处理木质纤维素生物质的方法技术

本发明专利技术涉及处理木质纤维素生物质的方法，所述方法包括：a.经由至少一次蒸煮或水蒸气爆破操作对所述生物质进行预处理，以获得经预处理的基质，b.对经预处理的基质的至少一部分进行液/固分离，所述液/固分离包括两个连续的分步骤：‑采用连续混合器(M)使用混合流体实施的接触固/液混合物的上游分步骤b1，‑采用连续过滤器使用洗涤流体实施的提取/洗涤的下游分步骤b2，以获得富含固体的固相和多个富含液体的液相，其中将提取自所述过滤器的液相作为混合流体在所述混合器的入口处至少部分地再循环。

Methods of lignocellulosic biomass treatment

【技术实现步骤摘要】
处理木质纤维素生物质的方法专利
本专利技术涉及处理木质纤维素生物质以生产“第二代”(2G)糖液的方法。这些糖液可用于经由化学或生物化学/发酵途径生产其他产品(例如醇，如乙醇、丁醇或其他分子，例如溶剂，如丙酮，和其他生物基分子等)。
技术介绍
木质纤维素生物质代表着地球上最丰富的可再生资源之一。所考虑的基质是非常多样的，并且均涉及木质基质，例如各种木材(阔叶和针叶)、产生自农业的副产品(麦秸、稻秸、玉米壳等)或产生自其他农业食品、造纸等行业的副产品。木质纤维素生物质包含三种主要的聚合物：纤维素(35％-50％)，其是一种基本上由己糖构成的多糖；半纤维素(20％-30％)，其是一种基本上由戊糖构成的多糖；和木质素(15％-25％)，其是一种具有复杂结构和高分子量的聚合物，包含经由醚键连接的芳香醇。这些不同的分子是形成植物壁的固有特性的根源并且它们自身组织成复杂的缠结体。在组成木质纤维素生物质的这三种基础聚合物中，纤维素和半纤维素是能够生产2G糖液的基础聚合物。将木质纤维素材料生物化学转化为2G糖液的方法特别包括预处理步骤和采用酶促混合物(cocktail)进行酶促水解的步骤。这些方法通常还包括在预处理之前的浸渍步骤。产生自水解的糖液可以如原样使用/提质或任选地对其随后进行加工，例如在发酵或化学工艺中进行。通常，整个方法包括中间分离步骤和/或最终产物的纯化步骤。该预处理可以改变木质纤维素生物质的物理化学性质，从而使酶适用于纤维素并实现在酶促水解中良好的反应性。存在许多预处理技术并允许在各种化学条件下确立生物质的温度。可以在添加或不添加酸性或碱性产物的情况下进行预处理。它也可以在溶剂(例如水或有机产品(例如醇)(有机溶剂法))中进行，也可以在经少量(sparingly)稀释的介质(例如水蒸气)中进行。该预处理还可以包括物理步骤，例如在水蒸气爆炸的情况下的脱纤维或爆炸减压。该预处理还可以包括用于优化整个方法的若干个步骤，例如酸性蒸煮，接着是水蒸气爆炸或两次连续的水蒸气爆炸。下文在通用术语“烹煮”分类下的预处理涉及在稀释条件下对生物质的处理，并且包括酸性烹煮、碱性烹煮和“有机溶剂”烹煮。后一种烹煮方法涉及在一种或多种有机溶剂和通常水的存在下进行预处理。所述溶剂可以是醇(乙醇)、酸(例如乙酸或甲酸)或丙酮。“有机溶剂浆化”方法导致木质素的至少部分溶解和半纤维素的部分溶解。因此存在两股出口料流：具有残余纤维素、半纤维素和木质素的经预处理的基质，以及含有溶解的木质素和一部分的半纤维素的溶剂相。通常存在将溶剂再生的步骤，这可以提取出木质素料流。将某些“有机溶剂浆化”处理(特别是采用乙醇)与加入强酸(例如H2SO4)相结合。还可以设想在烹煮阶段之前经由浸渍反应器使生物质与溶剂接触，或者在实施“有机溶剂浆化”蒸煮之前使生物质与酸性催化剂接触。就将生物质浓缩、并经受相应比例的少量水蒸气的意义而言，水蒸气爆炸类型的预处理不同于烹煮类型的处理。通常，在酸性条件下的水蒸气爆炸是优选的，因为它允许半纤维素的酸性水解和酶促水解中的纤维素的反应性之间的良好折衷，实际上是半纤维素的总水解和纤维素对酶而言的可用性和反应性的大幅改善之间的良好折衷。在该预处理之前可以进行一个或多个其他处理(研磨、浸渍、蒸煮等)。例如，在出版物“Productionofbioethanolfromlignocellulosicmaterialsviathebiochemicalpathway:areview”，M.Balat，EnergyConversionandManagement52(2011)858-875，或在出版物“Bioethanolproductionfromagriculturalwastes:anoverview”，N.Sarkar，S.KumarGhosh，S.Bannerjee，K.Aikat，RenewableEnergy37(2012)19-27中均报道了不同的配置。