用于分解生物质材料的方法技术

本申请涉及用于分解生物质材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分解生物质材料的方法
本申请涉及用于分解生物质材料的方法。
技术介绍
由于有限的矿物油资源和减少CO2排放的需求，化学工业寻求更可持续的生产路线用于制造液体燃料和基础化学品等商品化学品。该战略的一部分致力于将木质纤维素生物质转化为多功能化学品或燃料，例如乙醇。木质纤维素生物质含有作为主要组分的纤维素(～25-40％w/wd.s.)、半纤维素(～15-25％w/wd.s.)和木质素(～15-30％w/wd.s.)，以及少量其他碳水化合物、蜡、蛋白质和无机化合物。在植物生物质的形式中，衍生自任何林业和农业废物流的木质纤维素生物质，例如木材残留物和谷物禾秆，因其可得性、低成本和对环境无害的生产而特别适合于转化为商品化学品和燃料。此外，使用木质纤维素原料的生产方法的生命周期分析表明与基于其他原料的方法相比减少的温室气体排放。描述木质纤维素生物质转化为乙醇和其他基础化学品的各种方法选项已经被描述(Pejo等,2008)。为了在工业规模上实现这些方法，特别期望将可再生原料中含有的最大量的能量、碳和质量含量转移至最终产品。目前，所描述的转换方法都没有最大程度地实现这一点。用于木质纤维素材料(例如禾秆)的生物技术转化成增值产品(例如乙醇)的示例性单元操作是：机械退浆和/或物理化学预处理、酶水解、发酵和产物回收。关于工业规模的纤维素乙醇生产，一个关键的障碍仍然是成本支出，因此低能量方法和有效的生物质转化是至关重要的。因此，本专利技术的目的是提供用于分解生物质材料的改进的高效方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人如今已经惊奇地发现本专利技术的这个目的可以通过一种用于分解生物质材料的方法实现，其包括以下步骤：(a)提供生物质材料；(b)将所述生物质材料进行粉碎；(c)将粉碎的生物质材料进行过筛以分离由平均颗粒直径小于2500μm的颗粒组成的颗粒部分；(d)将剩余的粉碎的生物质材料进行预处理；其中在预处理之前、期间或之后，将颗粒加入到所述生物质材料中，其中所述颗粒的中至少70重量％具有小于1.6mm的平均颗粒直径。具体实施方式在本专利技术中，术语“生物质材料”可以包括本领域技术人员已知适用于本专利技术方法的任何生物质材料。在特别优选的实施方式中，生物质材料是“含木质纤维素材料”。术语“含木质纤维素材料”应理解为包括本领域技术人员已知包含木质纤维素的所有种类的材料。术语“含木质纤维素材料”、“含木质纤维素生物质”、“木质纤维素材料”和“木质纤维素生物质”在本专利技术中应理解为同义词。根据本专利技术特别优选的含木质纤维素材料包括木材、谷物禾秆和/或外壳、甘蔗渣、燕麦壳、柳枝稷、纤维素、粗纸浆(从浆和纸生产获得)及其混合物。替代来源或附加组分可以包括以下组分中的一种或多种：纯化纤维素、浆、乳清、糖蜜或糖(例如葡萄糖和乳糖)。在优选实施方式中，含木质纤维素材料含有至少25重量％，优选至少40重量％，更优选至少70重量％，甚至更优选至少80重量％和最优选至少90重量％的木质纤维素。应理解，含木质纤维素材料也可以包含其他化合物，例如似蛋白质材料、淀粉、糖(例如可发酵的糖和/或不可发酵的糖)。根据根据本专利技术的方法的步骤b)，将提供的生物质材料进行粉碎。术语“粉碎”由此被理解为包括本领域技术人员已知适用于本专利技术目的的任何种类的粉碎。在优选实施方式中，粉碎包括机械加工、泡软(maceration)、切碎、研磨、切块、压碎、切割、照射、碾磨(例如干磨、湿磨和振动球磨)及其任何组合中的任何种类。在特别优选的实施方式中，粉碎包括碾磨或由其组成，其进一步优选地通过锤式碾磨机进行。粉碎优选以连续方式进行。根据本专利技术方法的步骤c)，将粉碎的生物质材料进行过筛以分离由平均颗粒直径小于2500μm，优选平均直径小于2200μm，进一步优选小于1800μm，特别优选小于1600μm，甚至进一步优选小于1200μm和最优选小于800μm的颗粒组成的颗粒部分。在替代性实施方式中，在本专利技术方法的步骤c)中分离由平均颗粒直径为1至2500μm，优选1至1800μm，特别优选1至1600μm以及最优选1至1200μm的颗粒组成的颗粒部分。在该分离步骤c)中，特别优选的是分离至少65％(分离的颗粒部分重量/初始生物质材料重量)的具有前文定义的各自平均颗粒直径的颗粒，优选至少75％(重量/重量)，进一步优选至少85％(重量/重量)，特别优选至少95％(重量/重量)，进一步特别优选至少99％(重量/重量)和最优选100％(重量/重量)。