化碳嗜热菌(Carboxydothermus hygrogenaformans)产生氢 气的情况下的pH 7。本领域技术人员将知晓用于将生物反应器维持在所需的pH值的合适的 手段。然而，举例来说，可以使用碱水溶液(如NaOH)和酸水溶液(如H 2S04)来升高和降低发酵 培养基的pH值并且维持所期望的pH值。
[0175] 本发明的另外的益处在于由于在将废气用于发酵反应中之前不对它们进行或仅 对它们进行最少的洗涤和/或其它处理过程，因此所述气体将含有由工业过程产生的另外 的材料，所述另外的材料可以至少部分地用作发酵反应的原料。
[0176] 物流的共混
[0177] 如先前所指出，可能期望将工业废物流与一个或多个另外的物流共混以提高发酵 反应的效率、醇的产生和/或总碳捕获。不希望受理论所束缚，在本发明的一些实施方案中， 一氧化碳营养型细菌根据以下使C0转化成乙醇：
[0178] 6CO+12H2+3H2〇^C2H5〇H+4C〇2
[0179] 然而，在H2存在下，总体转化如下：
[0180] 6C0+12H2+3H20-3C2H5〇H
[0181] 因此，在工业物流具有高C0含量，但是包括很少的出或不包括出的情况下，可能期 望将包含出的一个或多个物流与包含C0的废物流共混，之后将共混的基质流提供到发酵罐 中。发酵的总效率、醇生产率和/或总碳捕获将取决于共混的物流中⑶和出的化学计量。然 而，在具体实施方案中，共混的物流可以基本上以如下摩尔比包含C0和H 2:20:1、10:1、5:1、 3:1、2:1、1:1或1:2〇
[0182] 此外，可能期望在发酵的不同阶段以特定的比率提供⑶和H2。举例来说，可以在启 动和/或快速微生物生长阶段期间向发酵阶段提供具有相对高的出含量(如1:2的C0:H 2)的 基质流。然而，当生长阶段减慢以使得培养物维持在基本上稳定的微生物密度时，可以提高 C0的含量(如至少1:1或2:1或更高，其中H2浓度可以大于或等于零）。
[0183] 物流的共混还可以具有另外的优势，特别是在其中包含C0的废物流在性质上是间 歇性的情况下。举例来说，可以将间歇性的包含C0的废物流与包含C0和任选的出的基本上 连续的物流共混并且向发酵罐提供。在本发明的具体实施方案中，基本上连续的物流的组 成和流速可以根据间歇性物流而变化以维持向发酵罐提供具有基本上连续的组成和流速 的基质流。
[0184] 将两个或更多个物流共混以实现理想的组成可以包括改变所有物流的流速，或可 以将所述物流中的一个或多个维持恒定，而使其它一个或多个物流改变以将基质流'调整' 或优化成所期望的组成。对于被连续处理的物流，可能需要很少的或不需要另外的处理(如 缓冲)并且可以将所述物流直接提供到发酵罐中。然而，在一个或多个物流是可间歇地获得 的和/或物流是可连续获得的，但是以可变的速率被使用和/或产生的情况下，可能需要为 所述物流提供缓冲储存器。
[0185] 本领域技术人员将了解的是，将需要在共混之前监测物流的组成和流速。可以通 过改变组成物流的比例以实现目标或理想的组成来实现对共混物流的组成的控制。举例来 说，基载气流可以主要是C0,并且可以将包含高浓度出的第二气流共混以实现指定的H 2:C0 比率。可以通过本领域已知的任何手段来监测共混物流的组成和流速。可以独立于共混操 作对共混物流的流速进行控制;然而，单个组成物流可以被抽出的速率必须被控制在限度 以内。举例来说，从缓冲储存器连续地被抽出的间歇地产生的物流必须以一定的速率被抽 出以使得缓冲储存器容量既没有被耗尽也没有被填充到最大限度。
[0186] 在即将共混时，单个组成气体将进入混合室中，所述混合室通常将是小容器或管 道的区段。在这些情况下，所述容器或管道可以设置有静态混合设备，如导流板，所述静态 混合设备被布置成促进单个组分的湍流和快速均质化。
[0187] 如果需要的话，还可以提供共混物流的缓冲储存器，以维持向生物反应器提供基 本上连续的基质流。
[0188] 可以任选地将被适配成监测组成物流的组成和流速并且以适当的比例控制物流 的共混以实现所需的或理想的共混物的处理器并入到系统中。举例来说，可以按需方式或 按现有(as available)方式提供特定的组分以优化醇产生和/或总碳捕获的效率。
