1.一種發(fā)酵合成氣生產(chǎn)醇類的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括無(wú)泡供氣膜組件(1)、生物反應(yīng)器(2)和滲透汽化膜組件(3),其中無(wú)泡供氣膜組件(1)置于生物反應(yīng)器(2)內(nèi)或置于生物反應(yīng)器(2)外,無(wú)泡供氣膜組件(1)的進(jìn)氣口連接合成氣,生物反應(yīng)器(2)的發(fā)酵液出口與滲透汽化膜組件(3)的進(jìn)料口相連,滲透汽化膜組件(3)的截留液出口與生物反應(yīng)器(2)的物料入口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,當(dāng)無(wú)泡供氣膜組件(1)置于生物反應(yīng)器(2)內(nèi)時(shí),無(wú)泡供氣膜組件(1)置于生物反應(yīng)器(2)內(nèi)發(fā)酵液的液面以下,與生物反應(yīng)器(2)內(nèi)發(fā)酵液直接接觸;
優(yōu)選地,當(dāng)無(wú)泡供氣膜組件(1)置于生物反應(yīng)器(2)外時(shí),生物反應(yīng)器(2)內(nèi)發(fā)酵液通過(guò)輸送泵與無(wú)泡供氣膜組件(1)的進(jìn)液口相連,無(wú)泡供氣膜組件(1)的出液口與生物反應(yīng)器(2)的進(jìn)料口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述無(wú)泡供氣膜組件(1)內(nèi)氣體分壓低于起泡壓力;
優(yōu)選地,所述無(wú)泡供氣膜組件(1)中內(nèi)置中空纖維膜組件、管式膜組件或平板式膜組件中任意一種或至少兩種的組合,優(yōu)選為中空纖維膜組件;
優(yōu)選地,所述中空纖維膜組件為由聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯中任意一種材料或至少兩種材料制成的微孔透氣薄膜;
優(yōu)選地,所述中空纖維膜的外徑為0.02mm~4.0mm,壁厚0.01mm~0.7mm,孔徑為0.04μm~0.8μm;
優(yōu)選地,所述中空纖維膜內(nèi)氣體分壓<0.5MPa;
優(yōu)選地,當(dāng)所述無(wú)泡供氣膜組件(1)置于生物反應(yīng)器(2)內(nèi)時(shí),其內(nèi)置的中空纖維膜組件為簾式中空纖維膜組件和/或筒式中空纖維膜組件;
優(yōu)選地,當(dāng)所述無(wú)泡供氣膜組件(1)置于生物反應(yīng)器(2)外時(shí),其內(nèi)部的中空纖維膜組件為筒式中空纖維膜組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng),其特征在于,所述無(wú)泡供氣膜組件(1)為單個(gè)或至少兩個(gè)并聯(lián)設(shè)置;
優(yōu)選地,所述無(wú)泡供氣膜組件(1)為單端進(jìn)氣或兩端進(jìn)氣;
優(yōu)選地,所述滲透汽化膜組件(3)中設(shè)有滲透氣化優(yōu)先透醇膜;
優(yōu)選地,所述滲透氣化優(yōu)先透醇膜由有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜或有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜中任意一種或至少兩種制備得到;
優(yōu)選地,所述有機(jī)膜材質(zhì)是硅橡膠、聚三甲基硅丙烷、聚丙烯或聚偏氟乙烯中任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,所述無(wú)機(jī)膜的材質(zhì)為Silicalite-1和/或ZSM-5;
優(yōu)選地,所述有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜的材質(zhì)為PDMS-Silicalite-1、PDMS-ZSM-5或PTMSP-Silicalite-1中任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,所述滲透汽化膜組件(3)的形式為卷式膜組件、管式膜組件、板框式膜組件或中空纖維式膜組件中任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,所述滲透汽化膜組件(3)為單個(gè)或至少兩個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置;
優(yōu)選地,所述滲透汽化膜組件(3)的串聯(lián)或并聯(lián)是通過(guò)滲透汽化膜組件(3)的滲透?jìng)?cè)通過(guò)管路串聯(lián)或并聯(lián)的;
