ИЗВЛЕЧЕНИЕ ВЫСШИХ СПИРТОВ ИЗ РАЗБАВЛЕННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

1. Способ извлечения C3-C6 спирта из ферментационной среды, содержащей микроорганизмы, газы и C3-C6 спирт, включающий в себя:
a. удаление из ферментационной среды, по меньшей мере, части газов;
b. повышение активности C3-C6 спирта в порции ферментационной среды по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции, или уменьшение активности воды в порции ферментационной среды по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции;
c. получение из порции ферментационной среды жидкой фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, и жидкой фазы, обогащенной водой; и
d. отделение фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, от фазы, обогащенной водой.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя:
культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта и газов; и
введение по меньшей мере части обогащенной водой фазы в ферментационную среду.
3. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя:
гидролиз сырья, содержащего полисахарид и, по меньшей мере, одно другое соединение, с получением поддающихся ферментации продуктов гидролиза;
сбраживание, по меньшей мере, части поддающихся ферментации продуктов гидролиза в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта и газов, где ферментационная среда также содержит, по меньшей мере, одно не поддающееся ферментации соединение; и
выделение, по меньшей мере, одного не поддающегося ферментации соединения из ферментационной среды, или обогащенной водой фазы, или из той и другой.
4. Способ получения продукта из C3-C6 спирта в ферментационной среде, содержащей микроорганизмы, газы и C3-C6 спирт, включающий в себя:
a. удаление из ферментационной среды, по меньшей мере, части газов;
b. отгонку из ферментационной среды парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт;
c. проведение реакции C3-C6 спирта в парообразной фазе с получением продукта.
5. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя:
культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта и газов; и
введение в ферментационную среду, по меньшей мере, части обогащенной водой жидкой фазы;
где стадия повышения активности C3-C6 спирта или уменьшения активности воды дополнительно включает в себя отгонку части ферментационной среды с получением парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт, и жидкой фазы.
6. Способ извлечения C3-C6 спирта из разбавленного водного раствора, который содержит первое количество C3-C6 спирта и газов, включающий в себя:
a. удаление, по меньшей мере, части газов из разбавленного водного раствора;
b. отгонку части разбавленного водного раствора в парообразную фазу, содержащую C3-C6 спирт и воду, где парообразная фаза содержит примерно от 1% по массе до 45% по массе первого количества C3-C6 спирта из порции разбавленного водного раствора; и
c. конденсацию парообразной фазы.
7. Способ эксплуатации модифицированного промышленного предприятия по производству этанола, оборудованного устройством для предварительной обработки, несколькими установками для ферментации и брагоперегонным аппаратом, с получением C3-C6 спирта, включающий в себя:
a. предварительную обработку сырья с получением поддающихся ферментации сахаров в установке для предварительной обработки;
b. культивирование микроорганизма в ферментационной среде, содержащей поддающиеся ферментации сахара в первой установке для ферментации с получением C3-C6 спирта;
c. удаление из ферментационной среды, по меньшей мере, части газов;
d. обработку сегмента ферментационной среды, содержащего C3-C6 спирт, с удалением части C3-C6 спирта;
e. возвращение обработанной порции ферментационной среды в первую установку для ферментации; и
f. перенос ферментационной среды из первой установки для ферментации в брагоперегонный аппарат.
8. Способ по любому из пп.1-7, где газы содержат диоксид углерода.
9. Способ по п.8, где на стадии удаления удаляют по меньшей мере примерно 30% диоксида углерода.
10. Способ по п.8, где на стадии удаления удаляют по меньшей мере примерно 75% диоксида углерода.
11. Способ по п.8, где на стадии удаления удаляют по меньшей мере примерно 85% диоксида углерода.
12. Способ по п.8, где на стадии удаления удаляют по меньшей мере примерно 90% диоксида углерода.
13. Способ по п.8, где стадия удаления включает в себя стадию, выбранную из группы, состоящей из нагревания, уменьшения давления до уровня ниже атмосферного, адсорбции и их сочетаний.
2
2
14. Способ по п.8, где стадия удаления включает в себя уменьшение давления до уровня в диапазоне примерно от 1 фунт/дюйм до 10 фунт/дюйм.
2
2
15. Способ по п.14, где стадия удаления включает в себя уменьшение давления до уровня в диапазоне примерно от 2 фунт/дюйм до 5 фунт/дюйм.
