(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-30
(54)【発明の名称】近接沸騰生成物を回収するためのプロセス
(51)【国際特許分類】
C12P 7/06 20060101AFI20220323BHJP
C12M 1/00 20060101ALN20220323BHJP
【ＦＩ】
C12P7/06
C12M1/00 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021545807
(86)(22)【出願日】2019-12-20
(85)【翻訳文提出日】2021-08-05
(86)【国際出願番号】 US2019067981
(87)【国際公開番号】W WO2020163020
(87)【国際公開日】2020-08-13
(31)【優先権主張番号】62/803,120
(32)【優先日】2019-02-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518403425
【氏名又は名称】ランザテク，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100092783
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120134
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 規雄
(74)【代理人】
【識別番号】100196966
【弁理士】
【氏名又は名称】植田 渉
(72)【発明者】
【氏名】ガオ，アラン ハイミング
(72)【発明者】
【氏名】コンラッド，ロバート ジョン
(72)【発明者】
【氏名】グリフィン，デレク ウェイン
(72)【発明者】
【氏名】ティアン，ペン
【テーマコード（参考）】
4B029
4B064
【Ｆターム（参考）】
4B029AA27
4B029BB02
4B029DF06
4B029DG08
4B029GA08
4B029GB01
4B029GB02
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4B029HA09
4B064AC02
4B064AC03
4B064AC04
4B064AC05
4B064AC33
4B064AD04
4B064BJ01
4B064BJ03
4B064BJ04
4B064CA01
4B064CA02
4B064CC15
4B064CD04
4B064CE01
(57)【要約】
本開示は、発酵ブロスから生成物を回収するための方法に関する。本開示は、エタノールおよびイソプロパノールなどの近接した沸点を有する生成物を発酵ブロスから回収するための抽出蒸留および／または脱水の使用に関する。一実施形態では、生成物の回収は、微生物バイオマスへのストレスを最小限に抑える様式で完了し、その結果、微生物バイオマスは、少なくとも部分的には生存可能なままであり、発酵プロセスにおいて再循環および再利用され得、結果として、発酵プロセスの効率が向上し得る。抽出蒸留槽および／または脱水反応器は、蒸留槽の下流で使用され得る。微生物バイオマスへのストレスを最小限に抑えるために、蒸留槽は、真空下にあり得る。抽出蒸留槽は、分離槽が抽出蒸留剤を再循環することができるように、分離槽と一緒に使用され得る。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発酵ブロスから生成物を回収するための方法であって、ａ．微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを、バイオリアクタから真空蒸留槽に渡すことと、
ｂ．前記発酵ブロスを部分的に蒸発させて、生成物に富む流れであって、エタノールおよびイソプロパノールを含む、生成物に富む流れと、生成物が枯渇した流れであって、微生物バイオマスを含む、生成物が枯渇した流れと、を生成することと、
ｃ．前記生成物が枯渇した流れの少なくとも一部分を、前記バイオリアクタに戻すことと、
ｄ．生成物に富む流れの少なくとも一部分を、抽出蒸留槽に渡すことと、
ｅ．抽出蒸留剤の存在下で前記抽出蒸留槽内で前記生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
ｉ．前記エタノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収されるか、または
ｉｉ．前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法。
【請求項2】
前記エタノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収され、前記抽出蒸留剤が、アルファ－ピネン、ベータ－ピネン、メチルイソブチルケトン、リモネン、アルファ－フェランドレン、アルファ－テルピネン、ミルセン、カラン、ｐ－メンタ－１，５－ジエン、ブチルエーテル、１－メトキシ－２－プロパノール、ｎ－ブチル酢酸、酢酸ｎ－アミル、酢酸ベンジル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸２－ブトキシエチル、酪酸メチル、プロピオン酸エチル、ｎ－吉草酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸エチル、ピリジン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアニリン、ｏ－ｓｅｃ．ブチルフェノール、３－イソプロピルフェノール、２，６－ジメチルフェノール、ｏ－ｔｅｒｔ．ブチルフェノール、４－エチルフェノール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソオクチル、アジピン酸ジメチル、三酢酸グリセリン、マロン酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、ｐ－キシレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールｔ－ブチルエーテルメチルエーテル、トリエチレングリコールジアセテート、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、１，２－メチレンジオキシベンゼン、イソホロン、エチル－３－エトキシプロピオネート、テトラエチルオルトシリケート、２－ヒドロキシアセトフェノン、１，１，１－トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、２，２，２－トリクロロエタノール、ｍ－ジクロルベンゼン、クロロベンゼン、２，６－ジクロロトルエン、１－クロロヘキサン、ジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、スルホラン、イソホロン、２－ピロリジオン、１－メチル－２ピロリンジノン、イソデシルアルコール、シクロドデカノール、ベンジルアルコール、１－ドデカノール、トリデシルアルコール、フェネチルアルコール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、２－ニトロプロパン、１－ニトロプロパン、ニトロエタン、ニトロメタン、３－ニトロトルエン、２－ニトロトルエン、トリアセチン、３－ニトロ－ｏ－キシレン、１，４－ジオキサン、酢酸イソブチル、酪酸エチル、ギ酸イソアミル、カプロン酸メチル、カプロン酸エチル、カプロン酸プロピル、１－メトキシ－２－プロパノールアセテート、イソブチルイソブチレート、ヘキシルアセテート、エチルイソブチレート、酪酸プロピル、酪酸イソブチル、酢酸イソボルニル、１，３－ジオキソラン、ニトロベンゼン、酪酸ブチル、４－メチル－２－ペンタノン、およびポリエチレングリコール４００からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収され、前記抽出蒸留剤が、エチルベンゼン、トルエン、ｐ－キシレン、ヘプタン、フェノール、および２－ｔｅｒｔ－ブチルフェノールからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記生成物に富む流れが、前記抽出蒸留槽に渡される前に精留塔に渡される、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記抽出蒸留剤が、少なくとも５：１の抽出蒸留剤対イソプロパノール比または少なくとも５：１の抽出蒸留剤対エタノール比で、前記抽出蒸留槽に添加される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記発酵ブロスが、酢酸、アセトン、３－ヒドロキシブチレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、ｎ－ブタノール、および／または２，３－ブタンジオールからなる群から選択される１つ以上の副生成物をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
少なくとも１つの副生成物の少なくとも一部分が、サイドドローによって除去される、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記３－ヒドロキシブテレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、および／またはｎ－ブタノールの少なくとも一部分が、サイドドローによって除去される、請求項６に記載の方法。
【請求項9】
前記発酵ブロスが、アセトンをさらに含み、前記アセトンの少なくとも一部分が、前記バイオリアクタに再循環される、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記抽出蒸留槽が、熱統合されている、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記蒸留底物を分離槽に渡して、イソプロパノールに富む流れまたはエタノールに富む流れ、および抽出蒸留剤に富む流れを生成することと、前記抽出蒸留剤に富む流れの少なくとも一部分を、前記抽出蒸留槽に渡すことと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記バイオリアクタが、発酵ブロスの体積を定義し、前記発酵ブロスが、ある供給速度で前記真空蒸留槽に渡され、前記供給速度が、１時間当たりのバイオリアクタの体積に関して定義され、前記供給速度が、０．０５～０．５である、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記発酵ブロスが、滞留時間を定義し、前記滞留時間が、前記発酵ブロスが前記真空蒸留槽内にある時間として定義され、前記滞留時間が、０．５～１５分である、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
前記真空蒸留槽が、一連の蒸留トレイから構成される分離セクションを定義する、請求項１に記載の方法。
【請求項15】
前記真空蒸留槽が、３つを超える蒸留段から構成される分離セクションを定義する、請求項１に記載の方法。
【請求項16】
前記真空蒸留槽が、充填材料から構成される分離セクションを定義する、請求項１に記載の方法。
【請求項17】
前記生成物が枯渇した流れが、少なくとも２０パーセント生存可能である微生物バイオマスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項18】
前記生成物が枯渇した流れが、前記発酵ブロス中に１０％未満のエタノールおよびイソプロパノールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項19】
前記真空蒸留槽が、前記真空蒸留槽の高さにわたる圧力降下を定義し、前記圧力降下が、３．２ｋＰａ（絶対）未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項20】
前記真空蒸留槽が、４ｋＰａ（絶対）～１０ｋＰａ（絶対）の圧力で操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項21】
前記真空蒸留槽が、３０℃～５０℃の温度で操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項22】
前記生成物が枯渇した流れが、前記生成物が枯渇した流れが前記バイオリアクタに渡される前に、前記生成物が枯渇した流れの温度を低下させるために冷却手段に渡される、請求項１に記載の方法。
【請求項23】
前記生成物が枯渇した流れの前記温度が、３０℃～４０℃である、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記発酵ブロスを前記真空蒸留槽に渡す前に、前記発酵ブロスの少なくとも一部分を脱気することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項25】
前記バイオリアクタが、産業プロセスからのＣ１含有ガスの発酵のための条件下で操作される、請求項１に記載の方法。
【請求項26】
前記産業プロセスが、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製品、コークス製造、嫌気性または好気性消化、ガス化、熱分解、焙焼、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、ならびに触媒プロセスを含む群から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
生成物に富む流れから生成物を回収するための方法であって、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、脱水反応器に渡すことと、
前記生成物に富む流れを脱水して、エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物の流れ、および水に富む流れを生成することと、
前記水に富む流れを前記バイオリアクタに渡すことと、を含む、方法。
【請求項28】
前記生成物に富む流れの少なくとも一部分が、微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを部分的に気化させて、前記生成物に富む流れおよび微生物バイオマスを含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される真空蒸留槽から受容される、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
前記生成物に富む流れの少なくとも一部分が、エタノール、イソプロパノール、および水を含む発酵ブロスを蒸留して、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れならびに水を含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される蒸留槽から受容される、請求項２７に記載の方法。
【請求項30】
