生物质原料的二氧化氯处理制造技术

本发明专利技术涉及使用二氧化氯处理木质纤维素原料的新方法，以及适合于例如生物醇生产的新组合物。有利地，本发明专利技术的所述方法和组合物可以用于更加环境友好的、成本有效的燃料产生，并且如果需要可以与其它生物质处理设备例如硫酸盐纸浆漂白研磨机等结合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物质原料的二氧化氯处理专利
本专利技术涉及使用二氧化氯处理木质纤维素原料的新方法，以及在适合用于例如生物醇生产的新组合物。技术背景和专利技术概述考虑到能源需求和环境顾虑，需要由可再生原料生产燃料的方法和组合物。一般方法涉及由玉米(corn)生产乙醇。遗憾的是，使用玉米等作为前体与食品和饲料(feed)供给形成竞争。因此，正在开发其它途径。一种这样的其它途径涉及例如木质纤维素生物质原料的酸/酶水解、接着是例如发酵来产生生物醇例如乙醇。遗憾的是，这些现有技术方法中的许多涉及使用或产生副产物，例如可能抑制或毒害非均相催化剂例如有时用于下游处理的贵金属催化剂的物质。这类物质包括例如硫化氢、有机硫化合物和/或卤素离子。在一些情形中，现有技术方法使用例如无机酸如硫酸用于使生物质酸水解。遗憾的是，这些还可能产生残留的无机盐物质等，其可能影响下游非均相或酶催化剂的性能。更多的是，无机酸还可以腐蚀常规工艺设备，可能需要使用昂贵的合金，以及通常不被认为是对环境友好或绿色的试剂。遗憾的是，其它最近的方法例如描述于如 Pan 等的 Ind.Chem.Res.2007,46,2609-17 ；W02009/060126 ；W02009/080737 ;和2009/092749中的那些方法具有其它一个或多个另外潜在的缺点，例如需要浓的酸或酸混合物、收率低、所期望产物如可溶性单糖发生降解和/或处理条件复杂。所使用的另一 个现有技术方法由Nguyen在美国专利申请N0.2008/0057555中所描述。Nguyen将木材碎片浸泡在酸中并将它们经受提高的压力和温度。将固体和液体彼此分离并且将液体料流的半纤维素离析出用于发酵制乙醇。将固体木质素填充在2-4段连续的逆流反应器中，其中每段含有1-10%的亚氯酸钠/无水乙酸(5:1);氯/二氧化氯(70:30);次氯酸钠或稀的过氧化氢的溶液。使反应器温度维持在120-180F并持续1-3小时。一旦洗涤，纤维素产物可进行同时糖化和发酵或者单独的酶水解、接着进行发酵。遗憾的是，所述方法需要复杂和专门的设备和化学品以及长的处理时间。另外，这样的专门、复杂方法不易于与使用这类木材碎片起始材料的其它方法结合，这将使所述方法就再循环等而言不太有价值。因此，将期望发现能够用于例如由可再生原料生产燃料的新的方法和组合物。如果这样的方法和组合物不需要可能很大地抑制或以其它方式影响下游非均相或酶催化剂性能的物质，则其将是有利的。如果所使用的物质具有较小的腐蚀性、更加环境友好、较稀、和/或在不使所期望的产物降解和不使用复杂处理条件情况下产生高的收率，则其将是进一步有利的。如果这样的方法能够与其它可再生原料处理设备例如硫酸盐纸浆漂白研磨机等结合，则这将是进一步期望的。幸运地，本专利技术人发现可以满足上述要求中的一个或多个或甚至具有其它优点的新的方法和组合物。在一个实施方案中，本专利技术涉及处理木质纤维素原料的方法。该方法包括首先使所述原料与包含二氧化氯、乙醇和水的溶液接触以形成混合物。其次，在足以产生包含以下组分的组合混合物的温度和时间下加热所述混合物:(I)包含适合于酶水解的纤维素的第一固体部分，(2)包含木质素或其衍生物的第二固体部分，和(3)包含一种或多种半纤维素糖类的溶液。在另一个实施方案中，本专利技术涉及包含木质纤维素原料的组合物以及包含二氧化氯、乙醇和水的溶液。所述组合物的特征在于(I)原料与包含二氧化氯和水的溶液之比为约1:3-约1:10;和(2) 二氧化氯的量为基于干原料总干重计约0.5重量％-约5重量％。在另一个实施方案中，本专利技术涉及处理木质纤维素原料的方法。该方法包括首先使所述原料与包含二氧化氯、乙醇和水的溶液接触以形成混合物，其中原料与包含二氧化氯、乙醇和水的溶液之比为约1:3-约1:10，其中乙醇的量基于乙醇和水的总量计为约40-约80重量％，并且其中二氧化氯的量为基于原料总干重计约0.5重量％-约8重量％。接下来，在至少约180°C的温度下将所述混合物加热至少约5分钟以产生包含以下组分的组合混合物:(I)包含适合于酶水解的纤维素的第一固体部分，(2)包含木质素或其衍生物的第二固体部分，和(3)包含半纤维素的溶液。将包含木质素或其衍生物的第二固体部分与第一固体部分分离并且使第一固体部分的至少一部分进行酶水解以形成包含葡萄糖的组合物。可以使葡萄糖发酵成例如乙醇。附图简要描述附图说明图1显示了实施例1的物料平衡。图2显示了实施例2的物料平衡。专利技术详述本专利技术涉及使用二氧化氯处理木质纤维素原料的新方法，以及适合于例如生物醇生产的新组合物。