醇组合物及其生产方法
【专利说明】醇组合物及其生产方法
[0001] 本申请要求保护2014年9月13日提交的美国临时申请61/877,529的权益，通过引 用W其全文结合到本文。
[0002] 提供一种可直接用于与现有燃料源共混的醇产物组合物。更具体地，所述醇产物 组合物包括乙醇和用作变性剂的有机组合物。此外，提供一种生产乙醇组合物的方法，该方 法包括:提供透过物至蒸馈塔，从蒸馈塔移取乙醇排出组合物，从蒸馈塔移取侧排出物W提 供侧排出组合物，将乙醇排出组合物和侧排出组合物组合W提供醇流，然后将所述醇流发 送到脱水单元，提供成品醇组合物。
[000；3]背景 用于工业用途的醇例如乙醇常规从石化原料(例如油、天然气或煤）、从原料中间体(例 如合成气)或从淀粉材料(例如玉米或糖薦）生产。用于从石化原料W及从纤维素材料生产 乙醇的常规方法包括酸催化的乙締水合、甲醇同型作用化omologation)、直接醇合成和费 托合成。石化原料价格的不稳定性助长了常规生产乙醇的成本的波动，当原料价格增长时， 使得需要更多的备选乙醇生产源。通过发酵将淀粉材料W及纤维素材料转化为乙醇。然而， 对用于燃料或消耗的消费乙醇生产，通常使用发酵。此外，淀粉或纤维素材料的发酵与食品 来源竞争，并对可生产用于工业用途的乙醇的量设置限制。由W上确定的过程形成的常规 乙醇组合物可包含杂质，例如有机酸，必须将其去除。
[0004] 产乙酸微生物可通过气态底物发酵从一氧化碳(CO)产生醇。使用厌氧微生物从梭 菌(Clostridium)属发酵产生乙醇和其它有用的产物。例如，美国专利5,173,429描述了杨 氏梭菌(Clostridium Ijungdahlii) ATCC号49587,由合成气产生醇和乙酸盐的厌氧微生 物。美国专利5,807,722描述使用杨氏梭菌(Clostridium Uungdahlii) ATCC号55380将废 气转化为有机酸和醇的方法和设备。美国专利6,136,577描述使用杨氏梭菌(Clostridium Uungdahlii) ATCC号55988和5598則尋废气转化为乙醇的方法和设备。
[0005] 生产用于运输燃料用途的乙醇组合物需要通过与气油或其它有效变性剂共混而 变性。使乙醇变性需要关于设备和产品供应的另外的资本费用。此外，变性剂的成本可变 化，导致增加的产品成本。
[0006] 概述 提供醇产物组合物，其可直接用于与现有燃料源共混。本发明的醇产物组合物不需要 与气油变性剂进一步共混，因为醇产物组合物含有用作变性剂并满足作为变性剂的有机组 合物。在发酵过程期间形成有机组合物并保存在从脱水提供的醇产物组合物中。本发明的 发酵、蒸馈和脱水过程有效用于提供不需要进一步处理W去除杂质的醇产物组合物。
[0007] 醇产物组合物包括约92重量%或更多乙醇、约0.5-约8重量%有机组合物、约或更少 水和约0.5重量%或更少有机酸。在一个方面，有机组合物选自正下醇、异下醇、戊醇、己醇、 丙醇、甲醇、乙酸乙醋、脂肪酸、醋和它们的混合物。有机组合物可基本为正下醇。在另一方 面，有机组合物可进一步包括一种或多种控，例如气油。有机酸可包括选自醋酸、下酸、马来 酸、丙二酸、苹果酸、丙酸、班巧酸、草酸、乳酸、富马酸、戊二酸、甲酸、巧樣酸、尿酸和它们的 混合物的有机酸。
[000引在另一方面，用于生产醇产物组合物的方法包括:提供透过物至蒸馈塔、从蒸馈塔 移取乙醇排出组合物、从蒸馈塔移取侧排出物W提供侧排出组合物、将乙醇排出组合物和 侧排出组合物组合W提供具有大于1重量%水的醇组合物、和使醇组合物脱水W提供具有约 92重量%或更多乙醇、约1重量%或更少水、约0.5-约8重量%有机组合物和约0.5重量%或更少 有机酸的醇产物组合物。在该方面，透过物包括约1-约5重量％乙醇且由含CO气态底物发酵 提供透过物。
[0009] 根据所述方法，有机组合物可包括选自正下醇、异下醇、戊醇、己醇、丙醇、甲醇、乙 酸乙醋、脂肪酸、醋和它们的混合物的有机组合物。在一个方面，有机组合物为正下醇。在该 方面，乙醇产物组合物包括约0.5重量%-约6重量%正下醇。有机酸可包括选自乙酸、下酸、马 来酸、丙二酸、苹果酸、丙酸、班巧酸、草酸、乳酸、富马酸、戊二酸、甲酸、巧樣酸、尿酸和它们 的混合物的有机酸。
[0010] 在另一方面，生物乙醇产物包括约92重量%或更多乙醇、约0.5-约8重量%有机组合 物、约1重量%或更少水和约0.5重量%或更少有机酸。生物乙醇产物通过包括W下步骤的过 程来生产:使含CO底物发酵和从发酵分离透过物，将透过物提供到蒸馈塔，从蒸馈塔移取乙 醇排出组合物，从蒸馈塔移取侧排出物W提供侧排出组合物，和将乙醇排出组合物和侧排 出组合物组合W提供具有大于1重量%水的醇组合物;和使醇组合物脱水W提供生物乙醇产 物。