前記バイオリアクタが、産業プロセスからのＣ１含有ガスの発酵のための条件下で操作される、請求項２７に記載の方法。
【請求項31】
前記脱水反応器が、２００℃～５００℃の温度で操作される、請求項２７に記載の方法。
【請求項32】
前記脱水反応器が、０ＭＰＡ（ゲージ）～８．３ＭＰＡ（ゲージ）までの圧力で操作される、請求項２７に記載の方法。
【請求項33】
前記生成物に富む流れが、０．１時間－１～３０時間－１の毎時重量空間速度で前記脱水反応器に渡される、請求項２７に記載の方法。
【請求項34】
前記生成物に富む流れが、２０～１００重量％のエタノールを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項35】
前記脱水反応器が、アルミナ、修飾アルミナ、結晶性またはアモルファスシリコアルミネート、および修飾シリコアルミネートからなる群から選択される少なくとも１つの触媒を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項36】
前記脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が、炭化水素燃料の少なくとも一部分にさらに変換される、請求項２７に記載の方法。
【請求項37】
前記脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が重合される、請求項２７に記載の方法。
【請求項38】
前記脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が、重合される前に、エチレンに富む流れおよびプロピレンに富む流れに分離される、請求項３７に記載の方法。
【請求項39】
生成物に富む流れから生成物を回収するための方法であって、ａ．エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、抽出蒸留槽に渡すことと、
ｂ．抽出蒸留剤の存在下で前記生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
ｉ．前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収されるか、または
ｉｉ．前記エタノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法。
【請求項40】
前記生成物に富む流れの少なくとも一部分が、エタノール、イソプロパノール、および水を含む発酵ブロスを蒸留して、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れならびに水を含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される蒸留槽から受容される、請求項３９に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年２月８日に出願された米国仮特許出願第６２／８０３，１２０号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年２月８日に出願された米国仮特許出願第６２／８０３，１２０号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、発酵ブロスと近接した沸点を有する生成物を回収するための方法に関する。具体的には、本開示は、発酵ブロスが微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む、発酵ブロスからエタノールおよびイソプロパノールなどの生成物を回収するための抽出蒸留の使用に関する。
【背景技術】
【0003】
二酸化炭素（ＣＯ２）は、人間の活動による世界全体の温室効果ガス排出量の約７６％を占め、メタン（１６％）、亜酸化窒素（６％）、およびフッ素化ガス（２％）が残りを占めている（米国環境保護庁（ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｃｙ））。工業および林業の施業も大気中にＣＯ２を放出するが、ＣＯ２の大部分は化石燃料を燃焼させてエネルギーを生成することに由来する。温室効果ガス排出、特にＣＯ２の削減は、地球温暖化の進行ならびにそれに伴う気候および天候の変動を食い止めるのに重要である。
【0004】
フィッシャー－トロプシュ法などの触媒プロセスを使用して、産業廃ガスまたは合成ガスなどの二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および／または水素（Ｈ２）を含有するガスを様々な燃料および化学物質に変換することができることが長い間認識されている。しかしながら、最近、ガス発酵がそのようなガスの生物学的固定のための代替プラットフォームとして浮上している。特に、Ｃ１固定微生物は、ＣＯ２、ＣＯ、および／またはＨ２を含有するガスをエタノールおよびイソプロパノールなどの生成物に変換することが示されている。
【0005】
典型的に、フィッシャー－トロプシュ発酵および／またはガス発酵のいずれかによって生成された生成物は、従来の蒸留によって分離される。蒸留プロセスは、分離される成分の揮発性の違い、すなわち沸点の違いに基づいている。しかしながら、エタノールおよびイソプロパノールの両方を含む混合物などの近接沸騰混合物の場合、従来の蒸留では、溶液から個々の成分を効果的に分離することが不可能であることが示されている。
【0006】
さらに、発酵ブロスに存在するＣ１固定微生物は、従来の蒸留に必要な高温に耐えることができない可能性がある。生存可能なＣ１固定微生物の損失を克服するために、濾過方法が採用されてきた。しかしながら、時間が経つにつれて、従来の濾過方法では、粒状物質が濾材中または濾材上に蓄積する可能性があり、これは濾液流束の低下をもたらし、最終的には濾材の洗浄および／または交換を必要とする可能性がある。
【0007】
したがって、発酵ブロス中のＣ１固定微生物の生存率を確保しながら、エタノールおよびイソプロパノールなどの同様の沸点を有する化合物を分離するのに効果的なシステムの必要性が残っている。
【発明の概要】
【0008】
本開示は、微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む、発酵ブロスから生成物を回収するための方法を提供する。一実施形態では、発酵ブロスは、バイオリアクタから真空蒸留槽に渡され、そこで発酵ブロスは部分的に気化されて、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れと、微生物バイオマスを含む生成物が枯渇した流れと、を生成する。いくつかの実施形態において、生成物が枯渇した流れの少なくとも一部分は、バイオリアクタに戻される。次のステップでは、抽出蒸留槽を使用して、エタノールおよびイソプロパノールを分離することができる。分離は、抽出蒸留剤の存在下での蒸留によって達成され、オーバーヘッド生成物および蒸留底物が得られる。使用する抽出蒸留剤に応じて、エタノールまたはイソプロパノールのいずれかが他の生成物の少なくとも一部分とともにオーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールがオーバーヘッド生成物およびイソプロパノールに回収される場合、エタノールがオーバーヘッド生成物に回収される場合には、エタノールは、蒸留底物で回収される。
【0009】
抽出蒸留剤は、生成物間の相対揮発性を高めるために、生成物に富む流れ内でエタノールまたはイソプロパノールのいずれかの生成物と相互作用することによって機能する。一実施形態では、抽出蒸留剤は、エタノールまたはイソプロパノールのいずれか１つの生成物に対して高い親和性を有し、代替生成物に対して低い親和性を有する。適切な抽出蒸留剤は、生成物に富む流れの成分と共沸混合物を形成してはならず、典型的には蒸留によって、後続の分離槽によって代替生成物から分離することができなければならない。
【0010】
オーバーヘッド生成物中のエタノールおよび蒸留底物中のイソプロパノールを回収するために、抽出蒸留剤は、アルファ－ピネン、ベータ－ピネン、メチルイソブチルケトン、リモネン、アルファ－フェランドレン、アルファ－テルピネン、ミルセン、カラン、ｐ－メンタ－１，５－ジエン、ブチルエーテル、１－メトキシ－２－プロパノール、ｎ－ブチル酢酸、酢酸ｎ－アミル、酢酸ベンジル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸２－ブトキシエチル、酪酸メチル、プロピオン酸エチル、ｎ－吉草酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸エチル、ピリジン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアニリン、ｏ－ｓｅｃ．ブチルフェノール、３－イソプロピルフェノール、２，６－ジメチルフェノール、ｏ－ｔｅｒｔ．ブチルフェノール、４－エチルフェノール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソオクチル、アジピン酸ジメチル、三酢酸グリセリン、マロン酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、ｐ－キシレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールｔ－ブチルエーテルメチルエーテル、トリエチレングリコールジアセテート、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、１，２－メチレンジオキシベンゼン、イソホロン、エチル－３－エトキシプロピオネート、テトラエチルオルトシリケート、２－ヒドロキシアセトフェノン、１，１，１－トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、２，２，２－トリクロロエタノール、ｍ－ジクロルベンゼン、クロロベンゼン、２，６－ジクロロトルエン、１－クロロヘキサン、ジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、スルホラン、イソホロン、２－ピロリジオン、１－メチル－２ピロリンジノン、イソデシルアルコール、シクロドデカノール、ベンジルアルコール、１－ドデカノール、トリデシルアルコール、フェネチルアルコール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、２－ニトロプロパン、１－ニトロプロパン、ニトロエタン、ニトロメタン、３－ニトロトルエン、２－ニトロトルエン、トリアセチン、３－ニトロ－ｏ－キシレン、１，４－ジオキサン、酢酸イソブチル、酪酸エチル、ギ酸イソアミル、カプロン酸メチル、カプロン酸エチル、カプロン酸プロピル、１－メトキシ－２－プロパノールアセテート、イソブチルイソブチレート、ヘキシルアセテート、エチルイソブチレート、酪酸プロピル、酪酸イソブチル、酢酸イソボルニル、１，３－ジオキソラン、ニトロベンゼン、酪酸ブチル、４－メチル－２－ペンタノン、およびポリエチレングリコール４００からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含み得る。
【0011】
一実施形態では、抽出蒸留剤は、少なくとも５：１の抽出蒸留剤対イソプロパノール比で抽出蒸留槽に添加される。少なくとも１つの実施形態において、抽出蒸留剤は、少なくとも５：１、１０：１、２０：１、または４０：１の抽出蒸留剤対イソプロパノール比で添加される。
【0012】
オーバーヘッド生成物中のイソプロパノールおよび蒸留底物中のエタノールを回収するために、抽出蒸留剤は、エチルベンゼン、トルエン、ｐ－キシレン、ヘプタン、フェノール、および２－ｔｅｒｔ－ブチルフェノールからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含み得る。
【0013】
一実施形態では、抽出蒸留剤は、少なくとも５：１の抽出蒸留剤対エタノール比で抽出蒸留槽に添加される。少なくとも１つの実施形態において、抽出蒸留剤は、少なくとも５：１、１０：１、２０：１、または４０：１の抽出蒸留剤対エタノール比で添加される。
【0014】
特定の例では、発酵ブロスは、酢酸、アセトン、３－ヒドロキシブチレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、ｎ－ブタノール、および／または２，３－ブタンジオールからなる群から選択される１つ以上の副生成物をさらに含み得る。少なくとも１つの副生成物の少なくとも一部分は、サイドドローまたはその後のプロセスによって除去される。一実施形態では、３－ヒドロキシブチレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、および／またはｎ－ブタノールの少なくとも一部分は、精留塔のサイドドローを通して除去される。
【0015】
特定の例では、発酵ブロス中のアセトンは、イソプロパノールを生成するための中間体として使用される。アセトンをイソプロパノールを生成するための中間体として使用する場合、発酵ブロス中のアセトンの少なくとも一部分は、バイオリアクタ内の１つ以上の微生物によってイソプロパノールに変換される。様々な実施形態において、アセトンの少なくとも一部分は、発酵ブロスが真空蒸留槽に渡される前に、発酵ブロスから除去される。様々な実施形態において、アセトンの少なくとも一部分は、精留塔の下流に配置された熱交換器を使用して分離される。一実施形態では、除去されたアセトンの少なくとも一部分は、発酵プロセスによって生成されるイソプロパノールの割合を増加させるために、バイオリアクタに再循環される。
【0016】
特定の例では、プロセスは、エタノール上でイソプロパノールを生成するように最適化される。発酵プロセスによって生成されるイソプロパノールの割合を増加させるために、バイオリアクタで生成される分離されたエタノールの少なくとも一部分をバイオリアクタに戻して、バイオリアクタでその後生成されるエタノールの割合を減少させることができる。一実施形態では、エタノールをバイオリアクタに戻すと、エタノールを生成するために固定される炭素の量が減少し、イソプロパノールを生成するために固定される炭素の量が増加する。アセトンがイソプロパノールを生成するための中間体である特定の例では、エタノールをバイオリアクタに戻すと、エタノールを生成するために固定される炭素の割合が減少し、アセトンを生成するために固定される炭素の量が増加する。バイオリアクタに戻されるエタノールの少なくとも一部分は、使用される抽出蒸留剤、およびプロセスでエタノールが回収される場所に応じて、抽出蒸留槽または分離槽のいずれかから渡され得る。
【0017】
本開示は、プロセスによって消費されるエネルギーの最適化を提供する。一実施形態では、抽出蒸留槽は、プロセスによって必要とされるエネルギーの量を低減するために熱統合される。特定の例では、本開示は、抽出蒸留塔で生成されたオーバーヘッド生成物を、分離槽のリボイラー、精留塔のリボイラー、および／または熱交換器と接触させて、プロセスに必要なエネルギー量を低減することを提供する。熱交換媒体として使用される前に、１つ以上のオーバーヘッド生成物を圧縮して、流れの圧力を高めることができる。他の槽／塔で生成されたオーバーヘッドは、熱交換媒体としても使用され得る。例えば、精留塔によって生成されたオーバーヘッド生成物は、抽出蒸留槽のリボイラー、分離槽のリボイラー、および／または熱交換器に接触して、プロセスに必要なエネルギー量を低減することができる。