[0189] 始终以特定的比率提供⑶和出可能是不可能的或可能没有成本效益。因而，被适 配成如上文所述将两个或更多个物流共混的系统可以被适配成使用可用资源优化所述比 率。举例来说，在其中可获得不足的出供应的情况下，所述系统可以包括使过量的C0转向离 开所述系统以提供优化的物流并且实现醇产生和/或总碳捕获的效率提高的装置。在本发 明的某些实施方案中，所述系统被适配成连续地监测至少两个物流的流速和组成并且将它 们组合以产生具有最优组成的单个共混基质流，以及用于将优化的基质流通到发酵罐中的 装置。在使用一氧化碳营养型微生物产生醇的具体实施方案中，基质流的最佳组成包含至 少0 %的H2和最多约1:2的CO: H2。
[0190] 通过非限制性实例的方式，本发明的具体实施方案涉及利用来自钢脱碳的转炉气 作为C0的来源。通常，这些物流含有很少的出或不含H 2,因此可能期望将所述包含C0的物流 与包含H2的物流组合以实现更理想的C0:H2比率。在钢厂的焦炉中常常大量产生H 2。因此，可 以将包含H2的来自焦炉的废物流与包含CO的转炉废物流共混以实现理想的组成。
[0191] 除此之外或作为另外一种选择，可以提供气化器以由多种来源产生⑶和H2。可以 将由气化器产生的物流与包含C0的物流共混以实现理想的组成。本领域技术人员将了解的 是，可以控制气化器条件以实现特定的co:H 2比率。此外，可以使气化器向上和向下升降温 以提高和降低由气化器产生的包含〇)和出的物流的流速。因此，可以将来自气化器的物流 与包含C0的基质流共混以优化C0:H 2的比率而提高醇生产率和/或总碳捕获。此外，可以使 气化器向上和向下升降温以提供具有不同流量和/或组成的物流，所述物流可以与包含C0 的间歇性物流共混以实现具有理想组成的基本上连续的物流。
[0192] 可以与包含⑶的基质流共混的⑶和/或H2的其它来源包括诸如天然气和/或甲烷 的烃的重整以及甲醇的重整。
[0193] 上文描述了本发明的实施方案。然而，应当了解的是，在一个实施方案中所需的特 定的步骤或阶段在另一个实施方案中可能不是必需的。反之，在对一个具体的实施方案的 说明中所包括的步骤或阶段可以任选地被有利地用于其中没有具体提到它们的实施方案 中。
[0194] 虽然参考可以通过任何已知的转送装置移动穿过或围绕一个或多个系统的任何 类型的物流宽泛地描述了本发明，但是在某些实施方案中，所述基质和/或排出流是气体。 本领域技术人员将了解的是，具体的阶段可以通过合适的管道装置等联接，所述管道装置 等可配置成在整个系统中接收物流或使物流通过。可以提供栗或压缩机以有助于向特定的 阶段输送物流。此外，可以使用压缩机来提高向一个或多个阶段，例如生物反应器中提供的 气体的压力。如上文所论述，生物反应器内气体的压力可以影响在其中进行的发酵反应的 效率。因此，可以调节压力以提高发酵的效率。用于常见反应的合适的压力是本领域已知 的。
[0195] 此外，本发明的系统或方法可以任选地包括用于调节和/或控制其它参数以提高 所述工艺的总效率的装置。可以将一个或多个处理器并入到系统中以调节和/或控制所述 工艺的具体参数。举例来说，具体的实施方案可以包括监测一个或多个基质流和/或排出流 的组成的测定装置。此外，具体的实施方案可以包括用于控制在测定装置确定一个或多个 基质流具有适用于特定阶段的组成的情况下向特定的系统内特定的阶段或元件中所述物 流的输送的装置。举例来说，在其中气体基质流含有可能不利于发酵反应的低水平的C0或 高水平的〇 2的情况下，可以使所述基质流转向离开生物反应器。在本发明的具体实施方案 中，所述系统包括用于监测和控制基质流的目的地和/或流速，以使得具有所期望的或合适 的组成的物流可以被输送到特定阶段的装置。
[0196] 此外，可能需要在所述工艺中的一个或多个阶段之前或期间加热或冷却特定的系 统部件或一个或多个基质流。在这些情况下，可以使用已知的加热装置或冷却装置。举例来 说，可以使用热交换器来加热或冷却基质流。
