[发明专利]改质工艺物流

说明书

对生物质(例如，植物生物质、动物生物质以及城市废物生物质)进行加工以产生有用的中间体和产物，如能量、燃料、食品或材料。描述用于使用电渗析或反向电渗析改质工艺物流的系统、方法和设备。现今可利用许多潜在的木质纤维素原料，包括例如农业残渣、木质生物质、城市废物、油籽/油饼以及海草。

相关申请的交叉引用

本申请要求以下临时申请的优先权：2013年3月8日提交的USSN 61/774,684；2013年3月8日提交的USSN 61/774,773；2013年3月8日提交的USSN 61/774,731；2013年3月8日提交的USSN 61/774,735；2013年3月8日提交的USSN 61/774,740；2013年3月8日提交的USSN 61/774,744；2013年3月8日提交的USSN 61/774,746；2013年3月8日提交的USSN 61/774,750；2013年3月8日提交的USSN 61/774,752；2013年3月8日提交的USSN 61/774,754；2013年3月8日提交的USSN 61/774,775；2013年3月8日提交的USSN 61/774,780；2013年3月8日提交的USSN 61/774,761；2013年3月8日提交的USSN 61/774,723；以及2013年3月15日提交的USSN 61/793,336。这些临时申请各自的全部公开内容以引用的方式并入本文。

发明背景

现今可利用许多潜在的木质纤维素原料，包括例如农业残渣、木质生物质、城市废物、油籽/油饼以及海草。目前，这些材料经常未得到充分使用，被用作例如动物饲料、生物堆肥材料、在热电联产设施中燃烧抑或甚至被填埋。

木质纤维素生物质包括嵌入半纤维素基质中由木质素围绕着的结晶纤维素原纤维。这样产生了密实基质，所述密实基质难以由酶以及其它化学、生物化学和/或生物方法接近。纤维素生物质材料(例如，已除去木质素的生物质材料)更易于由酶和其它转化方法接近，但是即便如此，天然产生的纤维素材料当与水解酶接触时通常具有低产率(相对于理论产率)。木质纤维素生物质甚至更难以受酶攻击。此外，每种类型的木质纤维素生物质具有其自身特定的纤维素、半纤维素和木质素组成。

概述

总体上，本文描述用于从生物质材料产生有用产物的方法和设备。一般来说，许多方法包括处理具有不顺应性的生物质，例如用电子束处理，并且然后将不顺应性降低的材料生物化学地和/或化学地加工成糖的混合物，例如葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、果糖；糖醇例如木糖醇和其它产物。在原料加工期间产生的盐(例如离子)可通过电渗析过程除去，例如常见或标准电渗析(ED)、反向电渗析(EDR)和/或双极性膜电渗析(EDBM)。电渗析方法可帮助从糖溶液中除去散盐，或电渗析可用于使混合物中的有机酸与其它化合物分离。在电渗析之前和/或之后，生物质液体也可进行处理以除去其它杂质和颜色。

一方面，本发明的特征是用于利用电渗析系统，从如包括糖和/或发酵液体的糖化生物质液体中除去和/或分离盐、部分离子化的酸或完全离子化的酸。所述方法因此可提供加工的溶液(例如，纯化的溶液、改质的工艺蒸汽、纯化的工艺物流)。任选地，电渗析系统利用标准电渗析或反向电渗析。还任选地，糖化生物质液体包括已被糖化的不顺应性降低的纤维素或木质纤维素材料。例如，糖化可通过利用一种或多种酶和/或一种或多种酸(如硫酸)来进行。例如，糖化可通过以下来进行：使用酶，使用酸，使用酸并且然后使用酶，使用酶并且然后使用酸或同时使用酶和酸。任选地，纤维素或木质纤维素材料已通过用电离辐射(例如，用约10与约50Mrad的辐射)处理降低了其不顺应性。例如，电离辐射可呈加速电子的形式。

在另一个实施方案中，将糖化产物发酵，并且然后在有或没有纯化的情况下应用电渗析。在此实施方案中，发酵液通常可包括来自将一种糖转化为特定产物的产物和在发酵期间保持未转化的另一种糖。发酵液可进行电渗析以除去它被形成的盐。然后可通过使用双极性电渗析操作来使产物分离。