加工生物量的制作方法

专利名称：加工生物量的制作方法
加工生物量相关申请本申请要求于2009年5月20日提交的美国临时申请序列号61/179，995和于2009 年6月19日提交的美国临时申请序列号61/218，832的优先权。这些临时申请各自的完全公开内容通过引用在此合并入本文。背景纤维素和木质纤维素材料在许多应用中以大量产生、加工且使用。通常此类材料使用一次，并且随后作为废物抛弃，或仅视为废物材料，例如污水、甘蔗渣、锯屑和秸秆。多种纤维素和木质纤维素材料、其用途和应用已在美国专利号7，307，108、 7，074，918,6, 448，307,6, 258，876,6, 207，729,5, 973，035 和 5，952，105 中；以及在多个专利应用中描述，包括于2006年3月23日提交的“FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES”， PCT/US2006/010648,和“FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES”，美国专利申请号 2007/0045456 ο概述—般地，本发明涉及通过例如使用酶将材料的纤维素部分转换为低分子量糖，用于糖化或液化材料例如纤维素或木质纤维素原料的过程。本发明还涉及例如通过发酵将原料转换为产物。本文公开的过程可以利用低堆密度材料例如纤维素或木质纤维素原料，其已进行物理预处理以具有小于约0. 5g/cm3的堆密度，例如小于约0. 35g/cm\0. 25g/cm3、0. 20g/ cm3、0. 15g/cm3、0. 10g/cm3、0. 05g/cm3 或更少，例如 0. 025g/cm3。此类材料可以特别难以与液体例如与水或溶剂系统混合，用于糖化、发酵或其他加工。由于其低堆密度，材料趋于漂浮在液体表面而不是在其中分散。在某些情况下，材料可以是疏水、高度结晶或在其他方面难以润湿的。同时，希望以相对高固体水平分散加工原料，以便获得在糖化材料中糖的高终浓度，或在加工后所需产物(例如在发酵后乙醇或一种或多种其他醇)的高浓度。在某些实施方案中，利用本文描述的方法在加工过程中分散的固体水平可以是例如至少20、25、30、35、40、45或甚至至少50重量％溶解固体。本发明人已发现通过使用某些混合技术和设备，可以增强原料在液体混合物中的分散，并且因此可以增加混合物的固体水平。本文公开的混合技术和设备还增强混合物中的质量转移和因此反应速率，并且避免对混合物的敏感成分例如微生物和酶的伤害，或使对混合物的敏感成分例如微生物和酶的伤害降到最低。特别地，已发现喷射混合技术包括例如喷射曝气和射流搅拌提供良好润湿、分散和机械破碎。通过增加混合物的固体水平，力口工过程可以更快速、更有效和更划算地进行，并且可以增加所得到的最终产物浓度。本文公开的某些过程包括原料的糖化，和原料从例如在其中产生或贮存原料的遥远场所转运到制造设施。在某些情况下，糖化可以部分或完全在转运过程中发生。在此类情况下，在转运器皿中提供混合例如喷射混合可以是有利的。在某些情况下，糖化可以在转运过程中完成。在某些情况下，发酵可以部分或完全在转运过程中发生。在某些实现中，该加工过程进一步包括在糖化前或过程中减少原料的不顺应。该加工过程可以包括测量原料的木质素含量且基于测量的木质素含量测定是否需要预处理和在何种条件下的进一步步骤。在一个方面，本发明的特征在于包括通过使用喷射混合器使原料与液体介质和糖化剂在器皿中混合，糖化生物量原料的方法。某些实施方案包括一个或多个下述特征。原料可以具有小于约0. 5g/cm3的堆密度。原料可以是例如纤维素或木质纤维素材料。液体可以包括水。糖化剂可以包括酶。喷射混合器可以包括例如射流搅拌器、喷射曝气型混合器或抽吸室喷射混合器。如果使用喷射曝气型混合器，那么它可以不通过喷射混合器注入空气而使用。例如，如果喷射曝气型混合器包括具有第一个进入线路和第二个进入线路的喷嘴，那么在某些情况下，2个进入线路供应液体。在某些情况下，混合包括将原料以增量加入液体介质中并且在添加之间混合。