【0018】
本開示は、副生成物の生産をまた最小化しながら、特定の生成物の生産を最大化することを提供する。一実施形態では、分離槽を使用して、蒸留底物に含まれる生成物を抽出蒸留剤から分離する。一実施形態では、分離槽は、蒸留底物を受容し、イソプロパノールに富む流れおよび抽出蒸留剤に富む流れを生成することができる。別の実施形態では、分離槽は、蒸留底物を受容し、エタノールに富む流れおよび抽出蒸留剤に富む流れを生成することができる。分離槽がイソプロパノールに富む流れまたはエタノールに富む流れを生成するかどうかは、少なくとも部分的に、利用される抽出蒸留剤に依存する。一実施形態では、抽出蒸留剤に富む流れの少なくとも一部分を抽出蒸留槽に渡して、抽出蒸留槽に必要な新しい抽出蒸留剤の量を減らす。
【0019】
一実施形態では、本開示は、所与の供給速度で発酵ブロスを処理することができる。供給速度は、１時間あたりの発酵ブロスのバイオリアクタの体積に関して定義される。少なくとも１つの実施形態において、真空蒸留槽への供給速度は、１時間あたり０．０５～０．５のバイオリアクタ体積である。ある特定の実施形態では、供給速度は、１時間当たり０．０１～０．１、０．０５～０．２、０．０５～０．３、０．０５～０．４、０．１～０．３、０．１～０．５、または０．３～０．５のバイオリアクタ体積である。
【0020】
ある特定の例では、発酵ブロスは真空蒸留槽内で所与の滞留時間を有する。発酵ブロスが真空蒸留槽内にある時間は、発酵ブロスが発酵ブロスを受容するために入口から入った瞬間から発酵ブロスが生成物が枯渇した流れを移送するために出口から出たときまでの時間である。一実施形態では、滞留時間は０．５～１５分である。様々な実施形態において、滞留時間は、０．５～１２分、０．５～９分、０．５～６分、０．５～３分、２～１５分、２～１２分、２～９分、または２～６分である。少なくとも１つの実施形態において、微生物の生存率を確保するために、滞留時間は１５分未満、１２分未満、９分未満、６分未満、３分未満、２分未満、または１分未満である。
【0021】
特定の例では、真空蒸留槽は、一連の蒸留トレイから構成される分離セクションを定義する。蒸留トレイは、適切な気液接触を提供するための任意の好適な一連の蒸留トレイであり得る。
【0022】
特定の例では、真空蒸留槽は、充填材料から構成される分離セクションを定義する。充填材料は、適切な気液接触を提供することができる任意の好適な材料であり得る。
【0023】
真空蒸留槽の分離セクションは、発酵ブロスが蒸留段を通過するときに増加する量の生成物が発酵ブロスから蒸発する複数の理論蒸留段を提供するように設計される。一実施形態では、分離媒体は、複数の理論蒸留段を提供する。ある特定の実施形態において、分離媒体は、少なくとも３つの理論蒸留段、または少なくとも５つの理論蒸留段、または少なくとも６つの理論蒸留段を提供する。
【0024】
一実施形態では、微生物バイオマスの生存率を確実にするために、分離が行われる。微生物バイオマスの生存率を確保することによって、少なくともいくつかの生存可能な微生物を含むバイオリアクタに渡される生成物が枯渇した流れを、ガス発酵プロセスに再び利用することができる。生成物が枯渇した流れは、少なくとも２０％生存可能、少なくとも２５％生存可能、少なくとも３０％生存可能、少なくとも４０％生存可能、少なくとも５０％生存可能、または少なくとも６０％生存可能、または少なくとも７０％生存可能、または少なくとも８０％生存可能、または少なくとも８５％生存可能、または少なくとも９０％生存可能、または少なくとも９５％生存可能である微生物バイオマスを含む。本明細書で使用される場合、生存率は、生細胞数を総細胞数で割ったものを表し、総細胞数は、生細胞数と非生存細胞数の合計である。一実施形態では、真空蒸留槽全体の生存率の低下は、５～１０％以下である。
【0025】
微生物バイオマスの生存率は、任意の好適な手段を使用して測定され得る。一実施形態では、生存率はフローサイトメトリーおよび生／死アッセイを使用して測定される。ある特定の例では、発酵ブロス中の微生物バイオマスの生存率の測定は、真空蒸留槽に入る前の発酵ブロスから行われる。ある特定の例では、生成物が枯渇した流れ中の微生物バイオマスの生存率の測定は、生成物が枯渇した流れがバイオリアクタに送られる前の真空蒸留槽を出る生成物が枯渇した流れから行われる。他の実施形態では、特にプロセスが微生物バイオマスの少なくとも一部分の生存率を維持することが以前に実証されている場合、微生物バイオマスの生存率を全く測定する必要がない場合がある。
【0026】
ある特定の例では、生存率測定の結果として、１つ以上の変数が変更され得る。一実施形態では、生存率測定の結果として変更される１つ以上の変数は、圧力、温度、滞留時間、その発酵ブロス中の生成物濃度、水蒸気供給速度、および分離媒体を含む群から選択される。
【0027】
一実施形態では、生成物が枯渇した流れは、発酵ブロス中の生成物の蓄積を防ぐまたは少なくとも軽減するように、発酵ブロスに対する生成物の割合が減少している。発酵ブロス中の生成物の蓄積を防ぐ、または少なくとも軽減することによって、発酵プロセスを連続させることができる。一実施形態では、生成物は、連続発酵プロセスから回収される。特定の例では、生成物が枯渇した流れは、供給流に含まれる生成物の２０％未満、または供給流に含まれる生成物の１０％未満、または供給流に含まれる生成物の５％未満、または供給流に含まれる生成物の２．５％未満、または供給流に含まれる生成物の２％未満、または供給流に含まれる生成物の１％未満を含む。
【0028】
特定の例では、真空蒸留槽は、真空蒸留槽の高さにわたって３．２ｋＰａ（絶対）未満の圧力降下を提供する。特定の例では、減圧蒸留槽の高さにわたる圧力降下は、３ｋＰａ（絶対）未満、２．８ｋＰａ（絶対）未満、２．６ｋＰａ（絶対）未満、２．４ｋＰａ（絶対）未満、２．２ｋＰａ（絶対）未満、２ｋＰａ未満（絶対）、または１．８ｋＰａ（絶対）未満である。
【0029】
微生物の生存率を維持しながら、発酵ブロスから生成物を効果的に除去するために、真空蒸留槽は大気圧未満の圧力で操作する。一実施形態では、真空蒸留槽は、４ｋＰａ（絶対）～１０ｋＰａ（絶対）、または４ｋＰａ（絶対）～１０ｋＰａ（絶対）、または４ｋＰａ（絶対）～６ｋＰａ（絶対）、または５ｋＰａ（絶対）～１０ｋＰａ（絶対）、または５ｋＰａ（絶対）～８ｋＰａ（絶対）、または５ｋＰａ（絶対）～７ｋＰａ（絶対）、または６ｋＰａ（絶対）～１０ｋＰａ（絶対）、または８ｋＰａ（絶対）～１０ｋＰａ（絶対）の圧力で操作される。
【0030】
発酵ブロスから生成物を効果的に除去するために、真空蒸留は、微生物の生存率を確保しながら、生成物を除去することができる温度範囲で操作する。ある特定の例では、生成物は、エタノール、アセトン、およびイソプロパノールからなる群から選択される。一実施形態では、真空蒸留槽は、３０℃～５０℃の温度で操作される。一実施形態において、温度は３０℃～４５℃、または３７℃～４５℃、または４５℃～５０℃である。様々な場合において、温度は３７℃未満である。
【0031】
ある特定の例では、１つ以上の副生成物が発酵によって生成される。ある特定の例では、１つ以上の副生成物は、カルボン酸（すなわち、酢酸および乳酸）、アセトン、３－ヒドロキシブチレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、ｎ－ブタノール、および／または２，３－ブタンジオールからなる群から選択される。ある特定の例では、１つ以上の副生成物は発酵ブロスから分離されず、生成物が枯渇した流れにおいてバイオリアクタに戻される。バイオリアクタに副生成物を連続的に戻すため、発酵における副生成物の量が蓄積する可能性がある。ある特定の例では、発酵ブロス中の副生成物の濃度を所定のレベル未満に維持することが望ましい。副生成物の許容可能な濃度は、副生成物に対する微生物の耐性に基づいて決定することができる。ある特定の例では、生成物が枯渇した流れを二次分離手段に提供して生成物が枯渇した流れから１つ以上の副生成物を除去することが望ましい場合がある。ある特定の実施形態において、副生成物は２，３－ブタンジオールであり、発酵ブロス中の２，３－ブタンジオールの濃度は１０ｇ／Ｌ未満に維持される。ある特定の例では、副生成物は酢酸であり、発酵ブロス中の酢酸の濃度は１０ｇ／Ｌ未満に維持される。
【0032】
ある特定の例では、バイオリアクタに送る前に生成物が枯渇した流れを冷却する必要があるように、生成物が枯渇した流れの温度を上昇させる。流の温度は、微生物の生存率に直接作用し得る。例えば、より高い温度は微生物の生存率の低下をもたらし得る。温度増加の負の作用を回避するために、生成物が枯渇した流れはバイオリアクタに送られる前に任意の好適な冷却手段によって冷却され得る。一実施形態では、生成物が枯渇した流れの温度は、バイオリアクタに戻される前に、３０℃～４０℃まで冷却される。一実施形態では、発酵ブロスおよび生成物が枯渇した流れは、生存率に対する有害作用を回避するために４５℃未満に保たれる。一実施形態において、有害作用を回避するために、温度は３７℃～４５℃である。ある特定の例では、温度は使用される微生物に依存する。微生物の生存率に対する温度の作用は、より高い滞留時間で高められ得る。例えば、より高い滞留時間では、温度が最適値を超えると、微生物の生存率が低下する可能性がある。
【0033】
ある特定の例では、発酵ブロスはある割合のガスを含有し得る。発酵ブロス中のガスは真空蒸留槽の性能に悪影響を与えることが示されている。この性能の低下は、少なくとも部分的には、発酵ブロス中のガスと真空蒸留槽における泡の生成との間の相関によるものであり得る。発酵ブロス中のガスの割合を低減するために、脱気槽を利用することができる。脱気槽を利用する場合、発酵ブロスを受容するための入口は、配管手段によって脱気槽に接続され得る。脱気槽は、発酵ブロスが真空蒸留槽に搬送される前に、発酵ブロスからガスの少なくとも一部を除去する条件下で操作される。
【0034】
ある特定の例では、脱気槽は圧力で操作される。ある特定の例では、脱気槽はバイオリアクタの操作圧力よりも低い任意の圧力で操作される。一実施形態において、脱気槽は、０．０ｋＰａ（ゲージ）～１００ｋＰａ（ゲージ）の圧力で操作される。一実施形態において、脱気槽は、０．０（ゲージ）ｋＰａ～５０ｋＰａ（ゲージ）の圧力で操作される。一実施形態では、脱気槽は発酵ブロスから実質的にすべてのガスを除去する。特定の実施形態において、脱気槽は発酵ブロス中の０～１００％のガスを除去する。ある特定の例では、脱気槽は、発酵ブロスから２０％超、４０％超、６０％超、または８０％超のガスを除去する。ある特定の例では、脱気槽は発酵ブロスから二酸化炭素の少なくとも一部分を除去する。ある特定の例では、脱気槽は、発酵ブロスから少なくとも２０％、または少なくとも４０％、または少なくとも６０％、または少なくとも８０％の二酸化炭素を除去する。
【0035】
このプロセスは、工業プロセスからのＣ１含有基質の発酵のための条件下で操作されるバイオリアクタから受容した発酵ブロスから、生成物を除去することができる可能性がある。このＣ１含有基質は、１つ以上の産業プロセスから供給され得る。一実施形態では、産業プロセスは、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製品、コークス製造、嫌気性または好気性消化、ガス化、熱分解、焙焼、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、ならびに触媒プロセスを含む群から選択される。
【0036】
特定の例では、このプロセスは、エタノール、イソプロパノール、および水を含む発酵ブロスを蒸留して、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れならびに水を含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される蒸留槽を組み込む。様々な例において、蒸留槽は、大気圧で操作される。一実施形態では、蒸留槽は、生成物に富む流れの少なくとも一部分を抽出蒸留槽に渡す。蒸留槽が大気圧で操作される場合、１つ以上の上流濾過技術をさらに利用して、蒸留される前に発酵ブロスから微生物バイオマスを分離することができる。そのような濾過技術には、セラミック膜が含まれ得るが、これに限定されない。
【0037】
処理される発酵ブロスは、任意の好適な微生物を含有し得る。例えば、微生物は、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｏｂｕｔｙｌｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓａｃｃｈａｒｂｕｔｙｒｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓａｃｃｈａｒｏｐｅｒｂｕｔｙｌａｃｅｔｏｎｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｂｕｔｙｒｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｉｏｌｉｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｋｌｕｙｖｅｒｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｐａｓｔｅｒｉａｎｉｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｎｏｖｙｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｉｆｆｉｃｉｌｅ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｅｌｌｕｌｏｌｙｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｅｌｌｕｌｏｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｐｈｙｔｏｆｅｒｍｅｎｔａｎｓ、Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ ｌａｃｔｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ、Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ ｍｏｂｉｌｉｓ、Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｏｘｙｔｏｃａ、Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａ ｐｎｅｕｍｏｎｉａ、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｒｅｅｓｅｉ、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｌａｎｔａｒｕｍ、およびＭｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｅｘｔｏｒｑｕｅｎｓを含む群から選択され得る。