[发明专利]生物质处理方法

说明书

政府权利声明

本发明由美国政府支持，受与能源部签署的合同号04-03-CA-70224和DE-FC36-03GO13146的约束。美国政府拥有本发明的必然权利。

发明领域

提供了一种处理生物质的方法，所述方法包括一种指定设备。该方法使用所述设备以非压实状态将生物质移动进入并通过反应器，其中实施在适度温度和压力下用稀氨水浸渍生物质并与其反应的处理方法。

背景技术

纤维质的和木质纤维质原料以及垃圾例如农业残余物、木材、林业垃圾、来自造纸业的淤渣、和市政及工业固体垃圾，提供了潜力巨大的可再生原料，用于生产有价值的产品如燃料和其他化学制品。由碳水化合物聚合物(包括纤维素、半纤维素、葡聚糖和木质素)组成的纤维质的和木质纤维质的给料以及垃圾一般用多种化学、机械和酶方法进行处理以释放主要的己糖和戊糖，它们然后能进行发酵以产生有用产物。

首先，将生物质原料进行处理以制备糖化酶更易利用的纤维质和木质纤维质材料的碳水化合物聚合物，该过程通常称为预处理。然后将预处理生物质在存在糖化酶的条件下进一步水解以在水解产物中释放低聚糖和/或单糖。用于从预处理生物质中生产可发酵糖的糖化酶通常包括一种或多种糖苷酶例如纤维素水解糖苷酶、半纤维素水解糖苷酶、和淀粉水解糖苷酶，以及肽酶、脂肪酶、木素酶和/或阿魏酸酯酶。用于生物质处理的糖化酶和方法参见Lynd，L.R.等人(Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2002)66：506-577)。

期望有用于经济有效地大规模处理生物质的系统和/或方法。需要将生物质进行处理使之成为浓缩的高干重材料以经济地生产需要的高浓度可发酵糖，所述可发酵糖用于发酵成产品。因此，包括将生物质高干重部分移动通过反应器，同时保持处理化学品的透过能力和优化制备用于糖化的生物质的能力，此外还使用最少的化学品和能量输入来实施材料移动，这是生物质处理方法的一个挑战。还希望有包括低资本成本设备的方法。不需要搅拌或反应器旋转的反应器的方法可提供更低的资本成本设备和更低的能量输入。

已经描述了不需要搅拌或反应器旋转的系统和用于移动生物质通过反应器的具体设备。US4186658公开了用于传送颗粒物质的设备，所述颗粒物质如木屑、麦秸、蔗渣、和其他纤维材料，该设备将所述物质压实成一种固体“块”状。用螺杆传送器将所述材料进行预压，并用往复活塞进一步压实。压实的块状物非常致密使得它能够有效地防止系统中的倒吹。然后可将所述块给料到设备中用于材料加工。生物质材料致密块将不能使预处理反应物实现最佳的穿透性。

同样的，US4136207公开了用于制备具有提高反刍动物消化性的纤维素材料的方法，该方法从机械压实所述材料开始。然后它在不存在化学试剂的情况下经过高压蒸汽处理，并进一步压实以形成生物质固体块，它阻止蒸汽通过入口逸出。然后排出小部分材料，使之迅速降低压力。将生物质压实成块状将不能使预处理中使用的化学试剂实现最佳的穿透性。

US6176176公开了用于处理纤维素材料的设备，该设备使用安装在挤出机圆筒中的可旋转螺杆。将加压液氨装入圆筒中，并与木质纤维质材料在圆筒中混合，然后使其通过加热模头排出圆筒，液氨变成气体，使得含氨的木质纤维质材料发生爆炸性膨胀。在大规模商业方法中使用挤出机将是非常昂贵的，因此不能提供经济型方法。

在共有的和共同未决的US NA11/402757中公开了用于处理生物质以生产可发酵糖的方法，该方法使用低强度氨水预处理高浓度生物质。

因此需要用于处理生物质的系统和/或方法，其将高干重生物质移动通过低成本的反应器，同时使得化学反应物具有最大穿透性以将生物质预备用于糖化。

发明概述

本发明提供用于在糖化前处理生物质的方法、通过本发明的方法预处理的生物质、以及包含随后通过糖化该预处理生物质制备的可发酵糖的水解产物。在一个方面，用于处理生物质的方法，该方法包括：

a)提供生物质；

b)使用非压实喂料机将(a)的生物质装入设备中，所述设备包括：

i)圆柱形圆筒，该圆柱形圆筒具有配备有活塞的第一末端和配备有排放阀的第二末端；

ii)任选的支管，所述支管在一个支管末端连接到靠近圆柱形圆筒第一末端的圆柱形圆筒上，并且所述支管在未连接的支管末端具有可密封的阀门；

iii)圆柱形圆筒或支管中的至少2个可密封的端口；