[发明专利]用于将生物质转化为生物燃料的材料和方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请号61/092,109(2008年8月27日提交)的优先权，将该申请的内容整体引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及生物质向生物燃料的转化，包括在生物燃料的生产工艺中用来预处理生物质的材料和方法。

背景技术

使用生物质(如植物生物质)作为生产生物燃料(如乙醇或丁醇)的原材料被确立为是碳基燃料的可行的备选。玉米是最普遍的生物质，在美国有大量的玉米乙醇工厂，但是在美国和其他国家也使用其他的生物质来源，如甜菜、糖蔗、蜀黍(高梁)、大麦、玉米秸秆、能源甘蔗和木材废料。

对于将玉米用作生物质，所述玉米粒由许多物质(包括淀粉、蛋白质、油、纤维及各种有机和无机的化合物以及水)组成。胚乳(主要含有淀粉)通常占玉米粒的约80-85％(干基，dry weight basis)，而胚芽和表皮分别占约10-14％和5-6％。所述胚芽富含油，通常含有约为38wt％-45wt％的油。

对于玉米(和其他淀粉基生物质)向生物燃料的转化，是通过酶将淀粉分解(即水解)成糖(也称为“液化”)。使所产生的糖冷却，再将其转移到发酵罐中，在发酵罐中添加有将相对复杂的糖分解成简单糖(糖化作用)的其他酶。还在发酵罐中添加酵母，在发酵罐中，酵母利用这些简单糖来产生乙醇或另外的生物燃料。一旦发酵完毕，使发酵醪(fermented mash)通过发酵池(beer well)转移到蒸馏系统中(其中，固体和水经过一系列的分馏阶段与乙醇分离)。在分馏过程中，乙醇从一个阶段蒸发并在下个阶段凝结，从而将乙醇浓缩到为约95vol％。剩余的水通过分子筛或膜除去，将乙醇浓缩到高于99vol％。将含有可溶固体和不溶固体的水本体(称为整个釜馏液(whole stillage))从蒸馏柱的底部排出，然后离心。将大部分的悬浮固体作为35％的固体块除去，同时将大部分溶有固体的水分成循环的液体(逆流)或被输送到蒸发器中浓缩。所述蒸发器浓缩物(～40％固体)与所述的块状固体混合，再以润湿态出售或在旋转式干燥器或闪蒸干燥器中干燥得到90％的固体粉末，称为含有可溶物的干酒糟(DDGS)。

发明内容

本公开文本提供将生物质(如淀粉基生物质或纤维素基生物质)转化成生物燃料的材料和方法。在某些实施方式中，所述材料包括胶体磨或其他高剪切磨碎/混合设备(除非另外说明，下文，术语“胶体磨”指胶体磨本身或其他任何的高剪切/磨碎混合设备)。在某些实施方式中，本发明的胶体磨包括转子和定子，且任选地能将生物质的长纤维减小为更小的颗粒。在某些实施方式中，所述的胶体磨不包括如在美国专利公开号2009/0000184中描述的那些旋转盘。在某些实施方式中，不使用蒸汽和/或补充的CO₂处理胶体磨中的颗粒。

本发明所述的方法包括：使用胶体磨减小和限定生物质粒径的整个范围；与生物燃料生产工艺中使用的另外的糖类和/或低聚糖接触；以及形成如下粒径，所述粒径足以在下游过滤中产生仍可被回收的浓缩颗粒浆料(不同于大颗粒和纤维的不可泵送的缠结块、或者不同于因粒径太小而形成的不可回收的淤浆)。本文使用的“粒径”可由颗粒穿过已知孔隙直径的筛子的能力来确定。所述颗粒的尺寸是仍能使颗粒穿过的筛孔的最小尺寸。不过应当理解所述颗粒不必是球形的，但尺寸粗略地等于颗粒的最窄直径，由此通过测量颗粒穿过已知孔隙直径的筛子的能力最有效地确定粒径。筛子通常阻留具有特定直径的长纤维，因为它们会因弯曲缠结在筛子中。