生物质的分馏方法技术

本发明专利技术提供一种生物质的分馏方法，所述方法使用氨水将生物质分馏成木质素、纤维素和/或半纤维素。本发明专利技术公开的所述方法回收纯度超过90％的木质素、纤维素和半纤维素。本发明专利技术还提供生物质的糖化和发酵方法，所述方法使用氨水生产可溶性糖类、醇类、酸类、酚类和其他所需产物或其衍生物。本发明专利技术公开的所述方法是稳定的、经济有效的和可测量的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生产各种平台化合物、产物和/或副产物的生物质的分馏和/或加工的领域。
技术介绍
原油价格升高的总体趋势和在今后几十年的过程中原油充足供给的不确定性驱使着人们对替代燃料和化学原料的研究。生物质，更具体地木质纤维生物质(此后称为LBM)，是ー种这样的具有可持续前景的原料。LBM占世界上全部生物质的50%。其大量出现在エ业废弃物(造纸エ业)、林业废弃物、市政固体废弃物和农业废弃物之中。然而，更多的LBM资源来自农业生产。在收获例如谷类、豆类的产物以及例如棉花、油籽等的其他产物之后的农业残渣的主体几乎找不到用途，大多数都被丢 弃至腐烂或直接燃烧以提供一次能源。木质纤维生物质主要由糖聚合物纤维素和半纤维素组成，并与木质素一起作为植物细胞壁的结构组分，木质素作为ー种粘合胶结剂交联聚合物。木质素是酚类大分子，在植物中水的传输方面起着重要作用。另外，木质素与其他细胞壁组分的交联最小化了纤维素和半纤维素到微生物纤维素分解酶的可达性，由此赋予其抵御害虫和病原体的保护。纤维素是数以千计的葡萄糖分子通过P (1，4)_糖苷键连结组成的线性聚合物。纤维素中葡萄糖链的线性导致链间广泛的氢键结合，使其具有结晶度，由此提供聚合物的硬度。另ー方面，半纤维素是支化聚合物，其包含例如D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、L-半乳糖、L-鼠李糖的己糖残余物和例如D-木糖和L-阿拉伯糖的戊糖残余物以及例如D-葡糖醛酸的糖醛酸。根据植物种类和细胞种类，LBM中半纤维素、纤维素和木质素的含量不同，纤维素含量为35%到50%，半纤维素含量为20%到35%，木质素含量为10%到25%。纤维素的紧密的结晶性质和其与半纤维素和木质素的结合使其抗化学水解和抗酶水解被大量报道。作为地球上最大的可再生原料，LBM能够作为有价值的原料用于能源、燃料和化学制品。LBM通过直接燃烧能够产生一次能源，全球针对生物能源的这个方面做出了大量的努力。然而，源自LBM的燃料和化学制品提供更高的回报，并在即将到来的几十年内形成燃料和化学エ业的重要方面。为了利用LBM作为燃料和化学制品的平台，需要将LBM分解成其聚合物组分即纤维素、半纤维素和木质素的単体形式。木质素、纤维素和半纤维素能够水解成相应的低聚物或单体形式，例如酚衍生物，以及糖类如葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等，它们能作为平台分子，基于所述平台分子能产生例如こ醇、丁醇、甲烷的过多替代燃料以及例如乳酸、丁ニ酸、こ酰丙酸、糠醛衍生物、功能酚醛聚合物等的化学制品。世界范围内采用了两种不同的方式开发用于将LBM转化成燃料和/或化学制品的技木。大体上，第一个主要步骤包括这样的过程，其中使用ー些物理的、化学的或物理化学的处理步骤的形式使LBM “牢固不透”的性质“松动”，该过程通常称为“预处理”过程。在ー种方式中，LBM经受预处理步骤，所得生物质经受化学或生物化学转换过程，将预处理后的LBM的结合的组分转化成所需产物。在第二种方式中，LBM经受这样的“预处理”步骤使得导致LBM分离或分馏成ニ或三股包含不同比例组分即纤维素、半纤维素和木质素的流或馏分，以使它们经受接下来的化学的和/或生物化学的转化步骤。预处理过程的主要目的在于改善用于从纤维素产生糖类的酶的水解并改善随后的从糖类到こ醇的发酵。人们发展了各种物理-化学-热方法如酸水解、水热预处理、自动水解、蒸汽爆炸、湿爆炸、脱木素预处理、碱处理、石灰和NaOH预处理、氨纤维爆炸(AFEX)和氨循环渗滤(ARP)作为生物质的预处理技术(Sanchez和Cardona, BioresourceTechnology 99(2008),5270-5295 ；Florbela Carvallheiro> Luis C.Duarte 和 FranciscoM Girio，2008，Journal of Scientific and IndustrialResearch,67, (2008)849-864)。这些方法的每ー个的若干个变体伴随着优点和缺点被报道出来。在离子液体处理还处于研究阶段的同时，人们普遍接受了这样的事实:尽管例如稀硫酸处理和蒸汽爆炸的酸处理和水热处理分别是比较经济的选择，但是它们伴随着所得糖类的损失并生成影响例如酶反应和发酵的下游方法性能的副产物。人们尝试将氢氧化钠和氨都用于LBM碱预处理。氢氧化钠的使用被广泛地报道，并将其使用于从LBM生产纸张。大量使用的氢氧化钠使碱的循环成为必须。伴随碱循环的高成本被纳入了造纸的成本之中。然而，使用氢氧化钠生产例如生物燃料的低成本产物是不经济的选择。另ー方面，氨是气态物质，更容易回收，使用氨导致所需的预处理也是已知的。氨纤维爆炸(AFEX)技术被报道用于LBM预处理，但与蒸汽爆炸方法类似，这种方法不能生产LBM组分即纤维素、半 纤维素和木质素的単独流。通过氨预处理LBM是最温和的预处理方法，此方法导致生物质对不生成抑制剂的情况下将其通过酶进ー步转化成糖而言具有高品质。与酸相比，氨的低腐蚀性也有利于其在エ业规模中的使用。相比例如碱水溶液和离子溶液的其他预处理试剂，氨的挥发性也使回收容易。Bishop C.T.和 Adams G.A.(Canadian Journal of Research,B,28(1950)753)描述了液态无水氨具有的在生物质的压力释放后并洗涤生物质后的麦杆上的膨胀作用使纤维素和半纤维素脱木质。他们发现高压批次接触中的液态无水氨基本上物理地使存在在麦杆中的纤维素纤维膨胀，这使麦杆松动，并提高其对进一歩使用的为去除液态无水氨以及麦杆中产生的可溶性材料的溶剂的可达性。虽然该方法报道得早很多，但该方法与随后报道并得到专利的AFEX方法相似。Bishop C.T.(Canadian Journal of Chemistry, 30 (1952), 4)描述了液态无水氨在麦杆全纤维(纤维素+半纤维素)上的作用，并描述了通过液态无水氨的提取，其去除了8%的麦杆的全纤维。该文献进ー步描述液态无水氨对于提取聚糖醛酸材料来说不是好溶齐U。Kim 和 Lee (Bioresource Technology 96 (2005) 2007-2013)描述了氛循环渗滤(ARP)方法，该方法包括用氨水在170° C对玉米稿杆预处理10分钟到90分钟，井随后进行热水处理。ARP主要包括将氨水溶液通过在竖直的柱或槽中的微粒生物质床渗滤。该文献描述了热水处理渗滤随后进行ARP，导致在热水的第一步骤中去除半纤维素，井随后在ARP步骤中去除木质素。经报道，该两阶段方法在第一阶段获得84%的木聚糖(半纤维素)，在第二阶段获得75%的木质素。所述方法从生物质去除木质素至报道的程度，但也不完全从纤维素残禮:去除半纤维素。Teymouri 等人(Bioresource Technology 96 (2005) 2014-2018)描述了氨纤维爆炸(AFEX)处理玉米稿杆以增强生物质的可消化性，所报道的方法包括用液态无水氨在中等温度和高压下处理生物质几分钟，井随后迅速释放压力。该方法导致木质素-碳水化合物复合物的裂解以及纤维素的解晶，纤维素的解晶导致在接下来的糖化步骤中生物质的表面积增加。在该报道的AFEX方法中，组分即木质素、半纤维素和纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.10 IN 1762/MUM/20101.一种生物质的分馏方法以获得木质素、纤维素和半纤维素，所述方法包括: a.在50°C到200° C的温度范围内将所述生物质与5 %到30 % (体积/体积)的氨水接触以获得第一生物质浆料； b.过滤所述第一生物质浆料以获得包含木质素的第一滤液以及包含纤维素和半纤维素的第一残洛; c.在50°C到200° C的温度范围内将所述第一残渣与30%到90% (体积/体积)的氨水接触以获得第二生物质浆料；以及 d.过滤所述第二生物质浆料以获得包含半纤维素的第二滤液和包含纤维素的第二残渣。2.一种生物质的分馏方法以获得纤维素和半纤维素，所述方法包括: a.在50°C到200° C的温度范围内将所述生物质与5 %到90 % (体积/体积)的氨水接触以获得生物质浆料；以及 b.过滤所述生物质浆料以获得包含半纤维素的滤液以及包含纤维素和/或半纤维素的残渣。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述滤液包含木质素。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述生物质浆料的pH是8-14。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述木质素通过电解质、酸以及选自天然聚合物、合成聚合物和半合成聚合物中的一个或多个聚合电解质沉淀。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述电解质选自阴离子化合物、阳离子化合物、非离子化合物、有机化合物和无机化合物。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质选自稻杆、麦杆、棉杆、甘蔗渣、高粱渣、玉米芯、玉米杆、玉米稿杆、玉米植株、蓖麻杆、风眼莲、森林废弃物、纸质废弃物以及草、柳枝稗、象草、细叶芒、玉米粒、玉米糠、麦粒、麦麸、米粒、米糠、玉蜀黍粒、高粱粒、珍珠稗粒和黑麦粒。8.根据权利要求2所述的方法，其中所述生物质是非木质纤维生物质。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述非木质纤维生物质选自纸张、纸质废弃物、微生物细胞物质、大型海藻细胞物质和大型海藻生物质。10.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述氨水中的所述生物质的重量是0.5%到25 % (重量/体积)。11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述生物质在所述氨水中的停留时间是I到120分钟。12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述生物质在所述氨水中的停留时间是5到30分钟。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一残渣在所述氨水中的停留时间是I到120分钟，优选5至Ij 30分钟。14.根据权利要求1或2所述的方法，其中从所述生物质获得至少90%木质素、至少91%纤维素和至少85%半纤维素。15.一种生物质的糖化方法以生产可溶性糖类，所述方法包括: a.在50° C到200° C的温度范围内将所述生物质与5 %到30 % (体积/体积)的氨水接触以获得第一生物质浆料； b.过滤所述第一生物质浆料以获得包含木质素的第一滤液以及包含纤维素和半纤维素的第一残洛； c.在50°C到200° C的温度范围内用30%到90% (体积/体积)的氨水处理所述第一残渣以获得第二生物质浆料； d.过滤所述第二生物质浆料以获得包含半纤维素的第二滤液和包含纤维素的第二残渣；以及 e.将步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿文德·马立纳什·拉里，J·S·瓦拉瓦德卡，P·C·瓦德卡，
申请(专利权)人：阿文德·马立纳什·拉里，
类型：
国别省市：