[发明专利]转化生物质的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及应用消化处理纤维素类生物质固体以产生水解产物，和更具体地，本发明涉及允许通过过滤从纤维素类生物质固体消化过程中产生的水解产物中脱除纤维素细颗粒的生物质转化系统和方法。

背景技术

已经有大量注意力放在了开发化石燃料的替代能源上。很有希望的一种化石燃料替代物为生物质，特别是纤维素类生物质如植物生物质。如这里所应用的，术语生物质指存活的或近期存活的生物物质。生物质内的复杂有机分子可以提取出来并分解为简单的有机分子，这些简单的有机分子随后可以通过已知的化学转化处理为工业化学品或燃料共混物(即生物燃料)。尽管生物质、特别是植物生物质在这方面很有潜力，但还没有实现能够将生物质转化为所述物质的能量和成本有效的方法。

由于位于高级植物细胞壁内的木质纤维素材料，纤维素类生物质是世界上最丰富的碳水化合物来源。植物细胞壁被分为两部分：初生细胞壁和次生细胞壁。初生细胞壁提供细胞膨胀的结构支撑和含有三种主要的多糖(纤维素、胶质和半纤维素)和一组糖蛋白。在细胞完成生长后产生的次生细胞壁也含有多糖和通过与半纤维素共价交联的聚合木质素加固。通常发现半纤维素和胶质很丰富，但纤维素是最主要的多糖和最丰富的碳水化合物来源。所有这些物质在这里统称为纤维素类生物质。

植物可以贮存例如糖、淀粉、纤维素、木质纤维素和/或半纤维素形式的碳水化合物。所有这些物质均可以代表转化为工业化学品或燃料共混物的原料。碳水化合物可以包括单糖和/或多糖。如这里所应用的，术语单糖指不能进一步水解为更简单碳水化合物的羟基醛或羟基酮。单糖的例子可以包括例如右旋糖、葡萄糖、果糖和半乳糖。如这里所应用的，术语多糖指包含两个或更多个通过糖苷键链接在一起的单糖的糖类。多糖的例子可以包括例如蔗糖、麦芽糖、纤维二糖和乳糖。碳水化合物在光合作用的过程中产生，这是将二氧化碳转化为有机化合物以贮存能量的过程。当碳水化合物被氧化产生二氧化碳和水时，可以释放出该能量。

尽管很有希望，但生物基燃料技术的开发和实施进展缓慢。有多种原因导致这种开发缓慢。理想地，生物燃料要与现有的发动机技术兼容，和能够通过现有的运输基础设施分配。用于形成生物燃料的现有工业方法局限于发酵糖和淀粉为乙醇，这与这些作为食物源的物质产生竞争。另外，当用作燃料时，乙醇的能量密度低。虽然一些有可能用作燃料的化合物可以由生物质来源产生(例如乙醇、甲醇、生物柴油、费-托柴油和气体燃料如氢和甲烷)，但这些燃料通常需要新的分配设施和/或发动机技术来适应它们的物理特性。正如上文所述，仍需要开发可以以类似于化石燃料的成本和能量有效的方式转化生物质为燃料共混物的工业可放大方法。

发明内容

本发明大体涉及应用消化处理纤维素类生物质固体以产生水解产物，和更具体涉及允许通过过滤从纤维素类生物质固体消化过程中产生的水解产物中脱除纤维素细颗粒的生物质转化系统和方法。

在一些实施方案中，本发明提供一种方法，所述方法包括：提供包括流体循环回路的生物质转化系统，所述流体循环回路包括：水热消化装置；与水热消化装置的出口流体连通的固体分离装置，其中所述固体分离装置包括多个过滤器；和与固体分离装置的出口和水热消化装置的入口流体连通的催化还原反应器装置；在水热消化装置中提供纤维素类生物质；在水热消化装置中至少部分消化纤维素类生物质以形成在液相内包含可溶性碳水化合物和纤维素细颗粒的水解产物；使所述液相流过至少一个过滤器以隔离纤维素细颗粒；和反冲至少一部分纤维素细颗粒至水热消化装置，同时液相继续流过一个或多个过滤器至催化还原反应器装置。

在一些实施方案中，本发明提供一种方法，所述方法包括：提供包括流体循环回路的生物质转化系统，所述流体循环回路包括：水热消化装置；与水热消化装置的出口流体连通的固体分离装置，其中所述固体分离装置包括多个过滤器；和与固体分离装置的出口和水热消化装置的入口流体连通的催化还原反应器装置；在水热消化装置中提供纤维素类生物质；在水热消化装置中至少部分消化纤维素类生物质以形成在液相内包含可溶性碳水化合物和纤维素细颗粒的水解产物；使所述液相流过至少一个过滤器以隔离纤维素细颗粒；在催化还原反应器装置中至少部分转化可溶性碳水化合物为反应产物；和应用至少一部分反应产物反冲至少一部分纤维素细颗粒至水热消化装置。