该方法可以进一步包括在混合过程中，监控原料、液体介质和糖化剂的混合物的葡萄糖水平， 并且在某些情况下，在糖化过程中将另外的原料和糖化剂加入器皿中。混合器皿可以是例如槽、轨道车或油罐卡车。在某些情况下，糖化可以部分或完全在原料、液体介质和糖化剂的混合物的转运过程中发生。该方法可以进一步包括将乳化剂或表面活性剂加入器皿中的混合物中。在另一个方面，本发明的特征在于通过使用在器皿内一般产生环形流动的混合器，使原料与液体介质和糖化剂在器皿中混合来糖化生物量原料。在某些实施方案中，混合器配置为经过混合过程使液体介质的总体温度中的任何增加限制为小于5°C。在某些实施方案中，这个方面还可以包括上文讨论的任何特征。在再进一步的方面，本发明的特征在于包括通过使用喷射混合器使低分子量糖与微生物在液体介质中混合，将低分子量糖转换为产物的方法。某些实施方案包括一个或多个下述特征。液体介质可以包括水。微生物可以包括酵母。喷射混合器可以包括射流搅拌器、喷射曝气型混合器或抽吸室喷射混合器。在另一个方面，本发明的特征在于包括槽、具有排列在槽内的喷嘴的喷射混合器、 配置为将生物量原料递送至槽的递送装置，和配置为将测定量的糖化剂递送至槽的递送装置。某些实施方案包括一个或多个下述特征。喷射混合器可以进一步包括发动机，并且该仪器可以进一步包括配置为监控在混合过程中在发动机上的转矩的装置。该仪器还可以包括基于来自转矩监控装置的输入，调整原料递送装置和/或糖化剂递送装置的操作的控制器。本发明的特征还在于这样的方法，其包括糖化器皿中的生物量原料，以形成经糖化的混合物；用微生物接种器皿中的经糖化的混合物；且允许接种的经糖化的混合物在器皿中发酵。在某些情况下，器皿的内容物在发酵过程中转移至转运器皿，并且发酵在转运器皿中继续。该方法可以进一步包括在糖化和发酵过程中用喷射混合器搅拌器皿的内容物。 在某些实施方案中，该方法进一步包括监控发酵混合物的氧含量和乙醇含量和/或糖含量。在另一个方面，本发明的特征在于发酵系统，其包括具有通风孔的器皿；与器皿联系的氧的来源；配置为监控器皿中液体的氧含量的氧监控器；和使用通风孔和氧来源，响应来自氧监控器的输入，配置为调整液体的氧含量的控制器。如果需要氧合作用，那么进入器皿内的氧的流速可以是相对低的。例如，控制器可以配置为以小于0. 2vvm的速率氧合器皿，例如小于0. 1、0. 05,0. 025，或甚至小于0. Olvvm。发酵系统可以进一步包括配置为监控器皿中液体的糖浓度和/或乙醇浓度的发酵监控器；和基于由发酵监控器接受的输入，配置为停止发酵的控制器。在某些情况下，该系统包括响应配置为从监控器接受的信号而停止发酵的发酵停止模块。本文提及或与之附着的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献通过引用整体合并用于它们包括的所有那种。附图简述

图1是举例说明纤维素至葡萄糖的酶促水解的图解。图2是举例说明经由葡萄糖溶液的生产和转运，原料至乙醇的转换的流程图。图 2A是根据一个实施方案的糖化系统的图解举例说明。图3是已翻新改进以利用本文公开的溶液和悬浮液的乙醇制造设施的示意图。图4和4A是举例说明离开喷嘴的射流的图解。图5是根据一个实施方案的射流搅拌器的图解透视图。图5A是图5的射流搅拌器的叶轮和喷射管的放大透视图。图5B是备选叶轮的放大透视图。图6是根据一个实施方案的抽吸室喷射混合喷嘴的图解。图6A是根据另一个实施方案的抽吸室喷射混合系统的透视图。图7是用于根据另一个备选实施方案的抽吸室喷射混合系统的喷射混合喷嘴的图解透视图。图8是槽和置于槽中的喷射曝气型混合系统的图解透视图，其中槽显示为透明的，以允许看见喷射混合器和相关管道。图8A是在图8的喷射曝气系统中使用的喷射混合器的透视图。图8B是其中提供进气口的相似系统的图解透视图。图9是根据一个实施方案的喷射曝气型混合器的横断面视图。图10是根据一个备选实施方案的喷射曝气型混合器的横断面视图。图11-13是举例说明含有喷射混合器的不同配置的槽中的备选流动模式。图14是举例说明根据一个实施方案在反冲洗过程中在槽中发生的流动模式的图解。图15和15A分别显示对于使用脉冲空气便携式混合系统的运输中混合建立的油罐卡车和轨道车。图16和16A是根据一个备选实施方案在混合器中使用的混合珠的2个实施方案的透视图。图17是根据另一个实施方案的喷射曝气型系统的侧视图，显示喷嘴在槽中的多水平安排。图18和18A分别是使在混合过程中沿着槽壁的滞留量降到最低的装置的图解顶视图和透视图。图19、20和21-21A是提供混合同时也使沿着槽壁的滞留量降到最低的多种喷水装置的视图。图22是具有圆底和从上方延伸到槽内的2个喷射混合器的槽的横断面视图。
