[发明专利]通过使用连续预水解和汽爆预处理工艺预提取半纤维素的系统和方法

说明书

本申请要求2008年2月28日提交的美国临时专利申请61/032,115和2009年2月19日提交的美国专利申请序列号No.12/389,020的权益，所述专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及纤维素生物质原料，例如农业废弃物(包括茎、秣草和壳)、秸秆和草、森林和锯木厂废弃物(包括木屑和间伐材碎片)的预处理。具体地，本发明涉及用于从生物质原料提取碳糖的预水解和汽爆预处理。

背景技术

通常在预处理中使用高压和/或高温来从纤维素原料产生醇类，例如乙醇。在这些传统的预处理中，一些C5糖转化为在预处理之后的发酵步骤中抑制C6糖的酒精发酵的组分。去除这些抑制组分，例如醛(如HMF，糠醛和甲醛)、单酚(例如香草醛和松柏醛)、酸(例如甲酸)和其他抑制剂应在预处理后的C6发酵中提高酒精收率。

发明内容

已经开发了用于预处理纤维素生物质的系统，所述系统包括：第一加压反应器，其接收原料，其中，所述原料在所述第一加压反应器中经受水解；密封装置，其具有到所述第一加压反应器的原料排出端口的第一加压接头，和到第二加压反应器的第二加压接头；排放装置，其用于包含从所述第一加压反应器和所述密封装置中的至少一个中的原料提取的溶解的半纤维素材料的液体；第二加压反应器组件，其在基本上大于所述第一反应器中的压力的压力下接收来自密封装置的加压原料，和膨胀装置，其在所述第二加压反应器组件下游，其中，所述膨胀装置快速释放从所述第二加压反应器排出的原料的压力，以使所述原料经受汽爆反应，其中，所述第一反应器和所述第二反应器每一个包括接受直接蒸汽加热的蒸汽相，和用于与原料反应或加热原料的液体相。

在另一个实施例中，用于预处理纤维素生物质原料的系统可包括：第一加压反应器，其接收原料，其中所述原料在所述第一反应器中，在1.5巴表压到6巴表压范围内的表压下，并且在至少110摄氏度的温度下经受水解；密封提取装置，其具有到所述第一加压反应器的原料排出端口的第一加压接头和到第二加压反应器的第二加压接头；清洗步骤，其将清洗液引入所述第一加压反应器和所述密封提取装置的至少一个中的所述原料内；排放装置，其用于去除包含从所述第一加压反应器和所述密封提取装置的至少一个中的所述原料提取的溶解的半纤维素材料的液体；第二加压反应器组件，其接收来自所述密封其他装置的加压原料，并且将蒸汽或水汽注入到所述第二加压反应器中的原料内，其中，所述反应器组件将在8巴表压到25.5巴表压范围内的压力施加到原料，并且所述第二加压反应器组件具有连接到排出管道的加压排出端，和膨胀装置，其在所述第二加压反应器组件下游，其中，所述膨胀装置快速释放从所述第二加压反应器排出的原料的压力，以使所述原料经受汽爆反应。

已经开发了预处理纤维素生物质原料的方法，包括以下步骤：在第一加压反应器中预处理原料，其中，所述原料在所述第一加压反应器中经受水解；将所述原料从所述第一加压反应器排出到加压密封装置，所述加压密封装置具有到所述第一加压反应器的原料排出端口的第一加压接头；在所述第一加压反应器中通过将蒸汽喷射到所述第一加压反应器中维持所述第一加压反应器中的蒸汽相，其中，所述喷射的蒸汽向所述第一加压反应器中的原料提供热能；在所述第一加压反应器或所述加压密封装置的下游区域中清洗所述原料；将包含从来自所述第一加压反应器和所述加压密封装置的至少一个的所述原料提取的溶解的半纤维素材料的液体排放；通过第二加压接头将所述原料从加压密封装置排出到第二加压反应器，其中，所述原料在所述第二加压反应器中保持在比在所述第一加压反应器中更高的压力下；在所述第二加压反应器中，通过将蒸汽或水汽喷射到所述第二加压反应器中，注入原料细胞蒸汽或水汽，和快速释放施加到所述注入水的原料的压力，以使蒸汽在所述原料的细胞中膨胀，并且可研磨所述原料。

附图说明

图1图示了用于纤维素生物质原料预处理的双反应器工艺流程图。

图2图示了具有倾斜的第一反应器和水平的第二反应器的反应器系统，第一反应器输入端比排出端低。

图3图示了具有倾斜的第一反应器和水平的第二反应器的反应器系统，第一反应器输入端比排出端高。

图4图示了具有圆锥形第二反应器的反应器系统。

图5图示了具有多个旋风分离器的反应器系统。

图6图示了具有料塞螺旋进料器的反应器系统。

图7图示了具有垂直第一反应器的反应器系统。

图8图示了具有圆锥形反应器的反应器系统的可交替布置方式。

具体实施方式