关于生物质浆料液化的方法和装置的制造方法
【专利说明】关于生物质浆料液化的方法和装置
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2012年10月22日提交的美国临时申请61/716949的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
[0002]本公开一般涉及生物燃料产品，以及更具体地涉及用于进行作为例如生物燃料产品(例如乙醇产品等)的前体的生物质浆料液化的方法和装置。
【背景技术】
[0003]本部分提供涉及本公开的背景信息，其不必须是现有技术。
[0004]木素纤维材料，例如木材、草本材料、农业残留物、玉米纤维、废纸、纸浆及造纸厂残留物等，以及城市固体废弃物可以用于生产生物燃料。而且典型地，从此类木素纤维材料生产生物燃料包括预处理(例如物理的、化学的等)木素纤维材料以形成生物质浆料、液化生成的生物质浆料、糖化及发酵该液化浆料，和随后生物燃料回收(例如经由蒸馏等)。
[0005]发明概述
本部分提供本公开的总体概述，并且不是其全部范围或其全部特征的全面公开。
[0006]本公开的实例实施方案通常涉及使用酶(例如纤维素酶等)例如在液化反应器等中用于进行浆料液化的方法。液化反应器可以包括交替的活塞式流动和连续搅拌区域。在一个实例实施方案中，用于进行生物质浆料液化的方法通常包括在反应器的多个区域测量生物质浆料的PH ;在生物质浆料的各个pH测量操作之后，根据需要在反应器中调整生物质浆料的PH至所需范围内的值(例如约4至约6.5之间等)；以及在反应器中向生物质浆料添加酶(例如纤维素酶等)。在本实例方法的一些方面，在测量生物质浆料的PH和根据需要将生物质浆料的PH调整至所需范围内的值的操作的至少两次重复之后，在反应器中向生物质浆料中添加酶。在本实例方法的一些方面，在反应器的至少一个活塞式流动区域测量pH。在本实例方法的一些方面，在反应器的至少一个连续搅拌区域测量pH。以及在本实例方法的一些方面，在反应器的多个活塞式流动区域测量pH。
[0007]在另一实例实施方案中，用于在液化反应器中进行预处理的生物质浆料液化的方法通常包括测量预处理的生物质浆料的初始PH (例如，在生物质浆料进入反应器之前等)，和根据需要调整生物质浆料的初始PH至所需范围内的值(例如约4至约6.5之间，约
5.5至约6.5之间等);在调整浆料的初始pH至所需范围内的值之后向预处理的生物质浆料添加酶(例如纤维素酶等)；在液化反应器的活塞式流动区域再次测量生物质浆料的PH ;以及根据需要调整在活塞式流动区域测量的生物质浆料的PH至所需范围内的值。
[0008]本公开的实例实施方案还通常涉及用于进行浆料液化的反应器。在一个实例实施方案中，用于进行预处理的生物质浆料液化的塔式反应器通常包括交替的活塞式流动区域和连续搅拌区域，用于在连续搅拌区域移动预处理的生物质浆料的搅拌器，位于多个活塞式流动区域并配置用于在多个活塞式流动区域测量预处理的生物质浆料的PH的探头，位于与多个连续搅拌区域连通并配置用于在多个连续搅拌区域向预处理的生物质浆料传送酸和/或碱的第一流体管线(first fluid lines)，和位于与多个连续搅拌区域连通并配置用于在多个连续搅拌区域向预处理的生物质浆料传送酶的第二流体管线。
[0009]进一步的应用领域将从在此提供的说明书变得显而易见。本概述的说明和具体实例仅意图为了举例说明的目的并且不意图限制本公开的范围。
【附图说明】
[0010]在此描述的附图仅出于对选择的实施方案图示说明的目的，而且不是所有可能实施方式，并且不意图限制本公开的范围。
[0011]图1是图示说明用于进行生物质浆料液化的方法的实例实施方案的流程图；
图2是图示说明用于进行生物质浆料液化操作的实例实施方案的示意图；
图3是图示说明用于进行生物质浆料液化操作的另一实例实施方案的示意图；
图4是图示说明用于进行生物质浆料液化的塔式反应器的实例实施方案的示意图；和图5是图示说明使用本公开的液化方法用于从生物质材料生产生物燃料的操作的实例实施方案的示意图。
[0012]贯穿附图的几个视图，对应的参考数字表示对应的部分。