详述使用本文描述的方法，可以加工生物量(例如植物生物量、动物生物量、纸和城市废物生物量)，以产生有用的中间产物和产物，例如本文描述的那些。本文描述了可以使用纤维素和/或木质纤维素材料作为原料材料的系统和加工过程，所述纤维素和/或木质纤维素材料是可容易获得的，但通过加工过程例如发酵可以难以加工。本文描述的许多加工过程可以有效降低原料的不顺应水平，使得其更易于加工，例如通过生物加工 (例如用本文描述的任何微生物，例如同型产乙酸菌(homoacetogen)或同型产乙酸菌 (heteroacetogen)，和/或本文描述的任何酶)、热加工(例如气化或热解)或化学方法(例如酸水解或氧化)。生物量原料可以使用本文描述的任何方法中的一种或多种进行处理或加工，所述方法例如机械处理、化学处理、辐射、超声处理、氧化、热解或蒸汽爆炸。各种处理系统和方法可以以本文或其他地方所述的这些技术或其他中的2种、3种或甚至4种或更多种的组合使用。本文公开的加工过程可以利用低堆密度材料例如纤维素或木质纤维素原料，其已进行物理预处理以具有小于约0. 5g/cm3的堆密度，例如小于约0. 35g/cm\0. 25g/cm3、 0. 20g/cm3、0. 15g/cm3、0. 10g/cm3、0. 05g/cm3 或更少，例如 0. 025g/cm3。堆密度使用 ASTM D1895B进行测定。简言之，该方法涉及用样品填充已知体积的量筒，并且获得样品的重量。 通过用以克表示的样品重量除以以立方厘米表示的圆筒的已知体积来计算堆密度。为了将原料转换为可以容易加工的形式，通过糖化剂例如酶或酸，使原料中的含葡聚糖或木聚糖纤维素水解为低分子量碳水化合物例如糖，称为糖化的加工过程。低分子量碳水化合物随后可以用于例如现有制造工厂中，例如单细胞蛋白质工厂、酶制造工厂或燃料工厂，例如乙醇制造设施。通过使材料和糖化剂在液体介质例如溶剂例如水溶液中组合，可以用糖化剂处理包括纤维素的材料。使用具有本文描述的混合特征的一种或多种混合器例如一种或多种喷射混合器，充分混合糖化剂、材料和液体介质。在某些实现中，材料和/或糖化剂递增地而不是一齐加入。例如，可以将一份材料加入液体培养基中，并且与糖化剂混合，直至材料是至少部分糖化的，在这个点将第二份材料加入混合物中。这个过程可以继续直至获得所需糖浓度。断裂生物量例如生物量的纤维素和/或木质素部分的酶和生物量破坏生物包括或制造多种纤维素分解酶(纤维素酶)、木质酶或多种小分子生物量破坏代谢产物。这些酶可以是协同作用以降解生物量的结晶纤维素或木质素部分的酶的复合物。纤维素分解酶的例子包括内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶和纤维二糖酶(β-葡糖苷酶)。参考图1，纤维素底物最初通过内切葡聚糖酶在随机位置上水解，产生寡聚中间产物。这些中间产物随后是关于外切型葡聚糖酶例如纤维二糖水解酶的底物，以从纤维素聚合物的末端产生纤维二糖。纤维二糖是水溶性1，4_连接的葡萄糖二聚体。最后，纤维二糖酶切割纤维二糖以产生葡萄糖。合适的纤维素酶将在本文中稍后节段中讨论。糖化加工过程可以部分或全部(a)在制造工厂中在槽(例如具有至少4000、 40，000、400，000、4，000，000或40，000，0001^本积的槽)中执行，和/或(b)在运输中，例如
