快速预处理制造技术

本文公开了用于在数秒内在低抑制剂形成的情况下预处理生物质的方法、系统和组合物。所述预处理过程用于通过使原料在压力和温度以及/或者化学反应物下经受快速保留时间来将生物质转化为燃料或其他有用的化学品。所述系统包括连续操作的阀排出装置，以在所述预处理系统上维持均匀压力的同时排出经预处理的原料。

Rapid pretreatment

Methods, systems, and compositions for pretreating biomass in a matter of seconds in the presence of low inhibitors are disclosed herein. The pretreatment process is used to convert biomass into fuel or other useful chemicals by allowing the feedstock to undergo a rapid retention time under pressure and temperature and / or a chemical reaction. The system includes a continuously operated valve discharge device that discharges the pretreated material at the same time as maintaining uniform pressure on the pretreatment system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】快速预处理交叉引用本申请要求2015年12月9日提交的美国临时申请第62/089,704号的权益，所述申请通过引用完整并入本文。
技术介绍
在从生物质生产预处理终产物时，尽可能快速高效地进行预处理水解反应是有用的。碳水化合物聚合物的水解和与木质素分离的主要问题可能是产生各种副产物的可能性，这些副产物抑制纤维素的后续酶击或者所产生的糖的发酵。抑制剂形成的风险和期望碳水化合物的损失可能随着预处理时段延长而增加。此外，较长的预处理时间的能量需求可能增加该过程的成本。增加的抑制剂还可能由于延长的酶水解和发酵时间而使成本升高，并且可能影响发酵终产物的产率。然而，减少的预处理水解时段可能意味着碳水化合物与木质素和蛋白质材料的不完全分离。此外，由此产生的结晶纤维素的不完全水解可能降低可用于酶水解和进一步发酵成期望终产物的碳水化合物。碳水化合物和随后发酵产物的这种降低的产率会令整个生物质利用过程更加昂贵。用于预处理的方法和系统通常涉及在压力和热量下使用或不使用酸或碱长时段地处理生物质，所述长时段可以是一小时或更长时间。因此，需要能够高效处理生物质的更快速的做法，以便不仅降低预处理过程的成本，而且也降低酶水解和随后发酵的成本。
技术实现思路
在第一方面，本文公开了用于每天预处理至少一干吨生物质的工业规模方法，所述方法包括：(a)将所述生物质以每天至少一干公吨(MT)生物质的速率进给到挤出系统中，所述挤出系统包括限定包括进料区和反应区的内腔室的筒体；以及(b)在所述反应区内以升高的温度和压力对所述生物质进行处理达约少于20秒以生产经预处理的生物质组合物，所述生物质组合物包括液体馏分和固体颗粒，所述液体馏分包含单糖，而所述固体颗粒包含纤维素。在一些实施方案中，所述挤出系统还包括一个或多个可旋转螺杆，所述一个或多个可旋转螺杆被配置用于使所述生物质从所述进料区并通过所述反应区而移动通过所述挤出系统。在一些实施方案中，所述一个或多个可旋转螺杆包括一个或多个部分，所述一个或多个部分被配置用于从所述生物质形成一个或多个栓塞，以将所述内腔室分离成包括所述进料区和所述反应区在内的两个或更多个区。一些实施方案包括一个、两个或三个可旋转螺杆。一些实施方案包括两个可旋转螺杆。在一些实施方案中，所述生物质进给的速率至少约为2干MT/天、3干MT/天、4干MT/天、5干MT/天、7.5干燥MT/天、10干MT/天、15干MT/天、20干MT/天、25干MT/天、50干MT/天、75干MT/天、100干MT/天、150干MT/天或200干MT/天。一些实施方案还包括在所述反应区之前向所述生物质添加液体。在一些实施方案中，所述液体是水。在一些实施方案中，通过所述筒体上的一个或多个可密封端口将所述液体添加到所述进料区中。在一些实施方案中，添加所述液体以将所述生物质的水分含量增加至约从10-90％、15-85％、20-80％、30-70％或者约40-60％w/v。在一些实施方案中，在所述反应区中对所述生物质进行处理达少于19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1秒。在一些实施方案中，在所述反应区中对所述生物质进行处理约达5至15秒。在一些实施方案中，所述升高的温度约为50-500℃、75-400℃、100-350℃、150-300℃或200-250℃。在一些实施方案中，所述升高的温度约为150-300℃。在一些实施方案中，所述升高的压力约为50-1000PSI、100-750PSI、200-600PSI、300-500PSI或350-450PSI。在一些实施方案中，所述升高的压力约为300-500PSI。一些实施方案还包括将蒸汽注入到所述生物质中以增加温度和压力。在一些实施方案中，将所述蒸汽注入到所述反应区中。在一些实施方案中，所述蒸汽通过所述筒体中的一个或多个可密封端口注入。一些实施方案还包括向所述反应区中的所述生物质添加化学剂。在一些实施方案中，所述化学剂包括酸、碱或其组合。在一些实施方案中，所述化学剂包括的酸是硫酸、过氧乙酸、乳酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、磷酸、盐酸、亚硫酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸或其组合。在一些实施方案中，所述化学剂包括的酸是硫酸。