用于木质纤维素底物的预处理的逆向流扩散器技术制造技术

本发明专利技术涉及适用于生物燃料生产的方法、水解扩散器装置和/或生物炼制机。对生物质进行预处理以生产生物燃料的方法包括：将生物质料流与预处理溶液料流逆向流动地相接触，以及产生水解产物料流和预处理过的生物质料流。水解扩散器装置包含：一系列级，其中在一个级中具有用于生物质的入口，并且在另一个级中具有用于预处理溶液的入口；以及用于使生物质连续移动的系统、连续抽取所述预处理溶液以产生水解产物料流的系统、和连续抽取预处理过的生物质以产生预处理过的生物质料流的系统。生物炼制机包含水解器扩散器装置、糖化装置和转化装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于木质纤维素底物的预处理的逆向流扩散器技术
本专利技术涉及适用于生物燃料生产的方法、逆向流扩散器装置和其他反应器构造、木质纤维素预处理和/或生物炼制机。
技术介绍
生物燃料可以源自于多种原料，包括木质纤维素生物质。木质纤维素生物质是指由纤维素、半纤维素和木质素构成的植物生物质。木质纤维素预处理系统被用于提高木质纤维素对随后的水解和提取步骤的敏感性。这样的预处理系统可能涉及木质纤维素的粉碎、切碎、研磨、加热、超声处理、辐照、加压、水解和/或化学处理。例如，用于木质纤维素的酸水解的现有装置操作利用稀矿物酸(1-3% wt/wt)作为催化剂并利用水蒸汽(150-200°C饱和的)作为传热介质，以便实现半纤维素和/或纤维素质木质纤维素级分的水解。通常将稀酸与固体木质纤维素预先混合，然后通过直接注入水蒸汽将带有酸的浆料加热至反应温度。这些组分通常被共同进料到水解反应器例如螺旋输送机的一个末端中。在典型的同向流反应器构造中，有数个问题是常见的。例如，需要高压实心螺杆来克服来自于入口注入的水蒸汽的入口压力屏障。此外，当在反应器中发生反应并在较晚时形成单体时，单体降解成醛的偏好性是令人讨厌的。此外，还具有由共同进料设计造成的水蒸汽消耗增加的缺点。在糖工业中，在从切碎的甘蔗提取蔗糖中，扩散器技术正被越来越广泛地接受。扩散器在本质上是逆向流水性提取系统，其中将切碎的甘蔗进料到一个末端中，并将液体热水进料到另一个末端中。从第η+1级连续抽取液体以施加到第η级，并在同时将甘蔗从第η级移动到第η+1级。同时，将合并的水和甘蔗在扩散器内压缩并浸溃。通过一个出口移除水性蔗糖，同时通过另一个出口移除残留的甘蔗渣。甘蔗被分解得越多，提取收率越高。因此，生物质分解的增加会导致用于生产生物燃料的原料增加，并因此导致生物燃料生产的收率提高。概括来说，在糖工业中，常规的扩散器技术仅限于从切碎的甘蔗进行可溶性糖的逆向流、水性提取。此外，常规的预处理技术仅限于不溶性多糖的同向流水解。因此，对用于木质纤维素生物质的预处理的改进的方法和系统，存在着需要和需求。
技术实现思路
本专利技术涉及适用于生物燃料或其他可再生材料生产的方法、逆向流扩散器装置和其他反应器构造、木质纤维 素预处理和/或生物炼制机。根据某些实施方式，本专利技术涉及对生物质进行预处理的方法。所述方法包括:将生物质料流与预处理溶液料流逆向流动地相接触，以及产生水解产物料流和预处理过的生物质料流两者。根据某些实施方式，所述生物质料流包括木质纤维素材料。根据某些实施方式,所述木质纤维素材料可以包含纤维素、半纤维素、木质素或这些材料的任何组合。根据某些实施方式，所述预处理溶液料流可以包括酸或碱。例如，所述酸可以包括无机酸、有机酸、氨基酸、矿物酸、布朗斯台德酸、路易斯酸或这些酸的任何组合。更具体来说，所述酸可以是硫酸、磺酸、磷酸、硝酸、乙酸、乳酸、甲酸、草酸、琥珀酸、乙酰丙酸、碳酸、乙醇酸、糖醛酸、葡糖二酸、氢氟酸、硼酸、三氟化硼或这些酸的任何组合。作为另一个实例，所述碱可以包括无机碱、有机碱、矿物碱、布朗斯台德碱、路易斯碱或这些碱的任何组合。更具体来说，所述碱可以是氨、氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸盐、胺、脲或这些碱的任何组合。 根据某些实施方式，所述水解产物料流可以含有超过约30重量％的原始生物质。根据某些实施方式，所述预处理过的生物质料流可以具有超过约70%的纤维素的酶消化率。根据某些实施方式，逆向流动接触可以发生在多个相互作用区中。