在轨道车、油罐卡车中或在超大型油轮或船的货舱中执行。完全糖化所需的时间将取决于加工条件以及使用的原料和酶。如果糖化在制造工厂中在控制条件下执行，那么纤维素可以在约12-96小时内基本上完全转换为葡萄糖。如果糖化部分或全部在运输中执行，那么糖化可能花费更长时间。在某些情况下，糖化在约4-7的pH下执行，例如约4. 5_6、或约5_6。一般优选糖溶液中葡萄糖的终浓度相对高，例如超过15%，或超过20、30、40、50、 60、70、80、90，或甚至超过95重量％。这减少了待运送的体积，并且还抑制溶液中的微生物生长。在糖化后，水的体积可以例如通过蒸发或蒸馏而减少。通过限制与酶一起加入原料中的水量，可以获得相对高浓度的溶液。浓度还可以通过控制发生多少糖化而得到控制。例如，可以通过将更多原料加入溶液中而增加浓度。例如通过增加溶液的温度，和/或通过如下文将讨论的加入表面活性剂，可以增加介质中原料的溶解度。例如，溶液可以维持在40-50°C、50-60°C、60-8(rC或甚至更高。参考图2，用于制造醇例如乙醇的加工过程可以包括例如任选在物理上预处理原料，例如以减少其尺寸(步骤110)，在这个处理前和/或后，任选处理原料，以减少其不顺应(步骤112)，且使原料糖化以形成糖溶液(步骤114)。如下文将详细讨论的，通过使原料在液体介质例如水中的分散体与酶混合(步骤111)可以执行糖化。在糖化过程中或之后，例如通过管道、轨道车、货车或驳船，可以将混合物(如果糖化在途中部分或完全执行) 或溶液转运至制造工厂(步骤116)。在工厂，溶液可以进行生物加工，以产生所需产物例如乙醇(步骤118)，这随后例如通过蒸馏进一步加工(步骤120)。这个加工过程的个别步骤将在下文详细描述。需要时，可以在加工过程的多个阶段执行测量木质素含量(步骤122) 和设置或调整加工过程参数(步骤124)的步骤，例如仅在用于改变原料的结构的一个或多个过程步骤前，如所示的。如果包括这些步骤，那么调整加工过程参数以补偿原料的木质素含量中的变化，如于2009年2月11日提交的美国临时申请号61/151,7 中所述的，其完整公开内容通过引用合并入本文。混合步骤111和糖化步骤114可以使用例如图2A中所示的系统执行。这个系统包括传送机130，这接受已通过原料预处理模块132处理以减少其尺寸和任选减少其不顺应(上文步骤110和112)的原料。原料134递送至含有液体介质138例如水的槽136，所述液体介质138通过有阀管道系统(未显示)递送至槽。分散系统可以用于促进原料起始分散到液体介质内，例如如于2010年1月20日提交的美国临时申请号61/296，658中公开的，其完全公开内容通过引用合并入本文。糖化剂从漏斗140递送到槽，所述漏斗140包括计量装置142。槽的内容物通过一个或多个喷射混合器进行混合。喷射混合器144在图2A中图解表示；合适的喷射混合器的例子将在下文详细描述。喷射混合器使用发动机146产生喷射，所述发动机146驱动泵和 /或转子(未显示)。通过发动机146施加的转矩与槽中混合物的固体水平关联，这进而反映混合物已糖化的程度。转矩通过转矩监控器148测量，这对驱动传送机130的发动机150 以及漏斗140的计量装置142发送信号。因此，经处理的原料和酶的供应可以根据槽的内容物的糖化而中断且重新开始。通过转矩监控器测量的数据还可以用于调整喷射混合器， 例如对于利用转子的混合器至更低RPM，或对于泵驱动的混合器至更低喷射速度。代替或加上转矩监控器，该系统可以包括Amp监控器(未显示)，其测量发动机的满载电流量。在某些情况下，喷射混合器可以包括变频器(VFD)，以允许调整发动机的速度。该系统还可以包括热监控器(未显示)，其监控液体介质的温度，且响应温度中的