ある特定の例では、微生物は、Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｗｏｏｄｉｉ、Ａｌｋａｌｉｂａｃｕｌｕｍ ｂａｃｃｈｉｉ、Ｂｌａｕｔｉａ ｐｒｏｄｕｃｔａ、Ｂｕｔｙｒｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃａｒｂｏｘｉｄｉｖｏｒａｎｓ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｃｏｓｋａｔｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｄｒａｋｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｆｏｒｍｉｃｏａｃｅｔｉｃｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｍａｇｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｓｃａｔｏｌｏｇｅｎｅｓ、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｌｉｍｏｓｕｍ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃａ、Ｍｏｏｒｅｌｌａ ｔｈｅｒｍｏａｃｅｔｉｃａ、Ｏｘｏｂａｃｔｅｒ ｐｆｅｎｎｉｇｉｉ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｏｖａｔａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｉｌｖａｃｅｔｉｃａ、Ｓｐｏｒｏｍｕｓａ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ、およびＴｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｔｅｒ ｋｉｕｖｉを含む群から選択されるＣ１固定細菌であり得る。一実施形態では、微生物はＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ属の一員である。ある特定の例では、微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍである。
【0038】
微生物は、様々な異なる生成物を生成することが可能であり得る。一実施形態では、微生物によって生成される１つ以上の生成物は、低沸点発酵生成物である。ある特定の例では、生成物は、エタノール、アセトン、イソプロパノール、ブタノール、ケトン、メチルエチルケトン、アセトン、２－ブタノール、１－プロパノール、酢酸メチル、酢酸エチル、ブタノン、１，３－ブタジエン、イソプレン、およびイソブテンからなる群から選択される。ある特定の例では、本方法は生成される生成物に基づいて最適化される。ある特定の例では、バイオリアクタで生成される生成物は、エタノールおよびイソプロパノールである。一実施形態では、本方法は、エタノールおよびイソプロパノールが発酵ブロスから効果的に除去され得るように最適化される。ある特定の例では、微生物は少なくとも１つの副生成物を生成する。一実施形態において、少なくとも１つの副生成物は、酢酸、乳酸、アセトン、３－ヒドロキシブチレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、ｎ－ブタノール、および／または２，３－ブタンジオールからなる群から選択される。
【0039】
様々な実施形態において、脱水反応器は、単独で、または抽出蒸留槽と一緒に使用されて、生成物を回収する。脱水反応器を組み込む場合、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れの少なくとも一部分が、蒸留槽から脱水反応器に渡される。一実施形態では、蒸留槽は、微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを部分的に気化させて、生成物に富む流れおよび微生物バイオマスを含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される真空蒸留槽である。脱水反応器は、生成物に富む流れを脱水して、エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物に富む流れ、および水に富む流れを生成する条件下で操作される。一実施形態では、水に富む流れの少なくとも一部分は、バイオリアクタに再循環される。
【0040】
一実施形態では、生成物に富む流れの少なくとも一部分は、任意選択でＮ２などの不活性ガスとともに脱水反応器に供給され、選択された反応温度に予熱され、エチレンおよび／またはプロピレンを形成する脱水反応を実施するのに十分な温度および圧力で、脱水触媒（例えば、アルミナ、修飾アルミナ、シリコアルミネート、修飾シリコアルミネート、および他の触媒）上で渡される。条件は、使用される触媒に依存し、これは、当業者に知られている方法を使用して決定され得る。
【0041】
特定の例では、脱水反応器は、２００℃～５００℃の温度で操作される。様々な実施形態において、脱水反応器は、３００℃～４５０℃、２００℃～４５０℃、または３００℃～５００℃で操作される。
【0042】
ある特定の例では、脱水反応器は、０ＭＰａ（ゲージ）～８．３ＭＰａ（ゲージ）の圧力で操作される。様々な実施形態において、脱水反応器は、０ＭＰａ（ゲージ）～３．５ＭＰａ（ゲージ）または３．５ＭＰａ（ゲージ）～８．３ＭＰａ（ゲージ）で操作される。
【0043】
特定の例では、生成物に富む流れは、０．１時間－１～３０時間－１の毎時重量空間速度（ＷＨＳＶ）で脱水反応器に渡され得る。様々な実施形態において、生成物に富む流れは、０．５時間－１～５時間－１、０．１時間－１～５時間－１、０．１時間－１～５時間－１、または５時間－１～３０時間－１のＷＨＳＶで脱水反応器に渡される。
【0044】
一実施形態では、生成物に富む流れは、エタノールおよび／またはイソプロパノールを含む。ある特定の例では、生成物に富む流れは、２０～１００重量％のエタノールを含む。ある特定の例では、生成物に富む流れは、２０～１００重量％のイソプロパノールを含む。様々な実施形態において、生成物に富む流れは、少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％のエタノールを含む。様々な実施形態において、生成物に富む流れは、少なくとも１０重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％のイソプロパノールを含む。
【0045】
脱水された生成物の流れの少なくとも一部分は、任意選択で、炭化水素燃料の少なくとも一部分に変換され得る。脱水生成物の流れの炭化水素燃料の少なくとも一部分への変換は、当業者に知られている任意の好適な方法を介して完了され得る。少なくとも１つの実施形態では、脱水された生成物の流れの少なくとも一部分は、２段階のオリゴマー化プロセスを含む方法によって、炭化水素燃料の少なくとも一部分に変換される。一実施形態では、第１のオリゴマー化プロセスは、４０℃～２２０℃の温度で実施されて、第１のオリゴマー化生成物を形成する。一実施形態では、第２のオリゴマー化プロセスは、１５０℃～４５０℃の温度で第１のオリゴマー化生成物をオリゴマー化して、第２のオリゴマー化生成物を形成する。
【0046】
脱水された生成物の流れの少なくとも一部分は、任意選択で重合され得る。重合は、エチレンとプロピレンの混合流で、またはエチレンに富む流れおよびプロピレンに富む流れで別々に行うことができる。一実施形態では、プロピレンの少なくとも一部分が重合されて、ポリプロピレンを形成する。一実施形態では、エチレンの少なくとも一部分が重合されて、ポリエチレンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の一態様による、分離槽と組み合わせた抽出蒸留槽を示す概略流れ図である。
【図2】本開示の一態様による、抽出蒸留槽および分離槽の上流の真空蒸留槽を示す概略流れ図である。
【図3】本発明の一態様による、脱水反応器と組み合わせた真空蒸留槽を示す概略流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0048】
本発明者らは、真空蒸留槽の下流に抽出蒸留槽を使用することにより、エタノールおよびイソプロパノールなどの近接した沸点を有する生成物を、生存可能な微生物バイオマスを含む発酵ブロスから効果的に回収すると同時に、微生物バイオマスの生存率を確保することができることを確認した。
【0049】
定義
「抽出蒸留槽」という用語は、エタノールおよびイソプロパノールなどの相対揮発性の低い成分を、第３の成分である抽出蒸留剤の添加を使用して蒸留し、成分の相対揮発性を変更するための装置を包含することを意図している。抽出蒸留剤を回収するために、抽出蒸留槽の下流に分離槽を利用する。一実施形態では、分離槽は、抽出蒸留槽から蒸留底物を受容する。一実施形態では、抽出蒸留槽は、蒸留槽から生成物に富む流れを受容する。特定の例では、この蒸留槽は、真空蒸留槽である。
「抽出蒸留槽」という用語は、エタノールおよびイソプロパノールなどの相対揮発性の低い成分を、第３の成分である抽出蒸留剤の添加を使用して蒸留し、成分の相対揮発性を変更するための装置を包含することを意図している。抽出蒸留剤を回収するために、抽出蒸留槽の下流に分離槽を利用する。一実施形態では、分離槽は、抽出蒸留槽から蒸留底物を受容する。一実施形態では、抽出蒸留槽は、蒸留槽から生成物に富む流れを受容する。特定の例では、この蒸留槽は、真空蒸留槽である。
【0050】
「抽出蒸留剤」という用語は、生成物の相対揮発性を変更することができる任意の成分を包含することを意図している。一実施形態では、抽出蒸留剤は、エタノールおよびイソプロパノールの分離を可能にするように、エタノールおよびイソプロパノールの相対揮発性を変更することができる。相対揮発性を変更することに加えて、抽出蒸留剤はまた、エタノールおよび／またはイソプロパノールの間に高い沸点差を有する可能性がある。
【0051】
「真空蒸留槽」という用語は、真空下で蒸留を行うための装置を包含することを意図しており、蒸留される液体はその沸点を下げるために低圧で封入されている。一実施形態では、真空蒸留槽は、分離セクションを含む。一実施形態では、蒸留される液体は、微生物バイオマスおよび少なくとも１つの生成物を含む発酵ブロスである。一実施形態では、微生物バイオマスの少なくとも一部分は生存可能である。そのような発酵ブロスはバイオリアクタから供給されてもよい。バイオリアクタは、Ｃ１含有基質の発酵に使用することができる。
【0052】
「分離セクション」は、気液接触のために大きな表面積を提供することができる任意の好適な媒体から構成され得、これは真空蒸留塔の有効性を高める。そのような分離媒体は、複数の理論蒸留段を提供するように設計されている。少なくとも１つの実施形態において、分離媒体は一連の蒸留トレイである。少なくとも１つの実施形態において、分離媒体は充填材料から構成される。
【0053】
「蒸留トレイ」または「蒸留プレート」などは、気液接触を促進するために使用されるプレートおよび／またはトレイを包含することを意図している。トレイの種類には、ふるい、バルブ、およびバブルキャップが挙げられる。蒸気が通過するための穴を含有するふるいトレイは、低コストで高効率を提供する高容量の状況に使用される。より安価ではあるが、開閉バルブを備えた穴を含有するバルブトレイは、材料の蓄積により汚損が発生する傾向がある。バブルキャップトレイはキャップを含有し、３つのトレイのうち最も先進的で高価なものであり、いくつかの液体流速状況において非常に有効である。
【0054】
一実施形態では、「上部トレイ」は、発酵ブロスを分離媒体下方に分配することができる任意の好適な境界である。
【0055】
一実施形態では、「下部トレイ」は、ケーシングの出口を通る生成物が枯渇した流れの移送を達成するための任意の好適な境界である。
【0056】
「理論蒸留段」は、物質の液相および気相などの２つの相が互いに平衡を確立する仮想区域である。多くの分離プロセスの性能は、一連の理論蒸留段を有することに依存する。真空蒸留槽などの分離装置の性能は、段数を増やすことによって強化させることができる。一実施形態では、分離媒体は、発酵ブロスから少なくとも１つの生成物を効果的に除去するのに十分な数の理論蒸留段を含む。一実施形態では、分離媒体は、複数の理論蒸留段を含む。
【0057】
「発酵ブロス」または「ブロス」という用語は、栄養培地、１つ以上の微生物の培養物、および１つ以上の生成物を含む成分の混合物を包含することを意図している。微生物という用語と細菌という用語は、本明細書を通して互換的に使用されることに留意されたい。
【0058】
「栄養培地（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍｅｄｉａ）」または「栄養培地（ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｍｅｄｉｕｍ）」は、微生物増殖培地を説明するために使用される。一般に、この用語は、培養微生物の増殖に適した栄養素および他の成分を含有する培地を指す。「栄養素」という用語は、微生物の代謝経路において利用され得る任意の物質を含む。例示的な栄養素としては、カリウム、ビタミンＢ、微量金属、およびアミノ酸が挙げられる。
【0059】
一実施形態では、発酵ブロスは「バイオリアクタ」から真空蒸留槽に送られる。「バイオリアクタ」という用語は、連続撹拌槽反応器（ＣＳＴＲ）、固定化細胞リサイクル（ＩＣＲ）、トリクルベッド反応器（ＴＢＲ）、気泡塔、ガスリフト発酵槽、静的ミキサ、循環ループ反応器、Ｈｏｌｌｏｗ Ｆｉｂｒｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ（ＨＦＭ ＢＲ）などの膜反応器、または気液接触に好適な他の槽もしくは他の装置を含む、１つ以上の槽および／もしくは塔、または配管配置からなる発酵装置を含む。反応器は、ＣＯもしくはＣＯ２もしくはＨ２またはそれらの混合物を含むガス状基質を受容するように適合され得る。反応器は、並列または直列のいずれかで、複数の反応器（段）を備え得る。例えば、反応器は、細菌が培養される第１の増殖反応器と、増殖反応器からの発酵ブロスが供給され、発酵生成物の大部分が生成され得る第２の発酵反応器とを備え得る。
【0060】
「一酸化炭素を含むガス状基質」は、一酸化炭素を含有する任意のガスを含む。ガス状基質は、典型的には、かなりの割合のＣＯ、一実施形態では、少なくとも約５体積％～約１００体積％のＣＯを含有する。
【0061】