16. Способ по п.8, где удаленный диоксид углерода вводят в установку для ферментации с целью регуляции pH, деаэрации или их сочетания.
17. Способ по п.8, дополнительно включающий в себя обработку газов с удалением C3-C6 спирта и выведение газов.
18. Способ по п.8, дополнительно включающий в себя удаление по меньшей мере одной примеси из ферментационной среды или разбавленного водного раствора.
19. Способ по п.18, где по меньшей мере одна примесь выбрана из группы, включающей в себя этанол, уксусную кислоту, пропанол, фенилэтиловый спирт и изопентанол.
20. Способ повышения концентрации C3-C6 спирта в водном растворе, включающий в себя:
a. введение в сосуд первого потока водного раствора, содержащего C3-C6 спирт;
b. подвергание первого потока водного раствора, содержащего C3-C6 спирт, воздействию пониженного давления с получением пара, содержащего C3-C6 спирт;
c. приведение в контакт пара, содержащего C3-C6 спирт, с раствором, содержащим C3-C6 спирт, с получением конденсата, содержащего конденсированный пар C3-C6 спирта, где концентрация C3-C6 спирта в конденсате превышает концентрацию C3-C6 спирта в первом потоке водного раствора.
21. Способ извлечения C3-C6 спирта из ферментационной среды, содержащей микроорганизмы и C3-C6 спирт, включающий в себя:
a. повышение активности C3-C6 спирта в порции ферментационной среды, по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции с получением пара, содержащего C3-C6 спирт, или уменьшение активности воды в порции ферментационной среды, по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции с получением пара, содержащего C3-C6 спирт;
b. конденсацию пара C3-C6 спирта путем приведения в контакт пара, содержащего C3-C6 спирт, с раствором, содержащим C3-C6 спирт;
c. получение жидкой фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, и жидкой фазы, обогащенной водой, из конденсированного пара; и
d. отделение фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, от фазы, обогащенной водой.
22. Способ по п.21, дополнительно включающий в себя:
культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта; и
введение, по меньшей мере, части обогащенной водой фазы в ферментационную среду.
23. Способ по п.21, дополнительно включающий в себя:
гидролиз сырья, содержащего полисахарид и, по меньшей мере, одно другое соединение, с получением поддающихся ферментации продуктов гидролиза;
сбраживание, по меньшей мере, части поддающихся ферментации продуктов гидролиза в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта, где ферментационная среда также содержит, по меньшей мере, одно не поддающееся ферментации соединение; и
выделение, по меньшей мере, одного не поддающегося ферментации соединения из ферментационной среды или обогащенной водой фазы, или из той и другой.
24. Способ получения C3-C6 спирта, включающий в себя:
a. культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта;
b. повышение активности C3-C6 спирта в порции ферментационной среды;
c. перегонку порции ферментационной среды с получением парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт, и жидкой фазы;
d. конденсацию парообразной фазы путем приведения ее в контакт с раствором, содержащим C3-C6 спирт, и
e. введение жидкой фазы в ферментационную среду.
25. Способ извлечения C3-C6 спирта из разбавленного водного раствора, который содержит первое количество C3-C6 спирта, включающий в себя:
a. отгонку части разбавленного водного раствора с получением парообразной фазы, содержащей C3-C6 спирт и воду, где парообразная фаза содержит примерно от 1% по массе до 45% по массе первого количества C3-C6 спирта из порции разбавленного водного раствора; и
b. конденсацию парообразной фазы путем приведения ее в контакт с раствором, содержащим C3-C6 спирт.
26. Способ по любому из пп.20-25, где раствор, содержащий C3-C6 спирт, распыляют в пар, содержащий C3-C6 спирт.
27. Способ по любому из пп.20-25, где раствор, содержащий C3-C6 спирт, содержит конденсат C3-C6 спирта.
28. Способ по п.27, где конденсат охлаждают перед приведением в контакт с паром C3-C6 спирта.
29. Способ по любому из пп.20-25, где стадию получения пара или парообразной фазы и стадию конденсации пара или парообразной фазы проводят в одном сосуде.
30. Способ по п.29, где сосуд содержит перегородку, разделяющую первый и второй сегменты, содержащие жидкость, где первый сегмент, содержащий жидкость, приспосабливают к введению водного раствора или ферментационной среды, содержащей микроорганизмы и C3-C6 спирт, а второй сегмент, содержащий жидкость, приспосабливают к введению конденсированного пара.
31. Способ по п.30, где первый жидкость-содержащий сегмент включает в себя трубу для введения водного раствора или ферментационной среды, содержащей микроорганизмы и C3-C6 спирт, в первый жидкость-содержащий сегмент и трубу для выведения водного раствора или ферментационной среды, содержащей микроорганизмы и C3-C6 спирт, из первого жидкость-содержащего сегмента, где содержание C3-C6 спирта в водном растворе или в ферментационной среде, которые выводят из первого жидкость-содержащего сегмента, меньше, чем в водном растворе или в ферментационной среде, которые вводят в первый жидкость-содержащий сегмент.
32. Способ по п.30, где второй жидкость-содержащий сегмент содержит трубу для выведения конденсированного пара из второго жидкость-содержащего сегмента.
33. Система испарительного резервуара/контактного конденсатора для повышения концентрации C3-C6 спирта в водном растворе, содержащая:
a. сосуд;
b. средства введения в сосуд потока водного раствора, содержащего C3-C6 спирт;
c. средства подвергания потока водного раствора, содержащего C3-C6 спирт, пониженному давлению с получением пара, содержащего C3-C6 спирт;
d. средства приведения в контакт пара, содержащего C3-C6 спирт, с раствором, содержащим C3-C6 спирт, с получением конденсата, содержащего конденсированный пар C3-C6 спирта, где концентрация C3-C6 спирта в конденсате превышает концентрацию C3-C6 спирта в первом потоке водного раствора.
34. Система испарительного резервуара/контактного конденсатора по п.33, где сосуд содержит два жидкость-содержащих компартмента или сегмента, разделенных перегородкой, причем перегородка разделяет компартменты или сегменты на дне сосуда.
35. Система испарительного резервуара/контактного конденсатора по п.34, где средства по п.(c) включают в себя средства для создания вакуума.
36. Система испарительного резервуара/контактного конденсатора по п.34, где средства по п.(d) включают в себя распылительную насадку.
37. Способ извлечения C3-C6 спирта из ферментационной среды, содержащей микроорганизмы и C3-C6 спирт, включающий в себя:
a. введение газа в ферментационную среду, где часть C3-C6 спирта переходит в газ;
b. выведение газа из ферментационной среды в устройство для извлечения; и
c. извлечение C3-C6 спирта из газа.
38. Способ по п.37, дополнительно включающий в себя:
d. повышение активности C3-C6 спирта в порции ферментационной среды, по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции, или уменьшение активности воды в порции ферментационной среды, по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции;
e. получение из порции ферментационной среды жидкой фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, и жидкой фазы, обогащенной водой; и
f. отделение фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, от фазы, обогащенной водой.
39. Способ по п.38, дополнительно включающий в себя:
культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта; и
введение обогащенной водой фазы в ферментационную среду.
40. Способ по п.38, дополнительно включающий в себя:
гидролиз сырья, содержащего полисахарид и, по меньшей мере, одно другое соединение, с получением поддающихся ферментации продуктов гидролиза;
сбраживание, по меньшей мере, части поддающихся ферментации продуктов гидролиза в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта, где ферментационная среда также содержит, по меньшей мере, одно не поддающееся ферментации соединение; и
выделение, по меньшей мере, одного не поддающегося ферментации соединения из ферментационной среды, обогащенной водой фазы, или из той и другой.
41. Способ по п.37, дополнительно включающий в себя:
отгонку парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт; и
проведение реакции C3-C6 спирта в парообразной фазе с получением продукта.
42. Способ по п.37, дополнительно включающий в себя:
культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта;
повышение активности C3-C6 спирта в порции ферментационной среды;
перегонку порции ферментационной среды с получением парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт, и жидкой фазы, и введение жидкой фазы в ферментационную среду.
43. Способ по п.37, включающий в себя:
отгонку части разбавленного водного раствора в парообразную фазу, содержащую C3-C6 спирт и воду, где парообразная фаза содержит примерно от 1% по массе до 45% по массе первого количества C3-C6 спирта из порции разбавленного водного раствора; и
конденсацию парообразной фазы.
