[发明专利]生物质的转化

说明书

将生物质原料(例如，植物生物质、动物生物质和城市废物生物质)进行加工以产生有用的产品，诸如燃料。例如，本发明描述了能够将原料材料转化成糖溶液，然后可化学转化成糠醛产品和糠醛衍生产品的系统。

发明背景

相关申请

本申请要求2012年7月3日提交的美国临时申请序列No.61/667,481的优先权。该临时申请的全部公开内容以引用方式在此并入本文。

各种如呈纤维形式的碳水化合物(诸如，纤维素和木质纤维素材料)在许多应用中大量地生产、加工和使用。此类材料往往使用一次，然后就作为废物丢弃，或简单视为废弃材料，如污物、甘蔗渣、锯屑以及秸秆。

各种纤维素和木质纤维素材料、它们的用途和应用已描述于：美国专利No.7,846,295、7,307,108、7,074,918、6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105中；和各种专利申请中，包括2006年3月23日提交的PCT/US2006/010648“FIBROUS MATERIALSAND COMPOSITES”、美国专利公布No.2007/0045456“FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES”和美国专利公布No.12/704,515.12/417,720“SACCHARIFYING BIOMASS”。

概述

总体上，本发明涉及用于将纤维素、淀粉或木质纤维素原料转化成有用的产品，有机糖衍生产品(例如糠醛和糠醛衍生产品)的方法。

木糖可被化学转化成许多有用中间体和产品。中间体和产品包括但不限于：糠醛、糠醇、甲基呋喃、甲基四氢呋喃、呋喃、四氢呋喃和类似结构。木糖呈如I的半缩醛结构示出。木糖可呈不同化学形式存在。

所述转化可为通过将木糖化学转化成产品或中间体。可例如通过以下中的任何一种或多种进行化学转化木糖：环化反应、聚合反应、缩合反应、还原反应、氧化反应、酯化反应、烷基化反应及其组合。转化的产品可为例如糠醛。任选地，所述产品可被分离(如通过色谱、结晶、沉淀、过滤、离心、蒸发、萃取、蒸馏、相分离、加热、真空蒸馏或这些的组合)。

例如，就将木糖化学转化成糠醛而言，糠醛可为产品或中间体，从而可继而转化成各种各样的产品，所述产品包括但不限于糠醇、糠酸、甲基呋喃、呋喃、甲基四氢呋喃和四氢呋喃。将糠醛转化成有用的产品通常包括多个化学转化步骤，并且因此术语中间体可意味获得最终糠醛衍生产品所需的单一中间体或一些中间体。四氢呋喃产品的实例需要对呋喃脱羰接着氢化。

在一些情况下，转化可为通过将木糖或化学中间体与酸催化剂反应。因此，例如，木糖可被脱水，失去3摩尔的水，得到糠醛，并且糠醛可被氢化成糠醇。任选地，酸催化剂可例如选自：酸化沸石、酸化二氧化硅、表面接枝二氧化硅、酸性粘土、功能化介孔二氧化硅、聚酸、酸官能化聚合物、聚磺酸、全氟化磺酸树脂或膜、聚乙酸、聚膦酸、聚苯乙烯磺酸、四原硅酸酯、3-(巯基丙基)三甲氧基硅烷、路易斯酸、微孔磷酸硅铝、金属氧化物、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、V₂O₃、硫酸盐、(NH₄)₂SO₄、金属卤化物、MgCl₂、LaCl₃、FeCl₃、金属碳酸盐、CS₂CO₃、离子液体、氧化钨、钨酸盐、磷酸、膦酸、硫酸、盐酸、硝酸及其组合。