根据某些实施方式，所述预处理溶液可以具有以质量计约0.01%至约10%的浓度。根据某些实施方式，所述方法还可以包括将所述预处理溶液加热到约100°C至约180°C的温度。根据某些实施方式，所述方法包括在水解扩散器装置中进行逆向流动接触，其中所述生物质在所述扩散器装置内具有约I分钟至约60分钟的停留时间。根据某些实施方式，所述方法还包括将所述生物质转化成一种或多种糖。例如，所述糖可以包括蔗糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、己糖、戊糖、纤维二糖、寡糖或这些糖的任何组合。根据某些实施方式，所述方法可以包括将所述糖转化成可再生材料或其他产物。例如，所述产物可以包括乙醇、乙烯、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、丁烯、异丁烯、类异戊二烯、甘油三酯、脂质、脂肪酸、乳酸、乙酸、丙二醇、丁二醇、甲酸、乙酰丙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛、丙酮-丁醇-乙醇、丙酮、氨基酸或这些材料的任何组合。根据某些实施方式，本专利技术涉及一种水解扩散器装置。所述装置可以包括从第η级到第η+ζ级的一系列级，其中第η级包括用于生物质的入口，并且第η+ζ级包括用于预处理溶液的入口。所述装置还可以包括将生物质从第η级连续移动到第η+1级的系统，将生物质从第η+ζ级连续移动到第η+ζ-1级的系统,从第n+y级连续抽取所述预处理溶液以由此产生水解产物料流的系统，以及从第n+m级连续抽取预处理过的生物质以由此产生预处理过的生物质料流的系统。根据某些实施方式，对于所述水解扩散器装置来说，η≥1，η≤z≤η+20,O < y < z-1,并且 m < z。根据某些实施方式，所述系统移动所述生物质的速率为所述生物质提供了在所述扩散器装置内约I分钟至约60分钟的停留时间。根据某些实施方式，所述水解扩散器装置还包含用于控制每一级内的压力的装置。根据某些实施方式，所述扩散器装置可以适用于碱性预处理溶液或酸性预处理溶液。根据某些实施方式，本专利技术涉及允许改变木质纤维素、酸和/或水蒸汽或其他传热介质的流动的反应器构造。更具体来说，这些反应器构造允许在所述木质纤维素材料从反应入口向出口移动时降低温度、提高酸浓度和/或逆向流动。根据某些实施方式，本专利技术涉及用于生产生物燃料的生物炼制机。所述生物炼制机可以包含水解器扩散器装置，用于将生物质转化成糖的糖化装置，以及用于从所述糖生产可再生材料的转化装置。【专利附图】【附图说明】 被并入在本说明书中并构成本说明书的一部分的【专利附图】【附图说明】了本专利技术的实施方式，并且与说明书一起用于解释本专利技术的特征、优点和原理。在所述附图中:图1示出了某些实施方式的水解扩散器装置；图2是沿着同向流动地进料的预处理反应器的长度的温度和酸浓度的图示；图3示出的反应途径显示了半纤维素水解成单体糖(Ii1)和糖随后降解成醛(kD)的动力学；图4是酸浓度和反应温度对1^/1?的凭经验估算的比率的影响的图示；图5示出了某些实施方式的双通道螺旋输送机；图6示出了某些实施方式的双级预处理系统；图7示出了某些实施方式的使用木质纤维素的重力沉降和预热的酸催化剂的向上流动的反应器；图8示出了某些实施方式的用于逆向流动的固体-液体的分离的混合罐和沉降罐的系统；并且图9示出了某些实施方式的生物炼制机。【具体实施方式】本专利技术涉及适用于生物燃料生产的方法、逆向流扩散器装置和其他反应器构造、木质纤维素预处理和/或生物炼制机。根据某些实施方式，在糖工业中使用的扩散器技术的目标应用被改变成用于生物燃料生产。根据某些实施方式，在扩散器技术中使用的液体热水料流的化学被改变成用于改进生物质的分解。根据某些实施方式，扩散器技术的目标应用和在扩散器技术中使用的液体热水料流的化学两者都被改变成用于改进生物质的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种对生物质进行预处理的方法，所述方法包括: 将生物质料流与预处理溶液料流逆向流动地相接触；以及 产生水解产物料流和预处理过的生物质料流。2.权利要求1的方法，其中所述生物质料流包含木质纤维素材料。3.