在一些实施方案中，添加所述化学剂约至0.1-20％w/v、1-15％w/v、1.5-10％w/v、1-10％w/v、1-5％w/v或2-4％w/v的水平。在一些实施方案中，添加所述化学剂约至2-4％w/v的水平。在一些实施方案中，所述液体馏分包含与基于所述生物质的理论最大值相比至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％产率的C5单糖。在一些实施方案中，所述液体馏分包含与基于生物量的理论最大值相比至少70％产率的C5单糖。在一些实施方案中，所述液体馏分包含与基于所述生物质的理论最大值相比少于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％产率的C6单糖。在一些实施方案中，所述液体馏分包含与基于所述生物质的理论最大值相比少于35％产率的C6单糖。在一些实施方案中，所述固体颗粒具有约1-500μm，1-250μm，1-200μm或1-150μm的大小范围。在一些实施方案中，所述固体颗粒具有约15-25μm的平均大小。在一些实施方案中，所述方法产生低水平的一种或多种抑制剂化合物。在一些实施方案中，所述一种或多种抑制剂化合物包括甲酸、乙酸、羟甲基糠醛(HMF)、糠醛或其组合。在一些实施方案中，每MT干生物质产生小于30、25、20、15、10或5kg的甲酸。在一些实施方案中，每MT干生物质产生小于100、80、60、50、40、30、25、20、15、10或5kg的乙酸。在一些实施方案中，每MT干生物质产生小于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的羟甲基糠醛(HMF)。在一些实施方案中，每MT干生物质产生少于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的糠醛。在一些实施方案中，所述生物质包括藻类、玉米、草、秸秆、谷物壳、木材、树皮、木屑、纸、杨木、柳木、柳枝稷、苜蓿、牧场须芒草、糖棕榈、水椰棕榈、木薯、高粱、蜀黍、白薯、糖蜜、块茎、根、梗、西米、木番薯、树薯、豌豆、豆类、土豆、甜菜、水果、果核、高粱、甘蔗、水稻、小麦、全麦、黑麦、大麦、竹子、种子、燕麦或其组合，或者其衍生物或副产物。在一些实施方案中，所述其衍生物或副产物包括玉米秸秆、玉米棒、玉米醪、玉米纤维、青贮饲料、甘蔗渣、酒糟、酒糟干可溶物、干酒糟、浓缩酒糟可溶物、湿酒糟、具有可溶物的干酒糟、纤维、果皮、稻草、稻壳、小麦秸秆、大麦秸秆、种皮壳、燕麦壳、食品废物、城市污水废物或其组合。在一些实施方案中，所述生物质包括木质生物质。一些实施方案还包括用一种或多种酶水解包含纤维素的所述固体颗粒以产生单糖。本文还提供了由本文所公开的所述方法中的任一种生产的经预处理的生物质组合物。本专利技术还提供了包含C6单糖的糖流，其由本文所公开的所述方法中的任一种生产的所述固体颗粒的酶水解所生产。在第二方面，本文公开了用于每天工业规模预处理至少一干吨生物质的系统，所述系统包括：(a)筒体，其限定内腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于每天预处理至少一干吨生物质的工业规模方法，所述方法包括：a.将所述生物质以每天至少一干公吨(MT)生物质的速率进给到挤出系统中，所述挤出系统包括限定包括进料区和反应区的内腔室的筒体；以及b.在所述反应区内以升高的温度和压力对所述生物质进行处理达约少于20秒以生产经预处理的生物质组合物，所述生物质组合物包括液体馏分和固体颗粒，所述液体馏分包含单糖，而所述固体颗粒包含纤维素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.09 US 62/089,7041.一种用于每天预处理至少一干吨生物质的工业规模方法，所述方法包括：a.将所述生物质以每天至少一干公吨(MT)生物质的速率进给到挤出系统中，所述挤出系统包括限定包括进料区和反应区的内腔室的筒体；以及b.在所述反应区内以升高的温度和压力对所述生物质进行处理达约少于20秒以生产经预处理的生物质组合物，所述生物质组合物包括液体馏分和固体颗粒，所述液体馏分包含单糖，而所述固体颗粒包含纤维素。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述挤出系统还包括一个或多个可旋转螺杆，所述一个或多个可旋转螺杆被配置用于使所述生物质从所述进料区并通过所述反应区而移动通过所述挤出系统。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一个或多个可旋转螺杆包括一个或多个部分，所述一个或多个部分被配置用于从所述生物质形成一个或多个栓塞，以将所述内腔室分离成包括所述进料区和所述反应区在内的两个或更多个区。4.根据权利要求2-3中任一项所述的方法，包括一个、两个或三个可旋转螺杆。5.根据权利要求4所述的方法，包括两个可旋转螺杆。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质进给的速率至少约为2干MT/天、3干MT/天、4干MT/天、5干MT/天、7.5干燥MT/天、10干MT/天、15干MT/天、20干MT/天、25干MT/天、50干MT/天、75干MT/天、100干MT/天、150干MT/天或200干MT/天。7.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述反应区之前向所述生物质添加液体。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述液体是水。9.根据权利要求7所述的方法，其中通过所述筒体上的一个或多个可密封端口将所述液体添加到所述进料区中。10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中添加所述液体以将所述生物质的水分含量增加至约从10-90％、15-85％、20-80％、30-70％或者约40-60％w/v。11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述反应区中对所述生物质进行处理达少于19、18、17、16、15、14、13、12、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1秒。12.根据权利要求1所述的方法，其中在所述反应区中对所述生物质进行处理约达5至15秒。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述升高的温度约为50-500℃、75-400℃、100-350℃、150-300℃或200-250℃。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述升高的温度约为150-300℃。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述升高的压力约为50-1000PSI、100-750PSI、200-600PSI、300-500PSI或350-450PSI。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述升高的压力约为300-500PSI。17.根据权利要求1所述的方法，还包括将蒸汽注入到所述生物质中以增加温度和压力。18.根据权利要求17所述的方法，其中将所述蒸汽注入到所述反应区中。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述蒸汽通过所述筒体中的一个或多个可密封端口注入。20.根据权利要求1所述的方法，还包括向所述反应区中的所述生物质添加化学剂。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述化学剂包括酸、碱或其组合。22.根据权利要求21所述的方法，其中所述化学剂包括的酸是硫酸、过氧乙酸、乳酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、磷酸、盐酸、亚硫酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、草酸、苯甲酸或其组合。23.根据权利要求21的方法，其中所述化学剂包括的酸是硫酸。24.根据权利要求20-23中任一项所述的方法，其中添加所述化学剂约至0.1-20％w/v、1-15％w/v、1.5-10％w/v、1-10％w/v、1-5％w/v或2-4％w/v的水平。25.根据权利要求20-23中任一项所述的方法，其中添加所述化学剂约至2-4％w/v的水平。26.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体馏分包含与基于所述生物质的理论最大值相比至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％产率的C5单糖。27.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体馏分包含与基于所述生物质的理论最大值相比至少70％产率的C5单糖。28.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体馏分包含与基于所述生物质的理论最大值相比少于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或5％产率的C6单糖。29.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体馏分包含与基于所述生物质的理论最大值相比少于35％产率的C6单糖。30.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体颗粒具有约1-500μm，1-250μm，1-200μm或1-150μm的大小范围。31.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体颗粒具有约15-25μm的平均大小。32.根据权利要求1的方法，其中所述方法产生低水平的一种或多种抑制剂化合物。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述一种或多种抑制剂化合物包括甲酸、乙酸、羟甲基糠醛(HMF)、糠醛或其组合。34.根据权利要求32所述的方法，其中每MT干生物质产生小于30、25、20、15、10或5kg的甲酸。35.根据权利要求32所述的方法，其中每MT干生物质产生小于100、80、60、50、40、30、25、20、15、10或5kg的乙酸。36.根据权利要求32所述的方法，其中每MT干生物质产生小于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的羟甲基糠醛(HMF)。37.根据权利要求32所述的方法，其中每MT干生物质产生少于20、15、10、7.5、5、4、3、2或1kg的糠醛。38.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质包括藻类、玉米、草、秸秆、谷物壳、木材、树皮、木屑、纸、杨木、柳木、柳枝稷、苜蓿、牧场须芒草、糖棕榈、水椰棕榈、木薯、高粱、蜀黍、白薯、糖蜜、块茎、根、梗、西米、木番薯、树薯、豌豆、豆类、土豆、甜菜、水果、果核、高粱、甘蔗、水稻、小麦、全麦、黑麦、大麦、竹子、种子、燕麦或其组合，或者其衍生物或副产物。39.根据权利要求38所述的方法，其中所述其衍生物或副产物包括玉米秸秆、玉米棒、玉米醪、玉米纤维、青贮饲料、甘蔗渣、酒糟、酒糟干可溶物、干酒糟、浓缩酒糟可溶物、湿酒糟、具有可...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·E·兰普金，
申请(专利权)人：斯威特沃特能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US