基質が任意の水素を含有することは必要ではないが、Ｈ２の存在は、本開示の方法による生成物形成に有害であるべきではない。特定の実施形態では、水素の存在はアルコール生成の全体的効率の改善をもたらす。例えば、特定の実施形態において、基質は、約２：１または１：１または１：２の比のＨ２：ＣＯを含み得る。一実施形態において、基質は、約３０体積％以下のＨ２、２０体積％以下のＨ２、約１５体積％以下のＨ２、または約１０体積％以下のＨ２を含む。他の実施形態において、基質流は、低濃度のＨ２を、例えば、例えば５％未満、もしくは４％未満、もしくは３％未満、もしくは２％未満、もしくは１％未満を含むか、または実質的に水素を含まない。基質はまた、例えば、約１体積％～約８０体積％のＣＯ２、または１体積％～約３０体積％のＣＯ２をなど、ある程度のＣＯ２を含有し得る。一実施形態において、基質は約２０体積％以下のＣＯ２を含む。特定の実施形態において、基質は、約１５体積％以下のＣＯ２、約１０体積％以下のＣＯ２、約５体積％以下のＣＯ２を含むか、または実質的にＣＯ２を含まない。
【0062】
バイオリアクタを備えた真空蒸留槽の使用は、発酵プロセスの効率を高め得る。「効率を高める」、「効率が高まる」などの用語は、発酵プロセスに関して使用される場合、発酵を触媒する微生物の増殖速度、上昇した生成物濃度における増殖および／または生成物生成速度、消費される基質の体積当たりに生成される所望の生成物の体積、所望の生成物の生成速度または生成レベル、ならびに発酵の他の副生成物と比較して生成される所望の生成物の相対的割合のうちの１つ以上を増加させることを含むがこれらに限定されない。
【0063】
文脈上別段の要求がない限り、本明細書で使用される「発酵」、「発酵プロセス」、または「発酵反応」などの句は、微生物の増殖期および生成物生合成期の両方を包含することを意図している。
【0064】
発酵プロセスは、「バッチ」または「連続」のいずれかとして説明され得る。「バッチ発酵」は、バイオリアクタが微生物とともに原料、すなわち炭素源で満たされ、発酵が完了するまで生成物がバイオリアクタ内に留まる発酵プロセスを説明するために使用される。「バッチ」プロセスでは、発酵が完了した後に、生成物を抽出し、次の「バッチ」が始まる前にバイオリアクタを洗浄する。「連続発酵」は、発酵プロセスがより長期間にわたって延長され、発酵中に生成物および／または代謝物が抽出される発酵プロセスを説明するために使用される。一実施形態では、真空蒸留槽は「連続発酵」プロセスから生成物を取り出す。
【0065】
「微生物（ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ）」または「微生物（ｍｉｃｒｏｂｅ）」は、顕微鏡生物、特に、細菌、古細菌、ウイルス、または真菌である。本開示の微生物は、典型的に細菌である。本明細書で使用される場合、「微生物」の引用は、「細菌」を網羅するものと解釈されるべきである。
【0066】
「生存率」または「微生物バイオマスの生存率」などは、生存している、生存することができる、発達する、または繁殖することができない微生物に対するそれらを行うことができる微生物の比率を指す。例えば、真空蒸留槽内の生存可能な微生物バイオマスは、真空蒸留槽内の生きている／死んでいる微生物の比率を指す場合がある。本開示は、微生物バイオマスの生存率が最低限の生存率に維持されるように設計することができる。少なくとも１つの実施形態において、微生物バイオマスの生存率は少なくとも約８５％である。一実施形態では、微生物バイオマスの生存率は、少なくとも２０％、または少なくとも２５％、または少なくとも３０％、または少なくとも４０％、５０％、または少なくとも６０％、または少なくとも７０％、または少なくとも７５％、または少なくとも８０％、または少なくとも８５％、または少なくとも９０％である。少なくとも１つの実施形態において、生存可能な微生物バイオマスは真空蒸留槽からバイオリアクタに戻される。
【0067】
「有効生成物回収率」などは、生成物蓄積に関連する毒性および／または抑制作用を防ぐ、または少なくとも軽減するために、発酵ブロスから生成物を回収することができる速度を指す。本開示は、生成物回収の有効速度は微生物バイオマスの生存率が所望の閾値を超えて維持されるようなものであるように設計され得る。本開示は、ブロス中の生成物濃度のレベルが所望の閾値未満に保たれるように設計され得る。例えば、本開示は、発酵ブロス中のエタノールとイソプロパノールの合計濃度が４０ｇ／Ｌ未満に保たれるように設計され得る。ある特定の例では、発酵ブロス中のエタノールとイソプロパノールの合計濃度は、２５～３５ｇ／Ｌに保たれる。ある特定の場合において、発酵ブロス中のエタノールとイソプロパノールの合計濃度は、３０ｇ／Ｌ未満、３５ｇ／Ｌ未満、または３８ｇ／Ｌ未満である。一実施形態では、発酵ブロス中のエタノールとイソプロパノールの合計濃度は、微生物の抑制をもたらし得る濃度よりも低い。ある特定の場合において、抑制は、使用される微生物および生成される生成物に依存し得る。
【0068】
真空蒸留槽は、生成物が枯渇した流れがバイオリアクタに送られる前に、生成物が枯渇した流れを「冷却手段」に送ることができる。「冷却手段」という用語は、生成物が枯渇した流れの温度を低下させることができる任意の好適な装置またはプロセスを説明し得る。
【0069】
バイオリアクタ内の微生物は、天然に存在する微生物から修飾され得る。「親微生物」は、本開示の微生物を生成するために使用される微生物である。親微生物は、天然に存在する微生物（すなわち、野生型微生物）または以前に修飾されたことのある微生物（すなわち、変異体または組換え微生物）であり得る。本開示の微生物は、親微生物において発現または過剰発現しなかった１つ以上の酵素を発現または過剰発現するように修飾され得る。同様に、本開示の微生物は、親微生物が含有しなかった１つ以上の遺伝子を含有するように修飾され得る。本開示の微生物は、また、親微生物において発現された１つ以上の酵素を発現しないまたはより少ない量を発現させるように修飾され得る。一実施形態において、親微生物は、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、またはＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉである。一実施形態において、親微生物は、２０１０年６月７日にドイツのＤ－３８１２４ Ｂｒａｕｎｓｃｈｗｉｅｇ、Ｉｎｈｏｆｆｅｎｓｔｒａβ ７Ｂに位置するＤｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（ＤＳＭＺ）にブダペスト条約の条項下で２０１０年６月７日に寄託され、受託番号ＤＳＭ２３６９３を付与されたＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ ＬＺ１５６１である。この株については、国際特許出願第ＰＣＴ／ＮＺ２０１１／０００１４４号に記載されており、ＷＯ２０１２／０１５３１７として公開される。
【0070】
「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ」は、すなわち、Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８に記載されているような炭素固定のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を指す。「Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ微生物」は、予想通り、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含む微生物を指す。一般に、本開示の微生物は天然のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を含有する。本明細書では、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路は天然の未修飾のＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であり得るか、またはＣＯ、ＣＯ２、および／またはＨ２をアセチル－ＣｏＡに変換するように依然として機能する限り、ある程度の遺伝的修飾（すなわち、過剰発現、異種発現、ノックアウトなど）を有するＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路であり得る。
【0071】
「Ｃ１」は、１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、またはＣＨ３ＯＨを指す。「Ｃ１酸素化物」は、少なくとも１つの酸素原子も含む１炭素分子、例えば、ＣＯ、ＣＯ２、またはＣＨ３ＯＨを指す。「Ｃ１炭素源」は、本開示の微生物のための部分的または唯一の炭素源として機能する１炭素分子を指す。例えば、Ｃ１炭素源は、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ、またはＣＨ２Ｏ２のうちの１つ以上を含み得る。一実施形態では、Ｃ１炭素源は、ＣＯおよびＣＯ２のうちの一方または両方を含む。「Ｃ１固定微生物」は、Ｃ１炭素源から１つ以上の生成物を生成する能力を有する微生物である。典型的に、本開示の微生物はＣ１固定細菌である。
【0072】
「嫌気性細菌」は、増殖のために酸素を必要としない微生物である。嫌気性細菌は、酸素が特定の閾値を超えて存在する場合、負の反応を起こし得るか、もしくは死滅し得る。しかしながら、いくつかの嫌気性細菌は低レベルの酸素（すなわち、０．０００００１～５％の酸素）を許容することができる。典型的に、本開示の微生物は嫌気性細菌である。
【0073】
「アセトゲン」は、エネルギー節約のため、ならびにアセテートなどのアセチル－ＣｏＡおよびアセチル－ＣｏＡ由来生成物の合成のためのそれらの主要機構としてＷｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を使用する、偏性嫌気性細菌である（Ｒａｇｓｄａｌｅ，Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ，１７８４：１８７３－１８９８，２００８）。特に、アセトゲンは、Ｗｏｏｄ－Ｌｊｕｎｇｄａｈｌ経路を、（１）ＣＯ２からのアセチル－ＣｏＡの還元合成のための機構、（２）末端電子受容、省エネルギープロセス、（３）細胞炭素の合成におけるＣＯ２の固定（同化）のための機構として使用する（Ｄｒａｋｅ，Ａｃｅｔｏｇｅｎｉｃ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，Ｉｎ：Ｔｈｅ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ，３ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐ．３５４，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，２００６）。天然に存在するすべてのアセトゲンは、Ｃ１固定、嫌気性、独立栄養性、および非メタン資化性である。典型的に、本開示の微生物はアセトゲンである。
【0074】
「エタノロゲン（ｅｔｈａｎｏｌｏｇｅｎ）」は、エタノールを生成する、または生成することが可能である微生物である。典型的に、本開示の微生物はエタノロゲンである。
【0075】
「独立栄養生物」は、有機炭素がなくても増殖することが可能な微生物である。代わりに、独立栄養生物は、ＣＯおよび／またはＣＯ２などの無機炭素源を使用する。典型的に、本開示の微生物は独立栄養生物である。
【0076】
「カルボキシド栄養生物」は、炭素およびエネルギーの唯一の供給源としてＣＯを利用することが可能な微生物である。典型的に、本開示の微生物はカルボキシド栄養生物である。
【0077】
「メタン資化性菌」は、炭素とエネルギーの唯一の供給源としてメタンを利用することが可能な微生物である。特定の実施形態では、本開示の微生物は、メタン資化性菌であるか、またはメタン資化性菌から誘導される。他の実施形態では、本開示の微生物は、メタン資化性菌ではないか、メタン資化性菌から誘導されない。
【0078】
「基質」は、本開示の微生物のための炭素および／またはエネルギー源を指す。典型的に、基質は、ガス状であり、Ｃ１炭素源、例えば、ＣＯ、ＣＯ２、および／またはＣＨ４を含む。一実施形態では、基質は、ＣＯまたはＣＯ＋ＣＯ２のＣ１炭素源を含む。基質は、Ｈ２、Ｎ２、または電子などの他の非炭素成分をさらに含み得る。
【0079】
「共基質」という用語は、必ずしも生成物合成のための一次エネルギーおよび材料供給源ではないが、一次基質などの別の基質に添加された場合に生成物合成に利用され得る物質を指す。
【0080】
基質は典型的にはガス状であるが、基質はまた、代替的な形態で提供されてもよい。例えば、基質は、マイクロバブル分散物発生装置を使用して、ＣＯ含有ガスで飽和した液体中に溶解されてもよい。さらなる例として、基質は、固体支持体上に吸着されてもよい。
【0081】
基質および／またはＣ１炭素源は、産業プロセスの副生成物として得られる廃ガスであってもよい。特定の実施形態では、産業プロセスは、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製品、コークス製造、嫌気性または好気性消化、ガス化、熱分解、焙焼、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、ならびに触媒プロセスからなる群から選択される。これらの実施形態では、基質および／またはＣ１炭素源は、任意の簡便な方法を使用して、それが大気中に放出される前に産業プロセスから捕捉されてもよい。
【0082】
本開示の微生物は、１つ以上の生成物を生成するようにガス流とともに培養され得る。例えば、本開示の微生物は、エタノール（ＷＯ２００７／１１７１５７）、アセテート（ＷＯ２００７／１１７１５７）、ブタノール（ＷＯ２００８／１１５０８０およびＷＯ２０１２／０５３９０５）、ブチレート（ＷＯ２００８／１１５０８０）、２，３－ブタンジオール（ＷＯ２００９／１５１３４２およびＷＯ２０１６／０９４３３４）、ラクテート（ＷＯ２０１１／１１２１０３）、ブテン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、ブタジエン（ＷＯ２０１２／０２４５２２）、メチルエチルケトン（２－ブタノン）（ＷＯ２０１２／０２４５２２およびＷＯ２０１３／１８５１２３）、エチレン（ＷＯ２０１２／０２６８３３）、アセトン（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、イソプロパノール（ＷＯ２０１２／１１５５２７）、脂質（ＷＯ２０１３／０３６１４７）、３－ヒドロキシプロピオネート（３－ＨＰ）（ＷＯ２０１３／１８０５８１）、イソプレンを含むテルペン（ＷＯ２０１３／１８０５８４）、脂肪酸（ＷＯ２０１３／１９１５６７）、２－ブタノール（ＷＯ２０１３／１８５１２３）、１，２－プロパンジオール（ＷＯ２０１４／０３６１５２）、１－プロパノール（ＷＯ２０１４／０３６９１５２）、コリスメート由来生成物（ＷＯ２０１６／１９１６２５）、３－ヒドロキシブチレート（ＷＯ２０１７／０６６４９８）、および１，３－ブタンジオール（ＷＯ２０１７／００６６４９８）を生成することができるか、または生成するように操作され得る。
【0083】