分离由平均颗粒直径小于1200μm，优选平均颗粒直径小于1100μm，进一步优选小于1000μm和特别优选小于800μm，甚至进一步优选小于300μm和最优选小于100μm的颗粒是特别有利的，因为通常的粉尘暴露和特别是粉尘爆炸的风险被显著地最小化。在本专利技术中，术语“过筛”被理解为包含本领域技术人员已知适用于本专利技术目的的前文定义的各自颗粒部分的任何种类的分离。在特别优选的实施方式中，术语“过筛”被理解为“筛分”和/或“过滤”。过筛优选在其中在粉碎期间，包含足够轻以保持在空气中的颗粒或主要由其组成的前文定义的各自颗粒部分通过气动空气或抽吸被运送到过滤器或筛以根据本专利技术方法的步骤c)分离各自部分的方法中进行。在优选实施方式中，在粉碎期间分离——因此步骤b)和c)同时进行，优选同时以连续方式进行——或在粉碎之后立即分离各自颗粒部分，其也优选以连续方式进行。根据本专利技术方法的步骤c)的分离优选在生物质材料的粉碎期间以连续方式进行。根据本专利技术方法的步骤d)，将剩余的生物质材料进行预处理。术语“剩余的生物质材料”应被理解为包含在本专利技术方法的步骤c)中平均颗粒直径小于2500μm的颗粒部分中未分离的任何生物质材料。在本专利技术中，术语“预处理”应被理解为导致从纤维素中至少部分去除和分离半纤维素以及破坏和去除木质素鞘，以降低纤维素的结晶度并因此增加纤维素的可及表面积和/或增加纤维素的孔径的过程。预处理优先地使含木质纤维素材料的戊糖部分活动化，同时它增强固体含纤维素部分的可消化性。适合于根据本专利技术的步骤(a)的含木质纤维素材料的预处理的方法包括本领域技术人员已知的任何种类的机械、生物、化学和/或物理预处理方法。在优选实施方式中，预处理方法选自机械粉碎、酸和/或碱处理、湿氧化、pH控制的加氢热解和/或蒸汽爆炸的方法。根据本专利技术的“蒸汽爆炸”优选包括在不存在或存在酸(例如H2SO4、HCl、H3PO4)或碱/碱(例如NH4OH、NaOH、KOH、石灰)催化剂的情况下，含木质纤维素材料在60至350℃，优选80至300℃，特别优选100至250℃以及最优选110至200℃的温度下的加压水热处理，所述催化剂以0.01至15％(重量/重量)，优选0.05至12.5％(重量/重量)，更优选0.1至10％(重量/重量)以及最优选0.25至7.5％的浓度加入。在本专利技术的优选实施方式中，压力优选选自1至100巴，优选2至50巴，还优选3至25巴以及最优选5至15巴。蒸汽爆炸期间的反应时间必须选自10秒至2小时，优选1分钟至1.5小时以及最优选5分钟至1小时，以提供生物质组分的有效转化，为酶水解作准备。在特别优选的实施方式中，含木质纤维素材料的“机械粉碎”预处理在蒸汽爆炸预处理之前或期间进行，其中机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分解生物质材料的方法，其包括以下步骤：(a)提供生物质材料；(b)将所述生物质材料进行粉碎；(c)将粉碎的生物质材料进行过筛以分离由平均颗粒直径小于2500μm的颗粒组成的颗粒部分；(d)将剩余的粉碎的生物质材料进行预处理；其中在预处理之前、期间或之后，将颗粒加入到所述生物质材料中，其中加入的所述颗粒中的至少70重量％具有小于1.6mm的平均颗粒直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.16 EP 15000112.11.一种用于分解生物质材料的方法，其包括以下步骤：(a)提供生物质材料；(b)将所述生物质材料进行粉碎；(c)将粉碎的生物质材料进行过筛以分离由平均颗粒直径小于2500μm的颗粒组成的颗粒部分；(d)将剩余的粉碎的生物质材料进行预处理；其中在预处理之前、期间或之后，将颗粒加入到所述生物质材料中，其中加入的所述颗粒中的至少70重量％具有小于1.6mm的平均颗粒直径。2.根据权利要求1所述的方法，其中加入的所述颗粒在所述预处理期间以连续方式加入。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中将1至15重量％的颗粒加入到所述生物质材料中。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中加入的所述颗粒选自石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·霍施，T·霍佩，B·休恩莱恩，
申请(专利权)人：科莱恩国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH