加工生物量制造技术

加工生物量原料(例如，植物生物量、动物生物量和城市废物生物量)以产生有用产物，例如燃料。例如，描述了系统，其可以使用原料材料，例如纤维素和/或木质纤维素材料和/或淀粉质材料，以产生产物或中间产物，例如能量、食物、燃料或材料。

【技术实现步骤摘要】
加工生物量本申请是申请日为2010年2月11日、申请号为201080006223.9、专利技术名称为“加工生物量”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请本申请要求于2009年2月11日提交的美国临时申请序列号61/151,724的优先权。这个临时申请的完全公开内容通过引用在此合并入本文。背景例如以纤维形式的多种碳水化合物，例如纤维素和木质纤维素材料在许多应用中大量产生、加工且使用。通常此类材料使用一次，并且随后作为废物抛弃，或仅视为废物材料，例如污水、甘蔗渣、锯屑和秸秆。多种纤维素和木质纤维素材料、其用途和应用已在美国专利号7,307,108、7,074,918、6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105；以及各种专利申请中描述，所述专利申请包括于2006年3月23日提交的“FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”、PCT/US2006/010648和“FIBROUSMATERIALSANDCOMPOSITES”美国专利申请公开号2007/0045456。概述一般地，本专利技术涉及用于由多种不同的含碳原料和/或具有可变组成的原料制造中间产物或产物例如能量、燃料例如乙醇、食物或材料的加工过程。含碳原料可以包括例如含碳水化合物材料(例如淀粉质材料和/或纤维素或木质纤维素材料)，并且在某些情况下可以是具有不可预测或可变组成的废物材料。本文公开的过程单独或组合改变一种或多种原料的分子结构和/或不顺应水平，允许以经济上可行的方式由原料获得所需产物。本专利技术人已发现对于产生产物所需的原料的结构和/或不顺应水平的改变量根据原料的木质素含量改变。例如，所需不顺应中的改变可以与木质素含量成正比。因此，本文公开的方法涉及调整用于制造产物的加工过程类型或一种或多种加工过程参数，以补偿待使用的原料的木质素含量中的改变，例如在使用的预处理加工过程期间应用更高或更低剂量或剂量率。本文描述的许多方法可以提供相对于天然材料，具有例如低顺应性水平、低分子量、不同水平的官能化和/或结晶度的纤维素和/或木质纤维素材料。许多方法提供了可以由多种微生物例如一种或多种同型产乙酸菌(homoacetogens)或异型产乙酸菌(heteroacetogens)(含或不含酶促水解辅助)更容易地利用的材料，以产生有用产物例如能量、燃料、食物和材料。产物的特定例子包括但不限于氢、醇(例如一元醇或二元醇，例如乙醇、正丙醇或正丁醇)、糖、生物柴油、有机酸(例如，乙酸和/或乳酸)、烃、共同产物(例如蛋白质，例如纤维素分解蛋白质(酶)或单细胞蛋白质)和这些中的任何的混合物。其他例子包括羧酸例如乙酸或丁酸，羧酸的盐，羧酸与羧酸的盐和羧酸的酯(例如，甲、乙和正丁酯)的混合物，酮，醛，α、β不饱和酸例如丙烯酸和烯烃例如乙烯。其他醇和醇衍生物包括丙醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、这些醇中的任何的甲或乙酯。其他产物包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乳酸、丙酸、丁酸、琥珀酸、3-羟基丙酸，任何酸的盐和任何酸与分别盐的混合物。其他产物和中间产物包括食物和药物产物在美国临时申请序列号61/139,453中描述，其完整公开内容通过引用在此整体合并入本文。通过本文公开的方法所获得的产物中的许多例如乙醇或正丁醇可以直接用作燃料或作为与其他组分例如汽油的掺和物利用，用于给小汽车、货车、牵引机、船只或列车提供动力，例如作为内部燃料材料或作为燃料电池原料。本文描述的其他产物(例如有机酸，例如乙酸和/或乳酸)可以转换为其他部分(例如酯或酐)，其可以转换且用作燃料。所获得的产物中的许多还可以用于给飞行器例如例如具有喷气发动机的飞机或直升机提供动力。此外，本文描述的产物可以用于电力产生，例如在常规蒸汽发电厂或燃料电池工厂中。