「天然生成物」は、遺伝子組換えされない微生物によって生成された生成物である。例えば、エタノール、アセテート、および２，３－ブタンジオールは、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ａｕｔｏｅｔｈａｎｏｇｅｎｕｍ、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｌｊｕｎｇｄａｈｌｉｉ、およびＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｒａｇｓｄａｌｅｉの天然生成物である。「非天然生成物」は、遺伝子組換えされた微生物によって生成されるが、遺伝子組換えされた微生物が由来する遺伝子組換えされない微生物によって生成されない生成物である。
【0084】
「選択性」は、微生物によって生成される全発酵生成物の生成に対する標的生成物の生成の比率を指す。微生物によって生成される可能性のある発酵生成物のリストは上にリストされており、微生物バイオマスを除外している可能性がある。本開示の微生物は、ある特定の選択性で、または最小の選択性で生成物を生成するように操作され得る。一実施形態において、標的生成物は、本開示の微生物によって生成される全発酵生成物の少なくとも約５％、１０％、１５％、２０％、３０％、５０％、７５％、または９５％を占める。一実施形態では、標的生成物は、本開示の微生物が少なくとも１０％の標的生成物に対して選択性を有するように、本開示の微生物によって生成される全発酵生成物の少なくとも１０％を占める。別の実施形態では、標的生成物は、本開示の微生物が少なくとも３０％の標的生成物に対して選択性を有するように、本開示の微生物によって生成される全発酵生成物の少なくとも３０％を占める。様々な場合において、標的生成物はエタノールおよびイソプロパノールである。特定の例では、標的生成物はエタノールである。特定の例では、標的生成物はイソプロパノールである。
【0085】
真空蒸留槽は、１つ以上の「低沸点発酵生成物」を回収することができる。「低沸点発酵生成物」は、水よりも揮発性の高い生成物である。これらの生成物には、エタノール、アセトン、イソプロパノール、ブタノール、ケトン、メチルエチルケトン、２－ブタノール、１－プロパノール、酢酸メチル、酢酸エチル、ブタノン、１，３－ブタジエン、イソプレン、およびイソブテンが含まれ得るが、これらに限定されない。
【0086】
培養物は概して、微生物の増殖を可能にするのに十分な栄養素、ビタミン、および／または無機物を含有する水性培地中で維持される。一実施形態では、水性培地は、最小嫌気性微生物増殖培地などの嫌気性微生物培地である。好適な培地は、当該技術分野において周知である。
【0087】
培養／発酵は、望ましくは、標的生成物の生成に適切な条件下で実施されるべきである。典型的に、培養／発酵は、嫌気性条件下で実施される。考慮すべき反応条件は、圧力（または分圧）、温度、ガス流速、液体流速、培地ｐＨ、培地酸化還元電位、撹拌速度（連続撹拌槽反応器を使用する場合）、接種レベル、液相中のガスが制限的にならないことを確実にするための最大ガス基質濃度、および生成物阻害を回避するための最大生成物濃度を含む。特に、基質の導入速度は、生成物がガス制限条件下での培養によって消費され得るため、液相中のガスの濃度が制限的にならないことを確実にするように制御されてもよい。
【0088】
上昇した圧力でバイオリアクタを操作することは、気相から液相へのガス物質移動の増加した速度を可能にする。したがって、一実施形態では、大気圧よりも高い圧力で培養／発酵を実施する。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ保持時間がバイオリアクタの必要な容積を示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクタの容積、およびその結果として培養／発酵装置の資本コストを大幅に削減することができる。これはさらに、バイオリアクタ中の液体体積を入力ガス流量で除算したものとして定義される保持時間が、バイオリアクタが大気圧よりも上昇した圧力に維持されるときに減少され得ることを意味する。最適反応条件は、使用される特定の微生物に部分的に依存する。一実施形態では、発酵は、大気圧よりも高い圧力で操作され得る。また、所与のガス変換速度が部分的に基質保持時間の関数であり、かつ所望の保持時間を達成することが同様にバイオリアクタの必要な容積を示すため、加圧システムの使用は、必要なバイオリアクタの容積、およびその結果として発酵装置の資本コストを大幅に削減することができる。
【0089】
説明
抽出蒸留は、Ｃ１含有ガス状基質の発酵から生成された、７８．４℃で沸騰するエタノールおよび８２．４℃で沸騰するイソプロパノールなどの近接沸騰生成物を効果的に分離することがわかっている。抽出蒸留は、抽出蒸留剤の存在下で、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを処理することによって達成される。一実施形態では、抽出蒸留槽は、蒸留槽および分離槽と組み合わせて使用される。一実施形態では、蒸留槽は、発酵ブロスに含まれる微生物の生存率を確保するための条件下で操作される真空蒸留槽である。抽出蒸留と減圧蒸留を組み合わせることにより、発酵ブロスに含まれる微生物の生存率を確保しながら、近接沸騰生成物を分離することができる。
抽出蒸留は、Ｃ１含有ガス状基質の発酵から生成された、７８．４℃で沸騰するエタノールおよび８２．４℃で沸騰するイソプロパノールなどの近接沸騰生成物を効果的に分離することがわかっている。抽出蒸留は、抽出蒸留剤の存在下で、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを処理することによって達成される。一実施形態では、抽出蒸留槽は、蒸留槽および分離槽と組み合わせて使用される。一実施形態では、蒸留槽は、発酵ブロスに含まれる微生物の生存率を確保するための条件下で操作される真空蒸留槽である。抽出蒸留と減圧蒸留を組み合わせることにより、発酵ブロスに含まれる微生物の生存率を確保しながら、近接沸騰生成物を分離することができる。
【0090】
本発明者らは、蒸留槽を抽出蒸留槽および分離槽と組み合わせることにより、エタノールおよびイソプロパノールを、発酵ブロス内の微生物の生存率を維持しながら、発酵ブロスからすべて効果的に回収および分離できることを見出した。さらに、これらの船舶の最適な構成により、生成される不要な副生成物が削減され、エネルギーが節約され、特定の標的生成物の生産が最大化される。例えば、エタノールまたはアセトンなどの１つ以上の生成物を再循環することにより、発酵プロセスは、イソプロパノールなどの特定の標的生成物の量を増加させることができる。
【0091】
図１は、分離槽２００と組み合わせた抽出蒸留槽１００を示す。抽出蒸留槽１００は、生成物に富む流れ１０３および抽出蒸留剤１０１を受容して、オーバーヘッド生成物１０２および蒸留底物１０４を生成するように構成される。一実施形態では、生成物に富む流れ１０３を受容するための入口１０７は、抽出蒸留剤１０１を受容するための入口１０５の下にある。一実施形態では、オーバーヘッド生成物１０２は、抽出蒸留剤１０１を受容するために、入口１０１の上の出口１０６を介して抽出蒸留槽１００を出る。本発明者らは、特定の抽出蒸留剤１０１を利用することにより、特定の生成物の回収場所を制御することができることを見出した。
【0092】
オーバーヘッド生成物１０２中のエタノールを回収するために、抽出蒸留剤１０１は、アルファ－ピネン、ベータ－ピネン、メチルイソブチルケトン、リモネン、アルファ－フェランドレン、アルファ－テルピネン、ミルセン、カラン、ｐ－メンタ－１，５－ジエン、ブチルエーテル、１－メトキシ－２－プロパノール、ｎ－ブチル酢酸、酢酸ｎ－アミル、酢酸ベンジル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸２－ブトキシエチル、酪酸メチル、プロピオン酸エチル、ｎ－吉草酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸エチル、ピリジン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアニリン、ｏ－ｓｅｃ．ブチルフェノール、３－イソプロピルフェノール、２，６－ジメチルフェノール、ｏ－ｔｅｒｔ．ブチルフェノール、４－エチルフェノール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソオクチル、アジピン酸ジメチル、三酢酸グリセリン、マロン酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、ｐ－キシレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールｔ－ブチルエーテルメチルエーテル、トリエチレングリコールジアセテート、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、１，２－メチレンジオキシベンゼン、イソホロン、エチル－３－エトキシプロピオネート、テトラエチルオルトシリケート、２－ヒドロキシアセトフェノン、１，１，１－トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、２，２，２－トリクロロエタノール、ｍ－ジクロルベンゼン、クロロベンゼン、２，６－ジクロロトルエン、１－クロロヘキサン、ジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、スルホラン、イソホロン、２－ピロリジオン、１－メチル－２ピロリンジノン、イソデシルアルコール、シクロドデカノール、ベンジルアルコール、１－ドデカノール、トリデシルアルコール、フェネチルアルコール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、２－ニトロプロパン、１－ニトロプロパン、ニトロエタン、ニトロメタン、３－ニトロトルエン、２－ニトロトルエン、トリアセチン、３－ニトロ－ｏ－キシレン、１，４－ジオキサン、酢酸イソブチル、酪酸エチル、ギ酸イソアミル、カプロン酸メチル、カプロン酸エチル、カプロン酸プロピル、１－メトキシ－２－プロパノールアセテート、イソブチルイソブチレート、ヘキシルアセテート、エチルイソブチレート、酪酸プロピル、酪酸イソブチル、酢酸イソボルニル、１，３－ジオキソラン、ニトロベンゼン、酪酸ブチル、４－メチル－２－ペンタノン、およびポリエチレングリコール４００からなる群から選択され得る。
【0093】
オーバーヘッド生成物１０２中のイソプロパノールを回収するために、抽出蒸留剤１０１は、エチルベンゼン、トルエン、ｐ－キシレン、ヘプタン、フェノール、および２－ｔｅｒｔ－ブチルフェノールからなる群から選択され得る。
【0094】
一実施形態では、抽出蒸留剤１０１は、少なくとも５：１の抽出蒸留剤対アルコール比で抽出蒸留槽１００に添加される。オーバーヘッド生成物１０２中のエタノールを回収する場合、アルコールに対する抽出蒸留剤の比率は、エタノールに対する抽出蒸留剤に関するものである。オーバーヘッド生成物１０２中のイソプロパノールを回収する場合、アルコールに対する抽出蒸留剤の比率は、イソプロパノールに対する抽出蒸留剤に関するものである。一実施形態では、抽出蒸留剤１０１は、生成物に富む流れ１０３中のエタノールとイソプロパノールとの間の相対揮発性を変更するように、最適な比率で添加される。特定の例では、抽出蒸留剤は、少なくとも５：１、１０：１、２０：１、または４０：１の抽出蒸留剤対アルコール比で添加される。
【0095】
イソプロパノールからのエタノールの分離を達成するために、リボイラー１５０が抽出蒸留槽１００によって使用される。リボイラー１５０は、蒸気流を抽出蒸留槽１００に向けるように提供される。この蒸気流は、配管手段１５２を通ってリボイラー１５０から真空蒸留槽１００の入口１０９に向けられる。蒸気流は、抽出蒸留槽１００に入り、抽出蒸留槽１００を通って上方に上昇する。リボイラー１５０は、抽出蒸留槽１００の出口１０８から送られた蒸留底物１０４を加熱することによって蒸気流を生成することができる。
【0096】
オーバーヘッド生成物１０２で回収されなかった生成物１０３の少なくとも一部分は、抽出蒸留剤１０１とともに蒸留底物１０４で回収される。エタノールがオーバーヘッド生成物１０２に回収される場合、蒸留底物１０４は、イソプロパノールおよび抽出蒸留剤１０１を含む。イソプロパノールがオーバーヘッド生成物１０２に回収される場合、蒸留底物１０４は、エタノールおよび抽出蒸留剤を含む。蒸留底物におけるアルコールと抽出蒸留剤１０１の分離を達成するために、蒸留底物１０４の少なくとも一部分は、リボイラー１５０から配管手段１５１を通って、分離槽２００の入口２０３に通される。
【0097】
分離槽２００は、リボイラー２５０を使用することにより、抽出蒸留剤１０１を蒸留底物１０４内のアルコールから分離する。リボイラー２５０は、蒸気流を分離槽２００に向けるように提供される。この蒸気流は、配管手段２５２を通ってリボイラー２５０から分離槽２００の入口２０６に向けられる。蒸気流は、分離槽２００に入り、分離槽２００を通って上方に上昇する。リボイラー２５０は、分離槽２００の出口２０１から送られる蒸留底物２０４を加熱することによって蒸気流を生成することができる。
【0098】
蒸留底物１０４中のアルコールの少なくとも一部分は、分離槽２００の出口２０５を通ってオーバーヘッド生成物２０２で回収される。エタノールが抽出蒸留槽１００のオーバーヘッド生成物１０２で回収される場合、分離槽２００のオーバーヘッド生成物２０２は、イソプロパノールに富む。抽出蒸留槽１００のオーバーヘッド生成物１０２にイソプロパノールが回収される場合、分離槽２００のオーバーヘッド生成物２０２は、エタノールに富む。一実施形態では、抽出蒸留槽１００および分離槽２００は、廃棄物を低減するように構成されている。特定の例では、蒸留底物２０４に残っている抽出蒸留剤２５１は、リボイラー２５０から除去され、抽出蒸留塔１００に再循環される。
【0099】
一実施形態では、抽出蒸留槽１００および分離槽２００は、蒸留槽と組み合わせて利用される。蒸留槽は、特定の例では、真空で操作され得る。
【0100】
図２は、抽出蒸留槽１００の上流の真空蒸留槽３００を示す。真空蒸留槽３００は、微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロス３０２から生成物を回収するように構成され得、発酵ブロスは、バイオリアクタから送達される。発酵ブロス３０１から生成物を回収するために、真空蒸留槽３００は、発酵ブロス３０１を部分的に気化し、生成物に富む流れ３０２および生成物が枯渇した流れ３０３を生成する。一実施形態では、生成物が枯渇した流れ３０３の少なくとも一部分は、出口３１１を介してバイオリアクタに戻される。生成物が枯渇した流れは、生存可能な微生物バイオマスを含有する。生成物に富む流れ３０２は、エタノールおよびイソプロパノールを含み得る。一実施形態では、生成物に富む流れ３０２の少なくとも一部分は、真空蒸留槽３１０の出口３１０から抽出蒸留槽１００の入口１０７に通過する。
【0101】
