[發明專利]通用的生物質精制

無效

• 申請號: 201180034448.X
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN103003435A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 歐內斯特·斯圖爾特
• 申請（專利權）人: 歐內斯特·斯圖爾特
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10
• 代理公司: 北京市路盛律師事務所 11326
• 代理人: 李宓

技術領域

本發明總體上涉及精制生物質的快速且高能效的方法。

背景技術

對生物質精制的改進在商業大規模上將提供巨大利益。生物質精制產品的市場每年以數十億美元計。蛋白質是飲食必需，但是許多人群食用不足，包括在生物質生長最佳的熱帶地區中。而且，用可消化纖維代替糧食喂食家畜將使得更多谷物可供全世界的人消費。可以轉化為生物燃料、化學品和塑料制品的糖的市場每年以數百、可能數千億美元計。將生物質精制成糖因而代表有益的應用。鑒于生物質非常易于獲得，創造出大規模商業化的生物質精制方法可以在世界范圍內提供重大能量來源。

至今，不存在將生物質的木質纖維素組分轉化為糖的大規模商業化方法。商業上已經嘗試利用濃酸、高溫稀酸的組合、蒸汽、中等溫度/中性pH干磨、強堿、液體無水氨、高含水率的石灰、圓錐形轉子-定子工具、實驗室超聲設備、液體流（liquid?steam）、高剪切和空化設備對生物質進行精制。然而，這些方法均不能規模化以經濟地精制生物質。

可以使用的利用酸的方法要求或者水解在高溫下發生或者利用難以從產物中去除的高濃度強酸。這些問題均導致生產成本較高。

需要一種能夠完全或選擇性進行生物質精制并且催化物回收率高的低能熱化學方法，其無需纖維素水解酶或促進纖維素酶促水解的物質，并且其能夠在不使糖大量降解的情況下有效地將生物質水解為干糖固體。

發明概要

本發明提供了一種將生物質精制成有用產物的熱化學方法。

本發明涉及對已制備的生物質進行精制以產生溶液中具有半纖維素水解物的漿液的方法，所述方法包括以下步驟：

通過應用機械剪切或空化作用以對已制備的生物質的至少一部分細胞進行穿孔，在催化劑溶液中從已制備的生物質中提取痕量糖和可提取物，以產生第一漿液，所述第一漿液具有包含半纖維素和纖維素的第一固體部分以及溶液中包含可提取物的第一液體部分；

機械地分離第一固體部分和第一液體部分；和

通過在含有催化劑的溶液中對生物質應用機械剪切或空化作用，水解生物質中的半纖維素，以產生第二漿液，所述第二漿液具有包含纖維素的第二固體部分以及溶液中包含半纖維素水解物的第二液體部分。

該方法可以進一步包括步驟：

機械地分離第二固體部分和第二液體部分；

在至少一種強酸存在下水解第二固體部分中的纖維素，以產生包含糖的溶液。

該方法還可以包括在水解纖維素步驟前，通過應用機械剪切或空化作用在催化劑溶液中使第一固體部分或第二固體部分中的木質素水解的步驟以及機械地分離經水解木質素的液體部分和第一固體部分或第二固體部分的步驟。

該方法還可以包括對包含糖的溶液進行干燥的步驟，其中通過

將包含糖的溶液引入膨脹室中，所述膨脹室中具有用于將膨脹室加熱至所述包含糖的溶液的沸點以上溫度的工具，和

將糖和蒸汽輸送出膨脹室，進入固體-蒸汽分離區，其中蒸汽上升至熱交換器，而糖進一步輸送入最終的糖干燥器中。

其中通過熱交換器的蒸汽與用于對膨脹室進行加熱以使膨脹室的溫度保持在所進入糖溶液的沸點以上溫度的工具交換熱能。

附圖簡述

圖1描繪了從生物質中精制蛋白可提取物、鞣酸、半纖維素糖、木質素、纖維素和葡萄糖的過程，其闡述了為半纖維素水解供應干給料的多個可選過程以及纖維素水解的多個可選過程。

圖2描繪了強酸水解纖維素的兩條途徑。

圖3描繪了一步強酸水解的可選過程。

圖4描繪了一種熱交換干燥器方法。

發明詳述

本發明是對生物質進行精制以從生物質的半纖維素和纖維素級分中產生可精制糖的方法，其還可以產生蛋白（或蛋白衍生的多肽或氨基酸）、木質素、礦物質、鞣酸、纖維素微纖維和家畜飼料（cattle?feed）。該方法可以用于將生物質廢料加工成化學品和燃料的原料（feedstock）。所描述的方法利用回收的催化劑（包括來源于生物質的乙酸），并且對由生物質產生可經濟地獲得的產品有幫助，包括干糖、蛋白衍生物、纖維素微纖維、木質素、家畜飼料、鞣酸和其他產物，從而提供了廢料轉化的新途徑。

該方法可以在三個階段的其中一個中分離木質素。本發明還可以包括生產干纖維素微纖維。可選地，可以生產纖維素-木質素產物。

該方法可以包括以下步驟中的許多步驟或全部步驟，這取決于所期望的輸出產物以及所采取的回收方法。

（1）機械地使生物質減小至較小的顆粒尺寸和表面面積；