处理木质纤维素生物质的方法技术

本发明专利技术涉及一种处理木质纤维素生物质的方法，其相继包括：b)预先处于酸性或中性pH条件下的生物质在预处理反应器(3)中预处理以产生酸性或中性预处理待发酵物(AM)的步骤，交替地b’)在任选将碱性水溶液(EB)充分引入预处理反应器(3)的情况下，预处理预先处于酸性、中性或碱性条件下的生物质以产生碱性预处理待发酵物(BM)的步骤，然后c)获自步骤b)的酸性或中性预处理待发酵物(AM)与获自步骤b’)的碱性预处理待发酵物(BM)的混合物在水解反应器(16)中的酶法水解步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理木质纤维素生物质的方法
本专利技术涉及一种处理木质纤维素生物质以生产“第二代”（2G）糖液（sugaryliquors）的方法。这些糖液可用于通过生物化学途径生产其它产品（例如醇，如乙醇、丁醇或其它分子，或溶剂，如丙酮等）。这种方法涉及各种步骤，通常包括浆液制备（liquorpreparation）、用这种浆液浸渍生物质和通过蒸煮，尤其是用蒸汽爆破预处理浸渍生物质的三个步骤。现有技术木质纤维素生物质代表地球上最丰富的可再生资源之一。考虑的基材千差万别，它们涉及木质基材，如各种木材（硬木和软木）、农业副产品（麦秸、玉米棒等）或源自其它农产品的副产品、造纸等工业。木质纤维素材料生物化学转化成2G糖液的方法尤其包含预处理步骤和用酶混合物（enzymaticcocktail）酶法水解的步骤。这些方法还通常包括在预处理前的浸渍步骤。来自水解的糖液随后例如通过发酵处理，且该方法还可包含分离步骤和/或纯化最终产物的步骤。这些方法还通常包括在预处理前的浸渍步骤。来自水解的糖液随后例如通过发酵处理，且该方法还可包含分离步骤和/或纯化最终产物的步骤。在专利WO2014/135755中描述了用于将生物质转化成乙醇的这种步骤顺序的一个实例。木质纤维素生物质由三种主要聚合物组成：纤维素（35%至50%），其是基本由己糖组成的多糖；半纤维素（20%至30%），其是基本由戊糖组成的多糖）；和木质素（15%至25%），其是具有复杂结构和高分子量、由经醚键连接的芳族醇组成的聚合物。这些各种分子对植物壁的固有性质负责并以复杂的缠结方式组织。在构成木质纤维素生物质的三种基础聚合物中，纤维素和半纤维素是能够生产2G糖液的聚合物。通常，半纤维素在预处理过程中主要分解成单体糖和低聚糖，纤维素通过酶法水解转化成葡萄糖。但是，酶仍然难以触及天然基材中的原纤维素，因此需要预处理。这种预处理有可能改变木质纤维素的物理化学性质以改进纤维素的酶可及性及其对酶法水解的反应性。存在与本专利技术有关的许多用于进行这种预处理的技术，并且在下文中统一使用通用术语“蒸煮”提及，其涉及将生物质在高温下加热指定持续时间。其中在蒸煮之前/过程中使生物质与酸性溶液接触的酸性蒸煮和其中在蒸煮之前/过程中使生物质与碱性溶液接触的碱性蒸煮尤其为人所知。“蒸汽爆破”（酸性、碱性或无浸渍）蒸煮也是已知的，其中对生物质施以加压蒸汽。还有被称为“有机溶剂制浆”的预处理方法。该方法涉及在一种或多种有机溶剂和通常水存在下的预处理。溶剂可以是醇（乙醇）、酸如乙酸或甲酸、或丙酮、或这些化合物的混合物。“有机溶剂制浆”法导致木质素的至少部分溶解和半纤维素的部分溶解。因此有两种输出料流：含残余纤维素、半纤维素和木质素的预处理基材，和含有溶解的木质素(line)和一部分半纤维素的溶剂相。通常存在溶剂再生步骤，其有可能提取木质素料流。某些“有机溶剂制浆”处理（尤其是用乙醇）可与强酸（如H2SO4）的加入组合。也可设想在蒸煮阶段之前借助浸渍反应器使生物质与溶剂接触，或在进行“有机溶剂制浆”蒸煮之前使生物质与酸催化剂接触。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中报道了各种配置。最有效的预处理之一是上文提到的蒸汽爆破蒸煮，因为其能够几乎完全水解半纤维素和显著改进纤维素的酶可及性和反应性。在这种预处理之前/之后可进行其它处理，并且这更特别与本专利技术有关，但其应用不限于此。已经证实，用于处理木质纤维素生物质的反应器，尤其是涉及蒸煮类型的生物质预处理的那些，容易结垢：在高温下加热反应器中的反应介质导致产生各种固体残留物，它们附着于反应器的内壁。这些残留物在比生物质在反应器中的平均停留时间久的时间内逐渐积聚。它们可逐渐造成运行问题，例如反应器出口的堵塞风险或增加在反应器内传送生物质的困难，而且通常，它们的存在不利地影响反应器的性能特征。为消除这些残留物提供的第一种解决方案在于排空反应器，因此停止反应器并将其打开，以通过机械和/或水力作用清洁反应器的内壁，即通过刮擦内壁和/或通过输送在几百巴压力下的水。这种程序公认有效但耗时且能量密集：不仅必须停止反应器，还要等其冷却（在高于100℃的温度和在压力下进行蒸煮），然后将其打开，进行清洁，关闭反应器并在重新开始生产前使其恢复到运行温度。本专利技术的目标因此是克服这些缺点。更确切地，本专利技术的目标是开发一种改进的处理生物质的方法，其完全或部分清除这些残留物或完全或部分防止它们的形成，同时限制任何收率损失/实施所考虑的方法的设备整体的任何固结（immobilization）。专利技术概述本专利技术的一个主题首先是一种处理木质纤维素生物质的方法，其相继包含：b)在预处理反应器中预处理预先处于酸性或中性pH条件下的生物质以产生酸性或中性预处理待发酵物的步骤，交替地b’)在任选将碱性水溶液充分引入预处理反应器的情况下，预处理预先处于酸性、中性或碱性条件下的生物质以产生碱性预处理待发酵物的步骤，然后c)获自步骤b)的酸性或中性预处理待发酵物(AM)与获自步骤b’)的碱性预处理待发酵物(BM)的混合物在水解反应器(16)中的酶法水解步骤。有利地，在酸性或中性预处理待发酵物(AM)与碱性预处理待发酵物的混合物的酶法水解步骤c)的过程中，在所述步骤c)的仅一部分持续期间可仅用酸性或中性预处理待发酵物替代所述混合物。术语“相继”是指这些步骤以生物质被处理和经过该设施的顺序列出，不考虑该方法可能涉及在所列步骤之间、之前或之后的步骤的事实。本专利技术因此发现，通过在生物质的实际预处理过程中使生物质与碱性水溶液（其在下文中也可被称为碱“液”），例如含KOH的溶液接触，实现根据本专利技术的预处理反应器的结垢的清洁和/或防止：因此在继续将生物质进给到反应器的同时进行清洁。因此对至少部分装有生物质的反应器进行反应器的清洁，所述生物质在所涉反应器中预处理之前能够用酸性、中性或氧化性水溶液预浸渍。当在引入预处理反应器前已用碱性溶液预浸渍时，碱性溶液可能已存在于生物质中；只有这样随后才可能在这种反应器中酌情提供必要的碱供应。如果供入预处理反应器的生物质不是碱性的，则必须将碱性溶液添加到预处理反应器中。根据本专利技术的清洁通过两种联合作用进行：首先是化学作用——借助已表明适用于分离和/或溶解粘着于反应器内壁的固体残留物的碱性溶液的作用，还有机械作用——生物质粒子还对所述残留本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理木质纤维素生物质的方法，其相继包括：/nb) 在预处理反应器(3)中预处理预先处于酸性或中性pH条件下的生物质以产生酸性或中性预处理待发酵物(AM)的步骤，/n交替地/nb’) 在任选将碱性水溶液(EB)充分引入预处理反应器(3)的情况下，预处理预先处于酸性、中性或碱性条件下的生物质以产生碱性预处理待发酵物(BM)的步骤，/n然后/nc) 获自步骤b)的酸性或中性预处理待发酵物(AM)与获自步骤b’)的碱性预处理待发酵物(BM)的混合物在水解反应器(16)中的酶法水解步骤。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181221 FR 18737611.一种处理木质纤维素生物质的方法，其相继包括：
b)在预处理反应器(3)中预处理预先处于酸性或中性pH条件下的生物质以产生酸性或中性预处理待发酵物(AM)的步骤，
交替地
b’)在任选将碱性水溶液(EB)充分引入预处理反应器(3)的情况下，预处理预先处于酸性、中性或碱性条件下的生物质以产生碱性预处理待发酵物(BM)的步骤，
然后
c)获自步骤b)的酸性或中性预处理待发酵物(AM)与获自步骤b’)的碱性预处理待发酵物(BM)的混合物在水解反应器(16)中的酶法水解步骤。