[0197] 此外，所述系统可以包括一个或多个预处理/后处理步骤以改进特定阶段的操作 或效率。举例来说，预处理步骤可以包括用于从气体基质流中去除颗粒物质和/或长链烃或 焦油的装置。可以进行的其它预操作或后操作包括从特定阶段，例如像生物反应器产生阶 段分离一种或多种所期望的产物(例如通过蒸馏取出乙醇）。
[0198] 已经在本文中参考某些优选的实施方案对本发明进行描述以使得读者能够实施 本发明而无需过多的实验。本领域技术人员将了解的是，可以除具体描述的那些以外的很 多的变化方案和改动方案来实施本发明。应当了解的是，本发明包括所有这些变化方案和 改动方案。此外，提供题目、标题等以有助于读者对这份文件的理解，并且不应当被视作限 制本发明的范围。在本文所引用的所有申请、专利以及出版物的全部公开内容以引用方式 并入本文。
[0199] 更具体地说，如将由本领域技术人员所了解，本发明的实施方案的实施方式可以 包括一种或多种另外的要素。只有那些为在本发明的各个方面中了解本发明所必需的要素 可能已经示于具体的实施例或说明中。然而，本发明的范围不限于所述的实施方案并且包 括了包括一个或多个另外的步骤和/或一个或多个代替的步骤的系统和/或方法和/或省去 了一个或多个步骤的系统和/或方法。
[0200] 在本说明书中对任何现有技术的提及不是并且不应当被视作承认或以任何形式 表明该现有技术构成了任何国家在此项研究的领域中的公知常识的一部分。
[0201] 在整个本说明书以及所附的任一项权利要求中，除非上下文另有要求，否则词语 "包含(compri se)"、"包含(compri s ing)"等将被解释成具有包括性的含义而不是排他性的 含义，也就是说具有"包括但不限于"的含义。
【主权项】
1. 一种利用中央排出管线对多个生物反应器进行接种的方法，所述方法包括： a. 将气体基质供应到包含液体营养培养基的第一一级生物反应器中； b. 用一种或多种微生物对所述第一一级生物反应器进行接种； c. 使所述气体基质发酵以产生包含一种或多种微生物和一种或多种产物的发酵液； d. 经由中央排出管线将所述发酵液的至少一部分从所述第一一级生物反应器中通出 以对至少一个其它一级生物反应器进行接种； e. 在主要促进微生物生长的条件下操作所述至少一个其它一级生物反应器；以及 f. 经由所述中央排出管线将所述发酵液的至少一部分从至少一个一级生物反应器中 通出以对至少一个二级生物反应器进行接种，在主要产生产物的条件下操作所述二级生物 反应器。2. -种用于跨越多个生物反应器维持气体基质的稳定发酵的方法，所述方法包括： a. 将气体基质供应到包含含有一种或多种微生物的液体营养培养基的两个或更多个 一级生物反应器中； b. 在所述两个或更多个一级生物反应器中使所述气体基质发酵以产生包含一种或多 种微生物和一种或多种产物的发酵液； c. 经由中央排出管线将所述发酵液的至少一部分从一个一级生物反应器通到一个或 多个二级生物反应器中；以及 d. 确定（c)的所述一级生物反应器中的一个或多个是否是可操作的，其中如果所述一 级生物反应器中的一个或多个是不可操作的，那么经由所述中央排出管线将来自一个或多 个可操作的一级生物反应器的发酵液的至少一部分提供到(C)的所述一个或多个二级生物 反应器中。3. 如权利要求2所述的方法，其中在主要促进微生物生长的条件下操作所述一级生物 反应器，并且在主要产生一种或多种产物的条件下操作所述二级生物反应器。4. 如权利要求1所述的方法，其中利用(a)的所述一级生物反应器基本上同时对多于一 个其它一级生物反应器或二级生物反应器进行接种。5. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将发酵液的至少一部分从多于一个一级 生物反应器中同时通出以对一个或多个二级生物反应器进行接种。6. 如权利要求1所述的方法，其中在将发酵液的至少一部分通出以对一个或多个一级 生物反应器或一个或多个二级生物反应器进行接种之前，使一个或多个一级生物反应器中 所述发酵液的体积显著增加。7. 