将生物质转化为糖制造技术

在一些变型中，披露了一种将生物质原料转化为产物的方法，该方法包括：提供含有纤维素

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将生物质转化为糖、生物化学品、生物燃料和/或生物材料的方法
优先权数据
[0001]本国际专利申请要求于
2020
年
10
月
12
日提交的美国临时专利申请号
63/090,454、
于
2020
年
10
月
13
日提交的美国临时专利申请号
63/090,743
和于
2020
年
10
月
23
日提交的美国临时专利申请号
63/104,545
的优先权，其各自据此通过引用并入本文
。
领域
[0002]本专利技术总体而言涉及将木质纤维素生物质转化为糖
、
生物化学品
、
生物燃料和生物材料的方法
。

技术介绍

[0003]木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生材料，并且长期以来被认为是用于生产化学品
、
燃料
、
和材料的潜在原料
。
木质纤维素生物质通常主要包括纤维素
、
半纤维素
、
和木质素
。
纤维素和半纤维素是糖的天然聚合物，并且木质素是加强整个生物质网络的芳族
/
脂肪族烃聚合物
。
[0004]生物质精炼
(
或生物精炼
)
在世界经济中已经很普遍了
。
纤维素纤维和糖
>、
半纤维素糖
、
木质素
、
醇
、
酸
、
烯烃
、
合成气以及这些中间体的衍生物正在被用于化工和燃料生产
。
综合的生物精炼厂能够加工进入的生物质，就像石油精炼厂现在加工原油一样
。
未充分利用的木质纤维素生物质原料在碳基础上具有比石油便宜得多并且从环境生命周期的观点来看也好得多的潜力，包括生物精炼厂的净零当量二氧化碳排放的潜力
。
在过去的几年里，已经建造了一些商业规模的生物精炼厂，旨在将诸如玉米秸秆
、
小麦秸秆
、
和甘蔗渣或秸秆的木质纤维素生物质转化为第二代乙醇
。
[0005]广义上讲，在生物精炼厂中，生物质原料可以燃烧为能量
、
热解为生物炭
、
气化为合成气
、
水解为糖
、
机械精炼为纳米纤维素或其他特种纤维素或它们的组合
。
在可能燃烧除外的基本上所有这些过程中，生物质的初始预处理对于提高所需产物的产率是必要的或期望的
。
当从生物质形成糖和
/
或纳米纤维素时，预处理尤其重要
。
[0006]预处理是指将木质纤维素生物质从其难于水解的天然形式转化为对于酶水解更有效的形式的一种或多种化学或物理过程
。
由于生物质本身难以经由纤维素和
/
或半纤维素水解进行有效转化，因此基本上任何利用水解的生物质转化过程都将受益于使用预处理化学品
(
如，例如水
、
酸催化剂和
/
或用于木质素的溶剂
)
对生物质进行初始预处理
。
[0007]如果待分布在生物质中的预处理化学品没有贯穿生物质均匀地分布，则依赖于化学品存在的后续方法步骤不会有效地进行
。
生物质中未接受足量化学品的部分将未反应或反应不足
。
同时，生物质的其他部分可能暴露于过多的化学品
。
因此，在相同的工艺条件
(
压力
、
温度
、
停留时间
、pH
等
)
下，生物质的一些部分将反应不足，而生物质的其他部分将反应过度
。
这个问题导致较低的工艺产率
、
增加的非期望副产物的产生以及对待施加的预处理化学品的低效使用等问题
。
常见的解决方案是使用大量预处理化学品，但这种方法既昂贵又耗能，因为预处理化学品通常包含在水溶液中，最终必须在下游去除，从而需要更多的能
量
。
[0008]预处理通常是生物质转化过程的最大能量消耗部分
。
主要原因在于，在期望的预处理化学反应将以可接受的速率进行之前，生物质原料的温度必须升高到高反应温度，如
175℃。
将生物质加热到期望的反应温度需要大量能量，通常呈高品质蒸汽的形式
。
[0009]对生物质的预处理因许多副产物的产生而变得更加复杂，这些副产物导致在反应
(
包括速率
、
选择性和期望产物的收率
)、
副产物与期望产物的分离
、
副产物引起的污染以及受监管的副产物排放方面的下游问题
。
常见的副产物为抑制糖发酵或催化转化为期望产物
(
诸如乙醇或喷气燃料
)
的抑制剂，诸如糠醛
。
为了处理副产物，需要更多的过程能量，并且总过程能量与期望产物产量的比率进一步增加
。
正如化学工程中所知的那样，质量效率和能量效率错综复杂地联系在一起
。
[0010]在考虑商业市场时，上述预处理技术挑战甚至更为重要
。
虽然消费者期望可再生产品，但在过去一直不愿意为产品支付绿色溢价
。
然而，近年来，这种情况正在发生翻天覆地的变化
。
许多政府和公司正在努力实现低碳甚至“净零”解决方案，这些解决方案最大限度地减少或消除温室气体排放的净产生，诸如
CO2。
市场渴望能量效率并愿意为此买单
。
存在各种监管和市场机制，包括可再生燃料标准
、
可再生识别号
、
可再生能源信用额度
、
可持续性认证
(
诸如针对纤维素乙醇或可持续航空燃料
)、
可追溯性登记等
。
这些监管和市场机制决定了产品价值并且因此决定了市场价格
。
[0011]将木质纤维素生物质转化为糖
、
生物化学品
、
生物燃料或生物材料的生物精炼厂迫切需要改进生物质预处理
。

技术实现思路

[0012]本专利技术解决了本领域中的上述需求
。
[0013]在一些变型中，本专利技术提供了一种将生物质原料转化为产物的方法，该方法包括：
(a)
提供含有纤维素
、
半纤维素和木质素的生物质原料；
(b)
提供包含水和任选地包含预处理化学品的反应溶液；
(c)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种将生物质原料转化为产物的方法，所述方法包括：
(a)
提供含有纤维素
、
半纤维素和木质素的生物质原料；
(b)
提供包含流体和任选地包含预处理化学品的反应溶液；
(c)
将所述生物质原料和所述反应溶液进料到被操作以预处理所述生物质原料的生物质消化器，从而产生包含固液混合物和消化器蒸气的经消化的流；
(d)
将所述经消化的流排放到蒸气分离单元，所述蒸气分离单元被操作以从所述固液混合物中分离所述消化器蒸气；
(e)
任选地在所述方法中再循环所述消化器蒸气中的至少一部分所述消化器蒸气；
(f)
将所述固液混合物或其一部分输送至水解反应器，所述水解反应器被操作以将所述纤维素和
/
或所述半纤维素水解为单体糖和
/
或低聚物糖；以及
(g)
将所述单体糖和
/
或低聚物糖转化为产物
。2.
如权利要求1所述的方法，其中，所述反应溶液包含蒸汽
。3.
如权利要求1所述的方法，其中，所述生物质消化器在选自约
100℃
至约
220℃
的消化器温度下操作
。4.
如权利要求1所述的方法，其中，所述生物质消化器在选自约
1barg
至约
25barg
的消化器压力下操作
。5.
如权利要求1所述的方法，其中，所述蒸气分离单元被配置为引起所述固液混合物的向心加速度，从而将所述固液混合物与所述消化器蒸气分离
。6.
如权利要求5所述的方法，其中，所述蒸气分离单元包括允许以加压形式使用所述消化器蒸气的压力变换器
。7.
如权利要求1所述的方法，其中，所述蒸气分离单元为多阶段蒸气分离器
。8.
如权利要求7所述的方法，其中，所述多阶段蒸气分离器中的至少一个阶段被配置为引起所述固液混合物的向心加...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞安，
申请(专利权)人：格兰生物科技知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：