[发明专利]含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器及方法

说明书

含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器及方法，反应器包括：气体入口(1)，气体出口(2)，第一液体出口(3)，第二液体出口(4)，内套筒(5)，反应器主体(6)和液固分离构件(7)，所述反应器主体(6)内同心安装所述内套筒(5)，所述内套筒底部布置气体分布器(8)，所述气体分布器与气相入口(1)相连；所述第一液体出口(3)与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口(4)与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口(3)和第二液体出口(4)的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

技术领域

本发明涉及一种用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器及方法。

背景技术

利用厌氧细菌将含一氧化碳原料气体发酵制备含氧有机物，尤其是燃料乙醇，是第三代生物能源炼制技术。其原料气体可来自于钢铁工业、炼油厂、发电厂和垃圾焚烧炉等一氧化碳丰富的废气，也可使用多种原料混合物气化产生的合成气，如生物质、石油焦、煤炭等。这类技术通过微生物的发酵作用，将一氧化碳等无机碳转化为高附加值有机碳，一方面减少了工业废气和二氧化碳排放量，另一方面提高了各类碳资源的利用率，具有重要的经济效益和社会效益。

气态底物发酵一般受气液传质速率的影响较大，气态底物只有溶解到水性发酵液中才能被微生物培养物代谢。然而一氧化碳等气态底物在水性发酵液中的溶解度低，一氧化碳生物发酵过程的转化效率总体较低，提高发酵反应器内的气液传质性能是保证发酵过程充分进行的一大挑战。

专利CN107858383A公布了一种连续式发酵装置，通过两个搅拌釜串联提高一氧化碳的发酵效率。专利CN105296543B公布了一种生物反应器，该反应器也通过搅拌浆提供能量输入，进而提高一氧化碳的气液传质速率。利用机械搅拌提高传质速率有如下明显的缺陷；(1)一氧化碳发酵过程为厌氧过程，需要隔绝空气，但搅拌釜由于存在搅拌桨转动部件，实现反应釜的密封性要求更为严苛；(2)搅拌釜受到搅拌桨的限制，难以通过单个反应器实现更大规模的生产；(3)使用搅拌釜多釜串联时，降低了厂区的空间利用率。

综上所述，开发一种气液传质性能好、结构简单、适用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的新型发酵反应器具有重要的工业应用价值。

发明内容

鉴于上述背景，本发明提供一种用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器和利用本发明提供的反应器将含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的方法。该反应器无机械搅拌动部件，其气-液传质效果好、反应效率高、结构简单，有利于提高含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵效率。

第一方面，本发明提供了一种用于含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器，包括：气体入口(1)，气体出口(2)，第一液体出口(3)，第二液体出口(4)，内套筒(5)，反应器主体(6)和液固分离构件(7)，其特征在于，

所述反应器主体(6)内同心安装所述内套筒(5)，所述内套筒底部布置气体分布器(8)，所述气体分布器与气相入口(1)相连；

所述第一液体出口(3)与液固分离构件相连，用于采出分离固相活性组分后的发酵液，所述第二液体出口(4)与发酵反应器液相区直接相连，用于采出含固相活性组分的发酵液，通过调节第一液体出口(3)和第二液体出口(4)的液体采出量调整发酵反应器内固相活性组分浓度。

进一步的，所述发酵反应器为多级串联反应器，相邻两级反应器之间通过级间构件、级间液体管和级间气体管连接。

进一步的，所述发酵反应器还包括：液体分布器(9)、第一液体入口