加工生物量制造技术

加工生物量原料(例如，植物生物量、动物生物量和城市废物生物量)以产生有用产物，例如燃料。例如，描述了可以将原料材料转换为糖溶液的系统，所述糖溶液随后可以发酵以产生乙醇。通过喷射混合器的操作，生物量原料在器皿中糖化，所述器皿还含有流体介质和糖化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求于2009年5月20日提交的美国临时申请序列号61/179,995和于2009年6月19日提交的美国临时申请序列号61/218,832的优先权。这些临时申请各自的完全公开内容通过引用在此合并入本文。背景纤维素和木质纤维素材料在许多应用中以大量产生、加工且使用。通常此类材料使用一次，并且随后作为废物抛弃，或仅视为废物材料，例如污水、甘蔗渣、锯屑和秸秆。多种纤维素和木质纤维素材料、其用途和应用已在美国专利号7,307,108、7,074,918、6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105中；以及在多个专利应用中描述，包括于2006年3月23日提交的“FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES”，PCT/US2006/010648，和“FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES”，美国专利申请号2007/0045456。概述一般地，本专利技术涉及通过例如使用酶将材料的纤维素部分转换为低分子量糖，用于糖化或液化材料例如纤维素或木质纤维素原料的过程。本专利技术还涉及例如通过发酵将原料转换为产物。本文公开的过程可以利用低堆密度材料例如纤维素或木质纤维素原料，其已进行物理预处理以具有小于约0.5g/cm3的堆密度，例如小于约0.35g/cm3、0.25g/cm3、0.20g/cm3、0.15g/cm3、0.10g/cm3、0.05g/cm3或更少，例如0.025g/cm3。此类材料可以特别难以与液体例如与水或溶剂系统混合，用于糖化、发酵或其他加工。由于其低堆密度，材料趋于漂浮在液体表面而不是在其中分散。在某些情况下，材料可以是疏水、高度结晶或在其他方面难以润湿的。同时，希望以相对高固体水平分散加工原料，以便获得在糖化材料中糖的高终浓度，或在加工后所需产物(例如在发酵后乙醇或一种或多种其他醇)的高浓度。在某些实施方案中，利用本文描述的方法在加工过程中分散的固体水平可以是例如至少20、25、30、35、40、45或甚至至少50重量％溶解固体。本专利技术人已发现通过使用某些混合技术和设备，可以增强原料在液体混合物中的分散，并且因此可以增加混合物的固体水平。本文公开的混合技术和设备还增强混合物中的质量转移和因此反应速率，并且避免对混合物的敏感成分例如微生物和酶的伤害，或使对混合物的敏感成分例如微生物和酶的伤害降到最低。特别地，已发现喷射混合技术包括例如喷射曝气和射流搅拌提供良好润湿、分散和机械破碎。通过增加混合物的固体水平，加工过程可以更快速、更有效和更划算地进行，并且可以增加所得到的最终产物浓度。本文公开的某些过程包括原料的糖化，和原料从例如在其中产生或贮存原料的遥远场所转运到制造设施。在某些情况下，糖化可以部分或完全在转运过程中发生。在此类情况下，在转运器皿中提供混合例如喷射混合可以是有利的。在某些情况下，糖化可以在转运过程中完成。在某些情况下，发酵可以部分或完全在转运过程中发生。在某些实现中，该加工过程进一步包括在糖化前或过程中减少原料的不顺应。该加工过程可以包括测量原料的木质素含量且基于测量的木质素含量测定是否需要预处理和在何种条件下的进一步步骤。在一个方面，本专利技术的特征在于包括通过使用喷射混合器使原料与液体介质和糖化剂在器皿中混合，糖化生物量原料的方法。某些实施方案包括一个或多个下述特征。原料可以具有小于约0.5g/cm3的堆密度。原料可以是例如纤维素或木质纤维素材料。液体可以包括水。糖化剂可以包括酶。喷射混合器可以包括例如射流搅拌器、喷射曝气型混合器或抽吸室喷射混合器。如果使用喷射曝气型混合器，那么它可以不通过喷射混合器注入空气而使用。例如，如果喷射曝气型混合器包括具有第一个进入线路和第二个进入线路的喷嘴，那么在某些情况下，2个进入线路供应液体。在某些情况下，混合包括将原料以增量加入液体介质中并且在添加之间混合。该方法可以进一步包括在混合过程中，监控原料、液体介质和糖化剂的混合物的葡萄糖水平，并且在某些情况下，在糖化过程中将另外的原料和糖化剂加入器皿中。混合器皿可以是例如槽、轨道车或油罐卡车。在某些情况下，糖化可以部分或完全在原料、液体介质和糖化剂的混合物的转运过程中发生。该方法可以进一步包括将乳化剂或表面活性剂加入器皿中的混合物中。在另一个方面，本专利技术的特征在于通过使用在器皿内一般产生环形流动的混合器，使原料与液体介质和糖化剂在器皿中混合来糖化生物量原料。在某些实施方案中，混合器配置为经过混合过程使液体介质的总体温度中的任何增加限制为小于5℃。在某些实施方案中，这个方面还可以包括上文讨论的任何特征。在再进一步的方面，本专利技术的特征在于包括通过使用喷射混合器使低分子量糖与微生物在液体介质中混合，将低分子量糖转换为产物的方法。某些实施方案包括一个或多个下述特征。