包 括第一生长反应器（在其中培养微生物）和第二发酵反应器（将来自所述生长反应器的发 酵液加入其中，并且在其中产生大部分发酵产物（例如乙醇和乙酸盐））。本发明的生物反 应器被改造为适于接收含有CO和/或H 2的底物。
[0066] 含有CO和/或4的底物
[0067] 利用任何便捷方法从所述过程中捕获或提取所述含有CO和/或H2的底物。根据 所述含有CO和/或4的底物的组成，还可能需要在将所述底物引入至发酵之前对所述底 物进行处理，以除去任何不需要的杂质例如尘粒。例如，可利用已知方法对所述底物进行过 滤或洗涤。
[0068] 所述包括CO的底物，优选气态底物，可作为蒸汽重整过程（stream reforming process)的任意步骤的副产物获得。这类步骤包括本文描述的蒸汽重整步骤、WGS步骤和 PSA步骤。
[0069] 通常，CO以气体状态被加入至发酵反应中。然而，本发明的方法并不局限于以此 状态添加底物。例如，可以在液体中提供一氧化碳。例如，可用含有一氧化碳的气体将液 体饱和，并将该液体加入至所述生物反应器。这可通过常规方法达到。举例来说，可将微 气泡分散发生器（microbubble dispersion generator) (Hensirisak et al. Scale-up of microbubble dispersion generator for aerobic fermantaion ：Applied Biochemistry and Biotechnology VolumelOl，Number3/0ctober，2002)用于此目的。当本文提到"气流" 时，该术语也包括运输该流的气态组分的其他运输形式，例如上述的饱和液体方法。
[0070] 气体组成
[0071] 所述含有CO的底物可含有任意比例的C0,例如至少约20体积％ -约100体积％ C0、40体积％ -95体积％ C0、40体积％ -60体积％ CO及45体积％ -55体积％ C0。在具体 的实施方案中，所述底物包含约25体积％，或约30体积％，或约35体积％，或约40体积％， 或约45体积％，或约50体积％ C0,或约55体积％ C0,或约60体积％ C0。具有较低CO浓 度例如2%的底物也是适当的，尤其当4和CO2也存在时。
[0072] H2的存在不会对发酵产生的碳氢化合物产物的形成有害。在具体实施方案中，氢 气的存在导致醇生产的总体效率的提高。例如，在具体实施方案中，所述底物可包含约2:1、 或1:1、或1:2比率的H 2: CO。在其他实施方案中，所述含有CO的底物包含低于约30 %的H2， 或低于27%的H2，或低于20%的H2，或低于10%的H 2，或更低浓度的H2，例如低于5%，或低 于4 %，或低于3 %，或低于2 %，或低于1 %，或基本不含氢气。在其他实施方案中，所述含 有CO的底物包含多于50 %的H2，或多于60 %的H2，或多于70 %的H2，或多于80 %的H2，或 多于90%的H2。
[0073] 所述底物也可含有一些CO2，例如，约1体积％至约80体积％ CO2，或1体积％至约 30 体积 ％ CO2。
[0074] 流的混合
[0075] 需要将包括CO和H2的重整底物流与一种或多种其他流混合以提高发酵反应的效 率、醇生产和/或总碳捕获。不希望囿于理论，在本发明的一些实施方案中，一氧化碳营养 细菌依据下式将CO转化为乙醇：
[0076] 6C0+3H20 - C2H50H+4C02
[0077] 然而，在H2存在时，总转化可为下式：
[0078] 6C0+12H2-3C2H50H+3H 20
[0079] 因此，可将具有高CO含量的流与包含CO和H2的重整底物流混合，以提高CO:H 2之 比以优化发酵效率。例如，工业废物流如来自钢铁厂的尾气（off-gas)具有高CO含量，但 包括少量H 2或不含H 2。这样，就需要将一种或多种包含CO和H2的流与包含CO的废物流混 合，然后将所述混合底物流提供至发酵罐。发酵的总体效率、醇产率和/或总碳捕获取决于 混合流中⑶和H 2的化学计量（stoichiometry)。然而，在具体实施方案中，所述混合流可 大体上包含以下摩尔比的〇)和4 :20:1、10:1、5:1、3:1、2 :1、1:1或1:2。
[0080] 另外，需要在发酵的不同阶段提供特定比例的CO和H2。例如，可在起始和/或微 生物快速生长阶段提供具有相对高H 2含量（例如1:2C0:H2)的底物流。然而，当生长阶段 减慢，以至于培养物保持在大体上稳定的微生物密度时，可以提高CO的含量（如至少1:1 或2:1或更高，其中H 2浓度可以大于或等于0)。
