[发明专利]转化含木聚糖的原料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及转化含木聚糖的原料的方法。

背景技术

随着矿物原油供应减少，使用可再生能源生产燃料和化学品变得越来越重要。由可再生能源生产的这些燃料和化学品通常分别称为生物燃料和生物化学品。

由于不与食品生产竞争，由不可食用可再生能源如木质素纤维素材料衍生的生物燃料和/或生物化学品是优选的。这些生物燃料和/或生物化学品也称为第二代或高级生物燃料和/或生物化学品。

D.Humbrid等人在他们的由National Renewable Energy Laboratory(NREL)作为技术报告NREL/TP-5100-47764在2011年5月出版的题为“Process Design and Economics for Biochemical Conversion of Lignocellulosic Biomass to Ethanol-Dilute-Acid Pretreatment and Enzymatic Hydrolysis of Corn Stover”的报告中，描述了一种方法，其中应用并流稀酸预处理木质纤维素生物质(玉米秸秆)之后酶水解(糖化)剩余纤维素、接着将得到的葡萄糖和木糖发酵为乙醇。所述预处理在报告的第19至25页更详细地进行了描述。所述预处理将原料中大多数的半纤维素碳水化合物通过水解反应转化为可溶性糖。半纤维素中的乙酰基团作为乙酸释放。它进一步降低了纤维素的结晶度和链长。在所述设计中，应用稀硫酸和来自蒸汽的热催化水解反应。据说所述预处理在两级中实施。

第一级是水平螺旋进料预处理反应器。水平螺旋进料预处理反应器包括两个料塞螺旋进料器，和用于预处理反应的酸在每个料塞螺旋进料器的排出口处添加。运输传送带将来自两个料塞螺旋进料器的原料混合，并输送至预处理反应器。据称在该水平螺旋进料预处理反应器内的反应条件包括：30wt%的总固体负载；158℃的温度；18mg的酸/克干生物质(其中在预处理反应器下游加入更多的酸)；5.5atm(81psia)的压力；和5分钟的停留时间。第一级预处理反应器排料至搅拌闪蒸罐，控制该搅拌闪蒸罐使其温度保持为130℃。

在第二级中，将闪蒸罐的浆液送入第二低聚物转化搅拌反应容器中，在其中在130℃下保持20-30分钟，和加入附加的4.1mg/g的硫酸，使得总酸负载量为22.1mg/g干生物质。

在第二级中，离开第一级的大部分木糖低聚物转化为单体木糖。

随后浆液被闪蒸冷却。

据说第一级预处理反应器选择为水平反应器结构是因为它允许更紧凑的停留时间分布控制。按照所述报导，这对于减少“过度处理”或“欠火候处理”的生物质部分是很重要的，因为这两种情况均会降低总产率。

据说Humbrid等人的报告中的反应器系统由碳钢构成，与酸接触的所有部件均镀有昂贵的Incoloy825。

但在更大规模下，转化木质纤维素材料为生物燃料和/或生物化学品的装置的建造成本成为主要因素。按Humbrid等人描述的方法，其中反应器系统的较大部件均镀有昂贵的Incoloy825，因此是不经济的，尤其是放大时。

对于处理木质纤维素材料来说，提供更便宜但仍有效的方法是本领域的进步。另外，如果这种方法允许长的停留时间和/或大的体积以放大至更大规模，则是本领域的进步。

发明内容

现在已经发现了这种便宜但有效的方法。因此，本发明提供一种转化含木聚糖的原料的方法，所述方法包括：

-第一反应级，其中将含木聚糖的原料提供给第一反应器，其中第一反应器基本在活塞流下操作，和其中所述含木聚糖的原料在大于或等于140℃至小于或等于210℃的温度下在第一反应器内与酸的水溶液接触，以产生中间产物；

-第二反应级，其中将所述中间产物提供给第二反应器，所述第二反应器包括连续搅拌釜反应器，和其中所述中间产物在大于130℃至小于或等于200℃的温度下在第二反应器内与酸的水溶液接触，以产生最终产物。

本发明的方法通过在第二连续搅拌釜反应器(CSTR)中实施部分木聚糖的转化而有利地允许人们减小更昂贵的第一活塞流反应器的体积。通过应用相对更小的活塞流反应器，用于机械置换设备和/或耐酸结构材料和/或耐磨结构材料如昂贵的耐酸合金的成本可以降低。

附图说明

通过如下非限定性附图描述本发明：

图1给出了硫酸水溶液中硫酸浓度与pH值之间的关系。

图2给出了本发明的可能的装置。

具体实施方式