处理生物质以产生可用于生物燃料的材料制造技术

可以通过将生物质与含有至少一种α-羟基磺酸的溶液接触而从生物质产生用于产生生物燃料的可发酵糖。α-羟基磺酸可以从产物中容易地被除去和回收。

【技术实现步骤摘要】
处理生物质以产生可用于生物燃料的材料本申请是申请日为2011年11月3日、专利技术名称为“处理生物质以产生可用于生物燃料的材料”的中国专利技术专利申请No.201180053011.0的分案申请。
本专利技术涉及用于处理生物质的方法，更具体地，本专利技术涉及预处理生物质以从含有多糖的材料产生糖，以用于生物燃料或其它高价值产品。
技术介绍
木质纤维素生物质被认为是用于燃料和化学品的丰富的可再生资源，因为在植物的细胞壁中存在糖。地球表面上超过50％的有机碳包含于植物中。这种木质纤维素生物质由半纤维素、纤维素和少部分的木质素和蛋白质组成。纤维素是一种聚合物，主要由缩合聚合的葡萄糖组成，半纤维素是戊糖、主要是木糖的前体。这些糖能够容易地被转化为燃料和有价值的成分，条件是它们能够从包含它们的细胞壁和聚合物中被释放出来。然而，植物细胞壁已经进化得对于微生物、机械或化学分解以产生糖组分具有相当的抗性。已经进行了多种克服该障碍的方法，将这些聚合物分解为糖，即糖化，具有长的历史。在图1中图解表示了一般性的方法。19世纪早期的最初方法包括使用浓矿物酸例如盐酸、硝酸或硫酸进行完全化学水解。对这些方法已经进行了多种改进，获得了从生物质原料的更高的糖产率。这些较高的酸浓度方法提供了糖的更高的产率，但是由于经济和环境的原因，酸必须被回收。实施这种形式的糖化的主要障碍是与酸的回收相关的挑战(M.GalbeandG.Zacchi,Areviewoftheproductionofethanolfromsoftwood,Appl.Microbiol.Biotechnol.59(2002),pp.618-628)。在美国专利号5,820,687和WO2010026572中已经描述了关于使用离子树脂分离硫酸和糖，以及通过胺提取分离盐酸和糖并随后热再生酸的最近的努力。两种方法都是麻烦且昂贵的。还已经尝试了稀酸方法以进行化学糖化，一个这样的例子是Scholler-Tornesch方法。然而，稀酸的使用需要较高的温度，这通常导致所需的糖的低产率，因为单糖的热降解。过去已经进行了这种类型的多种方法，全部以失败告终—未能克服经济上的障碍。见LimKoonOng,Conversionoflignocellulosicbiomasstofuelethanol-Abriefreview,ThePlanter,Vol.80,No.941,August2004andCellWallSaccharification,RalfOutputsfromtheEPOBIOproject,2006；PublishedbyCPLPress,TallGables,TheSydings,Speen,Newbury,BerksRG141RZ,UK。酶促糖化纤维素具有在更温和的条件下提供糖的更高产率的前景，因此被很多人认为更有经济上的吸引力。粗生物质对于酶促水解的抵抗使得需要预处理以增强纤维素对于水解酶类的易感性。已经开发了多种预处理方法以改变生物质的结构和化学组成以改善酶促转化，例如描述于NathanMosier,CharlesWyman,BruceDale,RichardElander,Y.Y.Lee,MarkHoltzapple,MichaelLadisch“Featuresofpromisingtechnologiesforpretreatmentoflignocellulosicbiomass”BioresourceTechnology96(2005)pp.673-686。此类方法包括使用稀酸蒸汽爆破处理，描述于美国专利号4,461,648；水热预处理而不加化学品，描述于WO2007/009463A2；描述于AFEX中的氨冷冻爆破，Holtzapple,M.T.,Jun,J.,Ashok,G.,Patibandla,S.L.,Dale,B.E.,1991,Theammoniafreezeexplosion(AFEX)process-apracticallignocellulosepretreatment,AppliedBiochemistryandBiotechnology28/29,pp.59-74；有机溶剂提取，描述于美国专利号4,409,032。