木質纖維素轉化過程強化的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及與可再生材料和生物燃料生產相關的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的方面涉及 木質纖維素轉化方法，其中常規(guī)方法中的多個方法步驟組合于單個單元操作中。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 木質纖維素加工包括多個單元操作，以便將可用糖（諸如蔗糖、半纖維素和纖維 素）經濟地轉化為所要分子（諸如生物燃料和生物化學品）。舉例來說，用于木質纖維素加 工的典型配置可以包括原料制備、水解、發(fā)酵和蒸餾的步驟。通常一起進行這些步驟以便最 大化所有可用碳水化合物的轉化產率而不形成有時毒性的副產物（諸如呋喃或有機酸）。
[0004] 生物燃料生產從環(huán)境立場出發(fā)是所要的，但為了商業(yè)化，生物燃料生產必須是經 濟上可行的。加工的高資金成本和總體經濟妨礙商業(yè)化。需要并且希望使木質纖維素加工 中的資金減到最少同時維持轉化產率，特別是在可再生材料（諸如生物燃料）的生產中。 發(fā)明概要
[0005] 本發(fā)明涉及用于生產生物燃料和其它可再生材料的方法和系統(tǒng)，以及根據(jù)所述方 法制造的生物燃料組分組合物。與木質纖維素生物質的傳統(tǒng)加工相比，下文所述的方法和 系統(tǒng)導致資金減到最少同時維持或改進產率。
[0006] 根據(jù)一些實施方案，一種生產可再生材料的方法可以包括使多糖材料水解，同時 從包括所述多糖材料和所述可再生材料的混合物中純化出所述可再生材料。舉例來說，所 述多糖可以包括半纖維素，并且所述水解可以包括熱化學水解。作為另一個實例，所述可再 生材料可以包括簡單的醇，并且所述純化可以包括蒸餾發(fā)酵液的一部分。此外，所述方法可 以包括與使用木質纖維素原料的發(fā)酵過程分開進行的蒸餾水解，其中供應的熱量促使蒸餾 和水解。
[0007] 本文中所用的木質纖維素原料可以包括半纖維素材料、纖維素材料和木質素材 料。另外，所述木質纖維素原料可以包括非結合碳水化合物材料。舉例來說，所述木質纖維 素原料可以包括甘蔗、能源甘蔗、芒草、高粱、甜高粱、象草、玉米秸桿、玉米穗軸、葉子、農業(yè) 殘余物、柳枝稷、蘆竹、能源草、城市固體廢棄物和/或其混合物。
[0008] 根據(jù)某些實施方案，一種從木質纖維素原料生產可再生材料的方法包括以下步 驟：(a)從發(fā)酵液分離所述可再生材料，同時使半纖維素材料的一部分水解，以形成戊糖材 料，（b)使纖維素材料的至少一部分水解，以形成己糖材料，和（c)使所述戊糖材料和所述 己糖材料發(fā)酵，以產生包含所述可再生材料的發(fā)酵液。
[0009] 在某些實施方案中，使所述纖維素材料水解和使所述戊糖材料和所述己糖材料發(fā) 酵的步驟可以基本上同時進行。此外，在某些實施方案中，所述分離步驟可以包括蒸餾所述 可再生材料。
[0010] 根據(jù)額外實施方案，一種從木質纖維素原料生產可再生材料的方法包括：(a)在 半纖維素材料、纖維素材料和木質素材料存在下使非結合碳水化合物材料發(fā)酵，以產生可 再生材料，（b)從所述半纖維素材料、所述纖維素材料和所述木質素材料分離所述可再生材 料，同時使所述半纖維素材料的一部分水解，以形成戊糖材料，（C)使纖維素材料的至少一 部分水解，以形成己糖材料，和（d)使所述戊糖材料和所述己糖材料發(fā)酵，以產生可再生材 料。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，存在多種可以進行這種方法的步驟的方式。在某些實施方案中，步驟 (C)和步驟（d)可以基本上同時進行。同樣，在某些實施方案中，步驟（a)和步驟（d)可以 一起進行。此外，步驟（a)和步驟（d)的所述可再生材料可以在步驟（b)之前組合。在某 些實施方案中，所述木質素材料可以在步驟（c)與步驟（d)之間分離。另外或或者，為了分 離所述可再生材料而供應的熱量還可以使所述半纖維素材料水解。