如本文所使用的，“纤维素”是具有式(C6HltlO5)n的线性非支化的多糖，其中η可以为几百至超过10,000。 如本文所使用的，“半纤维素”是由几百至约3000个糖单体单元构成的支化多糖。糖单体可以包括D-戊糖和较少量的L-糖。这样的糖单体包括例如木糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖和阿拉伯糖。半纤维素通常比糖类更复杂但是不及纤维素复杂。如本文所使用的，“木质素”是通常在木材中发现的复杂的非碳水化合物聚合物，其能够与纤维素纤维结合以增强植物的细胞壁。木质素可以表现为例如通过NREL/ΤΡ510-42618测定的酸溶性木质素或Klason木质素。原料本文的方法和组合物中使用的原料的性质并非特别关键，只要所述原料包含全纤维素。如本文所使用的，“全纤维素”是指生物质的水不溶性碳水化合物部分，即不为木质素、提取物或灰分，而相反包括例如多糖的物质的生物质的一部分。全纤维素的精确组成可以根据所使用的具体原料而改变。然而，用于本文的全纤维素典型地包含各种量的纤维素例如α -纤维素和半纤维素并且可以含有通过NREL/TP510-42618测得的多种戊聚糖或己聚糖聚合物。因此，实际上可以使用任何木质纤维素生物质作为本专利技术的方法和组合物中的原料。在一个实施方案中,特别优选的原料是植物生物质。生物质具有(come in)许多不同的类型，可以将其分为几种主要类别:木材或林区剩余物(包括锯木厂和造纸厂丢弃物)，市政纸(municipal paper)制废物,藻类,农业残余物(包括谷物稻杆( 和杆))，甘鹿的甘蔗渣，和专门的能量作物(其主要包括快速生长的高的木本草，例如软枝草)。上述中的任一种可以用于本专利技术。特别优选的生物质包含具有高的全纤维素含量，即全纤维素含量通过NREL/TP510-42618测量大于生物质的约50，优选大于约70重量％的生物质。取决于原料的性质，可能需要使其至少一部分尺寸减小以便暴露另外的表面积用于处理。这种减小可以按照合宜的方式例如通过研磨、切割、短切等来进行。原料的所需尺寸取决于成分的类型、本专利技术的设备和其它细节而改变。典型地，较小尺寸的原料可以较快速地反应但是生产起来花费较高。通常，如果在水解之前将原料减小到以其最小尺寸计小于约25mm，优选小于约10mm，优选小于约8mm的粒度，则是有利的。类似地，在一些情形中，通常有利地或者可能甚至必须首先将至少部分原料纯化。纯化是指部分清洗以除去可能消极地影响下游过程的至少一些污染物。这种纯化可以有助于减少或消除以下步骤中任何不期望的反应。纯化的类型可取决于原料来源，以及杂质的量和性质，以及将进行的后面步骤。通常，木质纤维素原料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.11 US 12/854,7581.处理木质纤维素原料的方法，其中该方法包括: (a)使所述原料与包含二氧化氯、乙醇和水的溶液接触以形成混合物； (b)在足以产生包含以下组分的组合混合物的温度和时间下加热所述混合物:(I)包含适合于酶水解的纤维素的第一固体部分，(2)包含木质素或其衍生物的第二固体部分，和(3)包含半纤维素的溶液。2.权利要求1的方法，其中所述木质纤维素原料具有通过NREL/TP510-42618测定的大于总原料约50重量％的全纤维素含量。3.权利要求1的方法，该方法还包括使第一固体部分的至少一部分酶水解以形成包含葡萄糖的组合物。4.权利要求3的方法，该方法还包括使包含葡萄糖的组合物发酵。5.权利要求1的方法，其中步骤(a)中所使用的二氧化氯的量基于所使用原料的总干重计为约0.5%-约8重量％。6.权利要求1的方法，其中在约50°C-约90°C的温度下使所述原料与包含二氧化氯、乙醇和水的所述溶液接触至少约I小时的时间。7.权利要求1的方法，其中在约60°C-约80°C的温度下使所述原料与包含二氧化氯、乙醇和水的所述溶液接触至少约2小时的时间。8.权利要求1的方法，其中在至少约180°C的温度下加热步骤(b)中的混合物至少约5分钟。9.权利要求1的方法，其中在至少约180°C的温度下加热步骤(b)中的混合物至少约30分钟。10.权利要求1的方法，该方法还包括将包含木质素或其衍生物的第二固体部分与第一固体部分分离。11.权利要求1的方法，其中通过使包含木质素或其衍生物的第二固体部分沉淀并通过过滤回收木质素将所述各部分分离。12.权利要求1的方法,其中所述乙醇的量基于乙醇和水的总量计为约40-约80重量％。13.权利要求1的方法，其中原料与包含二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·萨尼格拉希，A·J·拉斯高卡斯，S·J·米勒，
申请(专利权)人：佐治亚技术研究公司，雪佛龙美国公司，
类型：
国别省市：