[0011] 在另一方面，用于生产醇产物组合物的方法包括使含CO气态底物发酵W产生第一 醇组合物，将部分或全部第一醇组合物纯化W产生具有约92重量%或更多乙醇、约0.5-约8 重量%有机组合物、约1重量%或更少水和约0.5重量%或更少有机酸的第二醇产物组合物。在 该方面，纯化选自脱水、过滤和它们的混合。第一醇组合物包括约1-约5重量％乙醇且可从含 CO气态底物发酵提供。发酵有效用于提供至少约IOg总醇/a?天）的STY，和在另一方面，至 少约IOg乙醇/a?天）。
[0012] 附图简述 所述方法的W上及其他方面、数个方面的特征和优点由W下附图将更加显而易见。
[0013] 图1说明用于合成气发酵和生产醇产物的方法和系统。
[0014] 图2概要说明蒸馈过程。
[0015] 图3说明蒸馈塔操作。
[0016] 在附图的数个视图中，相应的附图标记始终表示相应的组件。技术人员应理解，在 附图中的元件为简单和清晰起见而说明，而不一定按比例描绘。例如，在附图中的一些元件 的尺寸相对于其它元件可放大W帮助改进各方面的理解。此外，在商业可行方面有用或必 需的通用但公知的元件通常不描绘，W便对运些各方面视图造成较少阻碍。
[0017] 详述 W下描述不应理解为限制意义，而是仅为了描述示例性实施方案的通用原理而进行。 本发明的范围应参考权利要求限定。
[001引 定义 除非另作定义，否则在本公开的整个该说明书中使用的W下术语如下定义，且可包括 W下限定定义的单数或复数形式： 修饰作何量的术语"约"指代在现实世界条件中遇到量的变动，例如在实验室、中试设 备或生产设施中。例如，当被"约"修饰时，在混合物或数量中所用的成分或测量结果的量包 括在生产设备或实验室中的试验条件下测试时通常关注的变动和程度。例如，当被"约"修 饰时，产物组分的量包括在设备或实验室中多次试验的批料之间的变变动和分析方法固有 的变动。无论是否被"纷'修饰，所述量包括那些量的等价量。本文陈述和被"纷'修饰的任意 数量还可W作为不被"约"修饰的量用于本公开。
[0019] 术语"气态底物"W非限制性意义使用，包括包含或源自一种或多种气体的底物。
[0020] 术语"合成气"或"合成气体"表示对含有变化量的一氧化碳和氨的气体混合物命 名的合成气体。生产方法的实例包括天然气或控蒸汽重整W产生氨，煤的气化和一些类型 的废料至能量气化设备。名称来源于它们在产生合成天然气（SNG)并用于生产氨或甲醇中 作为中间体的用途。合成气可燃且通常用作燃料源或作为用于其它化学品生产的中间体。 [0021 ]术语"发酵器"包括由一个或多个容器和/或塔或管道布置组成的发酵装置，其包 括连续揽拌槽反应器(CSTR)、固定化细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、移动床生物膜 反应器(MBBR)、泡罩塔、气升式发酵器、膜反应器例如空屯、纤维膜生物反应器化FMBR)、静态 混合器或适用于气-液接触的其它容器或其它装置。
[0022] 术语"发酵"、"发酵方法"或"发酵反应"等是指包括所述方法的生长阶段和产物生 物合成阶段两者。在一方面，发酵是指CO转化为醇。
[0023] 术语"细胞密度"指每单位体积发酵液的微生物细胞质量，例如克/升。
[0024] 术语"细胞再循环"指从发酵液分离微生物细胞和将那些分离的微生物细胞全部 或部分返回到发酵器。通常，过滤装置用于完成分离。
[0025] 本文所用的"气油"限定为40 CFR 80.2,其通过引用并入本文。
[0026] 含CO底物 含CO底物可包括包括CO的任何气体。在该方面，含有CO的气体可包括合成气、工业用气 和它们的混合物。
[0027] 合成气可由任何已知的来源提供。在一方面，合成气可源自碳质材料的气化。气化 设及在限制供应的氧中部分燃烧生物质。所得到的气体主要包括CO和此。在该方面，合成气 将含有至少约10 mol % CO,在一方面，至少约20 mol %，在一方面，约10-约100 mol %，在 另一方面，约20-约100 mol % CO,在另一方面，约30-约90 mol % CO,在另一方面，约40-约 80 mol % CO,和在另一方面，约50-约70 mol % C0。合适的气化方法和设备的一些实例在 均在2011年4月6日提交的美国