[0012] 通過本文中的方法制造的可再生材料可以包括例如簡單的醇。根據(jù)一些實施方案 制造的可再生材料的實例包括乙醇、正丁醇、異丁醇、2-丁醇、脂肪醇、異丁烯、類異戊二烯、 甘油三酯、脂質、脂肪酸、乳酸、乙酸、丙二醇和/或丁二醇。所述可再生材料可以包括適用 作生物燃料、混合原料、化學品、中間物、溶劑、粘著劑、聚合物和/或潤滑劑的材料。所述可 再生材料可以包括一種或多種生物燃料組分，諸如脂質或醇（即乙醇、丁醇和/或異丁醇）。 所述生物燃料可以包括汽油、柴油、噴氣燃料和/或煤油。
[0013] 根據(jù)一些實施方案，一種用于從木質纖維素原料生產可再生材料的系統(tǒng)可以包括 蒸餾水解單元；和發(fā)酵單元。所述系統(tǒng)還可以包括木質素分離單元。在某些實施方案中，所 述系統(tǒng)可以包括原料調節(jié)單元，其包括大小減小裝置。另外，在某些實施方案中，所述系統(tǒng) 可以包括再循環(huán)線路。
[0014] 根據(jù)一些實施方案，一種從木質纖維素原料生產可再生材料的方法可以包括：(a) 在第一發(fā)酵步驟中，在半纖維素材料、纖維素材料和木質素材料存在下使非結合碳水化合 物材料發(fā)酵，以產生可再生材料，（b)從所述半纖維素材料、所述纖維素材料和所述木質素 材料分離所述可再生材料，同時使所述半纖維素材料的一部分水解，以形成戊糖材料，（c) 在第二發(fā)酵步驟中，使所述戊糖材料的一部分發(fā)酵，以在具有所述木質素材料的發(fā)酵液中 產生可再生材料，和（d)將所述發(fā)酵液的一部分再循環(huán)到所述第一發(fā)酵步驟。在某些實施 方案中，所述發(fā)酵液的一部分可以在步驟（d)之前凈化。所述方法還可以包括使所述纖維 素材料水解，以形成己糖材料；和使所述己糖材料的一部分發(fā)酵，以在發(fā)酵液中產生可再生 材料。此外，在某些實施方案中，所述水解和發(fā)酵可以與步驟（c)基本上同時進行。
[0015] 附圖簡述
[0016] 并入本說明書中并且構成本說明書的一部分的【附圖說明】了本發(fā)明的實施方案，并 且與描述一起用于解釋本發(fā)明的特征、優(yōu)勢和原理。在圖中：
[0017] 圖1是說明生產可再生材料的常規(guī)方法的過程流程圖。
[0018] 圖2是說明使用過程強化生產可再生材料的方法的一個實施方案的過程流程圖。
[0019] 圖3是說明使用過程強化生產可再生材料的方法的另一個實施方案的過程流程 圖。
[0020] 圖4是說明使用過程強化生產可再生材料的方法的又一個實施方案的過程流程 圖。
[0021] 圖5是說明使用過程強化生產可再生材料的方法的再一個實施方案的過程流程 圖。
[0022] 發(fā)明詳述
[0023] 本發(fā)明涉及使用包括過程強化的木質纖維素轉化過程生產生物燃料和其它可再 生材料的方法和系統(tǒng)，以及根據(jù)所述方法制造的可再生材料。
[0024] 如本文中所用，術語"可再生材料"優(yōu)選地是指至少部分地衍生自能夠至少部分由 天然生態(tài)循環(huán)和/或資源置換的來源和/或過程的物質和/或物品?？稍偕牧峡梢詮V泛 地包括例如化學品、化學中間物、溶劑、粘著劑、潤滑劑、單體、寡聚物、聚合物、生物燃料、生 物燃料中間物、生物汽油、生物汽油混合原料、生物柴油、綠色柴油、可再生柴油、生物柴油 混合原料、生物蒸餾物、生物炭、生物焦炭、可再生建筑材料等。作為一個更特