[0013]详细说明
现在将参考附图更充分地说明实例实施方案。
[0014]图1图示说明了用于进行生物质浆料液化的实例方法100。在图示说明的方法中，生物质浆料是通过预处理木素纤维材料(例如木材、草本材料、农业残留物、玉米纤维、废纸、纸浆及造纸厂残留物等)形成的纤维素浆料。因此，生物质浆料也可以称为预处理的生物质浆料、纤维素浆料、预处理的纤维素浆料等。可以使用合适的预处理操作以形成生物质浆料，其包括(不限于)物理操作、化学操作和/或其组合(例如研磨、加热、酸水解、蒸汽爆破、其组合等)。在其它实例实施方案中，可以从不同于木素纤维材料的材料(如城市固体废弃物、其它类似生物质等)形成浆料(用于液化过程)和/或可以根据期望和/或需要使用其它预处理操作形成浆料。
[0015]图示说明的方法100的液化方法是在生物质浆料中使用酶催化纤维素水解(cellulolysis)的酶催化的液化方法。在图示说明的方法100中，向生物质浆料中添加纤维素酶，以促进生物质浆料中的纤维素水解(和纤维素至葡萄糖的转化)。按照这种说法，应该意识到关于方法100，可以使用合适的纤维素酶，其包括例如来自真菌、细菌、原生动物等的酶；基因工程酶等。在其它实例实施方案中，用于进行生物质浆料液化的方法可以使用不同于纤维素酶的酶，例如酶混合物等。
[0016]在图示说明的方法100的液化方法中使用的纤维素酶是pH敏感的，并且，例如在大于约6.5或小于约4的pH值能显著地失去活性。因此，图示说明的方法100与一系列的多个交替的活塞式流动和连续搅拌区域(例如区(zone)、容器、罐等)关联进行。这允许贯穿活塞式流动和连续搅拌区域系列(例如在各个单独的区域内等)监测和/或控制生物质浆料的pH。并且反过来，可以贯穿液化过程使生物质浆料的pH保持在所需的范围内(例如约4至约6.5之间等)，以帮助促进生物质浆料的有效液化(和纤维素水解)和帮助避免纤维素酶的变性。在一个实例实施方案中，在液化方法中使用的纤维素酶在约5的pH可以具有峰值活性。因此，在该实例实施方案中，生物质浆料的pH可以保持在约4.5至约5.5的范围内(例如以保持纤维素酶的大于约90%的活性等)。在另一实例实施方案中，可以根据需要在液化过程中在不同位置向生物质浆料添加不同的酶(例如不同于纤维素酶的酶，不同类型的纤维素酶等)。
[0017]在图示说明的方法100的液化方法中，连续搅拌区域可以使用任何合适的部件(例如机械搅拌器、栗、重力、流体循环物流、其它混合装置等)来移动、混合、搅拌等其中的生物质浆料。此外，在一些实例实施方案中，活塞式流动和连续搅拌区域可以是串联布置的分开的单独的单元，而在其它实例实施方案中，它们可以全部串联位于共同的反应器内(例如液化反应器、塔式反应器等)等。另外，在一些实例实施方案中，活塞式流动和连续搅拌区域可以垂直地(例如在塔中等)、水平地(例如用栗等将生物质浆料从一个区域移到下一个区域等)等定向。
[0018]如图1中所示，图示说明的方法100包括在多个活塞式流动区域(例如在至少两个活塞式流动区域、在少于全部活塞式流动区域、在全部活塞式流动区域等)测量生物质浆料的PH (在图1中通常以参考编号102所指示)。可以在活塞式流动区域内的任意一个或多个需要的位置进行PH测量，包括例如生物质浆料移入活塞式流动区域的位置、生物质浆料移出活塞式流动区域的位置、其间的位置等。这些测量提供贯穿液化过程(例如贯穿活塞式流动和连续搅拌区域系列等)对生物质浆料的PH的校核，并能帮助确保生物质浆料的pH在各个多个活塞式流动和连续搅拌区域(例如在准备向生物质浆料中添加纤维素酶等)保持在需要的范围内(例如约4至约6.5之间等)。按照这种说法，可以使用合适的装置(包括例如探头、比色装置、基于化学的装置、PH测量装置等)测量pH。在其它实例实施方案中，可以仅在液化方法的一个活塞式流动区域进行pH测量。此外，在一些实例实施方案中，可以在液化方法的一个或多个连续搅拌区域进行PH测量。
[0019]图示说明的方法100还包括在各个pH测量操作之后，调整生物质浆料的pH (如果需要)至所需范围内的值(或至特定的期望值等)(在图1中通常以参考编号104所指示)。在需要调整PH之处，其可以通过向生物质浆料添加酸和/或