真空蒸留槽３００は、真空蒸留槽３００の入口３０９を介してバイオリアクタから発酵ブロス３０１を受容するように構成される。真空蒸留槽３００は、分離セクション３０７を含み、この分離セクション３０７は、上部トレイ３０８によって上方に、および下部トレイ３０６によって下方に結合される。分離セクション３０７は、一連の蒸留トレイおよび／または充填材料から構成され得る。真空蒸留槽１００は、発酵ブロス３０１からの生成物の回収率を増加させるように設計される。生成物に富む流れ３０２を移送するための出口３１０は、発酵ブロス３０１を受容するための入口３０９に対して上にある。発酵ブロス３０１を受容するための入口３０９は上部トレイ３０８に対して上にあり、生成物が枯渇した流れ３０３を移送するための出口３０６は下部トレイ３０６に対して上にある。
【0102】
一実施形態では、リボイラー３５０は、真空蒸留槽３００によって使用される。リボイラー３５０は、蒸気流を真空蒸留槽３００に向けるように提供される。蒸気流は、真空蒸留槽３００の液底３０５を使用することによって生成され、これは、出口３１２を通って真空蒸留槽３００を出て、配管手段３０４を介してリボイラー３５０に供給される。この蒸気流は、配管手段３５１を通ってリボイラー３５０から真空蒸留槽３００の入口３１３に向けられる。蒸気流は、真空蒸留槽３００に入り、真空蒸留槽３００を通って上方に上昇する。
【0103】
真空蒸留槽１００は、所与の供給速度で発酵ブロス３００を処理することができるように設計される。供給速度は、１時間あたりの発酵ブロスのバイオリアクタの体積に関して定義される。一実施形態では、真空蒸留槽３００は、供給速度が０．０５～０．５であるように設計される。
【0104】
真空蒸留槽３００は、発酵ブロス３０１が滞留時間を定義するように設計される。滞留時間は、発酵ブロス３０１が真空蒸留槽３００内にある時間に関して定義される。発酵ブロス３０１が入口３０９を通って入るとき、発酵ブロス３０１は真空蒸留槽３００内にあると見なされる。発酵ブロス３０１が出口３１１を通って出るとき、発酵ブロス３０１は真空蒸留槽３００の外にあると見なされる。一実施形態では、滞留時間は０．５～１５分である。様々な実施形態において、滞留時間は、０．５～１２分、０．５～９分、０．５～６分、０．５～３分、２～１５分、２～１２分、２～９分、または２～６分である。少なくとも１つの実施形態において、微生物の生存率を確保するために、滞留時間は１５分未満、１２分未満、９分未満、６分未満、３分未満、２分未満、または１分未満である。
【0105】
所与の滞留時間は、少なくとも部分的には、真空蒸留装置３００内の分離媒体３０７の種類に依存し得る。少なくとも１つの実施形態において、分離媒体３０７は一連の蒸留トレイによって画定される。一実施形態では、生成物を回収するために十分な数の理論蒸留段が提供されるように分離媒体３０７が提供される。一実施形態では、分離媒体３０７は、複数の理論蒸留段を提供する。他の実施形態において、分離媒体３０７は、最小数の理論蒸留段、例えば、３超の理論蒸留段、４超の理論蒸留段、または５超の理論蒸留段、または６超の理論蒸留段を提供する。
【0106】
真空蒸留槽３００は、発酵ブロス３０１中の生成物を効果的に回収し、バイオリアクタにおける生成物の蓄積を防ぐように設計される。一実施形態では、生成物が枯渇した流れ３０３は、生成物の蓄積が効果的に低減または排除されるように減少した割合の生成物を有する。少なくとも１つの実施形態では、生成物が枯渇した流れ３０３は、発酵ブロス３０１の供給流に含まれる生成物の１０％未満を含む。特定の実施形態では、生成物が枯渇した流れ３０３は、発酵ブロス３０１の供給流に含まれる生成物の２０％未満を含む。ある特定の場合において、生成物が枯渇した流れ３０３は、発酵ブロス３０１の供給流に含まれる生成物の１２．５～５％を含む。少なくとも１つの実施形態において、回収される生成物はエタノールおよびイソプロパノールである。
【0107】
真空蒸留槽３００は、生成物を回収しながら、微生物の生存率を確保するように設計される。実施形態では、生成物が枯渇した流れ３０３は、少なくとも２０パーセント生存可能、または少なくとも２５パーセント生存可能、または少なくとも５０パーセント生存可能な微生物バイオマスを含む。微生物の生存率を確保するために、真空蒸留槽３００は、真空蒸留槽３００の高さにわたる圧力降下、真空蒸留槽３００内の圧力、および真空蒸留槽３００内の温度が厳密に制御されるように設計される。
【0108】
真空蒸留槽３００は、生成物に富む流れ３０２および生成物が枯渇した流れ３０３の移送を可能にするように設計される。特定の例では、生成物が枯渇した流れ３０３は、許容可能な温度よりも高い可能性があり、したがってバイオリアクタに移送される前に冷却を必要とする場合がある。冷却を達成するために、冷却手段が提供され得る。一実施形態では、生成物が枯渇した流れ３０３の温度は、バイオリアクタに送られる前で３０℃～４０℃である。
【0109】
いくつかの場合において、発酵ブロス３０１は、許容可能な割合を超えるガスを有する可能性があり、したがって真空蒸留槽３００に移送される前に脱気を必要とする場合がある。脱気を達成するために、脱気槽が提供され得る。一実施形態では、脱気槽はサイクロン式脱気装置である。
【0110】
特定の例では、生成物に富む流れ３０２は、１つ以上の副生成物と、最適量よりも多い水を含み得る。生成物に富む流れ３０２が副生成物および／または最適量より多い水を含む例では、１つ以上の追加のプロセスを利用することができる。生成物に富む流れ３０２からの副生成物および／または水の除去を達成するために、生成物に富む流れ３０２は、真空蒸留槽３００から精留塔４００の入口４０８に送られ得る。精留塔４００に送られる前に、生成物に富む流れ３０２は、１つ以上の圧縮槽３８０に送られ得、これは、機械的蒸気再圧縮技術を利用して、生成物に富む流れ３０２を圧縮することができる。圧縮された生成物に富む流れ３８１は、精留塔４００によって処理されて、過剰な水および／または副生成物４０１を除去する。副生成物４０１のうちの１つ以上は、精留塔４００の出口４０５を介したサイドドローによって除去され得る。一実施形態では、３－ヒドロキシブチレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、および／またはｎ－ブタノールは、精留塔のサイドドローを通して除去される。一実施形態では、精留塔４００は、分離セクション４０４を含む。分離セクション４０４は、一連の蒸留トレイおよび／または充填材料から構成されて、生成物に富む流れからの過剰な水および／または副生成物の除去を容易にすることができる。
【0111】
一実施形態では、リボイラー４５０は、精留塔４００によって使用される。リボイラー４５０は、蒸気流を精留槽４００に向けるように提供される。蒸気流は、精留塔４００の底物を使用することによって生成され、精留塔４００は、出口４０６を通って精留塔４００を出て、配管手段４０２を介してリボイラー４５０に供給される。この蒸気流は、配管手段４５１を通ってリボイラー４５０から精留塔４００の入口４０９に向けられる。蒸気流は、精留塔４００に入り、精留塔４００を通って上方に上昇する。
【0112】
いくつかの状況では、生成物に富む流れ３０２内の副生成物の一部は、最終的に、精留塔４００の出口４０７を出るオーバーヘッド生成物４０３に到達する可能性がある。副生成物４８１をさらに分離し、生成物に富む流れ３０２の温度を制御するために、熱交換器４８０を利用することができる。一実施形態では、熱交換器４８０は、少なくとも１００ｋＰａ（絶対）の圧力および少なくとも７０℃の温度で動作する。１つ以上の実施形態では、熱交換器４８０によって除去される副生成物は、アセトンを含む。このアセトンは、蒸気の形態であり得る。生成物に富む流れ３０２から水をさらに除去するために、処理された生成物に富む流れ４８１を１つ以上の脱水膜システム５００に送って、生成物に富む流れ３０２から過剰な水５０２を除去することができる。一実施形態では、脱水された生成物に富む流れ５０１は、エタノールおよびイソプロパノールの分離を容易にするために、抽出蒸留槽１００に送られる。
【0113】
特定の例では、脱水反応器は、抽出蒸留槽と一緒に、またはその代わりに使用され得る。
【0114】
図３は、脱水反応器６００の上流の真空蒸留槽３００を示す。様々な実施形態において、蒸留槽３００は、大気圧で動作される。脱水反応器６００を組み込む場合、蒸留槽３００は、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れ３０２の少なくとも一部分を脱水反応器６００に通すように構成される。特定の例では、精留塔４００は、脱水反応器６００の上流および真空蒸留槽３００の下流で使用され得る。様々な例において、生成物に富む流れ３０２の少なくとも一部分は、脱水反応器６００に送られる前に、生成物に富む流れ３０２を加熱するために、熱交換器４８０に渡される。加熱された生成物に富む流れ４８１は、入口６０６を通って脱水反応器６００に入る。脱水反応器内の触媒６０３の直径、長さ、および体積は、生成物に富む流れ４８１の最適な温度プロファイルおよび滞留時間のために設計される。典型的には、脱水反応器６００は、２００℃～５００℃の温度および０ＭＰＡ（ゲージ）～８．３ＭＰＡ（ゲージ）までの圧力で動作し、生成物に富む流れ４８１を十分に脱水して、エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物の流れ６０２、および水に富む流れ６０１を生成する。一実施形態では、脱水された生成物の流れ６０２は、出口６０４で脱水反応器６００を出て、水に富む流れ６０１は、出口６０５で脱水反応器６００を出る。
【0115】
脱水反応器６００は、生成物に富む流れ４８１を好適な速度で受容するように構成され得る。典型的には、生成物に富む流れ４８１は、０．１時間－１～３０時間－１の毎時重量空間速度で脱水反応器６００に供給される。生成物に富む流れ４８１の毎時重量空間速度は、脱水反応器６００によって利用される触媒６０３の量と相関し得る。脱水反応器６００は、生成物に富む流れ４８１中のエタノールおよびイソプロパノールが共脱水され得るように、アルミナ、修飾アルミナ、結晶性またはアモルファスシリコアルミネート、および修飾シリコアルミネートからなる群から選択される少なくとも１つの触媒６０３を利用し得る。特定の例では、脱水された生成物の流れ６０２の少なくとも一部分は、炭化水素燃料の少なくとも一部分にさらに変換される。特定の例では、脱水された生成物の流れ６０２の少なくとも一部分は、重合されて、ポリプロピレンおよびポリエチレンを生成する。炭化水素燃料の少なくとも一部分を生成するために重合またはさらに変換される前に、脱水された生成物の流れ６０２は、エチレンに富む流れおよびプロピレンに富む流れに分離され得る。エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物の流れ６０２の分離は、エタノールおよびイソプロパノールよりもエチレンとプロピレンとの間の沸点の差が大きいため、エタノールおよびイソプロパノールを含む最初の生成物に富む流れ４８１よりも容易に達成可能である。プロピレンは、－４７．６℃で沸騰し、エチレンは、－１０３．７℃で沸騰するが、５６．１℃の差がある。一方で、エタノールは、７８．４℃で沸騰し、イソプロパノールは、８２．４℃で沸騰するが、４℃の差がある。極低温蒸留技術を使用することにより、脱水された生成物に富む流れ６０２の効果的な分離を達成することができる。
【0116】
本明細書に列挙される公表文献、特許出願、および特許を含むすべての参考文献は、各参考文献があたかも参照により組み込まれることが個々にかつ具体的に示され、かつその全体が本明細書中に記載された場合と同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。本明細書におけるいかなる先行技術への言及も、その先行技術がいかなる国の努力傾注分野において共通の一般知識の一部をなすという認識ではなく、かつそのように解釈されるべきではない。
【0117】
本開示を説明する文脈において（特に、以下の特許請求の範囲の文脈において）、「１つの（ａおよびａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」という用語ならびに同様の指示語の使用は、本明細書中に他に指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、単数および複数の両方を包含すると解釈されるものとする。用語「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有すること」、「含むこと（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含有すること」は、特に断りのない限り、非限定的な用語（すなわち、「～を含むがこれらに限定されないこと」を意味する）と解釈されるものとする。本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書で別段の指示がない限り、範囲内に入る各別個の値を個々に言及する簡略法としての機能を果たすことを単に意図し、各別個の値は、あたかも本明細書に個々に列挙されたかのように、本明細書中に組み込まれる。本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、任意の好適な順序で実施され得る。本明細書に提供されるありとあらゆる例または例示的なランゲージ（例えば、「など」）の使用は、本開示をより良く解明することを単に意図し、別段、特許請求されない限り、本開示の範囲を制限しない。本明細書におけるいかなるランゲージも、本開示の実施に不可欠ないかなる非特許請求要素を示すものと解釈されるべきではない。
【0118】
本開示の実施形態が本明細書に記載される。それらの実施形態の変化形態は、上記の説明を読むことによって当業者に明らかとなり得る。本発明者等は、当業者が必要に応じてそのような変化形を採用することを予想し、本発明者等は、本開示が本明細書に具体的に記載されるものとは別の方法で実施されることを意図する。したがって、本開示は、適用法によって許可された通り、本明細書に添付される特許請求の範囲に記載される主題のすべての修正物および均等物を含む。さらに、その実施形態のすべての考えられる変化形における上記の要素のあらゆる組み合わせは、本明細書で別段の指示がない限り、または文脈と明らかに相反することがない限り、本開示によって包含される。
【0119】
第１の実施形態は、発酵ブロスから生成物を回収するための方法であって、
ａ．微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを、バイオリアクタから真空蒸留槽に渡すことと、
ｂ．発酵ブロスを部分的に蒸発させて、生成物に富む流れであって、エタノールおよびイソプロパノールを含む、生成物に富む流れと、生成物が枯渇した流れであって、微生物バイオマスを含む、生成物が枯渇した流れと、を生成することと、
ｃ．生成物が枯渇した流れの少なくとも一部分を、バイオリアクタに戻すことと、
ｄ．生成物に富む流れの少なくとも一部分を、抽出蒸留槽に渡すことと、
ｅ．抽出蒸留剤の存在下で抽出蒸留槽内で生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
ｉ．エタノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収されるか、または
ｉｉ．イソプロパノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、エタノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法である。
ａ．微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを、バイオリアクタから真空蒸留槽に渡すことと、
ｂ．発酵ブロスを部分的に蒸発させて、生成物に富む流れであって、エタノールおよびイソプロパノールを含む、生成物に富む流れと、生成物が枯渇した流れであって、微生物バイオマスを含む、生成物が枯渇した流れと、を生成することと、
ｃ．生成物が枯渇した流れの少なくとも一部分を、バイオリアクタに戻すことと、
ｄ．生成物に富む流れの少なくとも一部分を、抽出蒸留槽に渡すことと、
ｅ．抽出蒸留剤の存在下で抽出蒸留槽内で生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
ｉ．エタノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収されるか、または
ｉｉ．イソプロパノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、エタノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法である。
【0120】
エタノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収され、抽出蒸留剤が、アルファ－ピネン、ベータ－ピネン、メチルイソブチルケトン、リモネン、アルファ－フェランドレン、アルファ－テルピネン、ミルセン、カラン、ｐ－メンタ－１，５－ジエン、ブチルエーテル、１－メトキシ－２－プロパノール、ｎ－ブチル酢酸、酢酸ｎ－アミル、酢酸ベンジル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸２－ブトキシエチル、酪酸メチル、プロピオン酸エチル、ｎ－吉草酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸エチル、ピリジン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアニリン、ｏ－ｓｅｃ．ブチルフェノール、３－イソプロピルフェノール、２，６－ジメチルフェノール、ｏ－ｔｅｒｔ．ブチルフェノール、４－エチルフェノール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソオクチル、アジピン酸ジメチル、三酢酸グリセリン、マロン酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、ｐ－キシレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールｔ－ブチルエーテルメチルエーテル、トリエチレングリコールジアセテート、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、１，２－メチレンジオキシベンゼン、イソホロン、エチル－３－エトキシプロピオネート、テトラエチルオルトシリケート、２－ヒドロキシアセトフェノン、１，１，１－トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、２，２，２－トリクロロエタノール、ｍ－ジクロルベンゼン、クロロベンゼン、２，６－ジクロロトルエン、１－クロロヘキサン、ジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、スルホラン、イソホロン、２－ピロリジオン、１－メチル－２ピロリンジノン、イソデシルアルコール、シクロドデカノール、ベンジルアルコール、１－ドデカノール、トリデシルアルコール、フェネチルアルコール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、２－ニトロプロパン、１－ニトロプロパン、ニトロエタン、ニトロメタン、３－ニトロトルエン、２－ニトロトルエン、トリアセチン、３－ニトロ－ｏ－キシレン、１，４－ジオキサン、酢酸イソブチル、酪酸エチル、ギ酸イソアミル、カプロン酸メチル、カプロン酸エチル、カプロン酸プロピル、１－メトキシ－２－プロパノールアセテート、イソブチルイソブチレート、ヘキシルアセテート、エチルイソブチレート、酪酸プロピル、酪酸イソブチル、酢酸イソボルニル、１，３－ジオキソラン、ニトロベンゼン、酪酸ブチル、４－メチル－２－ペンタノン、およびポリエチレングリコール４００からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、第１の実施形態に記載の方法。
【0121】
イソプロパノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、エタノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収され、抽出蒸留剤が、エチルベンゼン、トルエン、ｐ－キシレン、ヘプタン、フェノール、および２－ｔｅｒｔ－ブチルフェノールからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、第１の実施形態に記載の方法。
【0122】
生成物に富む流れが、抽出蒸留槽に渡される前に精留塔に渡される、第１の実施形態に記載の方法。
【0123】
抽出蒸留剤が、少なくとも５：１の抽出蒸留剤対イソプロパノール比または少なくとも５：１の抽出蒸留剤対エタノール比で、抽出蒸留槽に添加される、第１の実施形態に記載の方法。
【0124】
発酵ブロスが、酢酸、アセトン、３－ヒドロキシブチレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、ｎ－ブタノール、および／または２，３－ブタンジオールからなる群から選択される１つ以上の副生成物をさらに含む、第１の実施形態に記載の方法。少なくとも１つの副生成物の少なくとも一部分が、サイドドローによって除去される、第１の実施形態に記載の方法。３－ヒドロキシブテレート、イソブタノール、ｎ－プロパノール、および／またはｎ－ブタノールの少なくとも一部分が、サイドドローによって除去される、第１の実施形態に記載の方法。
【0125】
発酵ブロスが、アセトンをさらに含み、アセトンの少なくとも一部分が、バイオリアクタに再循環される、第１の実施形態の方法。
【0126】
抽出蒸留槽が、熱統合されている、第１の実施形態に記載の方法。
【0127】
蒸留底物を分離槽に渡して、イソプロパノールに富む流れまたはエタノールに富む流れ、および抽出蒸留剤に富む流れを生成することと、抽出蒸留剤に富む流れの少なくとも一部分を、抽出蒸留槽に渡すことと、をさらに含む、第１の実施形態に記載の方法。
【0128】
バイオリアクタが、発酵ブロスの体積を定義し、発酵ブロスが、ある供給速度で真空蒸留槽に渡され、供給速度が、１時間当たりのバイオリアクタの体積に関して定義され、供給速度が、０．０５～０．５である、第１の実施形態に記載の方法。
【0129】
発酵ブロスが、滞留時間を定義し、滞留時間が、発酵ブロスが真空蒸留槽内にある時間として定義され、滞留時間が、０．５～１５分である、第１の実施形態に記載の方法。
【0130】
真空蒸留槽が、一連の蒸留トレイから構成される分離セクションを定義する、第１の実施形態に記載の方法。
【0131】
真空蒸留槽が、３つを超える蒸留段から構成される分離セクションを定義する、第１の実施形態に記載の方法。
【0132】
真空蒸留槽が、充填材料から構成される分離セクションを定義する、第１の実施形態に記載の方法。
【0133】
生成物が枯渇した流れが、少なくとも２０パーセント生存可能である微生物バイオマスを含む、第１の実施形態に記載の方法。
【0134】
生成物が枯渇した流れが、発酵ブロス中に１０％未満のエタノールおよびイソプロパノールを含む、第１の実施形態に記載の方法。
【0135】
真空蒸留槽が、真空蒸留槽の高さにわたる圧力降下を定義し、圧力降下が、３．２ｋＰａ（絶対）未満である、第１の実施形態に記載の方法。
【0136】
真空蒸留槽が、４ｋＰａ（絶対）～１０ｋＰａ（絶対）の圧力で操作される、第１の実施形態に記載の方法。
【0137】
真空蒸留槽が、３０℃～５０℃の温度で操作される、第１の実施形態に記載の方法。
【0138】
生成物が枯渇した流れが、生成物が枯渇した流れがバイオリアクタに渡される前に、生成物が枯渇した流れの温度を低下させるために冷却手段に渡される、第１の実施形態に記載の方法。
【0139】
生成物が枯渇した流れの温度が、３０℃～４０℃である、第１の実施形態に記載の方法。
【0140】
発酵ブロスを真空蒸留槽に渡す前に、発酵ブロスの少なくとも一部分を脱気することをさらに含む、第１の実施形態に記載の方法。
【0141】
バイオリアクタが、産業プロセスからのＣ１含有ガスの発酵のための条件下で操作される、第１の実施形態に記載の方法。
【0142】
産業プロセスが、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製品、コークス製造、嫌気性または好気性消化、ガス化、熱分解、焙焼、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、ならびに触媒プロセスを含む群から選択される、第１の実施形態に記載の方法。
【0143】
第２の実施形態は、生成物に富む流れから生成物を回収するための方法であって、
ａ．エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、脱水反応器に渡すことと、
ｂ．生成物に富む流れを脱水して、エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物の流れ、および水に富む流れを生成することと、
ｃ．水に富む流れをバイオリアクタに渡すことと、を含む、方法である。
ａ．エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、脱水反応器に渡すことと、
ｂ．生成物に富む流れを脱水して、エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物の流れ、および水に富む流れを生成することと、
ｃ．水に富む流れをバイオリアクタに渡すことと、を含む、方法である。
【0144】
生成物に富む流れの少なくとも一部分が、微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを部分的に気化させて、生成物に富む流れおよび微生物バイオマスを含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される真空蒸留槽から受容される、第２の実施形態に記載の方法。
【0145】
生成物に富む流れの少なくとも一部分が、エタノール、イソプロパノール、および水を含む発酵ブロスを蒸留して、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れならびに水を含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される蒸留槽から受容される、第２の実施形態に記載の方法。
【0146】
バイオリアクタが、産業プロセスからのＣ１含有ガスの発酵のための条件下で操作される、第２の実施形態に記載の方法。
【0147】
脱水反応器が、２００℃～５００℃の温度で操作される、第２の実施形態に記載の方法。
【0148】
脱水反応器が、０ＭＰＡ（ゲージ）～８．３ＭＰＡ（ゲージ）までの圧力で操作される、第２の実施形態に記載の方法。
【0149】
生成物に富む流れが、０．１時間－１～３０時間－１の毎時重量空間速度で脱水反応器に渡される、第２の実施形態に記載の方法。
【0150】
生成物に富む流れが、２０～１００重量％のエタノールを含む、第２の実施形態に記載の方法。
【0151】
脱水反応器が、アルミナ、修飾アルミナ、結晶性またはアモルファスシリコアルミネート、および修飾シリコアルミネートからなる群から選択される少なくとも１つの触媒を含む、第２の実施形態に記載の方法。
【0152】
脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が、炭化水素燃料の少なくとも一部分にさらに変換される、第２の実施形態に記載の方法。
【0153】
脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が重合される、第２の実施形態に記載の方法。脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が、重合される前に、エチレンに富む流れおよびプロピレンに富む流れに分離される、第２の実施形態に記載の方法。
【0154】
第３の実施形態は、生成物に富む流れから生成物を回収するための方法であって、
ａ．エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、抽出蒸留槽に渡すことと、
ｂ．抽出蒸留剤の存在下で生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
ｉ．イソプロパノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、エタノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収されるか、または
ｉｉ．エタノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法である。
ａ．エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、抽出蒸留槽に渡すことと、
ｂ．抽出蒸留剤の存在下で生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
ｉ．イソプロパノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、エタノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収されるか、または
ｉｉ．エタノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法である。
【0155】
生成物に富む流れの少なくとも一部分が、エタノール、イソプロパノール、および水を含む発酵ブロスを蒸留して、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れならびに水を含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される蒸留槽から受容される、第３の実施形態に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【国際調査報告】