处理生物质以生产用于生物燃料的物质的改进方法技术

因为生物质总是伴随着碱性无机物质，我们发现形成α‑羟基磺酸的阴离子盐代表了在可能的可逆酸预处理方法中α‑羟基磺酸的最大“损失”。通过用强无机酸滴定α‑羟基磺酸盐和然后作为其主要组分回收α‑羟基磺酸，可以基本上大量地回收所述酸组分。

Process for the treatment of biomass to produce a substance for biofuels

Because the biomass is always accompanied by the alkaline inorganic material, we found that the formation of alpha hydroxy acid salt anion represents the maximum possible loss in \reversible acid pretreatment method of alpha hydroxyl acid\. Through the use of strong inorganic acid titration and then alpha hydroxy sulfonate as the main components of alpha hydroxy acid can be recycled, basically a lot of recovery of the acid component.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2014年8月14日提交的美国临时申请No.62/037,198的权益。
本专利技术涉及处理生物质的方法，和更具体地涉及预处理生物质以由含多糖及其组合物的材料生产糖从而用于生物燃料或其它高价值产品的方法。
技术介绍
由于在植物细胞壁中糖的存在，木质纤维素生物质被视为燃料和化学品的丰富可再生来源。地球表面上超过50％的有机碳包含在植物中。这种木质纤维素包括半纤维素、纤维素和较小比例的木质素和蛋白质。这些结构组分主要包括戊糖和己糖单体。纤维素为主要包括缩聚葡萄糖的聚合物，和半纤维素为戊糖、主要为木糖的前体。只要这些糖可以从包含它们的细胞壁和聚合物中释放出来，它们就可以很容易地转化为燃料和有价值的组分。但植物细胞壁已经进化得对于产生组分糖的微生物、机械或化学分解具有相当的耐受力。为了克服这种耐受力，通过称作预处理的化学方法对粉碎的生物质进行改变。预处理的目的是水解半纤维素，分解保护性的木质素结构和破坏纤维素的晶体结构。所有这些步骤将强化在随后水解(糖化)步骤中酶与纤维素的可接触性。预处理在木质纤维素乙醇中被视为主要的成本驱动因素，和因此对于多种不同类型的原料已经研究了多种预处理方法。纤维素的糖化在温和条件下通过酶保证较大的糖收率，和因此被许多人认为在经济上更有吸引力。粗生物质对酶水解的耐受使得必须进行预处理以增强纤维素对水解酶的感应性。如NathanMosier,CharlesWyman,BruceDale,RichardElander,Y.Y.Lee,MarkHoltzapple,MichaelLadisch在'FeaturesofpromisingtechnologiesforpretreamentoflignocellulosicBiomass\，BioresourceTechnology96(2005)，673-686页中所述，已经开发了多种预处理方法来改变生物质的结构和化学组成，从而改进酶的转化率。BiomassRefiningConsortiumforAppliedFundamentalsandInnovation(CAFI)完成了\主导预处理\技术的最新比较，并在2011年12月的期刊BioresourceTechnology中进行了报道。这种方法包括：在US4,461,648中描述的用稀酸蒸汽喷发进行处理；在WO2007/009463A2中描述的不加入化学品的水热预处理；AFEX；Holtzapple,M.T.,Jun,J.,Ashok,G.,Patibandla,S.L.,Dale,B.E.,1991中描述的氨冷冻喷发；AppliedBiochemistryandBiotechnology28/29，59-74页描述的氨冷冻喷发(AFEX)方法-实际的木质纤维素预处理；和US4,409,032中描述的有机溶解抽提等。尽管如此，预处理已经成为在生物质转化为燃料的过程中最昂贵的过程(参见Eng.Chem.Res.,2009,48(8)，3713-3729页的\MethodsforPretreatmentofLignocellulosicBiomassforEfficientHydrolysisandBiofuelProduction\)。一种已广泛采用的预处理方法是高温、稀硫酸(H2SO4)法，它有效地将生物质的半纤维素部分水解为可溶性糖并释放出纤维素，从而可以成功地进行酶糖化。可用以控制预处理条件和效率的参数有时间、温度和酸负荷。它们经常经数学算式组合，称为组合的强度因素。概括而言，所采用的酸负荷越高，可采用的温度越低，这导致酸成本和随后中和成本增加。相反地，温度越低，预处理过程的时间越长，这导致体积收率成本增加。希望降低温度，因为戊糖很容易分解形成代表收率损失的糠醛及其它产品，并且这些化合物对下游发酵来说为毒物。但为了降低预处理温度至低于糠醛易于形成的温度，需要应用的较高酸浓度(B.P.Lavarack,G.J.Griffin,D.Rodman\TheAcidHydrolysisofSugarcaneBagasseHemicellulosestoProductXylose,Arabinose,GlucoseandOtherProducts.\BiomassandBioenergy23(2002)，367-380页)要求足够量的酸，以至于强酸的回收成为经济问题。如果采用稀酸物流和较高的温度，则预处理反应产生增加量的糠醛，和流向下游的酸必须中和从而形成无机盐，这将使下游处理变得复杂且需要更加昂贵的废水处理系统。最近，在US20120122152中，已经证明α-羟基磺酸在生物质预处理和水解中是有效的，附带好处是通过逆转酸主要组分(醛、SO2和水)而可回收和可循环。相比于稀无机酸预处理，已经表明这种预处理过程提供多种好处。
