通过稀酸预处理来加工木质纤维素材料的方法技术

加工木质纤维素材料的方法，所述方法包括如下步骤：a)在大于或等于120℃至小于或等于210℃的温度下将木质纤维素材料与包含一种或多种无机酸并具有大于或等于1.8至小于或等于4.0的pH的水性酸溶液接触以产生混合物，所述混合物包含预处理的木质纤维素材料和水性酸溶液，并具有大于或等于3.0至小于或等于4.5的总pH；b)将至少部分步骤a)中产生的混合物与碱接触以产生中和的混合物，所述中和的混合物包含中和的预处理的木质纤维素材料和一种或多种不溶性盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】加工木质纤维素材料的方法，所述方法包括如下步骤：a)在大于或等于120℃至小于或等于210℃的温度下将木质纤维素材料与包含一种或多种无机酸并具有大于或等于1.8至小于或等于4.0的pH的水性酸溶液接触以产生混合物，所述混合物包含预处理的木质纤维素材料和水性酸溶液，并具有大于或等于3.0至小于或等于4.5的总pH；b)将至少部分步骤a)中产生的混合物与碱接触以产生中和的混合物，所述中和的混合物包含中和的预处理的木质纤维素材料和一种或多种不溶性盐。【专利说明】专利
本专利技术涉及加工木质纤维素材料(lignocellulosic material)的方法。本专利技术进一步特别地涉及加工含钙的木质纤维素材料的方法。专利技术背景随着原矿物油供应的逐渐减少，可再生能源的使用对于燃料和化学制品的生产正变得越来越重要。这些来自可再生能源的燃料和化学制品通常分别被称作生物燃料和生物化学制品。来源于非食用可再生能源例如木质纤维素材料的生物燃料和/或生物化学制品是优选的，因为他们不与食品生产竞争。这些生物燃料和/或生物化学制品也被称作第二代、可再生或高级生物燃料和/或生物化学制品。对于生物乙醇的生产而言，也优选由木质纤维素材料生产。W02006/128304公开，将木质纤维素材料转化为乙醇的第一步骤可涉及所述材料的处理和可能的粉碎。此后木质纤维素材料可被水解成较小的分子例如单糖或多糖。两个主要的水解方法是酸水解和酶促水解。在酸水解法中，进料(feed)可经受蒸汽和强酸例如硫酸处理。当使用硫酸时，该酸可以是浓缩的(25-80wt%)或稀释的(3-8wt%)(测量为，与进料一起存在的酸化水溶液重量中酸的重量)。在酶促水解法中，进料可经历第一酸水解步骤和第二酶促水解步骤。在第一酸水解步骤中，选择较温和的蒸汽温度、酸浓度和处理时间的组合，以便纤维素表面大量增加，而很少的纤维素转化为例如葡萄糖。随后在第二酶促水解步骤中，使用纤维素酶将纤维素水解为葡萄糖。第一酸水解步骤通常被称作预处理，第一酸水解的产物通常被称作预处理的进料。在第二酶促水解步骤中加入酶之前，预处理的进料的PH被调节至适合于纤维素酶的值。这通常涉及加入碱，以将pH增加至约4至约6范围内的pH。例如W02006/128304提及，在酶促水解法中将酸例如0.1至2wt%的硫酸添加到预处理步骤中。如W02006/128304中所述，期望具有可被经济地操作和维持的连续的酸预处理方法。W02006/128304中记载，阻碍此类连续方法的开发的一个因素是，预处理反应器的下游设备易于积累不溶性盐的沉淀(称为“污垢(scale)”)。例如，在预处理期间将硫酸加入至进料形成硫酸、硫酸氢盐和硫酸盐的混合物。其它酸的使用形成类似的盐，例如在添加亚硫酸之后形成亚硫酸盐和亚硫酸氢盐。随后，在酸化进料从预处理反应器出来之后，碱的添加(用于将PH增加至适合于酶水解或糖酵解的值)增加了盐的浓度。当与进料固有的钙结合起来时，所述增加的结果是，硫酸钙和硫酸氢钙的形成。这些不溶性盐倾向于在下游的工艺设备上以污垢的形式沉淀。该污垢沉淀可塞住阀和减`缓工艺过程中的流动。这增加了系统的能量需求和泵的损耗。这还减少了经由管道的热传递。这些因素各自都促使该方法经济效益降低。尽管可以通过酸洗涤以除去污垢，但是这是昂贵和耗时的方法。因此，W02006/128304建议采用这样的方法，其包括:在预处理反应器中于升高的压力下在约0.4至约2.0之间的pH下预处理木质纤维素进料，以产生加压的预处理的进料，并在其从预处理反应器出来之后，将一种或多于一种的可溶性碱加入加压的预处理的进料，以将其调节至约PH2.5至3.5之间的中间pH，从而产生加压的部分中和的进料；在中间PH下闪蒸加压的、部分中和的进料一次或多于一次，以产生闪蒸的进料，然后使用一种或多于一种的碱调节闪蒸的进料的PH，以产生具有约4至约6之间的pH的中和进料。