優(yōu)選地,所述生物反應(yīng)器(2)上設(shè)置尾氣出口和補(bǔ)料口;
優(yōu)選地,所述生物反應(yīng)器(2)的發(fā)酵液出口與滲透汽化膜組件(3)的進(jìn)料口之間設(shè)有動(dòng)力輸送泵。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述發(fā)酵合成氣生產(chǎn)醇類的系統(tǒng)的處理方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:
(a)將合成氣經(jīng)無(wú)泡供氣膜組件(1)處理后,送入生物反應(yīng)器(2)進(jìn)行發(fā)酵處理,合成醇類;
(b)將步驟(a)合成的醇類送入滲透汽化膜組件(3)中進(jìn)行滲透汽化,所得醇類蒸汽經(jīng)冷凝得到醇類濃縮液,滲透汽化得到的截留液返回進(jìn)行發(fā)酵處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,步驟(a)中所述合成氣含有CO和/或H2;
優(yōu)選地,步驟(a)中所述合成的醇類為乙醇和/或丁醇;
優(yōu)選地,步驟(a)中所述生物反應(yīng)器(2)內(nèi)置發(fā)酵液中乙醇的濃度為0.5g/L~50g/L;
優(yōu)選地,步驟(a)中所述生物反應(yīng)器(2)內(nèi)置發(fā)酵液中丁醇的濃度為0.5g/L~20g/L;
優(yōu)選地,步驟(a)中所述發(fā)酵處理所用微生物為Clostridium ljungdahlii、Clostridium carboxidivorans或Butyribacterium methylotrophicum中任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法,其特征在于,步驟(a)中所述發(fā)酵處理為連續(xù)發(fā)酵過(guò)程或間歇分批發(fā)酵過(guò)程;
優(yōu)選地,所述連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中補(bǔ)充不含碳源的培養(yǎng)基成分;
優(yōu)選地,步驟(a)中所述發(fā)酵處理的發(fā)酵溫度為30℃~50℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,步驟(b)中所述滲透汽化處理的溫度為30℃~50℃;
優(yōu)選地,步驟(b)所述冷凝得到的醇類濃縮液中乙醇的濃度為10g/L~500g/L;
優(yōu)選地,步驟(b)所述冷凝得到的醇類濃縮液中丁醇的濃度為10g/L~200g/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述方法還包括步驟(c):
步驟(a)所述發(fā)酵過(guò)程中逸出氣體,對(duì)逸出的氣體進(jìn)行分離,從逸出的氣體中分離出醇類和水后,得到發(fā)酵尾氣,所得發(fā)酵尾氣經(jīng)分離CO2后與步驟(a)中合成氣混合經(jīng)無(wú)泡供氣膜組件(1)處理;
優(yōu)選地,所述從逸出氣體中分離出醇類和水的方法為冷凝法、膜分離法或溶劑吸收法中任意一種或至少兩種的組合;
優(yōu)選地,從所述發(fā)酵尾氣中分離CO2的方法為吸附法和/或膜分離法。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:
(a)將含有CO和/或H2的合成氣經(jīng)無(wú)泡供氣膜組件(1)處理后,送入生物反應(yīng)器(2)進(jìn)行發(fā)酵處理,合成乙醇和/或丁醇;
其中,生物反應(yīng)器(2)內(nèi)置發(fā)酵液中乙醇的濃度為0.5g/L~50g/L;生物反應(yīng)器(2)內(nèi)置發(fā)酵液中丁醇的濃度為0.5g/L~20g/L;
發(fā)酵處理所用微生物為Clostridium ljungdahlii、Clostridium carboxidivorans或Butyribacterium methylotrophicum中任意一種;
(b)將步驟(a)合成的醇類送入滲透汽化膜組件(3)中進(jìn)行滲透汽化,所得醇類蒸汽經(jīng)冷凝得到醇類濃縮液,滲透汽化得到的截留液返回進(jìn)行發(fā)酵處理;
所述冷凝得到的醇類濃縮液中乙醇的濃度為10g/L~500g/L;
所述冷凝得到的醇類濃縮液中丁醇的濃度為10g/L~200g/L;
(c)步驟(a)所述發(fā)酵過(guò)程中逸出氣體,對(duì)逸出的氣體進(jìn)行分離,從逸出的氣體中分離出醇類和水后,得到發(fā)酵尾氣,所得發(fā)酵尾氣經(jīng)分離CO2后與步驟(a)中合成氣混合經(jīng)無(wú)泡供氣膜組件(1)處理。