在一个方面，本专利技术的特征在于制备产物的方法，其包括测定生物量原料的木质素含量；用物理加工处理来处理生物量原料材料；基于木质素含量设置过程的加工过程参数；并且利用微生物转换至少部分经处理的生物量原料，以产生产物或中间产物，例如能量、燃料、食物或材料。物理加工处理可以例如选自机械处理、辐射、超声处理、热解、氧化、蒸汽爆炸、化学处理及其组合。化学处理可以包括使用单一化学制品或2种或更多种化学制品。机械处理包括例如切割、研磨、压制、磨碎、剪切和剁碎。研磨可以包括例如球磨、锤磨或其他类型的研磨。某些实现包括下述特征中的一种或多种。物理加工处理可以包括上文列出的任何一种或多种处理，单独或以任何所需组合应用，并且应用一次或多次。在某些情况下，物理加工处理可以包括用电离辐射照射，单独或伴随在照射前和/或后的机械处理。照射可以例如用电子束执行。设置步骤可以包括设置待递送给原料材料的电离辐射的剂量。例如，在生物量原料中的每1重量％的木质素可以递送0.1Mrad-5.0Mrad的辐射剂量，例如0.25Mrad-4.0Mrad或0.3Mrad-3.5Mrad。中间产物或产物可以是例如本文列出的产物中的任何一种或多种。在某些情况下，产物可以是能量或燃料，例如生物柴油或醇例如乙醇或甲醇。中间产物或产物还可以是例如羧酸、羧酸的酯、羧酸的盐或其混合物。该方法可以进一步包括对于第二种原料重复测定、处理和设置步骤。在另一个方面，本专利技术的特征在于制备产物或中间产物的方法，该方法包括提供具有多个悬垂羧酸基团的纤维素或木质纤维素材料，使材料在包括水的液体中混合，以提供具有第一个pH的分散体，并且将碱加入分散体中，以使其pH增至高于第一个pH的第二个pH。第一个pH可以是例如2.5-4.5，例如3-4.25。第二个pH可以是例如约5-7，例如约5.5-6.5。某些实现包括下述特征中的一种或多种。该方法可以进一步包括将纤维素酶加入分散体中，以糖化纤维素或木质纤维素材料。该方法可以进一步包括使经糖化的材料与微生物接触。在某些实现中，加工设备的一种或多种组分，例如机械处理设备、化学(例如酸或碱)处理设备、照射设备、超声处理、热解、氧化、蒸汽爆炸、糖化和/或发酵设备、或本文描述的任何其他设备，可以是手提式的，例如以美国专利申请序列12/374,549和公开国际申请号WO2008/011598中所述的移动加工设备的形式，所述专利的完整公开内容通过引用合并入本文。如本文使用的，改变材料的分子结构意指改变化学键合排列或结构的构象。例如，分子结构中的改变可以包括改变材料的超分子结构、材料的氧化、改变平均分子量、改变平均结晶度、改变表面积、改变聚合度、改变多孔性、改变支化度、移植在其他材料上、改变结晶结构域尺寸、或改变总体结构域大小。分子结构中的改变可以使用一次或重复应用的、单独或以任何所需组合、本文描述的任何一种或多种物理处理来实现。本文提及或与之附着的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献通过引用整体合并用于它们包含的所有那种。附图简述图1是举例说明用于由具有可变木质素含量的含碳原料的制备产物的过程的流程图。图1A是根据一个实现，举例说明图1中所示过程的步骤的流程图。图2是举例说明用于制备乙醇的过程的示意图。详述生物量原料(例如植物生物量、动物生物量和城市废物生物量)可以加工至较低水平的不顺应(需要时)，并且转换成有用产物，例如本文作为例子列出本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备产物的方法，其包括：测定生物量原料的木质素含量；用电离辐射进行照射来处理所述生物量原料材料；和基于所述木质素含量设置所述加工过程的加工过程参数，包括设置待递送给所述原料材料的电离辐射的剂量；并且进一步包括对于第二种原料重复所述测定、处理和设置步骤。

【技术特征摘要】
2009.02.11 US 61/151,7241.制备产物的方法，其包括：测定生物量原料的木质素含量；用电离辐射进行照射来处理所述生物量原料材料；和基于所述木质素含量设置所述加工过程的加工过程参数，包括设置待递送给所述原料材料的电离辐射的剂量；并且进一步包括对于第二种原料重复所述测定、处理和设置步骤。2.权利要求1的方法，其中在所述生物量原料中的每1重量％的木质素递送0.1Mrad-5.0Mrad。3.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·米多夫，T·马斯特曼，
申请(专利权)人：希乐克公司，
类型：发明
国别省市：美国,US