通用的生物質精制制造技術

本發明專利技術涉及對已制備的生物質進行精制以產生半纖維素水解物、纖維素或糖的方法，所述方法包括在水解所述生物質前對已制備的生物質的至少一部分細胞進行穿孔、將水解中使用的催化劑收回以進行進一步水解以及利用從該方法的先前步驟中收回的熱能對水解物進行干燥。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】通用的生物質精制
本專利技術總體上涉及精制生物質的快速且高能效的方法。
技術介紹
對生物質精制的改進在商業大規|旲上將提供巨大利益。生物質精制廣品的市場每年以數十億美元計。蛋白質是飲食必需，但是許多人群食用不足，包括在生物質生長最佳的熱帶地區中。而且，用可消化纖維代替糧食喂食家畜將使得更多谷物可供全世界的人消費。 可以轉化為生物燃料、化學品和塑料制品的糖的市場每年以數百、可能數千億美元計。將生物質精制成糖因而代表有益的應用。鑒于生物質非常易于獲得，創造出大規模商業化的生物質精制方法可以在世界范圍內提供重大能量來源。至今，不存在將生物質的木質纖維素組分轉化為糖的大規模商業化方法。商業上已經嘗試利用濃酸、高溫稀酸的組合、蒸汽、中等溫度/中性PH干磨、強堿、液體無水氨、高含水率的石灰、圓錐形轉子-定子工具、實驗室超聲設備、液體流(liquid steam)、高剪切和空化設備對生物質進行精制。然而，這些方法均不能規模化以經濟地精制生物質?？梢允褂玫睦盟岬姆椒ㄒ蠡蛘咚庠诟邷叵掳l生或者利用難以從產物中去除的高濃度強酸。這些問題均導致生產成本較高。需要一種能夠完全或選擇性進行生物質精制并且催化物回收率高的低能熱化學方法，其無需纖維素水解酶或促進纖維素酶促水解的物質，并且其能夠在不使糖大量降解的情況下有效地將生物質水解為干糖固體。 專利技術概要本專利技術提供了一種將生物質精制成有用產物的熱化學方法。本專利技術涉及對已制備的生物質進行精制以產生溶液中具有半纖維素水解物的漿液的方法，所述方法包括以下步驟通過應用機械剪切或空化作用以對已制備的生物質的至少一部分細胞進行穿孔， 在催化劑溶液中從已制備的生物質中提取痕量糖和可提取物，以產生第一漿液，所述第一漿液具有包含半纖維素和纖維素的第一固體部分以及溶液中包含可提取物的第一液體部分；機械地分尚第一固體部分和第一液體部分；和通過在含有催化劑的溶液中對生物質應用機械剪切或空化作用，水解生物質中的半纖維素，以產生第二漿液，所述第二漿液具有包含纖維素的第二固體部分以及溶液中包含半纖維素水解物的第二液體部分。該方法可以進一步包括步驟機械地分離第二固體部分和第二液體部分；在至少一種強酸存在下水解第二固體部分中的纖維素，以產生包含糖的溶液。該方法還可以包括在水解纖維素步驟前，通過應用機械剪切或空化作用在催化劑溶液中使第一固體部分或第二固體部分中的木質素水解的步驟以及機械地分離經水解木質素的液體部分和第一固體部分或第二固體部分的步驟。該方法還可以包括對包含糖的溶液進行干燥的步驟，其中通過將包含糖的溶液弓I入膨脹室中，所述膨脹室中具有用于將膨脹室加熱至所述包含糖的溶液的沸點以上溫度的工具，和將糖和蒸汽輸送出膨脹室，進入固體-蒸汽分離區，其中蒸汽上升至熱交換器，而糖進一步輸送入最終的糖干燥器中。其中通過熱交換器的蒸汽與用于對膨脹室進行加熱以使膨脹室的溫度保持在所進入糖溶液的沸點以上溫度的工具交換熱能。附圖簡述附圖說明圖1描繪了從生物質中精制蛋白可提取物、鞣酸、半纖維素糖、木質素、纖維素和葡萄糖的過程，其闡述了為半纖維素水解供應干給料的多個可選過程以及纖維素水解的多個可選過程。圖2描繪了強酸水解纖維素的兩條途徑。圖3描繪了一步強酸水解的可選過程。圖4描繪了一種熱交換干燥器方法。專利技術詳述本專利技術是對生物質進行精制以從生物質的半纖維素和纖維素級分中產生可精制糖的方法，其還可以產生蛋白(或蛋白衍生的多肽或氨基酸)、木質素、礦物質、鞣酸、纖維素微纖維和家畜飼料(cattle feed)。該方法可以用于將生物質廢料加工成化學品和燃料的原料(feedstock)。所描述的方法利用回收的催化劑(包括來源于生物質的乙酸)，并且對由生物質產生可經濟地獲得的產品有幫助，包括干糖、蛋白衍生物、纖維素微纖維、木質素、家畜飼料、鞣·酸和其他產物，從而提供了廢料轉化的新途徑。該方法可以在三個階段的其中一個中分離木質素。本專利技術還可以包括生產干纖維素微纖維?？蛇x地，可以生產纖維素-木質素產物。該方法可以包括以下步驟中的許多步驟或全部步驟，這取決于所期望的輸出產物以及所采取的回收方法。( I)機械地使生物質減小至較小的顆粒尺寸和表面面積；(2)施加催化劑、熱、高剪切和/或空化作用，以使每個生物質細胞壁小部分水解， 以促進液體和可提取物的機械提??；(3)將第一漿液機械地分離為生物質固體和第一液體提取物，所述第一液體提取物含有衍生自半纖維素的水解物、蛋白和蛋白衍生物、鞣酸以及其他可提取產物。(4)將第一液體提取物與更多新的生物質混合；(5)重復步驟2和3，以提高第一液提取物中可提取產物的濃度。(6)使經機械分離的殘留的生物質固體干燥；(7)將第一可提取物液體濃縮物的側線餾出物(side stream)轉移；(8)將第一液體可提取物的側線餾出物沸騰，任選地利用下面描述的熱交換干燥器方法。(9)從第一液體提取物中回收干產物形式的可提取產物；(10)在第二漿液中將酸性催化劑(可以回收自步驟(15))與殘留的生物質微纖維干固體(來自步驟(6))混合，以進行半纖維素水解；(11)將另外的中度和/或強酸性催化劑加入到第二漿液中，優選同時根據需要應用空化作用，并使溫度保持在在催化劑的沸點以上。( 12)在系統最初在達到穩定狀態的糖濃度之前提高溶液中糖濃度的情況下，將第二漿液機械地分離為未溶解的纖維素-木質素固體和第二液體漿液，所述第二液體漿液含有半纖維素水解物和其他可提取物；(13)將第二液體提取物(來自步驟(12))與更多殘留的生物質固體(來自步驟(6))混合，并重復步驟(9)- (12)，以使第二液體提取物中的半纖維素糖水解物和可提取物進一步增加；( 14)通過將酸性催化劑溶液沸騰或蒸發成蒸汽，從任何殘留的酸性催化劑中分離纖維素-木質素固體(可以收集于步驟(12 ));(15)使酸性催化劑蒸汽(來自步驟(14))冷凝，對其進行回收，以用于對步驟(9) 中殘留的生物質干固體進一步進行半纖維素水解，其中可以實施下面描述的熱交換干燥器方法；(16)將第二液體提取物液流沸騰或蒸發，以產生干半纖維素糖和其他可提取物 (其可以用于步驟(11)中)，以控制第二液體部分的粘度并將酸性催化劑以蒸汽形式從干半纖維素糖和可提取物中分離出來，其中可以實施下面描述的熱交換干燥器方法；(17)利用通過熱交換冷凝成液體的方法，使酸性催化劑蒸汽(來自步驟(16))冷凝并任選地對其進行回收，以用于對步驟(9)中殘留的生物質干固體進一步進行半纖維素水解，其中可以實施下面描述的熱交換干燥器方法；( 18)通過將熱水-堿性化學溶液與經機械分離并干燥的纖維素-木質素固體(來自步驟(14))混合，產 生第三漿液，這導致木質素液化并產生主要包含纖維素的第三生物質固體；( 19)將第三漿液機械地分離為纖維素固體和經液化的木質素以及水-堿性化學溶液；(20)任選地，可以實施以下步驟對經分離的纖維素固體進行處理以進一步使用a.使纖維素固體的所有或基本上所有的水干燥，以產生纖維素產物,或使除進行下游水解(如果適用)必需的任何水之外的水干燥；b.用水清洗纖維素微纖維，以去除任何殘留的經液化的木質素，機械地分離纖維素并對其進行干燥，或使經清洗的纖維素保留于溶液中或為濕潤形式。(21)將經液化的木本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.30 US 61/398,635;2010.12.01 US 61/458,752;1.對已制備的生物質進行精制以產生溶液中具有半纖維素水解物的漿液的方法，所述方法包括以下步驟a.