技术实现思路
当α-羟基磺酸遇到碱性物质如碳酸盐时，产生酸的阴离子盐形式。酸盐是不可逆的，因为为了逆转为其主要组分，α-羟基磺酸必须为质子形式。因为生物质总是伴有碱性无机物质，我们发现形成α-羟基磺酸的阴离子盐代表了在可能的可逆酸预处理方法中α-羟基磺酸的最大“损失”。我们已经发现通过用强无机酸滴定α-羟基磺酸盐和然后逆转α-羟基磺酸为其主要组分，可以回收所述酸组分。如果α-羟基磺酸不能循环，相对于无机酸它是昂贵的。因此，通过由其酸盐回收α-羟基磺酸，可以在处理过程中提供成本降低。在本专利技术的一个实施方案中，提供一种在生物质处理过程中回收α-羟基磺酸的方法，所述方法包括：(a)提供含多糖的生物质；(b)使生物质与含至少一种α-羟基磺酸的溶液接触，从而水解生物质以产生含至少一种可发酵糖、α-羟基磺酸和至少一种α-羟基磺酸盐的产品物流；(c)使至少一部分α-羟基磺酸盐与无机酸接触，形成α-羟基磺酸和无机酸盐；(d)通过加热和/或降压将至少一部分α-羟基磺酸与无机酸分离，和回收组分形式的α-羟基磺酸；和(e)由产品物流中回收含至少一种可发酵糖的酸脱除产品。通过加热和/或降压从产品中脱除其组分形式的α-羟基磺酸可以回收α-羟基磺酸，以产生基本不含α-羟基磺酸的含至少一种可发酵糖的酸脱除产品。在本专利技术的一个实施方案中，提供一种在生物质处理过程中回收α-羟基磺酸的方法，所述方法包括：(a)提供含多糖的生物质；(b)使生物质与以溶液计含约1-55wt％的至少一种α-羟基磺酸的溶液在约50-150℃的温度和0.5bara至约11bara的压力下接触，从而水解生物质以产生含至少一种可发酵糖、α-羟基磺酸和至少一种α-羟基磺酸盐的产品物流；(c)使至少一部分α-羟基磺酸盐与无机酸以相对于α-羟基磺酸盐约0.1-约1.2当量的无机酸在约50-150℃的温度下接触，从而形成α-羟基磺酸和无机酸盐，其中所述无机酸选自硫酸、磷酸、盐酸和它们的混合物；(d)在约50-150℃的温度和约0.1-5bara的压力下使至少一部分α-羟基磺酸与无机酸分离，条件是(i)温度高于步骤(b)、(ii)压力低于步骤(b)或(iii)温度高于步骤(b)和压力低于步骤(b)，和以组分形式回收α-羟基磺酸；和(e)从产品物流中回收含至少一种可发酵糖的酸脱除产品。在一个实施方案中，进一步处理所述酸脱除产品，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质处理过程中回收α‑羟基磺酸的方法，所述方法包括：(a)提供含多糖的生物质；(b)使生物质与含至少一种α‑羟基磺酸的溶液接触，从而水解生物质以产生含至少一种可发酵糖、α‑羟基磺酸和至少一种α‑羟基磺酸盐的产品物流；(c)使至少一部分α‑羟基磺酸盐与无机酸接触，形成α‑羟基磺酸和无机酸盐；(d)通过加热和/或降压将至少一部分α‑羟基磺酸与无机酸分离，和回收组分形式的α‑羟基磺酸；和(e)由产品物流中回收含至少一种可发酵糖的酸脱除产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.14 US 62/037,1981.一种生物质处理过程中回收α-羟基磺酸的方法，所述方法包括：(a)提供含多糖的生物质；(b)使生物质与含至少一种α-羟基磺酸的溶液接触，从而水解生物质以产生含至少一种可发酵糖、α-羟基磺酸和至少一种α-羟基磺酸盐的产品物流；(c)使至少一部分α-羟基磺酸盐与无机酸接触，形成α-羟基磺酸和无机酸盐；(d)通过加热和/或降压将至少一部分α-羟基磺酸与无机酸分离，和回收组分形式的α-羟基磺酸；和(e)由产品物流中回收含至少一种可发酵糖的酸脱除产品。2.权利要求1的方法，其中通过加热和/或降压从产品中脱除至少一部分组分形式的α-羟基磺酸回收α-羟基磺酸，以产生含至少一种可发酵糖的酸脱除产品。3.权利要求1或2的方法，其中在步骤(c)中无机酸的存在量相对于α-羟基磺酸盐为0.1-1.2当量。4.权利要求1-3任一项的方法，其中α-羟基磺酸的存在量以溶液计为约1-55wt％。5.权利要求1-4任一项的方法，其中步骤(b)在约50-150℃的温度和0.5bara至约11bara的压力下实施。6.权利要求1-5任一项的方法，其中所述无机酸选自硫酸、磷酸、盐酸和它们的混合物。7.权利要求1-6任一项的方法，其中步骤(c)在约50-150℃的温度下实施。8.权利要求1-7任一项的方法，其中步骤(d)在约50-150℃的温度和约0.1bara至约5bara的压力下实施。9.权利要求1-8任一项的方法，其中将相对于α-羟基磺酸盐的量至多约等摩尔量的无机酸提供给步骤(c)。10.权利要求1-9和19任一项的方法，其中将无机酸提供给步骤(c)。11.权利要求1-10和19任一项的方法，其中将无机...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·布莱克博恩，P·R·韦德，D·S·玻利斯奇，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL