[发明专利]完整甘蔗的有机溶剂型生物精炼

说明书

技术领域

本发明涉及从完整甘蔗同时制造糖流和纤维素乙醇。更具体地说，本发明涉及用于生物精炼完整甘蔗以制造糖流、纤维素乙醇和其它副产物的设备、系统和方法。

背景技术

甘蔗是C₄光合植物，在热带条件下生长时每英亩植物可具有最高的生产率和产量其中之一。甘蔗已被种植了几个世纪，以用于制造蔗糖和糖蜜，糖蜜是制造朗姆酒的原料。主要的制糖方法是从新鲜收割的甘蔗提取甘蔗汁，然后通过蒸发来浓缩甘蔗汁直到糖结晶为止，糖可通过过滤而作为原糖回收。在制糖业早期，许多糖厂是由风力重型双滚筒(wind-powered，heavy twin roller)组成，甘蔗茎在辊隙被送入。甘蔗因此被压碎，压榨出的甘蔗汁被收集用于进一步加工。残余的压碎甘蔗固体被称作甘蔗渣，其仍然含有大量的糖，因为甘蔗渣只能被压榨到约50％固体。这表示显著损失了糖产量。在19世纪，这种产量损失是通过追加使用昂贵的逆流冲洗系统对甘蔗渣进行压碎后加工来予以避免。这些高投资成本的革新增加了糖汁产量，但需要更多的能量以用于所添加的冲洗水的蒸发，这又要求引入效率更高的蒸发器(例如多效蒸发器)，从而增加糖厂的投资成本和技术复杂性。最终的潮湿残余甘蔗渣被糖厂抛弃，并在外部成堆储存。大多数糖厂将甘蔗渣作为低价值的燃料燃烧，以提供用于蒸发被稀释的甘蔗汁所必需的蒸汽和能量，但是通过利用现代蒸发器和其它效率改良，现代糖厂不需要将来自收获物的甘蔗渣全部烧掉。因此，甘蔗渣被成堆储存并逐渐腐烂，从而产生负面环境后果同时对糖厂无任何经济价值。近年来，为了制造燃料乙醇，甘蔗的种植范围急剧扩大，特别是在南美，这进一步增加了甘蔗渣的积累量。

发明内容

本发明的示例性实施方案涉及用于生物精炼甘蔗以从甘蔗汁制造糖流并同时从纤维性甘蔗渣废料制造纤维素乙醇和其它副产物的装置、系统和方法。

本发明的一些示例性实施方案涉及在提取甘蔗汁的同时，接收和加工甘蔗渣废料的甘蔗渣生物精炼装置。将甘蔗渣废料制浆以制造纤维性材料，然后将其糖化，即水解以制造糖流。将糖流发酵以制造发酵液，然后蒸馏发酵液以回收乙醇。乙醇可被进一步精炼和加工成燃料级乙醇。甘蔗渣生物精炼装置可被包含在新型糖厂设施的设计和构建中。甘蔗渣生物精炼装置也可用于对传统的糖厂业务进行翻新改进。甘蔗渣生物精炼装置可用于减少年度制糖周期结束时的甘蔗渣料堆积累量。

甘蔗渣废料通过有机溶剂型方法被制浆，其中甘蔗渣材料是通过将其和合适的有机溶剂在合适的被加热和加压的容器中混合来制浆。合适的有机溶剂例如有短链醇、有机酸、酮和混合物。短链醇例如有甲醇、乙醇、丁醇和丙醇，其尤其可用于甘蔗渣的有机溶剂型制浆。通过有机溶剂型制浆从甘蔗渣制造的纤维素浆与包含废溶剂和已溶解和/或分馏的组分的黑液分离。将纤维素浆转移至酶水解设备以制造糖流。然后将糖流转移至发酵罐，用于与合适的发酵微生物一起培养以制造发酵液。视情况可以将纤维素浆转移至被配置用于在同一容器(即CSF容器)中同时糖化和发酵的设备中。发酵液在蒸馏塔中蒸馏以便分离和回收乙醇和釜馏物。釜馏物可被处理掉，或者在酶水解前用于调节纤维素浆的粘度。

可提供用于从黑液回收废溶剂的设备。废溶剂然后可通过和新鲜溶剂混合来重新装填，并被再循环以用于另外的有机溶剂型制浆。黑液可在溶剂回收之前先被脱木质素。可在脱木质素期间回收新颖的木质素衍生物，并将其用于其它工业应用。也可配备用于回收糠醛和加工从废溶剂分离的釜馏物以回收其它有机化合物的设备，所述化合物例如有乙酸、甲酸和可包含一种或多种己糖和戊糖的糖浆。所述装置和设备可被配置用于将一部分回收的糖浆传递至发酵设备，以便提高从甘蔗渣废料制造乙醇的产量。糖化和发酵设备也可被配置用于接收来自甘蔗汁流、糖流和糖蜜流的输入物。

本发明的其它示例性实施方案涉及对初始被配置用于木质纤维素生物质原料的有机溶剂型加工的连续逆流垂直提取器进行改进，从而使垂直提取器适合于在其中接收甘蔗段、自甘蔗段压榨出甘蔗汁并分离甘蔗汁与甘蔗纤维(即甘蔗渣)。

附图说明

参考以下图式来描述本发明，其中：

图1是用于生物精炼完整甘蔗以同时制造糖流和纤维素乙醇的本发明的示例性实施方案的示意性流程图；

图2是图1的实施方案的扩展示意性流程图，其显示用于从甘蔗渣的有机溶剂型加工过程回收提取物和其它副产物的额外步骤；