專利名稱：生產(chǎn)高濃度二氧化碳產(chǎn)物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及二氧化碳的生產(chǎn)。
二氧化碳具有很多用途，例如，二氧化碳可用于碳酸鹽飲料、用于冷藏、冰凍和保藏海鮮、肉類、家禽、烘烤食物、水果和蔬菜以及延長日常用品的保存期限。在工業(yè)廢物和生產(chǎn)用水處理中作為硫酸的代替物控制pH值水平是一個(gè)重要的環(huán)境因素。其它用途包括飲用水處理、對環(huán)境無害的殺蟲劑和在溫室中改善蔬菜生長的空氣添加劑。
通常通過純化有機(jī)或無機(jī)化學(xué)處理的副產(chǎn)物的廢氣或其它流生產(chǎn)二氧化碳?？蓪⑺龊卸趸嫉膹U氣流冷凝并隨后在精餾塔中處理生產(chǎn)產(chǎn)品級(jí)的二氧化碳。
在廢氣流中的二氧化碳的濃度越高，生產(chǎn)工業(yè)可用的二氧化碳的最終純化就越容易和越便宜，因此希望用于最終生產(chǎn)二氧化碳設(shè)備的進(jìn)料流具有盡可能高的二氧化碳濃度。實(shí)際上非常希望來自化學(xué)處理的含二氧化碳的流體副產(chǎn)物具有足夠高的二氧化碳濃度以致不必進(jìn)行進(jìn)一步的純化而生產(chǎn)出工業(yè)可用的二氧化碳。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供由生物處理生產(chǎn)二氧化碳的方法，其中生產(chǎn)的二氧化碳具有足夠高的濃度以致減少或避免了進(jìn)一步處理來自所述方法的二氧化碳產(chǎn)物的水平或需要以生產(chǎn)工業(yè)可用的二氧化碳。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過閱讀本公開會(huì)理解通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的上述和其它目標(biāo)，所述公開包括生產(chǎn)二氧化碳的方法，包括(A)提供富氧流體給含一種或多種含碳物質(zhì)的發(fā)酵液；(B)在發(fā)酵容器中，應(yīng)用來自所述富氧流體的氧氣促進(jìn)所述發(fā)酵液中微生物的生長，在所述發(fā)酵液中進(jìn)行發(fā)酵并在其中生產(chǎn)二氧化碳；(C)將發(fā)酵液流輸送出所述發(fā)酵容器，通過熱交換器，隨后在循環(huán)管中返回至所述發(fā)酵容器；(D)鼓泡使二氧化碳冒出所述發(fā)酵液形成具有二氧化碳濃度為至少97.5％(摩爾)的氣體混合物；和(E)回收所述氣體混合物作為產(chǎn)物二氧化碳。
這里所用的術(shù)語“發(fā)酵液”是指含有微生物和一種或多種可被所述微生物新陳代謝和/或發(fā)酵的含碳物質(zhì)的液體介質(zhì)。
這里所用的術(shù)語“富氧流體”是指具有至少40％(摩爾)的氧氣濃度的氣體。
這里所用的術(shù)語“發(fā)酵”是指通過微生物進(jìn)行的生化處理，其中生產(chǎn)二氧化碳。


圖1是代表本發(fā)明的微生物生長和二氧化碳生產(chǎn)方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的簡圖。
圖2是代表本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的簡圖，其中在循環(huán)管內(nèi)向發(fā)酵液提供富氧流體。
參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
現(xiàn)在參照圖1，發(fā)酵容器1裝有發(fā)酵液20。發(fā)酵液20一般含有用于發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的碳水化合物(如糖)和微生物(如酵母)的含水混合物。然而，本發(fā)明不限于乙醇的發(fā)酵。在本發(fā)明的實(shí)施中可進(jìn)行任何其中使用氧氣維持微生物的生長和/或微生物的或生物化學(xué)活性和其中生產(chǎn)了作為副產(chǎn)物的二氧化碳的發(fā)酵或微生物處理。
通過管道系統(tǒng)5向發(fā)酵液提供富氧流體21。所述富氧流體具有至少40％(摩爾)，優(yōu)選至少80％(摩爾)，最優(yōu)選至少90％(摩爾)的氧氣濃度。如果需要，所述富氧流體可為具有氧氣濃度為99.5％(摩爾)或更高的氧氣濃度的工業(yè)純氧。在圖1說明的實(shí)施方案中，將所述富氧流體提供給裝在容器1中的發(fā)酵液。由管道系統(tǒng)5輸送的富氧流體通過一個(gè)或多個(gè)的細(xì)泡擴(kuò)散器4并以小泡冒出進(jìn)入發(fā)酵液20中。在液20中的微生物或其它氧氣消耗體使用來自所述富氧流體的氧氣以進(jìn)行液20中的各種含碳物質(zhì)(如碳水化合物)的微生物生長和發(fā)酵以生產(chǎn)二氧化碳和例如乙醇。在圖1說明的實(shí)施方案中，通過由發(fā)動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)的攪拌器3攪拌或混合液20使所述富氧流體分散。
在液20中的二氧化碳和其它氣體被鼓泡冒出液20并形成具有至少97.5％(摩爾)的二氧化碳濃度的氣體混合物22。氣體混合物22的二氧化碳濃度取決于處理?xiàng)l件可超過98.5％(摩爾)并甚至超過99.5％(摩爾)。事實(shí)上，氣體混合物22的二氧化碳濃度可多至大約99.9％(摩爾)。在管道系統(tǒng)6中將氣體混合物22移出并作為產(chǎn)物二氧化碳回收，所得二氧化碳可在工業(yè)上使用或可進(jìn)一步進(jìn)行一步或多步的純化步驟，如低溫精餾或溶劑吸附。