因此注意到，在开始随后的转化步骤本身之前，这种类型的方法，即蒸煮或水蒸气爆破，需要将原始生物质转化为反应性的经预处理的基质(也称为经预处理的榨渣(marc))。在该预处理之后，在浸渍经预处理的榨渣的糖液中发现糖(C5糖和C6糖)。该汁液的回收对于在生物质转化方法的其余部分中提质或在另一方法中(并行地)提质或作为糖液销售可能是有利的。因此有利的是，在对提及的经预处理的榨渣(其随后将富含固体物质)进行后续处理之前，提取这些经预处理的榨渣液体。在预处理步骤之前通常是浸渍步骤。然后是使用酶促混合物进行酶促水解的步骤。在某些情况下，在这些前序的步骤之后是释放的糖的乙醇发酵步骤和发酵产物的纯化步骤。在工艺方案的某些配置中，酶促水解步骤和发酵步骤可以在相同的反应器中以称为SSF(同步糖化发酵)的发酵配置进行。当方法的这两个步骤为独立进行时，这样的方案被称为SHF类型(分步水解发酵)。在文献“Ethanolfromlignocellulosics:Areviewoftheeconomy，M.vonSilvers和G.Zacchi，BioresourceTechnology56(1996)131-140中给出了实例。在这些步骤中，还可能存在固/液混合物形式的产物，例如在酶促水解之后获得的“水解”产物，此时实施固/液分离以提取液相可能是有利的，例如使用在对固体的存在敏感的后续步骤中产生的液体，例如在后续发酵步骤中使用的发酵微生物的敏感性的情况下，或者围绕该发酵步骤将微生物再循环的情况下。因此可以看出，在生物质处理方法的各个步骤中，被处理的产物是固/液混合物的形式，并且为了提质并优化整个方法而从固相中提取出至少一部分的液相可能是有利的。专利WO2014/135755提出了经由以下一系列步骤处理生物质的方法：a-通过将生物质原料与水和酸性或碱性化合物接触并加热来实施的预处理步骤，以获得经预处理的基质，b-将经预处理的基质与纤维素酶和富含步骤e)中获得的发酵产物的液流接触，以获得包含固体残余物和含糖液相的水解产物，c-使用形成醇的微生物对水解产物实施醇解发酵，从而产生包含固体物质和含发酵产物的液相的发酵酒，d-提取出发酵酒中所含的固体物质的至少一部分，以获得富含固体物质的料流和贫含固体物质的发酵酒，e-采用液流洗涤富含固体物质的料流，以获得所述富含发酵产物的液流，将富含发酵产物的液流再循环到步骤b)中，f-对贫含固体物质的发酵酒实施分离的步骤，以获得至少一股纯化的含醇或含溶剂的料流和至少一股酒糟(vinasse)料流。因此，该专利提出在发酵步骤之后实施木质素和其他可能的惰性固体的分离。然后对主要包含木质素的固体物质进行洗涤以回收捕获的发酵产物(特别是醇和溶剂)。然后将洗涤液再循环到酶促水解单元中，该酶促水解单元可以是与发酵单元相同的单元，或者可以与发酵单元不同，从而不会在现有的料流中引起稀释。专利EP2774992提出在包括预处理步骤、酶促水解步骤、然后是发酵步骤的方法中，提取出水解产物中所含的固体残余物的至少一部分，以获得包含木质素的固体残余物料流和贫含固体残余物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.处理木质纤维素生物质的方法，所述方法至少包括以下步骤：/na. 通过至少一次蒸煮或水蒸气爆破操作对所述生物质进行预处理，以获得经预处理的基质，/n其特征在于，所述方法还包括至少一个如下步骤：/nb. 对在步骤a结束时或在步骤a之后处理所述基质的附加步骤结束时获得的经预处理的基质的至少一部分进行液/固分离，所述分离步骤包括两个连续的分步骤：/n- 采用连续混合器(M)使用混合流体实施的接触固/液混合物的上游分步骤b1，任选地所述混合器之前存在泵，和/n- 采用连续过滤器、特别是带式过滤器(F)使用洗涤流体实施的提取/洗涤的下游分步骤b2，以获得富含固体的固相和多个富含液体的液相，其中将提取自所述过滤器的液相作为混合流体在所述混合器的入口处至少部分地再循环。/n

【技术特征摘要】
20180627 FR 18557891.处理木质纤维素生物质的方法，所述方法至少包括以下步骤：
a.通过至少一次蒸煮或水蒸气爆破操作对所述生物质进行预处理，以获得经预处理的基质，
其特征在于，所述方法还包括至少一个如下步骤：
b.对在步骤a结束时或在步骤a之后处理所述基质的附加步骤结束时获得的经预处理的基质的至少一部分进行液/固分离，所述分离步骤包括两个连续的分步骤：
-采用连续混合器(M)使用混合流体实施的接触固/液混合物的上游分步骤b1，任选地所述混合器之前存在泵，和
-采用连续过滤器、特别是带式过滤器(F)使用洗涤流体实施的提取/洗涤的下游分步骤b2，以获得富含固体的固相和多个富含液体的液相，其中将提取自所述过滤器的液相作为混合流体在所述混合器的入口处至少部分地再循环。


2.根据前述权利要求的方法，其特征在于，所述连续过滤器在待分离的固/液混合物的循环和提取/洗涤流体之间逆流地运行。


3.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在步骤b期间，对在步骤a结束时获得的经预处理的基质的第一部分实施固/液混合物的分离，在于对所述经预处理的基质的第二部分进行至少一个后续处理步骤，特别是水解，并且在于对步骤b中获得的富含固体的固相也进行至少一个后续处理步骤，特别是与对经预处理的基质的第二部分实施的相同的后续处理步骤。


4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述方法包括对产生自预处理步骤a的经预处理的基质进行酶促水解以获得水解产物的步骤e，在于对在所述水解产物的至少一部分实施固/液分离b。


5.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，对在预处理步骤a结束时获得的经预处理的基质的至少一部分、特别是全部实施固/液分离b，以获得富含固体的固相，并且在于所述方法包括将所述富含固体的固相酶促水解以获得水解产物的步骤e。


6.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，产生自分离步骤b的富含液体的液相是糖液，并且在于所述方法还包括生产酶的步骤c和/或生产酵母的步骤d，并且在于将所述糖液中的至少一种用于所述酶的生产c或所述酵母的生产d。


7.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在预处理步骤a之后，所述方法还包括以下步骤：
e.将经预处理的基质酶促水解，以获得包含固体物质和含糖液相的水解产物，
f.将所述水解产物发酵，以获得发酵酒，
发酵步骤f可以继酶促水解步骤e之后或伴随酶促水解步骤e发生，
g.将所述发酵酒分离/蒸馏，以获得醇、溶剂或其他生物基分子形式的蒸馏产物，以及酒糟，
对在水解步骤e和/或发酵步骤f和/或分离/蒸馏步骤g之后获得的产物的至少一部分实施...

【专利技术属性】
技术研发人员：C艾马尔，R鲁塞，L佩罗塔，E克诺斯佩，
申请(专利权)人：国家农业研究院，IFP新能源公司，农业研究和发展公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR