.5至约2.5psi ο
38.权利要求33的方法，其中所述搅拌机提供约0.9至约12千瓦/m3的搅拌能量输入。
39.权利要求33的方法，其中合成气以有效地将所述反应器容器内的压力维持到至少约IOpsig的流速导入。
40.权利要求33的方法，其中所述方法有效地提供约200至约1100/小时的体积CO传质系数。
41.权利要求33的方法，其中所述方法有效地提供约10至约400小时的液体停留时间。
42.权利要求33的方法，其中所述方法有效地提供约2至约15分钟的气体停留时间。
43.权利要求33的方法，其中所述合成气具有至少约20摩尔％的CO含量。
44.权利要求33的方法,其中所述合成气包括低于约IOppm的氧合或非氧合芳香族化合物。
45.一种生物反应器，其包含: 外壳，其限定了反应器容器，所述反应器容器有效地维持至少约Ipsig的压力； 搅拌机，其至少部分配置在所述反应器容器中，并且至少部分低于所述反应器容器中的液体水平面，所述搅拌机可操作连接到传动轴，所述搅拌机有效地提供约0.3至约12千瓦/m3的能量输入； 至少一个混合叶轮，其可操作连接到所述传动轴并配置在所述培养基的液体水平面下方； 至少一个气体分散叶轮，其可操作连接到所述传动轴并配置在所述混合叶轮下方；以及 气体喷布器，其配置在所述气体分散叶轮下方，所述气体喷布器包括直径约10_或更小的孔，并且有效地在所述孔的出口处提供约25m/sec或更高的气体速度。
46.权利要求45的生物反应器，其中所述反应器容器有效地维持至少约IOpsig的压力。
47.权利要求45的生物反应器，其中所述气体喷布器具有环形形状。
48.权利要求45的生物反应器，其中气体喷布器包括直径约2.5_或更小的孔。
49.权利要求45的生物反应器，其中所述孔位于所述气体喷布器的下部。
50.权利要求45的生物反应器，其还包含配置在所述反应器容器中的培养基，其中所述培养基配置在所述反应器容器中的液体水平面处，其有效地提供所述反应器容器的约I至约75%总体积的顶部空间。
51.权利要求 45的生物反应器，其还包含配置在所述反应器容器下端处的进料室。
52.权利要求45的生物反应器，其还包含至少约4个等间距的培养基添加端口。
53.权利要求45的生物反应器，其中所述气体分散叶轮选自拉什顿叶轮、凹面叶轮及其组合。
54.权利要求45的生物反应器，其中至少一个所述混合叶轮是船用叶轮。
55.—种生物反应器，其包含: 外壳，其限定了反应器容器； 搅拌机，其可操作连接到传动轴； 至少一个混合叶轮，其可操作连接到所述传动轴； 至少一个气体分散叶轮，其可操作连接到所述传动轴并配置在所述混合叶轮下方；气体喷布器，其配置在所述气体分散叶轮下方，所述气体喷布器包括直径约10_或更小的孔；以及 进料室，其配置在所述反应器容器的下端处，所述进料室包括进料室喷布器和进料室混合器。
56.一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括: 将产乙酸细菌接种到包含在反应器容器的进料室部分中的培养基中，所述培养基有效地填充所述进料室的总体积的至少约75% ； 将所述产乙酸细菌与合成气接触有效地提供至少约5克/升的细胞密度的时间； 向所述反应器容器加入培养基，以在所述反应器容器中提供液体水平面； 通过气体喷布器将合成气导入到所述反应器容器中，所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方，所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig的流速导入，其中所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比； 将所述合成气与位于所述气体喷布器上方的至少一个气体分散叶轮相接触；以及 使用位于所述气体分散叶轮上方的至少一个混合叶轮将所述合成气与产乙酸细菌混I=I， 其中所述气体分散叶轮和混合叶轮通过传动轴可操作连接到搅拌机，所述搅拌机提供约0.3至约12千瓦/m3的能量输入， 其中所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
57.权利要求56的方法，其中在向所述反应器容器加入所述培养基以在所述反应器容器中提供液体水平面后，通过所述进料室部分底部处的培养基出口抽出少于2%的气体。
58.一种用于合成气发酵的方法，所述方法包括: 将产乙酸细菌接种到包含在反应器容器的进料室部分中的培养基中，所述培养基有效地填充所述进料室的总体积的至少约75% ； 将所述产乙酸细菌与合成气接触有效地提供至少约3克/升的细胞密度的时间； 向所 述反应器容器加入培养基并维持至少约3克/升的细胞密度，直至在所述反应器容器中达到液体水平面； 通过气体喷布器将合成气导入到所述反应器容器中，所述气体喷布器位于所述反应器容器中的液体水平面下方，所述合成气以有效地将所述反应器容器内部的压力维持到至少约Ipsig的流速导入，其中所述合成气具有至少约0.75的C0/C02摩尔比； 将所述合成气与位于所述气体喷布器上方的至少一个气体分散叶轮相接触；以及 使用位于所述气体分散叶轮上方的至少一个混合叶轮将所述合成气与产乙酸细菌混I=I， 其中所述气体分散叶轮和混合叶轮通过传动轴可操作连接到搅拌机，所述搅拌机提供约0.3至约12千瓦/m3的能量输入， 其中所述方法有效地提供约100至约1500/小时的体积CO传质系数。
59.权利要求58的方法，其中在向所述反应器容器加入所述培养基以在所述反应器容器中提供液体水平面后，通过所述进料室部分底部处的培养基出口抽出少于2%的气体。
【文档编号】C12M1/06GK103930538SQ201280032688
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】彼得·辛普森·贝尔, 青-焕·辜 申请人:伊内奥斯生物股份公司