权利要求2的方法，其中所述木质纤维素材料包含纤维素、半纤维素、木质素及其组合中的至少一种。4.前述权利要求任一项的方法，其中所述预处理溶液料流包含酸或碱。5.权利要求4的方法，其中所述酸包含无机酸、有机酸、氨基酸、矿物酸、布朗斯台德酸、路易斯酸及其组合中的至少一种。6.权利要求4或5的方法，其中所述酸选自硫酸、磺酸、磷酸、硝酸、乙酸、乳酸、甲酸、草酸、琥珀酸、乙酰丙酸、碳酸、乙醇酸、糖醛酸、葡糖二酸、氢氟酸、硼酸、三氟化硼及其组合。7.前述权利要求任一项的方法，其中所述水解产物料流含有超过约30重量％的原始生物质。8.权利要求4的方法，其中所述碱包含无机碱、有机碱、矿物碱、布朗斯台德碱、路易斯碱及其组合中的至少一种。9.权利要求4或8的方法，其中所述碱选自氨、氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸盐、胺、脲及其组合。10.前述权利要求任一项的方法，其中所述预处理过的生物质料流具有超过约70%的纤维素的酶消化率。11.前述权利要求任一项的方法，其中逆向流动接触发生在多个相互作用区中。12.前述权利要求任一项的方法，其中所述预处理溶液具有以质量计约0.01%至约10%的浓度。13.前述权利要求任一项的方法，其还包括将所述预处理溶液加热到约100°C至约180°C的温度。14.前述权利要求任一项的方法，其包括在水解扩散器装置中进行逆向流动接触，其中所述生物质在所述扩散器装置内具有约I分钟至约60分钟的停留时间。15.前述权利要求任一项的方法，其中所述预处理溶液的停留时间小于所述生物质的停留时间。16.前述权利要求任一项的方法，其还包括将所述生物质转化成一种或多种糖。17.权利要求16的方法，其中所述糖选自蔗糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、己糖、戊糖、纤维二糖、寡糖及其组合。18.权利要求16或17的方法，其还包括将所述糖转化成产物。19.权利要求18的方法，其中所述产物包含乙醇、乙烯、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、丁烯、异丁烯、类异戊二烯、甘油三酯、脂质、脂肪酸、乳酸、乙酸、丙二醇、丁二醇、甲酸、乙酰丙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛、丙酮-丁醇-乙醇、丙酮、氨基酸及其组合中的至少一种。20.一种水解扩散器装置，其包含: 从第η级到第η+ζ级的一系列级，其中第η级包含用于生物质的入口，并且第η+ζ级包含用于预处理溶液的入口； 将生物质从第η级连续移动到第η+1级的系统；将生物质从第η+ζ级连续移动到第η+z-1级的系统； 从第n+y级连续抽取所述预处理溶液以由此产生水解产物料流的系统；以及 从第n+m级连续抽取预处理过的生物质以由此产生预处理过的生物质料流的系统。21.权利要求20的扩散器装置，其中: n ≥1n ≤ z ≤ η+20O ≤ y ≤ z-1m≤ Z022.权利要求20或21的扩散器装置，其中所述系统移动所述生物质的速率为所述生物质提供了在所述扩散器装置内约I分钟至约60分钟的停留时间。23.权利要求20-22任一项的扩散器装置，其还包含用于控制每一级内的压力的装置。24.权利要求20-23任一项的扩散器装置，其中所述扩散器装置适用于碱性预处理溶液或酸性预处理溶液。25.权利要求20-23任一项的扩散器装置，其中所述扩散器装置与至少一个其他扩散器装置组合。26.一种水解扩散器装置，其包含: 从第一级到最终级并在其间具有一个或多个中间级的一系列级，其中所述第一级包含用于生物质的入口，并且所述最终级包含用于预处理溶液的入口 ；以及 一种系统，所述系统从中间级连续抽取所述预处理溶液并将所述预处理溶液进料到所述第一级以由此产生水解产物料流，并在同时将生物质从所述第一级移动到中间级以由此产生预处理过的生物质料流。27.一种反应器，其包含: 双通道螺旋输送机，所述双通道螺旋输送机具有:在所述螺旋输送机的第一末端处用于生物质与...

【专利技术属性】
技术研发人员：雅各布·博尔登，詹姆斯·B·格瑞特，约翰·W·沙巴克，
申请(专利权)人：Bp北美公司，
类型：发明
国别省市：