[0081] 流的混合还可具有其他优势，尤其是例如当包含CO的废物流天然不连续时。例 如，可将包含CO的不连续废物流与包含CO和H 2的基本连续的重整底物流混合并将其提供 至所述发酵罐。在本发明的具体实施方案中，所述基本连续的混合流的组成和流速可根据 所述不连续流进行变化，以保持向发酵罐提供具有基本连续的组成和流速的底物流。
[0082] 发酵
[0083] 由气态底物生产乙醇和其他醇的方法是已知的。示例性方法包括如在WO 2007/117157、WO 2008/115080、TO 2009/022925、TO 2009/064200、US 6340581、US 6136577、US 5593886、US 5807722和US 5821111中记载的那些方法，这些申请中每一个都 以引用的方式纳入本文。
[0084] 微生物
[0085] 在多个实施方案中，使用一种或多种一氧化碳营养细菌的培养物进行发 酵。在多个实施方案中，所述一氧化碳营养细菌选自穆尔氏菌属（Moorella)、梭菌属 (Clostridium)、瘤胃球菌属（Ruminococcus)、醋酸杆菌属（Acetobacterium)、真细菌属 (Eubacterium)、丁酸杆菌属（Butyribacterium)、产醋杆菌属（Oxobacter)、甲烧八叠球菌 属（Methanosarcina)和脱硫肠状菌属（Desulfotomaculum)。已知多种厌氧细菌具有将 CO发酵成醇（包括正丁醇和乙醇）和乙酸的能力，并适用于本发明的方法。适用于本发明 的这类细菌的实例包括梭菌属的细菌，例如杨氏梭菌（包括WO 00/68407、EP 117309、美 国专利号 5173429、5593886 和 6368819、WO 98/00558 和 WO 02/08438 所描述的那些），食 一氧化碳梭菌（Liou et al. , International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 33:pp 2085-2091);拉氏梭菌（TO/2008/028055)和自产乙醇梭菌（Abrini et al, Archives of Microbiology 161 :pp 345-351)。其他适当的细菌包括穆尔氏菌属 的细菌，包括穆尔氏菌属种 HUC22-1 (Moorella sp HUC22-1) (Sakai et al, Biotechnology Letters 29:pp 1607-1612)，及一氧化碳嗜热菌属（Carboxydothermus)的细菌 (Svetlichny, V. A. , Sokolova, T. G. et al(1991), Systematic and Applied Microbiology 14:254-260)。其他实例包括热醋穆尔氏菌（Moorella thermoacetica)、热自养穆尔氏 菌（Moorella thermoautotrophica)、产生瘤胃球菌（Ruminococcus productus)、伍氏醋 酸杆菌（Acetobacterium woodii)、粘液真杆菌（Eubacterium Iimosum)、食甲基丁酸杆 菌（Butyribacterium methylotrophicum)、普氏产醋酸杆菌(Oxobacter pfennigii)、 巴氏甲烧八叠球菌（Methanosarcina barkeri)、乙酸甲烧八叠球菌（Methanosarcina acetivorans)和库氏脱硫杆菌（Desulfotomaculum kuznetsovii) (Simpa et. al. Critical Reviews in Biotechnology, 2006V〇1. 26. Pp41_65)。另外，如本领域技术人员会理解的那 样，应理解其他产乙酸厌氧细菌可用于本发明。也应理解的是，本发明可用于两种或多种细 菌的混合培养物。
[0086] 在一个实施方案中，所述微生物是选自产乙酸一氧化碳营养生物，包括：菌种自 产乙醇梭菌、杨氏梭菌、拉氏梭菌、食一氧化碳梭菌、德氏梭菌、粪味梭菌、醋酸梭菌、甲酸乙 酸梭菌、大梭菌、伍氏醋酸杆菌、巴氏嗜碱菌、热醋穆尔氏菌、卵形鼠孢菌、食甲基丁酸杆菌、 Blautia producta、粘液真杆菌和凯伍热厌氧菌。
[0087] 这些一氧化碳营养产乙酸菌是由其以下能力所定义的：其能够在厌氧条件下 利用并化学自养地生长于作为能量来源的气态一碳（Cl)源，例如一氧化碳（CO)和含有 一氧化碳（CO)和/或氢气（H2)的二氧化碳（CO 2)，从而形成乙酰-CoA、乙酸酯及其他产 物。它们具有相同的发酵方式--Wood-Ljungdahl或还原性乙酰-CoA途径，并由存在 以下酶组而定义：一氧化碳脱氢酶（CODH)、氢化酶（Hydrogenase)、甲酸脱氢酶（