44. Способ эксплуатации модифицированного промышленного предприятия по производству этанола, оборудованного устройством для предварительной обработки, несколькими установками для ферментации и брагоперегонным аппаратом, с получением C3-C6 спирта, включающий в себя:
a. предварительную обработку сырья с получением поддающихся ферментации сахаров в установке для предварительной обработки;
b. культивирование микроорганизма в ферментационной среде, содержащей поддающиеся ферментации сахара, в установке для ферментации с получением C3-C6 спирта;
c. введение газа в ферментационную среду с переносом части C3-C6 спирта в газ;
d. выведение газа из ферментационной среды в устройство для извлечения;
e. извлечение C3-C6 спирта из газа;
f. обработку порции ферментационной среды, содержащей C3-C6 спирт, с удалением части C3-C6 спирта;
g. возвращение обработанной порции ферментационной среды в устройство для ферментации; и
h. перенос ферментационной среды из устройства для ферментации в брагоперегонный аппарат.
45. Способ по любому из пп.37-44, где из газа извлекают по меньшей мере примерно 50% C3-C6 спирта.
46. Способ по любому из пп.37-44, где из газа извлекают по меньшей мере примерно 70% C3-C6 спирта.
47. Способ по любому из пп.37-44, где из газа извлекают по меньшей мере примерно 85% C3-C6 спирта.
48. Способ по любому из пп.37-44, где из газа извлекают по меньшей мере примерно 90% C3-C6 спирта.
49. Способ получения C3-C6 спирта, включающий в себя:
a. культивирование микроорганизма в ферментационной среде с целью выращивания микроорганизма;
b. культивирование микроорганизма в ферментационной среде с целью получения C3-C6 спирта;
c. извлечение C3-C6 спирта из ферментационной среды в процессе стадий культивирования; и
d. введение в ферментационную среду газа, содержащего кислород, на стадии (b) со скоростью переноса кислорода (OTR) менее чем примерно 20 ммоль кислорода на литр ферментационной среды в час.
50. Способ по п.49, где стадия введения включает в себя введение в ферментационную среду газа, содержащего кислород, на стадии (b) при OTR менее чем примерно 10 ммоль кислорода на литр ферментационной среды в час.
51. Способ по п.49, где стадия введения дополнительно включает в себя введение в ферментационную среду газа, содержащего кислород, на стадии (b) при OTR в диапазоне примерно от 0,1 до 5 ммоль кислорода на литр ферментационной среды в час.
52. Способ по п.49, где стадия извлечения C3-C6 спирта из ферментационной среды включает в себя следующие стадии:
повышение активности C3-C6 спирта в порции ферментационной среды, по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции, или уменьшение активности воды в порции ферментационной среды по меньшей мере, до уровня насыщающей концентрации C3-C6 спирта в порции;
получение из порции ферментационной среды жидкой фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, и жидкой фазы, обогащенной водой; и
отделение фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, от фазы, обогащенной водой.
53. Способ по п.52, дополнительно включающий в себя стадию:
введения обогащенной водой фазы в ферментационную среду.
54. Способ по п.49 или 50, дополнительно включающий в себя следующие стадии:
отгонка из ферментационной среды парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт; и
проведение реакции C3-C6 спирта в парообразной фазе с получением продукта.
55. Способ получения C3-C6 спирта, включающий в себя:
a. культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта;
b. введение в ферментационную среду газа, содержащего кислород, на стадии (a) со скоростью переноса кислорода (OTR) менее чем примерно 20 ммоль кислорода на литр ферментационной среды в час;
c. повышение активности C3-C6 спирта в порции ферментационной среды;
d. перегонку порции ферментационной среды с получением парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт, и жидкой фазы, и
e. введение жидкой фазы в ферментационную среду.
56. Способ эксплуатации модифицированного промышленного предприятия по производству этанола, оборудованного устройством для предварительной обработки, несколькими установками для ферментации и брагоперегонным аппаратом, с получением C3-C6 спирта, включающий в себя:
a. предварительную обработку сырья с получением поддающихся ферментации сахаров в установке для предварительной обработки;
b. культивирование микроорганизма в ферментационной среде, содержащей поддающиеся ферментации сахара, в первой установке для ферментации с целью выращивания микроорганизма;
c. культивирование микроорганизма в ферментационной среде, содержащей поддающиеся ферментации сахара, в первой установке для ферментации с получением C3-C6 спирта;
d. введение в ферментационную среду газа, содержащего кислород, на стадии (c) со скоростью переноса кислорода (OTR) менее чем примерно 20 ммоль кислорода на литр ферментационной среды в час;
e. обработку порции ферментационной среды, содержащей C3-C6 спирт, с удалением части C3-C6 спирта;
f. возвращение обработанного сегмента ферментационной среды в устройство для ферментации; и
g. перенос ферментационной среды из устройства для ферментации в брагоперегонный аппарат.