尽管根据W02006/128304，这个方法减少了工艺设备上的污垢沉淀，但是它并没有减少不溶性盐的形成。W02009/145617描述了在至少120°C的温度下使用有机酸来处理含有碳水化合物的植物性材料的方法。在其实施例4和表5中提及，在使用乳酸的酸水解之后，经洗涤的材料的PH位于3.11至5.22的范围内。然而，在酶促处理之后获得的葡萄糖产率很低。因此，提供允许减少不溶性盐的形成的转化木质纤维素材料的方法将是本领域中的进步。进一步，提供其中能够获得此类不溶性盐形成的减少，而不减少酶促水解后的葡萄糖产率的方法将是本领域中的进步。专利技术概述已开发了这样的方法。因此，本专利技术提供了加工木质纤维素材料的方法，所述方法包含如下步骤:a)在大于或等于120°C至小于或等于210°C的范围内的温度下，将木质纤维素材料与包含一种或多种无机酸并具有大于或等于1.8至小于或等于4.0的pH的水性酸溶液接触，以产生混合物,所述混合物包含预处理的木质纤维素材料和水性酸溶液,并具有大于或等于3.0至小于或等于4.5的总pH ；b)将至少部分的步骤a)中产生的混合物与碱接触以产生中和的混合物，所述中和的混合物包含中和的预处理的木质纤维素材料和一种或多种不溶性盐。包含预处理的木质纤维素材料和水性酸溶液的混合物的pH在下文还可被称作总pH、反应后pH或最终pH。本方法可方便地包含额外的脱盐步骤。在此脱盐步骤中不溶性盐可被去除。例如，在脱盐步骤中不溶性盐可从步骤a)中产生的混合物、步骤b)中产生的中和的混合物、步骤b)中产生的中和的预处理的木质纤维素材料或随后步骤的产物中被去除。根据本专利技术的方法有利地减少了不溶性盐的形成。因此，在本专利技术的方法中，形成的不溶性盐的量和可能需要去除的不溶性盐的量大大减少了。在一个具体实验方案中，木质纤维素材料是含钙的木质纤维素材料。来自此类含钙的木质纤维素材料的钙可形成钙盐，例如硫酸钙、硫酸氢钙、亚硫酸钙、亚硫酸氢钙、碳酸钙或醋酸钙。钙盐例如硫酸钙、硫酸氢钙、亚硫酸钙、亚硫酸氢钙、醋酸钙和碳酸钙难以溶解且倾向于快速沉淀。因此，此类钙盐可在下游工艺设备上以污垢的形式沉淀，从而潜在地引起上文列出的缺点。不希望被任何理论约束，据信，当使用如上文所指出的步骤a)的温度和pH条件时，至少部分这样的钙可保持结合在预处理的木质纤维素材料内，而不再参与任何不溶性盐的形成。例如，当存在于木质纤维素材料中的钙保持至少部分、优选全部地实质上结合至木质纤维素材料( 例如内部的有机酸部位)时,这样的钙将不会形成任何不溶性盐例如硫酸钙和/或硫酸氢钙。因此，本专利技术还提供了加工含钙的木质纤维素材料的方法，所述方法包含如下步骤:i)在大于或等于120°C至小于或等于210°C的温度下，将含钙的木质纤维素材料与包含一种或多种无机酸并具有大于或等于1.8至小于或等于4.0的pH的水性酸溶液接触，以产生混合物，所述混合物具有大于或等于3.0至小于或等于4.5的pH，其包含预处理的木质纤维素材料和一种或多种、优选溶解的钙盐；ii)回收至少部分的所述一种或多种钙盐。上述步骤i)产生的包含预处理的木质纤维素材料和一种或多种、优选溶解的钙盐的混合物的pH在下文可被称作总pH、反应后pH或最终pH。该混合物还可进一步包含步骤i)之后剩下的水性酸溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
加工木质纤维素材料的方法，所述方法包括如下步骤：a)在大于或等于120℃至小于或等于210℃的温度下，将木质纤维素材料与包含一种或多种无机酸并具有大于或等于1.8至小于或等于4.0的pH的水性酸溶液接触以产生混合物，所述混合物包含预处理的木质纤维素材料和水性酸溶液，并具有大于或等于3.0至小于或等于4.5的总pH；b)将至少部分步骤a)中产生的混合物与碱接触以产生中和的混合物，所述中和的混合物包含中和的预处理的木质纤维素材料和一种或多种不溶性盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·梵登海德，M·马卡伊，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：
国别省市：