通過應用熱能以及機械剪切或空化作用以對所述已制備的生物質的至少一部分細胞進行穿孔，在催化劑溶液中從所述已制備的生物質中提取痕量糖和可提取物，以產生第一漿液，所述第一漿液具有包含半纖維素和纖維素的第一固體部分以及溶液中包含可提取物的第一液體部分；b.機械地分離所述第一固體部分和所述第一液體部分；和c.通過在含有催化劑的溶液中對生物質應用機械剪切或空化作用，水解所述生物質中的半纖維素，以產生第二漿液，所述第二漿液具有包含纖維素的第二固體部分以及溶液中包含半纖維素水解物的第二液體部分。2.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟d.機械地分離所述第二固體部分和所述第二液體部分。3.根據權利要求2所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟e.在至少一種強酸存在下水解所述第二固體部分中的纖維素，以產生包含糖的溶液。4.根據權利要求3所述的方法，其中，對所述第二液體部分進行加熱，以去除步驟d中的水分和所述催化劑。5.根據權利要求4所述的方法，其中，將所述第二液體部分的剩余物收回，并將其加入到本方法中，以在步驟c中水解額外的半纖維素。6.根據權利要求1或3所述的方法，其中，所述第一固體部分或第二固體部分包含木質素，所述方法進一步包括在步驟e前通過應用機械剪切或空化作用在催化劑溶液中水解第一固體部分或第二固體部分中的木質素的步驟；以及機械地分離經水解木質素的液體部分和第一固體部分或第二固體部分的步驟。7.根據權利要求6所述的方法，其中，在臨近所述水解木質素的步驟前對所述第一或第二固體部分進行加熱，以去除水分和所述催化劑。8.根據權利要求6所述的方法，其中，重復進行水解木質素的步驟，以在機械分離步驟前濃縮溶液中的木質素。9.根據權利要求7所述的方法，其中，將所述催化劑和水分收回，并用于在步驟c中水解半纖維素。10.根據權利要求6所述的方法，其中，將所述經水解木質素的液體部分與第一液體部分混合，并重復進行步驟C，以濃縮溶液中的半纖維素。11.根據權利要求3所述的方法，其中，重復進行步驟c.至步驟e.，以使包含糖的溶液中的糖濃度增高至以質量計大于15%。12.根據權利要求3所述的方法，其中，步驟c.中的所述催化劑是弱酸和至少一種強酸的組合。13.根據權利要求3所述的方法，其中，步驟c.中的所述催化劑是強酸。14.根據權利要求3所述的方法，其中，在步驟a.中，被穿孔細胞的部分是至少30%。15.根據權利要求3所述的方法，其中，在步驟a.中應用強酸。16.根據權利要求3所述的方法，其中，將所述第二液體部分沸騰，以從第二液體部分的剩余物中分離半纖維素和第二液體部分的剩余物，并將所述第二液體部分的剩余物加入到本方法中，以在步驟c中水解額外的半木質纖維素。17.根據權利要求1至16中任一項所述的方法，其中，步驟a.、步驟c.或步驟e.的任意之一，或者它們的任意組合，在大氣壓下進行。18.根據權利要求1至17中任一項所述的方法，其中，溶液中弱酸的濃度在以體積計O.001%至90%之間的范圍內，并且溶液中所述至少一種其他強酸的濃度在以體積計O. 001%至3%之間的范圍內。19.根據權利要求1至18中任一項所述的方法，其中，步驟c.在(TC以上且118°C以下的溫度下進行。20.根據權利要求1至19中任一項所述的方法，其中，將弱酸加入到溶液中，至以體積計60%至80%之間的濃度。21.根據權利要求1至20中任一項所述的方法，其中，所述至少一種其他強酸以體積計O.001%至1%之間的濃度存在。22.根據權利要求1至21中任一項所述的方法，其中，所述催化劑溶液是堿性的。23.根據權利要求1至22中任一項所述的方法，其中，所述催化劑溶液是酸性的。24.根據權利要求3所述的方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：歐內斯特·斯圖爾特，
申請(專利權)人：歐內斯特·斯圖爾特，
類型：
國別省市：