57. Способ по пп.49, 55 или 56, где стадию получения C3-C6 спирта проводят в анаэробных условиях.
58. Способ проведения процессов получения и извлечения C3-C6 спирта, включающий в себя несколько типовых процессов, которые проводят при давлении ниже атмосферного, в том числе следующие стадии:
a. введение потока в первый эдуктор, чтобы в первом типовом процессе получить давление ниже атмосферного; и
b. передачу потока из первого эдуктора во второй эдуктор с получением во втором типовом процессе давления ниже атмосферного.
59. Способ по п.57, где несколько типовых процессов включают в себя типовые процессы, которые проводят на устройствах, выбранных из группы, состоящей из: установки для регенерации воды, первой камеры многоступенчатой дистилляционной установки, второй камеры многоступенчатой дистилляционной установки, брагоперегонного аппарата, боковой отпарной колонны и ректификационного аппарата.
60. Способ по п.57, где первый и второй типовые процессы являются одинаковыми.
61. Способ по п.57, где первый и второй типовые процессы являются разными.
62. Способ культивирования микроорганизмов, продуцирующих C3-C6 спирт, до достижения высокой плотности клеток, который включает в себя стадии выращивания микроорганизмов в ферментационной среде и извлечение C3-C6 спирта из ферментационной среды на стадии выращивания; где микроорганизмы достигают клеточной плотности в диапазоне примерно от 5 г сухой массы на литр до 150 г сухой массы на литр.
63. Способ получения C3-C6 спирта, который включает в себя стадии культивирования микроорганизмов, продуцирующих C3-C6 спирт, в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта и извлечение C3-C6 спирта из ферментационной среды; где продуцирование C3-C6 спирта происходит со скоростью, составляющей по меньшей мере примерно 1 г на литр в час.
64. Способ по п.63, где продуцирование C3-C6 спирта происходит со скоростью, составляющей по меньшей мере примерно 2 г на литр в час.
65. Способ по п.64, где C3-C6 спирт представляет собой бутанол.
66. Способ по п.64, где C3-C6 спирт представляет собой изобутанол.
67. Способ извлечения C3-C6 спирта из разбавленного водного раствора при первой температуре (T1), включающий в себя:
a. отгонку парообразной фазы, содержащей воду и C3-C6 спирт, из разбавленного водного раствора;
b. конденсацию парообразной фазы с водной охлаждающей жидкостью при второй температуре (T2);
c. регуляцию на стадии отгонки давления, T1 и титра C3-C6 спирта, так, чтобы температура парообразной фазы составляла третью температуру (T3), где разница между T3 и T2 составляет по меньшей мере примерно 1°C.
68. Способ по п.67, где разница между T3 и T2 составляет по меньшей мере примерно 5°C.
69. Способ по п.67, где разница между T3 и T2 составляет по меньшей мере примерно 10°C.
70. Способ по п.67, где T2 составляет менее чем примерно 30°C.
71. Способ по п.67, где водную охлаждающую жидкость при второй температуре (T2) получают путем испарительного охлаждения.
72. Способ по п.67, где часть конденссированной парообразной фазы используют в качестве водной охлаждающей жидкости.
73. Способ по п.67, дополнительно включающий в себя получение из конденсированной парообразной фазы жидкой фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, и жидкой фазы, обогащенной водой.
74. Способ по п.73, дополнительно включающий в себя отделение фазы, обогащенной C3-C6 спиртом, от фазы, обогащенной водой.
75. Способ по п.67, где парообразная фаза содержит примерно от 2% по массе до 40% по массе C3-C6 спирта из разбавленного водного раствора.
76. Способ по п.67, где стадию перегонки проводят в адиабатических условиях.
77. Способ по п.67, где стадию перегонки проводят в изотермических условиях.
78. Способ по п.67, где разбавленный водный раствор включает в себя ферментационную среду, содержащую микроорганизм, указанный способ дополнительно включает в себя
культивирование микроорганизма в ферментационной среде с получением C3-C6 спирта;
и введение обогащенной водой фазы в ферментационную среду.