[发明专利]处理木质纤维素生物质的方法

说明书

本发明涉及处理木质纤维素生物质的方法，所述方法包括以下步骤：a.制备包含意在用于浸渍所述生物质的化学催化剂的浸渍液体(4)；b.经由浸渍反应器(5)的入口引入经研磨的生物质(6)，所述入口位于所述浸渍反应器的第一浸渍区(5a)中，所述浸渍反应器包括两个叠置区，即所述第一浸渍区和在所述浸渍区上方的所谓的第二脱水区(5b)；c.经由位于反应器的所述第一浸渍区(5a)中的第一液体入口引入液体(4a)；d.经由位于第一浸渍区(5b)中的生物质入口下方的反应器的另一区域(5d)中的第二液体入口将所述液体(4b)引入所述反应器。本发明还涉及用于实施所述方法的装置。

发明领域

本发明涉及处理木质纤维素生物质以生产“第二代”(2G)糖液的方法。这些糖液可用于经由生物化学途径生产其他产品(例如醇，如乙醇、丁醇或其他分子，例如溶剂，如丙酮等)。该方法通常包括三个步骤，即液体（liquor）制备、生物质的浸渍和经浸渍的生物质的预处理，例如通过蒸煮，任选地随后进行蒸汽爆破。本发明更特别地集中于该方法的前两个步骤。

现有技术

木质纤维素生物质代表着地球上最丰富的可再生资源之一。所考虑的基质是非常多样的，它们涉及木质基质，例如各种木材(硬木和软木)，产生自农业的副产品(麦秸、稻秸、玉米芯等)或产生自其他农业食品、造纸等行业的副产品。

将木质纤维素材料生物化学转化为2G糖液的方法特别包括预处理步骤和采用酶混合物(cocktail)进行酶水解的步骤。这些方法通常还包括在预处理之前的浸渍步骤。然后将产生自水解的糖液例如通过发酵进行处理，并且所述方法还包括分离步骤和/或最终产物的纯化步骤。

木质纤维素生物质由三种主要的聚合物组成：纤维素(35％-50％)，其是基本上由己糖构成的多糖；半纤维素(20％-30％)，其是基本上由戊糖构成的多糖；和木质素(15％-25％)，其是具有复杂结构和高分子量的聚合物，由经由醚键连接的芳族醇组成。这些不同的分子是植物壁的固有特性的原因并且它们自身组织成复杂的缠结体。

在组成木质纤维素生物质的这三种基础聚合物中，纤维素和半纤维素是能够生产2G糖液的基础聚合物。

通常，在预处理期间，半纤维素主要分解成糖，并且纤维素通过酶水解转化成葡萄糖。然而，对于酶而言，其难以接近粗纤维素，因此需要预处理。该预处理可以改变木质纤维素材料的物理化学性质，从而改善纤维素对于酶的可及性及其对酶水解的反应性。

存在许多有利于本发明的实施该预处理的技术，这些技术将在下文中归类为通用术语“蒸煮”：酸性蒸煮、碱性蒸煮、蒸汽爆破、“有机溶剂制浆”方法。后一种方法涉及在一种或多种有机溶剂和通常水的存在下的预处理。所述溶剂可以是醇(乙醇)、酸(例如乙酸或甲酸)或丙酮。“有机溶剂制浆”方法导致木质素的至少部分溶解和半纤维素的部分溶解。因此，存在两种出口物流：具有残余的纤维素、半纤维素和木质素的经预处理的基质，以及含有溶解的木质素和一部分的半纤维素的溶剂相。通常存在溶剂的再生步骤，这可以提取木质素物流。某些“有机溶剂制浆”处理(特别是采用乙醇)与加入强酸(例如H₂SO₄)相结合。还可以设想在蒸煮阶段之前使生物质经由浸渍反应器与溶剂接触，或者在进行“有机溶剂制浆”蒸煮之前使生物质与酸性催化剂接触。

例如，在出版物“Production of bioethanol from lignocellulosic materialsvia the biochemical pathway: A review”，M. Balat，Energy Conversion andManagement 52 (2011) 858-875，或在出版物“Bioethanol production fromagricultural wastes: an overview”， N. Sarkar，S. Kumar Ghosh，S. Bannerjee，K.Aikat，Renewable Energy 37 (2012) 19-27中均报道了各种配置。