9增加而调整原料的补料速率和/或混合条件。此类温度反馈环可以用于预防液体介质达到将使酶变性的温度。当一个或多个泵在本文描述的系统中使用时，一般优选使用正排量(PD)泵，例如进行性空腔或螺旋型PD泵。在某些情况下，制造工厂可以是例如现有的基于谷物或基于糖的乙醇工厂或已通过去除或解除来自生物加工系统上游的设备(这在一般的乙醇工厂中通常包括谷物接受设备、锤磨机、浆混合器、蒸煮设备和液化设备)而翻新改进的工厂。因此，由工厂接受的原料直接输入发酵设备内。翻新改进的工厂示意性显示于图3中。现有的基于谷物或基于糖的乙醇工厂以这种方式的使用在于2010年2月11日提交的美国序列号12/704，521中描述，其完全公开内容通过引用合并入本文。在某些实施方案中，代替将糖化的原料(糖溶液)转运至独立的制造工厂或甚至独立的槽，在相同槽或用于糖化的其他器皿中接种且发酵糖溶液。发酵可以在相同器皿中完成，或可以以这种方式开始且随后如上所述在转运过程中完成。在单个槽中的糖化和发酵在于2010年1月20日提交的美国临时申请号61Λ96，673中描述，其完全公开内容通过引用合并入本文。一般地，发酵器皿中的氧水平应例如通过监控氧水平且使槽通气或需要时使混合物曝气加以控制。还希望监控器皿中的乙醇水平，从而使得当乙醇水平开始下降时，发酵加工过程可以例如通过加热或添加亚硫酸氢钠得到停止。停止发酵的其他方法包括加入过氧化物(例如过氧乙酸或过氧化氢)，加入硫酸或其盐，使器皿的内容物冷却，或减少氧喷洒速率。可以使用这些方法中的任何2种或更多种的组合。如果发酵待在转运过程中进行或完成，那么转运器皿(例如轨道车或油罐卡车的槽)可以配备控制单元，这包括氧监控器和乙醇监控器，和用于将亚硫酸氢钠(或其他发酵终止添加剂)递送至槽的递送系统和/或用于调整槽中的参数以停止发酵的系统。需要时，在发酵过程中可以利用喷射混合，并且如果发酵在与糖化相同的器皿中进行，那么可以利用相同设备。然而，在某些实施方案中，喷射混合是不必要的。例如，如果发酵在转运过程中进行，那么轨道车或油罐卡车的移动可以提供足够搅拌。混合原料、酶和液体混合特征各种类型的混合装置在下文描述，并且可以使用其他混合装置。合适混合器具有的共同点在于它们产生高速循环流，例如以环形或椭圆形模式的流动。一般地，优选混合器显示高总体流速。优选混合器给这个混合作用提供相对低的能量消耗。一般还优选混合器产生相对低的剪切且避免液体介质的加热，因为剪切和/或热可以有害地影响糖化剂(或微生物，例如在发酵的情况下)。如下文将详细讨论，某些优选混合器将混合物通过入口吸取到混合元件内，所述混合元件可以包括转子或叶轮，并且随后通过出口喷嘴从混合元件中排出混合物。这个循环作用和喷射离开喷嘴的高速度，帮助分散在液体或材料的表面上漂浮的材料或已沉降至槽的底部的材料，取决于混合元件的定向。混合元件可以以不同定向放置，以分散漂浮和沉降材料，并且混合元件的定向在某些情况下可以是可调整的。在某些优选混合系统中，当它遇到外围流体时，喷射的速度V。是约2-300m/s，例如约5-150m/s或约10-100m/s。混合系统的电力消耗对于100，000L槽可以是约20-1000KW，例如30-570KW或50-500KW或150-250KW。一般优选电力使用对于成本效益很低。喷射混合喷射混合涉及高速液体的沉没喷射或多个沉没喷射排放到流体介质内，在这种情况下是生物量原料、液体介质和糖化剂的混合物。液体的喷射穿透流体介质，其能量通过紊流和某些初热消散。这种紊流与速度梯度(流体剪切)相关。周围流体得到加速且夹带到射流内，其中这个次级夹带流随着与喷射喷嘴的距离增加而增加。当喷射扩张时，二次流的动量一般保持恒定，只要流动不击中壁、地板或其他障碍。在其击中任何障碍前流动继续越久，夹带到二次流内的液体越多，增加槽或器皿中的总体流量。当它遇到障碍时，二次流将丢失动量，或多或少取决于槽的几何学，例如流动在其上碰撞到障碍上的角度。一般希望这样定向喷射和/或设计槽，从而使得对于槽壁的水力损失降到最低。例如，可能希望槽具有弓形底部(例如圆顶头板)，并且希望喷射混合器定向相对接近于侧壁，如图22中所示。槽底部(较低头板)可以具有任何所需圆顶配置，或可以具有椭圆形或圆锥形几何学。喷射混合不同于大多数类型的液体/液体和液体/固体混合，因为驱动力是水力而不是机械的。代替剪切流体和推进其环绕混合器皿，如机械搅拌器做的，喷射混合器迫使流体通过槽内的一个或多个喷嘴，产生夹带其他流体的高速喷射。结果是剪切(流体针对流体)和循环，这有效混合槽内容物。参考图4，在来自沉没喷射和周围流体的核心流动之间的高速梯度引起涡流。图 4A举例说明沉没喷射的一般特征。