液体介质可以包括水。微生物可以包括酵母。喷射混合器可以包括射流搅拌器、喷射曝气型混合器或抽吸室喷射混合器。在另一个方面，本专利技术的特征在于包括槽、具有排列在槽内的喷嘴的喷射混合器、配置为将生物量原料递送至槽的递送装置，和配置为将测定量的糖化剂递送至槽的递送装置。某些实施方案包括一个或多个下述特征。喷射混合器可以进一步包括发动机，并且该仪器可以进一步包括配置为监控在混合过程中在发动机上的转矩的装置。该仪器还可以包括基于来自转矩监控装置的输入，调整原料递送装置和/或糖化剂递送装置的操作的控制器。本专利技术的特征还在于这样的方法，其包括糖化器皿中的生物量原料，以形成经糖化的混合物；用微生物接种器皿中的经糖化的混合物；且允许接种的经糖化的混合物在器皿中发酵。在某些情况下，器皿的内容物在发酵过程中转移至转运器皿，并且发酵在转运器皿中继续。该方法可以进一步包括在糖化和发酵过程中用喷射混合器搅拌器皿的内容物。在某些实施方案中，该方法进一步包括监控发酵混合物的氧含量和乙醇含量和/或糖含量。在另一个方面，本专利技术的特征在于发酵系统，其包括具有通风孔的器皿；与器皿联系的氧的来源；配置为监控器皿中液体的氧含量的氧监控器；和使用通风孔和氧来源，响应来自氧监控器的输入，配置为调整液体的氧含量的控制器。如果需要氧合作用，那么进入器皿内的氧的流速可以是相对低的。例如，控制器可以配置为以小于0.2vvm的速率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.20 US 61/179,995;2009.06.19 US 61/218,8321.方法，其包括：
通过使用喷射混合器使生物量原料与流体介质和糖化剂混合，糖
化在器皿中的生物量原料。
2.权利要求1的方法，其中所述原料具有小于约0.5g/cm3的堆
密度。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述流体介质包括水。
4.上述权利要求中任一项的方法，其中所述糖化剂包括酶。
5.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括射流
搅拌器，并且其中糖化所述原料包括用所述射流搅拌器搅拌所述原料。
6.权利要求5的方法，其中所述射流搅拌器包括固定在柄的远末
端的叶轮和在所述叶轮周围的覆盖物。
7.权利要求5或权利要求6的方法，其中所述喷射混合器包括多
个射流搅拌器，每个射流搅拌器配置为可逆地操作，在第一种模式中
向器皿的顶部，并且在第二种模式中向器皿的底部抽泵流体。
8.权利要求7的方法，其中在至少部分混合的过程中，所有所述
射流搅拌器以第一种模式操作。
9.权利要求7或权利要求8的方法，其中在至少部分混合的过程
中，某些所述射流搅拌器以第一种模式操作，并且同时，其他的以第
二种模式操作。
10.权利要求7的方法，其进一步包括将微生物加入器皿中，并
且使所述糖化的原料发酵，其中在至少部分发酵的过程中，所有所述
射流搅拌器以第一种模式操作。
11.上述权利要求中任一项的方法，其中所述器皿具有弓形底部
表面。
12.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括具
有递送喷嘴的喷射曝气型混合器，并且其中糖化所述原料包括通过所
述递送喷嘴递送喷射。
13.权利要求12的方法，其中所述喷射混合器不通过所述递送喷
嘴注入空气而操作。
14.权利要求12的方法，其中糖化包括将液体供应给所述喷射曝
气型混合器的2个进入线路。
15.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括抽
吸室喷射混合器。
16.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括与
排出管的第一个末端流体联系的喷嘴，所述排出管的第一个末端与所
述喷嘴隔开，并且所述排出管具有配置为发出流体喷射的第二个末端。
17.上述权利要求中任一项的方法，其中糖化包括
将所述原料以不连续增量加入所述流体介质中；并且
在加入另一个增量的原料前，用所述喷射混合器使原料的每个不
连续增量的原料混合到所述流体介质内。
18.上述权利要求中任一项的方法，其进一步包括在所述喷射混
合器的操作过程中，监控所述原料、所述流体介质和所述糖化剂的混
合物的葡萄糖水平。
19.上述权利要求中任一项的方法，其进一步包括在糖化过程中
将另外的原料和糖化剂加入所述器皿中。
20.上述权利要求中任一项的方法，其中所述器皿包括槽。
21.上述权利要求中任一项的方法，其中所述器皿包括轨道车或
油罐卡车的槽。
22.权利要求21的方法，其中糖化在原料、流体介质和糖化剂的
混合物的转运过程中部分或完全发生。
23.上述权利要求中任一项的方法，其中所述原料包括纤维素或
木质纤维素材料。
24.权利要求23的方法，其中所述原料包括纸。
25.上述权利要求中任一项的方法，其进一步包括将乳化剂或表
面活性剂加入所述器皿中的混合物中。
26.上述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·米多夫，T·马斯特曼，
申请(专利权)人：希乐克公司，
类型：发明
国别省市：