2.如前一权利要求中所述的方法，其特征在于在酸性或中性预处理待发酵物(AM)与碱性预处理待发酵物(BM)的混合物的酶法水解步骤c)的过程中，在所述步骤c)的仅一部分持续期间仅用酸性或中性预处理待发酵物(AM)替代所述混合物。


3.如前述权利要求任一项中所述的方法，其特征在于获自步骤b)的酸性或中性预处理待发酵物(AM)与获自步骤b’)的碱性预处理待发酵物(BM)在步骤c)中的混合在水解反应器(16)上游进行或直接在水解反应器(16)中进行。


4.如前述权利要求之一中所述的方法，其特征在于通过从在预处理反应器(5)出口的碱性预处理待发酵物(BM)的临时储存区(13)中提取而进行获自步骤b)的酸性或中性预处理待发酵物(AM)与获自步骤b’)的碱性预处理待发酵物(BM)在步骤c)中的混合。


5.如前一权利要求中所述的方法，其特征在于产生碱性预处理待发酵物(BM)的步骤b’)是清洁预处理反应器(5)的步骤。


6.如前述权利要求之一中所述的方法，其特征在于实施在酶法水解步骤c)之前或过程中调节预处理待发酵物(AM、BM)或预处理待发酵物的混合物的pH，尤其是将pH调节到4至6之间的步骤。


7.如前述权利要求之一中所述的方法，其特征在于在给定的生产时间中，预先处于酸性或中性pH条件下的生物质在预处理反应器中预处理以产生酸性或中性预处理待发酵物(AM)的步骤b)的持续时间的总和大于在任选将碱性水溶液(EB)充分引入预处理反应器的情况下预处理预先处于酸性、中性或碱性条件下的生物质以产生碱性预处理待发酵物(BM)的步骤b’)的持续时间的总和，尤其是它的至少2至5倍。


8.如前述权利要求之一中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布拉斯加利尼，C·艾马尔，M·阿拉贡内斯，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，法国国家农业食品与环境研究院，农业研究和发展公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR