多级纤维素水解和采用或不采用酸的猝灭制造技术

本发明专利技术披露了通过使用多级纤维素水解和采用或不采用酸的猝灭，增加来自木质纤维素生物质的可发酵C6糖的产率的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多级纤维素水解和采用或不采用酸的猝灭 相关申请的交叉引用本申请要求2011年5月4日提交的美国申请号61/482，382的权益，将其全部披露内容通过引用结合在此。专利
本专利技术总体上涉及从木质纤维素生物质增加可发酵C6糖产率的方法。更具体地，它涉及通过使用多级纤维素水解和在采用或不采用酸的猝灭，增加来自木质纤维素生物质的可发酵C6糖的产率的方法。 专利技术背景存在使木质纤维素生物质转化成可发酵C5和C6糖的方法。这些方法中的几种首先产生C5和C6糖的低聚物，所述的低聚物随后经水解以形成C5和C6糖单体的可发酵流。现有方法中存在问题，尤其包括，因反应器中停留时间非常短所致的控制问题，这导致抑制发酵的不利降解产物如酸。因此，开发以下方法将是有益的，所述方法将是可按比例放大的，使单体形成最大化并且使降解产物的形成最小化。本专利技术的这些方法和组合物针对这些目的，以及其他重要目的。 专利技术概述本专利技术尤其提供通过以下方式增强反应控制的工艺改进:使反应物迅速达到适宜反应温度并随后迅速降低该温度以停滞反应，以防止形成不希望的降解产物。在一个实施例中，本专利技术针对增加从木质纤维素生物质产生的C6单糖和C6低聚糖的水平的方法，所述方法包括: 提供木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种第一固态级分，该第一固态级分包含: 纤维素；和 木质素；以及 一种第一液态级分； 任选地，将所述第一固态级分和所述第一液态级分分离； 将所述第一固态级分与水混合以形成一种浆液； 将所述浆液在约225巴至约250巴的压力下预加热至约210°C至约240°C的温度； 使所述浆液与一种第二反应流体接触以形成包含以下的一种第二反应混合物: 一种第二固态级分，该第二固态级分包含: 木质素；以及 一种第二液态级分，该第二液态级分包含: 选自下组的可溶性(:6糖，该组由以下各项组成:C6单糖、C6低聚糖、及其混合物； 其中所述第二反应流体包含加压热水和任选地二氧化碳； 其中在足以维持所述第二反应流体处于超临界形式的压力下，所述第二反应流体处在至少约373°C的温度下；并且降低所述浆液的温度至小于约140°C的温度；和 任选地，水解所述第二液态级分以形成包含至少一种C6糖的组合物，该C6糖选自下组，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C6低聚糖(相对于所述第二液态级分中的C6低聚糖)、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、及其混合物。在另一个实施例中，本专利技术针对控制纤维素水解速率的多种方法，这些方法包括: 提供木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种第一固态级分，该第一固态级分包含: 纤维素；和 木质素；以及 一种第一液态级分； 任选地，将所述第一固态级分和所述第一液态级分分离； 将所述第一固态级分与水混合以形成一种浆液； 将所述浆液在约225巴至约250巴的压力下预加热至约210°C至约240°C的温度； 使所述浆液与第二反应流体接触以形成一种第二反应混合物`: 一种第二固态级分，该第二固态级分包含: 木质素；以及 一种第二液态级分，该第二液态级`分包含: 选自下组的可溶性(:6糖，该组由以下各项组成:C6单糖、C6低聚糖、及其混合物； 其中所述第二反应流体包含加压热水和任选地二氧化碳； 其中在足以维持所述第二反应流体处于超临界形式的压力下，所述第二反应流体处在至少约373°C、优选地至少约380°C的温度下； 降低所述浆液的温度至小于约140°C的温度；和 任选地，水解所述第二液态级分以形成包含至少一种C6糖的组合物，该C6糖选自下组，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C6低聚糖(相对于所述第二液态级分中的C6低聚糖)、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、及其混合物。在另外的其他实施例中，本专利技术针对降低葡萄糖降解速率的多种方法，这些方法包括: 提供木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种第一固态级分，该第一固态级分包含: 纤维素；和 木质素；以及 一种第一液态级分； 任选地，将所述第一固态级分和所述第一液态级分分离； 将所述第一固态级分与水混合以形成一种浆液； 将所述浆液在约225巴至约250巴的压力下预加热至约210°C至约240°C的温度持续约20秒至约45秒的停留时间； 使所述浆液与一种第二反应流体接触以形成包含以下的一种第二反应混合物: 一种第二固态级分，该第二固态级分包含:木质素；以及 一种第二液态级分，该第二液态级分包含: 选自下组的可溶性(:6糖，该组由以下各项组成:C6单糖、C6低聚糖、及其混合物； 其中所述第二反应流体包含加压热水和任选地二氧化碳； 其中在足以维持所述第二反应流体处于超临界形式的压力下，所述第二反应流体处在至少约373°C、优选地至少约380°C的温度下； 降低所述浆液的温度至小于约140°C的温度；和 任选地，水解所述第二液态级分以形成包含至少一种C6糖的组合物，该C6糖选自下组，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C6低聚糖(相对于所述第二液态级分中的C6低聚糖)、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、及其混合物。在其他实施例中，本专利技术针对多种方法，这些方法包括: 提供木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种第一固态级分，该第一固态级分包含: 纤维素；和 木质素；以及 一种第一液态级分； 任选地，将所述第一固态级分和所述第一液态级分分离； 将所述第一固态级分与水混合以形成一种浆液； 将所述浆液在约225巴至约250巴的压力下预加热至约210°C至约240°C的温度； 使所述浆液与一种第二反应流体接触以形成包含以下的一种第二反应混合物: 一种第二固态级分，该第二固态级分包含: 木质素；以及 一种第二液态级分，该第二液态级分包含: 选自下组的可溶性(:6糖，该组由以下各项组成:C6单糖、C6低聚糖、及其混合物； 其中所述第二反应流体包含加压热水和任选地二氧化碳； 其中在足以维持所述第二反应流体处于超临界形式的压力下，所述第二反应流体处在至少约373°C、优选地至少约380°C的温度下； 降低所述浆液的温度至小于约140°C的温度；和 水解所述第二液态级分以形成包含至少一种C6糖的组合物，该C6糖选自下组，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C6低聚糖(相对于所述第二液态级分中的C6低聚糖)、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、及其混合物；并且 通过发酵、催化、或其组合将所述C6糖转化成发酵产物、催化产物、或其混合物。在其他实施例中，本专利技术针对多种组合物，这些组合物包含: 葡萄糖； 水； 甘油醛；和 乙醇酸； 其中所述甘油醛基于该组合物的总重量以按重量计小于约13.0%甘油醛的水平存在； 其中所述乙醇酸基于该组合物的总重量以按重量计小于约2.0%乙醇酸的水平存在；并且 其中使用超临界或近临界流体，从所述木质纤维素生物质产生所述葡萄糖。附图简述将附图纳入以提供对本专利技术的进一步的理解并且将附图并入本说明书中并构成其部分，这些【附图说明】本专利技术的实施例并且与说明书一起发挥解释本专利技术原理的作用。在这些附图中:图1是在本专利技术的一个实施例中不采用酸猝灭的三工段纤维素水解工艺的示意图。图2是在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.04 US 61/482,3821.一种增加从木质纤维素生物质产生的C6单糖和C6低聚糖的水平的方法，该方法包括: 提供木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种第一固态级分，该第一固态级分包含: 纤维素；和 木质素；以及 一种第一液态级分； 任选地，将所述第一固态级分和所述第一液态级分分离； 将所述第一固态级分与水混合以形成一种浆液； 将所述浆液在约225巴至约250巴的压力下预加热至约210°C至约240°C的温度； 使所述浆液与一种第二反应流体接触以形成包含以下的一种第二反应混合物: 一种第二固态级分，该第二固态级分包含: 木质素；以及 一种第二液态级分，该第二液态级分包含: 选自下组的可溶性(:6糖，该组由以下各项组成:C6单糖、C6低聚糖、及其混合物； 其中所述第二反应流体包含加压热水和任选地二氧化碳； 其中在足以维持所述第二反应流体处于超临界形式的压力下，所述第二反应流体处在至少约373°C的温度下；并且 降低所述浆液的温度至小于约140°C的温度；和 任选地，水解所述第二液态级分以形成包含至少一种C6糖的组合物，该C6糖选自下组，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C6低聚糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、及其混合物。2.根据权利要求1所述的方法， 其中将所述浆液在约200巴至约260巴的压力下预加热至约245°C至约255°C的温度持续约5秒至约I分钟的停留时间。3.根据权利要求1所述的方法， 其中所述第二反应混合物在约200巴至约260巴的压力下具有约358°C至约380°C的温度。4.根据权利要求1所述的方法， 其中所述浆液与所述第二反应流体接触小于约5秒。5.根据权利要求1所述的方法， 其中将所述第二反应混合物在约200巴至约260巴的压力下冷却至约260°C至约280°C的温度。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 在所述提供步骤之前将所述木质纤维素生物质分级； 其中所述分级步骤包括使所述木质纤维素生物质与包含加压热水和任选地二氧化碳的第一反应流体接触； 其中当所述木质纤维素生物质包括软木时，所述第一反应流体进一步包含酸；并且 其中在足以维持所述第一反应流体处于液体形式的压力下，所述第一反应流体处在至少约100°C的温度下。7.根据权利要求1所述的方法， 其中所述方法是连续的。8.根据权利要求1所述的方法， 其中所述降低所述反应混合物温度包括使所述反应混合物与包含水的组合物接触。9.根据权利要求8所述的方法， 其中所述组合物进一步包含至少一种C1-C5醇。10.根据权利要求1所述的方法， 其中所述降低所述反应混合物温度包括使所述反应混合物与包含水和酸的组合物接触，其中所述酸基于所述组合物的总重量以按重量计小于约1%的水平存在。11.根据权利要求10所述的方法， 其中所述组合物进一步包含至少一种C1-C5醇。12.根据权利要求1所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分以酶促方式实施。13.根据权利要求1所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分用固定酶实施。14.根据权利要求1所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分包括添加至少一种含水酸。15.根据权利要求1所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分包括与原位形成酸的气体化合物接触。16.根据权利要求1所述的方法， 其中所述水解所述第二液态级分包括与至少一种固态酸催化剂接触。17.根据权利要求1所述的方法， 其中所述葡萄糖的产率是至少约63%的理论产率。18.—种产物，由根据权利要求1所述的方法产生。19.一种控制纤维素水解速率的方法，该方法包括: 提供木质纤维素生物质，该生物质包含: 一种第一固态级分，该第一固态级分包含: 纤维素；和 木质素；以及 一种第一液态级分； 任选地，将所述第一固态级分和所述第一液态级分分离； 将所述第一固态级分与水混合以形成一种浆液； 将所述浆液在约225巴至约250巴的压力下预加热至约210°C至约240°C的温度； 使所述浆液与一种第二反应流体接触以形成包含以下的一种第二反应混合物: 一种第二固态级分，该第二固态级分包含: 木质素；以及 一种第二液态级分，该第二液态级分包含: 选自下组的可溶性(:6糖，该组由以下各项组成:C6单糖、C6低聚糖、及其混合物；其中所述第二反应流体包含加压热水和任选地二氧化碳； 其中在足以维持所述第二反应流体处于超临界形式的压力下，所述第二反应流体处在至少约373°C的温度下；并且 降低所述浆液的温度至小于约140°C的温度；和 任选地，水解所述第二液态级分以形成包含至少一种C6糖的组合物，该C6糖选自下组，该组由以下各项组成:具有更少单体单元的C6低聚糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、及其混合物。20.根据权利要求19所述的方法， 其中将所述浆液在约200巴至约260巴的压力下预加热至约245°C至约255°C的温度持续约5秒至约I分钟的停留时间。21.根据权利要求19所述的方法， 其中所述第二反应流体在约200巴至约260巴的压力下具有约358°C至约380°C的温度。22.根据权利要求19所述的方法， 其中所述浆液与所述第二反应流体接触小于约5秒。23.根据权利要求19所述的方法， 其中将所述第二反应混合物在约200巴至约260巴的压力下冷却至约260°C至约280°C的温度。24.根据权利要求19所述的方法，进一步包括: 在所述提供步骤之前将所述木质纤维素生物质分级； 其中所述分级步骤包括使所述木质纤维素生物质与包含加压热水和任选地二氧化碳的第一反应流体接触； 其中当所述木质纤维素生物质包括软木时，所述第一反应流体进一步包含酸；并且其中在足以维持所述第一反应流体处于液体形式的压力下，所述第一反应流体处在至少约100°C的温度下。25.根据权利要求19所述的方法， 其中所述方法是连续的。26.根据权利要求19所述的方法， 其中所述降低所述反应混合物温度包括使所述反应混合物与包含水的组合物接触。27.根据权利要求26所述的方法， 其中所述组合物进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·吉拉姆贝，K·卡达姆，谢丽尔·A·马丁，
申请(专利权)人：瑞恩麦特克斯股份有限公司，
类型：
国别省市：