專利名稱：從發(fā)酵液中提取丁酸以及將丁酸化學(xué)轉(zhuǎn)化為生物燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將碳水化合物肉湯中所含有的丁酸轉(zhuǎn)化為丁醇或丁酸丁酯的方法，更 具體地說，本發(fā)明涉及化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，該方法包括從通過碳水化合物的發(fā)酵制備丁酸的過 程所產(chǎn)生的氣體中分離生物氫、使用不溶性溶劑從發(fā)酵液中提取丁酸、將丁酸酯化從而制 備丁酸丁酯、以及將丁酸丁酯全部或部分氫解從而得到丁醇。
背景技術(shù)：
近來，正在提出關(guān)于生產(chǎn)生物乙醇燃料的深入研究、開發(fā)和商務(wù)。然而，生物乙醇 是一種汽油調(diào)和油，其主要問題在于當(dāng)水被引入到乙醇混合汽油中時，水溶入混合汽油 中，從而導(dǎo)致水_乙醇混合物從汽油中分離出來。與這種乙醇相比，丁醇混合汽油即使在水被引入其中時也不會吸水，從而不會發(fā) 生丁醇分離。因此，與乙醇混合汽油不同，在丁醇混合汽油的貯存、運輸、供給系統(tǒng)以及能夠 使用丁醇混合汽油的交通工具中均不需要使用額外設(shè)備。此外，丁醇是有利的，這是因為其具有比乙醇更低的蒸氣壓，從而降低了汽車發(fā)動 機(jī)中引起氣阻的可能性。此外，與乙醇不同，丁醇具有與汽油類似的空氣-燃料比，這意味 著在不影響發(fā)動機(jī)性能的范圍內(nèi)可以將相對更大量的丁醇與汽油混合。然而，由下表1顯然可見，丁醇也有不利之處，這是因為其具有大約與汽油相等的 辛烷值，從而難以像乙醇、MTBE或ETBE那樣用作辛烷值增進(jìn)劑。表1
權(quán)利要求
一種從發(fā)酵的丁酸制備生物燃料的方法，包括將含有丁酸的發(fā)酵液供給到液 液萃取塔中，使用三烷基胺作為萃取溶劑，從而將丁酸以三烷基銨丁酸鹽的形式萃取出來，其中所述發(fā)酵液是通過將碳水化合物發(fā)酵而生成的；將所萃取的三烷基銨丁酸鹽供給到蒸餾塔中，從而將三烷基銨丁酸鹽分離成丁酸和三烷基胺；以及將從所述蒸餾塔分離出的三烷基胺供給到所述液 液萃取塔中作為所述萃取溶劑，并通過與丁醇發(fā)生酯化反應(yīng)而將從所述蒸餾塔分離出的丁酸轉(zhuǎn)化為丁酸丁酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過與氫氣發(fā)生氫解反應(yīng)而將所述丁酸 丁酯轉(zhuǎn)化為丁醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述丁酸丁酯通過與氫氣發(fā)生氫解反應(yīng)而轉(zhuǎn)化， 結(jié)果使得與丁酸反應(yīng)的丁醇再生。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，轉(zhuǎn)化生成的所述丁醇的一部分被收獲作為最終 產(chǎn)物，而其余部分用于與權(quán)利要求1所述的分離出的丁酸反生所述酯化反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過這樣的方式來進(jìn)行發(fā)酵不斷向發(fā)酵反應(yīng)器 中加入碳水化合物水溶液，從而使該碳水化合物水溶液發(fā)酵生成丁酸，其中所述發(fā)酵反應(yīng) 器中填充有載體，該載體上固定了用于制備丁酸的菌株。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，將通過權(quán)利要求1中所述的發(fā)酵而排出的沼氣供 給到變壓吸附裝置中，從而將沼氣分離為氫氣和二氧化碳，并且所分離出的氫氣用于所述 氫解反應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其中，用于制備丁酸的菌株為酪丁酸梭菌 (Clostridium tyrobutylicum)、丁 酸梭菌(Clostridiumbutylicum)或丙酮丁酉享梭菌 (Clostridium acetobutyricum)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述三烷基胺選自由三戊胺、三己胺、三辛胺及 三癸胺組成的組中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其中，在至少一種具有酯化作用的催化劑的存 在下，于以下反應(yīng)條件下進(jìn)行所述丁酸的酯化反應(yīng)，所述反應(yīng)條件包括反應(yīng)溫度為80 3000C，反應(yīng)壓力為從常壓至20個大氣壓，空速為0. 1 5. Oh"1,并且丁醇與丁酸的摩爾比 為1 10。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其中，在以下反應(yīng)條件下進(jìn)行所述丁酸的酯化反 應(yīng)，所述反應(yīng)條件包括反應(yīng)溫度為90 20(TC，反應(yīng)壓力為從常壓至10個大氣壓，空速為 0. 3 2. Oh—1，并且丁醇與丁酸的摩爾比為1. 5 5。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其中，用于使所述丁酸酯化的催化劑為均相催化 劑或多相催化劑，其中所述均相催化劑包括硫酸、鹽酸或硝酸；所述多相催化劑選自由具有 超強(qiáng)酸性質(zhì)的固體酸催化劑組成的組中，包括離子交換樹脂、沸石、硅鋁土、氧化鋁、磺化碳 以及雜多酸。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在具有氫解作用的催化劑的存在下，于以下反 應(yīng)條件下進(jìn)行所述氫解反應(yīng)，所述反應(yīng)條件包括反應(yīng)溫度為120 300°C，反應(yīng)壓力為從 常壓至100個大氣壓，空速為0. 1 5. OtT1，并且氫氣與丁酸丁酯的摩爾比為1 100，其中所述催化劑為至少一種金屬或金屬氧化物負(fù)載于載體上的形式。
13.根據(jù)權(quán)利要求2或12所述的方法，其中，在以下反應(yīng)條件下進(jìn)行所述氫解反應(yīng)，所 述反應(yīng)條件包括反應(yīng)溫度為150 250°C，反應(yīng)壓力為5 50個大氣壓，空速為0. 3 2. Oh—1，并且氫氣與丁酸丁酯的摩爾比為10 50。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述金屬或金屬氧化物選自由銅、鋅、鉻、鎳、 鈷、鉬、鎢、它們的氧化物、鉬、鈀、釕、銣及它們的氧化物組成的組中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述生物燃料為丁醇、丁酸丁酯、或者為丁 醇和丁酸丁酯的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開一種將碳水化合物發(fā)酵液中所含有的丁酸轉(zhuǎn)化為生物燃料的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，該方法包括從通過碳水化合物的發(fā)酵制備丁酸的過程所產(chǎn)生的氣體中分離生物氫、使用不溶性溶劑從發(fā)酵液中提取丁酸、將丁酸酯化從而制備丁酸丁酯、以及將丁酸丁酯全部或部分氫解從而得到丁醇。本發(fā)明的優(yōu)點在于可有效且經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)生物丁醇，并且可以一同生產(chǎn)丁酸丁酯，該丁酸丁酯的氧化穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)的生物柴油(脂肪酸甲酯)，從而被視為新型生物燃料。
文檔編號C12M1/107GK101981198SQ200980111356
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者嚴(yán)英順, 姜信榮, 安炯雄, 宋宗禧, 尚炳仁, 尹永植, 徐暎雄, 樸三龍, 樸哲熙, 李善美, 李誠浩, 趙仁鎬 申請人:Sk能源株式會社;韓國科學(xué)技術(shù)研究院