所述含碳物質(zhì)的發(fā)酵是放熱的。發(fā)酵的放熱性可導(dǎo)致在所述發(fā)酵液中的熱積累從而使得所述發(fā)酵液中的微生物生長速率和發(fā)酵速率降低。為了避免在生產(chǎn)中出現(xiàn)這種降低，應(yīng)用了發(fā)酵液冷卻循環(huán)管?，F(xiàn)在再次參照圖1，在流23中發(fā)酵液從容器1中移出，通過閥門24并作為流25流向循環(huán)泵7。將所得的泵壓流26傳輸通過熱交換器8，在其中采用冷卻流體30(如水)通過間接熱交換冷卻。將冷卻后的發(fā)酵液9通過主循環(huán)流27和/或旁路循環(huán)流28和旁路閥門29返回發(fā)酵容器1中。
圖2說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中將富氧流體傳輸通過循環(huán)管提供給發(fā)酵液。在圖2中的通用元件的編號(hào)與圖1中的那些相同，不再對這些通用元件進(jìn)行詳細(xì)描述。
現(xiàn)在參照圖2，將經(jīng)過冷卻的循環(huán)流27傳輸進(jìn)入裝備有細(xì)泡發(fā)生裝置10的接受器31中。裝置10可為例如燒結(jié)金屬細(xì)泡分布器/擴(kuò)散器、陶瓷細(xì)泡擴(kuò)散器、膜類型的氣泡擴(kuò)散器、聲速噴嘴、氣體/液體混合噴嘴、文丘里型氣體液體混合噴嘴、孔板或氣體/液體流動(dòng)阻礙裝置。將在流32中富氧流體輸送進(jìn)入裝置10中并鼓泡進(jìn)入在接受器31中的發(fā)酵液中。將所得的含氧氣發(fā)酵液通過流33從接受器31中移出。如果需要，可將部分或全部流33傳輸通過氣體/液體接觸管11，該裝置用于提高氣體/液體接觸時(shí)間并由此增強(qiáng)所述富氧流體在所述發(fā)酵液中的溶解。將剩余的流33(如果有)傳輸通過閥門34并隨后與來自管11的流體(如果有)混合以形成流35，將流35提供給擴(kuò)散器12并從擴(kuò)散器12出來后進(jìn)入裝在容器1中的發(fā)酵液中，在那里進(jìn)行大部分的微生物生長和發(fā)酵(與前面描述的方式相同)。擴(kuò)散器12可為任何有效的氣體/液體分散噴嘴如，像液體循環(huán)噴射器。
在本發(fā)明的實(shí)施中使用富氧流體中的高濃度氧氣以減少傳輸進(jìn)入所述發(fā)酵容器中的惰性氣體和殘余氧氣的量，這些氣體最終將進(jìn)入二氧化碳?xì)怏w混合物產(chǎn)物中，由此得到和保持二氧化碳濃度在有益的高水平上。另外，使用高氧氣濃度以減少操作發(fā)酵設(shè)備所需的能量，和另外將減少從某些類型的發(fā)酵裝置中的氣味的散發(fā)。
雖然已經(jīng)參照某些優(yōu)選的實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求書的宗旨和范圍內(nèi)還有其它實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1．生產(chǎn)二氧化碳的方法，包括(A)提供富氧流體給含一種或多種含碳物質(zhì)的發(fā)酵液；(B)在發(fā)酵容器中，應(yīng)用來自所述富氧流體的氧氣促進(jìn)所述發(fā)酵液中微生物的生長，在所述發(fā)酵液中進(jìn)行發(fā)酵并在其中生產(chǎn)二氧化碳；(C)將所述發(fā)酵液傳輸出所述發(fā)酵容器，通過熱交換器，隨后在循環(huán)管中返回至所述發(fā)酵容器；(D)鼓泡使二氧化碳冒出所述發(fā)酵液形成具有二氧化碳濃度為至少97.5％(摩爾)的氣體混合物；和(E)回收所述氣體混合物作為產(chǎn)物二氧化碳。
2．權(quán)利要求1的方法，其中將所述富氧流體提供給裝在所述發(fā)酵容器中的發(fā)酵液。
3．權(quán)利要求1的方法，其中將所述富氧流體提供給在所述循環(huán)管中的發(fā)酵液。
4．權(quán)利要求3的方法，其中將所述富氧流體提供給所述熱交換器下游的發(fā)酵液。
5．權(quán)利要求4的方法，其中將所述發(fā)酵液提供給接受器，和將所述富氧流體提供給所述接受器并擴(kuò)散進(jìn)入所述接受器中的發(fā)酵液。
6．權(quán)利要求4的方法，其中至少部分的含氧發(fā)酵液在被傳輸回所述發(fā)酵容器前被傳輸通過接觸管。
7．權(quán)利要求1的方法，其中所述發(fā)酵包括一種或多種碳水化合物的微生物發(fā)酵以生產(chǎn)乙醇。
8．權(quán)利要求1的方法，其中所述二氧化碳產(chǎn)物進(jìn)行至少一步進(jìn)一步的純化步驟。
9．權(quán)利要求8的方法，其中所述至少一步進(jìn)一步的純化步驟包括精餾。
10．權(quán)利要求8的方法，其中所述至少一步進(jìn)一步的純化步驟包括溶劑吸附。
全文摘要
生產(chǎn)適合于直接使用或更容易進(jìn)一步純化的高濃度二氧化碳的方法,其中使用定義的富氧流體進(jìn)行一種或多種含碳物質(zhì)的微生物生長和發(fā)酵。
文檔編號(hào)C01B31/00GK1308018SQ0110297
公開日2001年8月15日 申請日期2001年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月10日
發(fā)明者C·K·K·何, D·克朗沃爾德 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司