当沉没喷射扩展到周围外围环境内时，速度曲线随着与喷嘴的距离(X)增加而变平。此外，速度梯度dv/dr随着在给定距离χ的r(与喷射中线的距离)改变，从而使得产生限定混合区带的涡流(来自喷嘴的圆锥形扩展)。在空气中的沉没喷射的实验研究中(其结果可应用于任何流体，包括水)， Albertson 等人(〃 Diffusion of Submerged Jets, “ 2409 页，Amer. Soc. of Civil Engineers Transactions,第 115卷639-697，1950，在第 657 页)发展对于 ν (x) r = 0/vo (中线速度)> v(r) Jv (x)r = 0(在给定χ的速度曲线)、Qx/Q0 (流动夹带)和Ex/E0 (随着χ的能量改变)的无量纲关系(1)中线速度，
权利要求
1.方法，其包括通过使用喷射混合器使生物量原料与流体介质和糖化剂混合，糖化在器皿中的生物量原料。
2.权利要求1的方法，其中所述原料具有小于约0.5g/cm3的堆密度。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述流体介质包括水。
4.上述权利要求中任一项的方法，其中所述糖化剂包括酶。
5.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括射流搅拌器，并且其中糖化所述原料包括用所述射流搅拌器搅拌所述原料。
6.权利要求5的方法，其中所述射流搅拌器包括固定在柄的远末端的叶轮和在所述叶轮周围的覆盖物。
7.权利要求5或权利要求6的方法，其中所述喷射混合器包括多个射流搅拌器，每个射流搅拌器配置为可逆地操作，在第一种模式中向器皿的顶部，并且在第二种模式中向器皿的底部抽泵流体。
8.权利要求7的方法，其中在至少部分混合的过程中，所有所述射流搅拌器以第一种模式操作。
9.权利要求7或权利要求8的方法，其中在至少部分混合的过程中，某些所述射流搅拌器以第一种模式操作，并且同时，其他的以第二种模式操作。
10.权利要求7的方法，其进一步包括将微生物加入器皿中，并且使所述糖化的原料发酵，其中在至少部分发酵的过程中，所有所述射流搅拌器以第一种模式操作。
11.上述权利要求中任一项的方法，其中所述器皿具有弓形底部表面。
12.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括具有递送喷嘴的喷射曝气型混合器，并且其中糖化所述原料包括通过所述递送喷嘴递送喷射。
13.权利要求12的方法，其中所述喷射混合器不通过所述递送喷嘴注入空气而操作。
14.权利要求12的方法，其中糖化包括将液体供应给所述喷射曝气型混合器的2个进入线路。
15.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括抽吸室喷射混合器。
16.上述权利要求中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括与排出管的第一个末端流体联系的喷嘴，所述排出管的第一个末端与所述喷嘴隔开，并且所述排出管具有配置为发出流体喷射的第二个末端。
17.上述权利要求中任一项的方法，其中糖化包括将所述原料以不连续增量加入所述流体介质中；并且在加入另一个增量的原料前，用所述喷射混合器使原料的每个不连续增量的原料混合到所述流体介质内。
18.上述权利要求中任一项的方法，其进一步包括在所述喷射混合器的操作过程中，监控所述原料、所述流体介质和所述糖化剂的混合物的葡萄糖水平。
19.上述权利要求中任一项的方法，其进一步包括在糖化过程中将另外的原料和糖化剂加入所述器皿中。
20.上述权利要求中任一项的方法，其中所述器皿包括槽。
21.上述权利要求中任一项的方法，其中所述器皿包括轨道车或油罐卡车的槽。
22.权利要求21的方法，其中糖化在原料、流体介质和糖化剂的混合物的转运过程中部分或完全发生。
23.上述权利要求中任一项的方法，其中所述原料包括纤维素或木质纤维素材料。
