[发明专利]木质纤维素转化过程强化

说明书

技术领域

本发明涉及与可再生材料和生物燃料生产相关的方法和系统。本发明的方面涉及木质纤维素转化方法，其中常规方法中的多个方法步骤组合于单个单元操作中。

发明背景

木质纤维素加工包括多个单元操作，以便将可用糖(诸如蔗糖、半纤维素和纤维素)经济地转化为所要分子(诸如生物燃料和生物化学品)。举例来说，用于木质纤维素加工的典型配置可以包括原料制备、水解、发酵和蒸馏的步骤。通常一起进行这些步骤以便最大化所有可用碳水化合物的转化产率而不形成有时毒性的副产物(诸如呋喃或有机酸)。

生物燃料生产从环境立场出发是所要的，但为了商业化，生物燃料生产必须是经济上可行的。加工的高资金成本和总体经济妨碍商业化。需要并且希望使木质纤维素加工中的资金减到最少同时维持转化产率，特别是在可再生材料(诸如生物燃料)的生产中。

发明概要

本发明涉及用于生产生物燃料和其它可再生材料的方法和系统，以及根据所述方法制造的生物燃料组分组合物。与木质纤维素生物质的传统加工相比，下文所述的方法和系统导致资金减到最少同时维持或改进产率。

根据一些实施方案，一种生产可再生材料的方法可以包括使多糖材料水解，同时从包括所述多糖材料和所述可再生材料的混合物中纯化出所述可再生材料。举例来说，所述多糖可以包括半纤维素，并且所述水解可以包括热化学水解。作为另一个实例，所述可再生材料可以包括简单的醇，并且所述纯化可以包括蒸馏发酵液的一部分。此外，所述方法可以包括与使用木质纤维素原料的发酵过程分开进行的蒸馏水解，其中供应的热量促使蒸馏和水解。

本文中所用的木质纤维素原料可以包括半纤维素材料、纤维素材料和木质素材料。另外，所述木质纤维素原料可以包括非结合碳水化合物材料。举例来说，所述木质纤维素原料可以包括甘蔗、能源甘蔗、芒草、高粱、甜高粱、象草、玉米秸秆、玉米穗轴、叶子、农业残余物、柳枝稷、芦竹、能源草、城市固体废弃物和/或其混合物。

根据某些实施方案，一种从木质纤维素原料生产可再生材料的方法包括以下步骤：(a)从发酵液分离所述可再生材料，同时使半纤维素材料的一部分水解，以形成戊糖材料，(b)使纤维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发酵，以产生包含所述可再生材料的发酵液。

在某些实施方案中，使所述纤维素材料水解和使所述戊糖材料和所述己糖材料发酵的步骤可以基本上同时进行。此外，在某些实施方案中，所述分离步骤可以包括蒸馏所述可再生材料。

根据额外实施方案，一种从木质纤维素原料生产可再生材料的方法包括：(a)在半纤维素材料、纤维素材料和木质素材料存在下使非结合碳水化合物材料发酵，以产生可再生材料，(b)从所述半纤维素材料、所述纤维素材料和所述木质素材料分离所述可再生材料，同时使所述半纤维素材料的一部分水解，以形成戊糖材料，(c)使纤维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发酵，以产生可再生材料。

根据本发明，存在多种可以进行这种方法的步骤的方式。在某些实施方案中，步骤(c)和步骤(d)可以基本上同时进行。同样，在某些实施方案中，步骤(a)和步骤(d)可以一起进行。此外，步骤(a)和步骤(d)的所述可再生材料可以在步骤(b)之前组合。在某些实施方案中，所述木质素材料可以在步骤(c)与步骤(d)之间分离。另外或或者，为了分离所述可再生材料而供应的热量还可以使所述半纤维素材料水解。

通过本文中的方法制造的可再生材料可以包括例如简单的醇。根据一些实施方案制造的可再生材料的实例包括乙醇、正丁醇、异丁醇、2-丁醇、脂肪醇、异丁烯、类异戊二烯、甘油三酯、脂质、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适用作生物燃料、混合原料、化学品、中间物、溶剂、粘着剂、聚合物和/或润滑剂的材料。所述可再生材料可以包括一种或多种生物燃料组分，诸如脂质或醇(即乙醇、丁醇和/或异丁醇)。所述生物燃料可以包括汽油、柴油、喷气燃料和/或煤油。

根据一些实施方案，一种用于从木质纤维素原料生产可再生材料的系统可以包括蒸馏水解单元；和发酵单元。所述系统还可以包括木质素分离单元。在某些实施方案中，所述系统可以包括原料调节单元，其包括大小减小装置。另外，在某些实施方案中，所述系统可以包括再循环线路。