如权利要求2所述的方法，所述方法还包括确定向所述一级生物反应器或所述二级 生物反应器中的所述气体基质的供应是否是有限的，其中如果所述气体基质的供应是有限 的，那么暂时关闭至少一个一级生物反应器或二级生物反应器直到恢复所述气体基质的充 足供应为止。8. 如权利要求2所述的方法，所述方法还包括当至少一个一级生物反应器或至少一个 二级生物反应器变得不可操作时，使一个或多个可操作的一级生物反应器或一个或多个可 操作的二级生物反应器中所述发酵液的体积显著增加，并且使所述气体基质从所述不可操 作的生物反应器中转向到所述可操作的生物反应器中，从而维持稳定的产物形成。9. 如权利要求2所述的方法，其中经由所述中央排出管线，通过一个或多个可操作的一 级生物反应器对(d)的所述不可操作的一级生物反应器进行重新接种。10. 如权利要求1所述的方法，其中经由所述中央排出管线使所有的生物反应器按包括 一级生物反应器和二级生物反应器的单独序列运行。11. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述产物选自由乙醇、2,3_丁二醇以及乙酸盐组 成的组。12. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述微生物是选自由以下各项组成的组的一氧 化碳营养型细菌:梭菌属(Clostridium)、穆尔氏菌属(Moorella)、醋菌属(Oxobacter)、消 化链球菌属（Peptostreptococcus)、醋酸杆菌属（Acetobacterium)、真杆菌属 (Eubacterium)以及丁酸杆菌属（Butyribacterium) 〇13. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述气体基质选自由CO、C02、出或其混合物组成 的组。14. 一种用于连续发酵的生物反应器系统，所述系统包括： a. 两个或更多个一级生物反应器，所述一级生物反应器被适配用于通过一种或多种微 生物使气体基质发酵以产生发酵液； b. -个或多个二级生物反应器，所述二级生物反应器被适配用于通过一种或多种微生 物使气体基质发酵以产生一种或多种产物；以及 c. 中央排出管线， 其中所述系统的一级生物反应器中的至少两个能够经由所述中央排出管线彼此处于 流体连通并且与至少一个二级生物反应器处于流体连通。15. 如权利要求14所述的系统，其中所述一级生物反应器被配置成在促进微生物生长 的条件下被操作，并且所述二级生物反应器被配置成在产生一种或多种产物的条件下被操 作。16. 如权利要求14所述的系统，其中所述一级生物反应器包括用于将发酵液通到所述 中央排出管线中的出口管道。17. 如权利要求14所述的系统，所述系统还包括能够将发酵液从所述一级生物反应器 抽取到所述中央排出管线中的排出栗。18. 如权利要求14所述的系统，其中所述二级生物反应器包括用于从所述中央排出管 线接收发酵液的入口管道。19. 如权利要求14所述的系统，其中所述系统包括2至16个一级生物反应器和1至16个 二级生物反应器。
【专利摘要】本发明提供了一种用于使气体基质连续发酵的生物反应器系统，所述系统包括由中央排出管线连接的两个或更多个一级生物反应器和一个或多个二级生物反应器。还提供了一种利用中央排出管线对多个生物反应器进行接种的方法，所述方法包括经由中央排出管线将发酵液从第一一级生物反应器通到其它一级生物反应器和/或二级生物反应器中。还提供了一种用于跨越多个生物反应器维持气体基质的稳定发酵的方法，所述方法包括经由中央排出管线将发酵液从一个或多个可操作的一级生物反应器提供到一个或多个二级生物反应器中。
【IPC分类】C12P7/10, C12M1/00
【公开号】CN105492614
【申请号】CN201480037685
【发明人】C·科利特, J·吴, D·阿斯顿
【申请人】朗泽科技新西兰有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月4日
【公告号】CA2917139A1, EP3017053A1, US20150072387, WO2015002552A1