24.权利要求23的方法，其中所述原料包括纸。
25.上述权利要求中任一项的方法，其进一步包括将乳化剂或表面活性剂加入所述器皿中的混合物中。
26.上述权利要求中任一项的方法，其进一步包括将微生物加入所述器皿中且使所述糖化的原料发酵。
27.方法，其包括通过在器皿内一般产生环形流动的混合器的操作来糖化生物量原料，在所述器皿中已放置所述生物量原料连同流体介质和糖化剂。
28.权利要求27的方法，其中所述混合器配置为经过混合过程使所述流体介质的总体温度中的任何增加限制为小于5°C。
29.方法，其包括通过使用喷射混合器使所述低分子量糖与微生物在流体介质中混合，将低分子量糖转换为产物。
30.权利要求四的方法，其中所述流体介质包括水。
31.权利要求四或权利要求30的方法，其中所述微生物包括酵母。
32.权利要求四-31中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括射流搅拌器，并且其中转换包括用射流搅拌器搅拌所述原料。
33.权利要求四-32中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括具有递送喷嘴的喷射曝气型混合器，并且其中糖化所述原料包括通过所述递送喷嘴递送喷射。
34.权利要求四-33中任一项的方法，其中所述喷射混合器包括抽吸室喷射混合器。
35.原料糖化仪器，其包括槽，配置为将生物量原料递送至所述槽的生物量原料递送装置，和配置为将测定量的糖化剂递送至所述槽的糖化剂递送装置，和具有排列在所述槽内的喷嘴且配置为混合所述递送的生物量原料和糖化剂的喷射混ο
36.权利要求35的仪器，其中所述喷射混合器进一步包括发动机，并且所述仪器进一步包括监控在混合过程中所述发动机的转矩的转矩监控器，和/或监控所述发动机的满载电流量的安培监控器。
37.权利要求35或权利要求36的仪器，其进一步包括基于来自所述转矩监控器的输入，调整所述原料递送装置和/或所述糖化剂递送装置的操作的控制器。
38.权利要求35-37中任一项的仪器，其中所述喷射混合器包括发动机，并且所述仪器进一步包括配置为调整所述发动机的速度的变频器。
39.权利要求35-38中任一项的仪器，其中所述槽具有弓形底部表面。
40.方法，其包括糖化器皿中的生物量原料，以形成经糖化的混合物；用微生物接种所述器皿中的所述经糖化的混合物；和允许所述接种的经糖化的混合物在所述器皿中发酵。
41.权利要求40的方法，其进一步包括在发酵过程中，将所述器皿的内容物转移至转运器皿，并且允许发酵在所述转运器皿中继续。
42.权利要求40或权利要求41的方法，其进一步包括在糖化和发酵过程中用喷射混合器搅拌所述器皿的内容物。
43.权利要求40-42中任一项的方法，其进一步包括监控所述发酵混合物的氧含量和乙醇含量和/或糖含量。
44.发酵系统，其包括 具有通风孔的器皿； 与所述器皿联系的氧的来源；配置为监控所述器皿中液体的氧含量的氧监控器；和使用所述通风孔和氧来源，响应来自所述氧监控器的输入，配置为调整所述液体的氧含量的控制器。
45.权利要求44的发酵系统，其中所述控制器配置为以小于0.2vvm的速率氧合所述器皿。
46.权利要求44或权利要求45的发酵系统，其进一步包括配置为监控所述器皿中所述液体的糖浓度和/或乙醇浓度的发酵监控器；和基于从所述发酵监控器接受的输入，配置为停止发酵的控制器。
47.权利要求46的发酵系统，其进一步包括配置为响应从所述监控器接受的信号而停止发酵的发酵停止模块。
全文摘要
加工生物量原料(例如，植物生物量、动物生物量和城市废物生物量)以产生有用产物，例如燃料。例如，描述了可以将原料材料转换为糖溶液的系统，所述糖溶液随后可以发酵以产生乙醇。通过喷射混合器的操作，生物量原料在器皿中糖化，所述器皿还含有流体介质和糖化剂。
文档编号C12M1/02GK102459562SQ201080027348
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年5月20日
发明者M·米多夫, T·马斯特曼 申请人:希乐克公司