加工生物质制造技术

加工生物质原料(如，植物生物质、动物生物质和城市废物生物质)以生成可用的产物，例如燃料。例如，描述了可将原料物质转化为糖溶液，然后可发酵所述糖溶液生成产物例如生物燃料的系统。

【技术实现步骤摘要】
加工生物质本申请为国际申请号为PCT/US2012/041382，国际申请日为2012年6月7日，专利技术名称为“加工生物质”的PCT申请于2013年12月9日进入中国国家阶段后申请号为201280028148.5的中国国家阶段专利申请的分案申请。相关申请案本申请要求提交于2011年6月9日的美国临时申请序列No.61/495,217的优先权。该临时申请的完整公开内容据此以引用的方式并入本文。背景纤维素和木质纤维素物质可大量制备、加工并且用于多种应用。通常此类物质使用一次，然后作为废弃物丢弃，或只是作为废弃物质，如污物、蔗渣、锯屑和秸秆。概述本文所公开的工艺通过将生物质物质转化为低分子量糖而糖化或液化生物质物质，如纤维素、木质纤维素和/或淀粉原料，例如使用酶，如一种或多种纤维素酶和/或淀粉酶糖化原料。本专利技术还涉及例如通过生物加工，如发酵将原料转化为产物。该工艺包括湿磨原料。本专利技术人发现湿磨原料趋于减少糖化所需的时间，并且增加可在给定糖化时间内获得的糖的浓度。单独湿磨或与本文所述的任何处理协同作用可降低生物质物质的顽拗性。本文所公开的工艺可利用低堆密度物质，例如经物理预处理为具有小于约0.75g/cm3，如小于约0.7、0.65、0.60、0.50、0.35、0.25、0.20、0.15、0.10、0.05或更小，如小于0.025g/cm3的堆密度的纤维素或木质纤维素原料。此类物质可能难以分散于液体，如水或用于糖化、发酵或其他加工的溶剂体系。由于其低堆密度，物质趋于浮在液体的表面，而不是浸透和分散于液体中。在一些情况下，物质可以是疏水的、高结晶性的，或者难以润湿的。同时，以相对高固体水平分散加工原料，以获得糖化物质中高终浓度的糖，或加工后高浓度的所需产物(如，发酵后的乙醇或其他醇)是所期望的。在一些情况下，利用本文所述的方法，加工期间的固体分散水平可为，例如溶解固体的至少10、15、20、22.5、25、27.5、30、35、40、45，或甚至至少50重量％。例如，固体水平可为约10至50％，例如约10-40％、10-30％或10-20％。在一个方面，本专利技术的特征是将木质纤维素物质的粒度减小至小于3000μm，如小于2000μm、小于1000μm或甚至小于500μm，如小于250μm或小于100μm。粒度范围可在100-3000μm，如200-2000μm、200-1000μm、500-1000μm之间。在一个方面，本专利技术的特征是降低木质纤维素物质的顽拗性以及湿磨木质纤维素物质。在一些情况下，顽拗性在湿磨之前降低。物质可在降低顽拗性之前或在降低顽拗性之后和湿磨物质之前致密化。在另一个方面，本专利技术的特征是包括湿磨木质纤维素物质，如具有降低顽拗性的木质纤维素物质的方法。在一些实施中，本专利技术的这些方面的任何一者可包括任何以下特征。生物质物质，如木质纤维素物质的顽拗性可以例如通过辐照木质纤维素物质，如通过将物质暴露于电子束而降低。在一些情况下，辐照包括给木质纤维素物质递送至少5毫拉德，如至少10、20、30、50、100、150或甚至200毫拉德的放射量。例如，放射量可在5-200毫拉德，如5-100毫拉德、5-50毫拉德、5-10毫拉德、10-100毫拉德或10-50毫拉德的范围内。木质纤维素物质可以是例如选自木质、刨花板、锯屑、农业废物、污物、青贮饲料、草、稻壳、蔗渣、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、稻草、小麦秸秆、玉米棒、玉米秸秆、柳枝稷、苜蓿、干草、椰子毛、海藻、藻类及其混合物的物质。生物质还可以是淀粉、木质纤维素和/或纤维素物质的组合。例如，生物质可以是整个植物或诸如小麦植物、棉花植物、玉米植物、稻谷植物或树的植物的部分。在一些实施中，湿磨使用转子/定子头进行。转子和定子可包括齿的嵌套环。在一些情况下，定子包括两个或多个齿的同心环，并且转子包括被构造为在定子的齿的邻近环之间拟合的齿环。转子和定子之间的间隙通常很小，以产生高剪切，可以是例如约0.01至0.25英寸(0.25至6.4mm)。每个齿环中齿之间的间距通常也很小，如约0.1至0.3英寸(2.5至7.6mm)。可使用多个转子/定子头进行湿磨，例如工艺在大型罐或容器中进行时。湿磨通常在相对高剪切速率下进行。