[发明专利]用于生物质水解的体系和方法

说明书

 相关申请

本申请要求申请日为2011年1月18日、标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR HYDROLYSIS OF BIOMASS”的美国临时专利申请61/433,864的优先权，该申请在此通过引用并入本文。下列申请也通过引用的方式并入本文：标题为“SYSTEM FOR PRE-TREATMENT OF BIOMASS FOR THE PRODUCTION OF ETHANOL”的美国专利12/716,984和申请日为2010年5月17日、标题为“SYSTEM FOR HYDROLYSIS OF BIOMASS TO FACILITATE THE PRODUCTION OF ETHANOL”的美国专利61/345,486。

 技术领域

 本发明的主题涉及乙醇制造中的生物质处理。本发明主题还涉及经过预处理的生物质在投放发酵体系之前的处理工艺，其目的在于提高乙醇生产的效率。

 背景技术

 乙醇可以用谷类原料（例如玉米、高粱/蜀黍、大麦、小麦、大豆等等）、糖类（例如甘蔗、甜菜中的糖类等等）和生物质（例如柳枝稷、玉米穗轴、秣草等纤维质原料，木材或其他植物材料）来加以制造。

生物质包括可直接用作燃料/能源的植物材料，或可作为生物提炼厂（例如通过乙醇工厂）原料而加工成另一种生物产品（例如纤维素乙醇之类的生物燃料）的植物材料。生物质可包括，例如，玉米粒收获期间或之后所得的玉米穗轴和秣草(例如茎秆和叶子)、玉米粒上的纤维、柳枝稷、农场或农业残留物、木片或其他木质废弃物，以及其他植物材料。要利用或加工生物质，先要从田间将其收割聚拢，然后运送到其利用或处理的场所。

定制为利用生物质，例如如上所述的纤维素原料，来生产乙醇的生物提炼厂中，以木质纤维素材料（例如纤维素和/或半纤维素）来生产乙醇。生物质首先要经过制备，以便获得纤维素材料中的糖类（例如纤维素中的葡萄糖和半纤维素中的木糖），并将其发酵成为含有乙醇（以及其他成分）的发酵产物。随后将该发酵产物送入蒸馏体系，通过蒸馏和脱水来回收乙醇。其他生物产品，例如木质素和有机酸，同样可作为副产物回收。要提高用于乙醇制造的生物质的制备和处理效率，其决定因素在于（除其他方面外）生物质的形式和类型或其组成。

用于发酵的木质纤维素材料的制备工艺中，纤维素材料的水解是高成本步骤之一，该步骤需要用酶来使纤维素降解为糖类。一般来说，水解需要大剂量的酶，因为一般认为木质素会与部分酶结合，令其失活。由于酶在水解总成本中占有显著比例，其给传统工艺中带来的低效问题仍有待解决。

 发明内容

 本发明的一个方面涉及一种对木质纤维素生物质进行处理以用于生产发酵产物的发酵体系的处理方法。该方法包括对生物质进行预处理，成为经过预处理的生物质，并将经过预处理的生物质分离为含有糖类的液体成分和含有纤维素和木质素的固体成分。该方法还包括对经过预处理的生物质的固体成分进行处理，得到处理后成分。该生物质包含木质纤维素材料。该固体成分的处理工艺包括向其施加酶制剂和添加剂以形成浆料。该酶制剂含有纤维素酶。在一些实施例中，该添加剂可以包括澄清的酒糟水或厌氧生物膜消化器废液。

 在一个实施例中，该固体成分处理后释放糖类。在又一个实施例中，对生物质的预处理包括浸泡，其中该浸泡包括混合该生物质以及向该生物质中添加硫酸。

 附图说明

 为了更为清楚地确定本发明的各方面，现在通过举例来描述一些实施例，并引用附图，其中图1A是在一些实施例中提到的配备乙醇生产设备的生物提炼厂的透视图。

图1B是在一些实施例中提到的配备乙醇生产设备的生物提炼厂的另一张透视图。

图2是在一些实施例中提到的用于制备要送至生物提炼厂的生物质的体系。

图3A和3B是在一些实施例中提到的纤维素乙醇生产设备的可选实施方式的原理示意图。

图4A是在一些实施例中提到的预处理工艺的工艺流程图。

图4B是在一些实施例中提到的预处理工艺的透视示意图。

图5是在一些实施例中提到的C6生物质固体成分的水解工艺流程图。

图6A至6D是在一个示范实施例中提到的生物质水解操作条件的图表。

图7是在一些实施例中提到的生物质在各种加工处理工艺下的乙醇产量占理论值的百分比。

图8是在一个示范实施例中提到的，添加和不添加澄清酒糟水添加剂的生物质水解结果的对比图。