[發明專利]用于木質纖維素底物的預處理的逆向流擴散器技術

無效

• 申請號: 201280060315.4
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103975079A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 雅各布·博爾登;詹姆斯·B·格瑞特;約翰·W·沙巴克
• 申請（專利權）人: BP北美公司
• 主分類號: C13K1/02
• 分類號: C13K1/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊青;穆德駿

技術領域

本發明涉及適用于生物燃料生產的方法、逆向流擴散器裝置和其他反應器構造、木質纖維素預處理和/或生物煉制機。

背景技術

生物燃料可以源自于多種原料，包括木質纖維素生物質。木質纖維素生物質是指由纖維素、半纖維素和木質素構成的植物生物質。木質纖維素預處理系統被用于提高木質纖維素對隨后的水解和提取步驟的敏感性。這樣的預處理系統可能涉及木質纖維素的粉碎、切碎、研磨、加熱、超聲處理、輻照、加壓、水解和/或化學處理。

例如，用于木質纖維素的酸水解的現有裝置操作利用稀礦物酸(1-3％wt/wt)作為催化劑并利用水蒸汽(150-200℃飽和的)作為傳熱介質，以便實現半纖維素和/或纖維素質木質纖維素級分的水解。通常將稀酸與固體木質纖維素預先混合，然后通過直接注入水蒸汽將帶有酸的漿料加熱至反應溫度。這些組分通常被共同進料到水解反應器例如螺旋輸送機的一個末端中。

在典型的同向流反應器構造中，有數個問題是常見的。例如，需要高壓實心螺桿來克服來自于入口注入的水蒸汽的入口壓力屏障。此外，當在反應器中發生反應并在較晚時形成單體時，單體降解成醛的偏好性是令人討厭的。此外，還具有由共同進料設計造成的水蒸汽消耗增加的缺點。

在糖工業中，在從切碎的甘蔗提取蔗糖中，擴散器技術正被越來越廣泛地接受。擴散器在本質上是逆向流水性提取系統，其中將切碎的甘蔗進料到一個末端中，并將液體熱水進料到另一個末端中。從第n+1級連續抽取液體以施加到第n級，并在同時將甘蔗從第n級移動到第n+1級。同時，將合并的水和甘蔗在擴散器內壓縮并浸漬。通過一個出口移除水性蔗糖，同時通過另一個出口移除殘留的甘蔗渣。甘蔗被分解得越多，提取收率越高。因此，生物質分解的增加會導致用于生產生物燃料的原料增加，并因此導致生物燃料生產的收率提高。

概括來說，在糖工業中，常規的擴散器技術僅限于從切碎的甘蔗進行可溶性糖的逆向流、水性提取。此外，常規的預處理技術僅限于不溶性多糖的同向流水解。因此，對用于木質纖維素生物質的預處理的改進的方法和系統，存在著需要和需求。

發明內容

本發明涉及適用于生物燃料或其他可再生材料生產的方法、逆向流擴散器裝置和其他反應器構造、木質纖維素預處理和/或生物煉制機。

根據某些實施方式，本發明涉及對生物質進行預處理的方法。所述方法包括：將生物質料流與預處理溶液料流逆向流動地相接觸，以及產生水解產物料流和預處理過的生物質料流兩者。

根據某些實施方式，所述生物質料流包括木質纖維素材料。根據某些實施方式，所述木質纖維素材料可以包含纖維素、半纖維素、木質素或這些材料的任何組合。

根據某些實施方式，所述預處理溶液料流可以包括酸或堿。例如，所述酸可以包括無機酸、有機酸、氨基酸、礦物酸、布朗斯臺德酸、路易斯酸或這些酸的任何組合。更具體來說，所述酸可以是硫酸、磺酸、磷酸、硝酸、乙酸、乳酸、甲酸、草酸、琥珀酸、乙酰丙酸、碳酸、乙醇酸、糖醛酸、葡糖二酸、氫氟酸、硼酸、三氟化硼或這些酸的任何組合。作為另一個實例，所述堿可以包括無機堿、有機堿、礦物堿、布朗斯臺德堿、路易斯堿或這些堿的任何組合。更具體來說，所述堿可以是氨、氫氧化銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸鹽、胺、脲或這些堿的任何組合。

根據某些實施方式，所述水解產物料流可以含有超過約30重量％的原始生物質。

根據某些實施方式，所述預處理過的生物質料流可以具有超過約70％的纖維素的酶消化率。

根據某些實施方式，逆向流動接觸可以發生在多個相互作用區中。

根據某些實施方式，所述預處理溶液可以具有以質量計約0.01％至約10％的濃度。

根據某些實施方式，所述方法還可以包括將所述預處理溶液加熱到約100℃至約180℃的溫度。

根據某些實施方式，所述方法包括在水解擴散器裝置中進行逆向流動接觸，其中所述生物質在所述擴散器裝置內具有約1分鐘至約60分鐘的停留時間。

根據某些實施方式，所述方法還包括將所述生物質轉化成一種或多種糖。例如，所述糖可以包括蔗糖、葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、己糖、戊糖、纖維二糖、寡糖或這些糖的任何組合。