剪切速率可为例如至少20,000秒-1，(例如，至少25,000秒-1、至少30,000秒-1、至少40,000秒-1或至少50,000秒-1)。剪切速率可为例如约30,000秒-1至约50,000秒-1(例如，约25,000秒-1至约50,000秒-1、约30,000秒-1至约50,000秒-1、约35,000秒-1至约50,000秒-1、约40,000秒-1至约50,000秒-1、约20,000秒-1至约45,000秒-1、约20,000秒-1至约40,000秒-1、约20,000秒-1至约30,000秒-1、约30,000秒-1至约40,000秒-1)。在一些实施中，以内嵌式进行湿磨。射流混合器可在湿磨期间施加。射流混合器也可在后续的加工期间，如在发酵期间使用。方法还可包括在湿磨之前、期间或之后将酶添加到生物质物质，如木质纤维素物质，和/或将微生物添加到生物质物质或来源于生物质物质的糖。在一些情况下，微生物在湿磨完成之后添加，例如以避免微生物在湿磨中受到伤害。在一些实施中，微生物将生物质原料或糖转化为选自醇、有机酸、糖、烃及其混合物的产物。本文所述的方法整体上提供相对高固体水平原料的相对迅速和有效的加工。通过提高混合物中原料的初始固体水平，工艺可更迅速、更有效以及更具成本效益地进行，并且所得的高浓度通常可以最终产物实现。在一些情况下，固体可在糖化期间，例如通过离心移除，并且可添加更多的原料。移除的固体可作为产物，例如作为电力的热电联产的可燃性燃料和/或作为动物饲料。本文所述的糖化工艺使得生物质物质，例如纤维素或木质纤维素原料转化为便利和浓缩形式，该形式可轻松地运输和用于另一个制造设施，例如被构造为将糖溶液发酵为醇的设施，以制造产物，如燃料例如乙醇、丁醇或烃。此类浓缩物可使用更少的水，其可以节省大量制造和运输成本。本文所公开的一些工艺包括原料的糖化，以及原料从远程位置，如原料生成或储存的位置运输到制造设施。在一些情况下，糖化可在运输期间部分或全部进行。在一些情况下，本文所述的系统或其组件，可为便携式的，以使得系统可以(如，通过铁轨、卡车或航海船舶)从一个位置运输到另一个。此类移动加工在提交于2009年1月21日的美国序列No.12/374,549和国际专利申请No.WO2008/011598中有所描述，它们的全部公开内容以引用的方式并入本文。可通过利用本文所述的方法产生的示例性产物包括烃、蛋白质、醇(如，一元醇或二元醇)例如乙醇、异丁醇、正丙醇或正丁醇、羧酸例如乙酸、乳酸、柠檬酸、丙酸、琥珀酸、3-羟基丙酸或丁酸、羧酸盐、羧酸和羧酸盐以及羧酸酯(如，甲酯、乙酯和正丙酯)的混合物、酮、醛、α不饱和酸、β不饱和酸例如丙烯酸、烯烃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿磨系统，其包括在罐中的一个或多个射流头以及一个或多个湿磨头，所述罐包括具有分散在其中的生物质的流体。

【技术特征摘要】
2011.06.09 US 61/495,2171.一种湿磨系统，其包括设置于同一容器中的一个或多个射流头以及一个或多个湿磨头，射流混合与湿磨同时进行，所述容器包括具有分散在其中的生物质的流体及糖化剂。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述生物质包括木质纤维素材料。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述木质纤维素材料选自由木质、刨花板、锯屑、农业废物、污物、青贮饲料、棉花、黄麻、大麻、亚麻、竹子、剑麻、蕉麻、柳枝稷、藻类及其混合物构成的组。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述木质纤维素材料的顽拗性已经降低。


5.根据权利要求4所述的系统，其中所述木质纤维素材料的顽拗性已经通过辐照所述木质纤维素材料而降低。


6.根据权利要求5所述的系统，其中辐照包括将所述材料暴露于电子束。


7.根据权利要求1所述的系统，其中所述湿磨通过使用包括转子和定子的头而进行。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述转子和所述定...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·梅多夫，SA·贝，R·瓦尔迪兹，T·C·马斯特曼，
申请(专利权)人：希乐克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US