虽然如此，在生物质向燃料转化中预处理被认为是最昂贵的过程(“MethodsforPretreatmentofLignocellulosicBiomassforEfficientHydrolysisandBiofuelProduction”Ind.Eng.Chem.Res.,2009,48(8),3713-3729.)已经深入开发的一种预处理是高温、稀硫酸(H2SO4)方法，其有效地将生物质的半纤维素部分水解为可溶性糖并暴露纤维素，从而酶促糖化是成功的。可用于控制预处理的条件的参数有时间、温度和酸载量。这些参数通常组合于被称作组合强度因子的数学公式中。一般地，使用的酸载量越高，可应用的温度越低；这会以酸及其回收为代价。相反，温度越低，预处理时间越长；这会以容量生产力为代价。理想的是降低温度，因为戊糖易于分解以形成糠醛和其它物质，这代表了产率损失，并且这些化合物对于下游发酵是有毒的。然而，使预处理温度降低至低于容易形成糠醛的温度所需使用的较高的酸浓度(B.P.,Lavarack,G.J.Griffin,D.Rodman“Theacidhydrolysisofsugarcanebagassehemicellulosestoproductxylose,arabinose,glucoseandotherproducts.”BiomassandBioenergy23(2002)pp.367-380)再次使得需要回收强酸。如果使用稀酸流和较高的温度，则预处理反应产生数量增多的糠醛，并且酸通过的下游必须被中和，这产生无机盐，其使得下游加工复杂化并且需要更昂贵的废水处理系统。专利技术概述鉴于以上信息，理想的是利用易于转化为可回收的和/或可循环利用的、优选中性成分的强酸。这样的系统对于浓酸水解方法和稀酸生物质预处理都是有益的。本专利技术的一个实施方式包括一种方法，其包括：(a)提供包含多糖的生物质；和(b)将所述生物质与包含至少一种α-羟基磺酸的溶液接触，从而水解所述生物质以产生包含至少一种可发酵糖的产物；和(c)任选地，通过加热和/或减压从所述产物中以组分形式除去α-羟基磺酸，以产生除去了酸的、包含至少一种可发酵糖的、基本上不含α-羟基磺酸的产物。在另一个实施方式中，方法包括以组分或以其重组形式回收以组分被除去的α-羟基磺酸至步骤(b)。在另一个实施方式中，方法还包括水解所述除去了酸的产物。在另一个实施方式中，方法包括发酵包含通过上述方法产生的含有糖的流。在另一个实施方式中，组合物包含(a)含有多糖的生物质，(b)至少一种α-羟基磺酸，和(c)水。在另一个实施方式中，组合物包含(a)含有多糖的生物质，(b)至少一种α-羟基磺酸，(c)水，和(d)至少一种可发酵糖。本专利技术的特征和优点将对于本领域技术人员明显。虽然本领域技术人员可以对其进行多种改变，但是这些改变在本专利技术的精神中。附图说明附图诠释了本专利技术的一些实施方式的某些方面，不应用于限制或定义本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
包含下列的组合物：(a)包含多糖的生物质，(b)至少一种α‑羟基磺酸；和(c)水。

【技术特征摘要】
2010.11.05 US 61/410,6891.一种组合物，其中包含下列物质：(a)包含多糖的生物质，(b)α-羟基磺酸；和(c)水，其中所述α-羟基磺酸是从羰基化合物或羰基化合物的前体与二氧化硫或二氧化硫的前体和水在原位产生的。2.权利要求1的组合物，还包含(d)：可发酵糖。3.权利要求2的组合物，其中所述可发酵糖包含戊糖和/或己糖。4.权利要求2的组合物，其中所述可发酵糖包含木糖。5.权利要求1或2的组合物，其中所述α-羟基磺酸基于总溶液而言以从1wt％至55wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·布莱克博恩，P·R·韦德，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL