[发明专利]在木质纤维素的转化过程中回收盐的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在木质纤维素的转化过程中回收盐的改进方法。本发明还涉及在木质纤维素的转化过程中回收盐和产生蒸汽。

背景技术

从木质纤维素原料中生产燃料乙醇或者其他产品为目前所使用的燃料乙醇原料(例如玉米、甘蔗和甜菜)提供了一种有吸引力的替代方案。纤维素是最丰富的天然聚合物，其平均占所有植物物质的约三分之一。虽然许多木质纤维素原料(如木材和棉花)有很高的需求，但是其他的类型却有着非常有限的市场价值。因此，这些原料可能不贵，因而具有将它们用作乙醇来源的未开发的潜力。最有希望用于乙醇生产的木质纤维素原料包括农业废弃物、草、林业废弃物以及糖加工残渣(sugar processing residue)。

通常采用一系列的化学和生物学处理将原料中所含的长链多糖转化为较短链的低聚物或者单体，所述低聚物或者单体继而被发酵成乙醇或其他发酵产品。这些处理阶段可包括两个主要过程，通常被称为预处理和酶促水解。虽然利用热水的热水预处理是已知的，但是预处理可通过化学品添加(包括酸、碱、氧化剂或有机溶剂)来实现。如果使用酸预处理过程，原料在一定温度、酸浓度以及时长下经历蒸汽和酸，其足以使一小部分纤维素水解为葡萄糖以及根据半纤维素的成分使半纤维素水解为木糖、阿拉伯糖和其他糖单体或低聚物。

酸预处理反应之后，通过加入碱(如氢氧化钠、氨或其他碱)以及通过降低流温度淬灭(quench)经预处理过的原料。这一操作也使原料适于后续酶促水解阶段。然而，加入碱(或者如果采用碱预处理的话则是加入酸)导致产生无机盐(比如硫酸盐)。这增加了由于原料自身中大量存在的无机盐所导致并且被带到所述过程该阶段的已有盐负荷。来自这些来源的高水平盐在下游单元操作中可能带来问题，如下文所讨论的。预处理之后，通过使用主要由纤维素酶构成的酶混合物将预处理过的原料中剩余的纤维素转化为单体葡萄糖。

完成了预处理和酶促水解阶段之后，过程流(process stream)由含有可发酵糖和其他水溶性化合物(包括被带到该流的盐)的液相构成。过程流通常还含有不溶性固相，其由木质素和其他不溶性成分构成。木质素是不同于纤维素和半纤维素的生物聚合物，区别在于木质素不由碳水化合物构成，因此不是可发酵糖的来源。剩余的富含不溶性木质素的级分可以在酶促水解后通过过滤从流中除去，或者可以被进一步带到后续处理步骤中。无论木质素在哪一点上从流中分离出来，富含木质素的固体都可用作锅炉系统的燃料物质，所述锅炉系统通常用来产生蒸汽用于该过程中的任一用途，包括可用于该过程中的热量、发电、建筑供暖或者其组合。

将含有或不含有不溶性木质素的离开酶促水解阶段的流供应到发酵阶段，发酵阶段采用多种微生物中的任何种来将葡萄糖、木糖、阿拉伯糖或者其任意组合转化为乙醇或者其他发酵产品。该流通常被称为发酵啤酒样液(fermentation beer)。发酵啤酒可以被加入到蒸馏系统中，所述蒸馏系统将乙醇从溶液中提取出来，然后根据作为交通工具燃料而出售的要求对乙醇进行进一步处理。

通过蒸馏或其他方法移出醇后剩余的残余液相通常被称作釜底渣(still bottoms)，其包含有机和无机成分的复杂混合物，此混合物来源于过程中化学、生物处理阶段和原料。例如，釜底渣流一般将包含大量的硫酸盐，或者在预处理步骤中所使用酸的其他共轭碱(conjugate base)，在完成预处理时用来中和的碱的阳离子，多种蛋白质成分，多元醇，可溶的木质素和木质素衍生的化合物，未发酵的糖，钾盐，镁盐，氯化物盐以及其他微量的无机物。

在用玉米乙醇工业中，釜底渣流通常被干燥并且与残留的谷物材料混合作为动物饲料出售。然而，来自纤维素乙醇过程的釜底渣组合物可能不适于该市场。因此，对于来自纤维素转化过程的釜底渣来说已经建议的处理方法是生物污水处理。虽然这种釜底渣流的生物污水处理除掉了有机组分，但是许多无机成分或者难以处理或者不受影响的通过该系统。然后，最终的流出液(effluent)含有大量未溶解的盐，其可能达不到流出液排放标准，或者如果对污水流出液流进行循环利用的话可引起处理方面的问题。