在具有精馏塔和分子筛的基于纤维素类生物质的工艺中具有减少的污染物的乙醇的制备
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于在发酵过程中由纤维素原料制备乙醇的方法。具体地，从最终产 品中除去用生物质水解产物制备的乙醇中的主要污染物，其还允许过程水的再循环。
【背景技术】
[0002] 乙醇是能量的重要来源并且可用作基于石油的汽油和柴油产品的替代物。乙醇通 过发酵多种有机原料制得，从而提供蒸馈并脱水的发酵膠(beer) W产生高纯度产物。目前 大多数燃料乙醇由基于谷物、淀粉或糖的原料制得。运些方法通常包括发酵水与研磨谷物 的混合物W产生醇，蒸馈所发酵的混合物W回收作为顶部产物的醇和蒸馈室底部副产物， 该副产物包括谷物固体和溶解的固体在水中的稀蓋馈物。蒸馈室副产物通常通过蒸发来自 其的水进行浓缩，W生产含可溶物的干酒糟(DDGS)，其为一种用于牲畜的重要饲料。
[0003] 典型的谷物乙醇设施通常具有W下共有要素：
[0004] 1)对于来自发酵罐的排出料流存在吸附或净化过程，W从共同产生的二氧化碳中 回收甲醇、乙醇、高级醇和乙醒。运通常将补给水抽入设备并且通常为冷流。
[0005] 2)采用蒸馈，W产生乙醇与水并且主要为水浓缩达至共沸组合物的料流和不含乙 醇的固体料流。该过程通常通过使用被称为膠塔和精馈塔的两个蒸馈塔来实现。
[0006] 3)然后经由两个液相共沸蒸馈(包含夹带剂)或者更通常地通过在分子筛中浓缩 使共沸乙醇料流经受进一步浓缩，W产生主要工艺产品燃料级乙醇。
[0007] 4)经由离屯、或其它一些方式从2)中所提及的含水料流中分离固体，并且可进一步 干燥W产生动物饲料或燃料材料。
[000引5)可将由4)得到的含水料流的一部分（回槽)再循环至设备的前端W形成发酵罐 的进料的一部分，同时残留物将被蒸发W除去否则会堆积的杂质。运些杂质包括不能发酵 的糖、蛋白质和盐并且作为浓缩的液体料流被净化。可将来自蒸发的冷凝物直接再循环至 具有回槽的发酵。蒸发过程通常为两个或Ξ个阶段并且将与蒸馈过程热集成在一起。
[0009]基于谷物、淀粉和糖的方法变得日益不合乎需要，原因是其不可避免地依赖于食 品来源并且负面影响全球食品价格。由纤维素农产品制备的乙醇和其它废物原料避免了运 些问题。纤维素原料是通常包含纤维素和半纤维素 W及木质素的那些。用于由纤维素原料 制备乙醇的合适原料包括生物质诸如玉米棒、玉米賴杆、草、木质生物质、甘薦渣W及包含 高纤维素组分的工业废品。用于由纤维素原料产生醇并特别是乙醇的方法在多个出版物 (参见例女日Aden等人D在('Lignocellulosic Biomass to Ethanol Process Design and Economics Utilizing Co-Current Dilute Acid Prehydrolysis and Enzymatic Hydrolysis for Corn Stover，'中，N赃L Report No ·ΤΡ-51〇-32438;Ν赃L Report MEL/ TP-510-37092，('Plants from Corn Starch and Lignocel lulosic Feedstocks (Revised)，' ； 1^及13(13〇11，？.啡·和D.A.Monceaux，Ethanol F*roduction)，在"Fuel Alcohol Textbook，'中，Alltech Inc. ,1999)中有所描述。纤维素乙醇方法的各个方面公开 于共同拥有的专利US 7629156、US 7666282US 7741084、US 7741119、US 778119UUS 7803623、US 7807419、US 7819976、US 7897396、US 7910338、US 7932063、US 7989206、US 7998713、US 7998722、US 8216809、US 8241873、US 8241880、US 8247208、US 8278070、US 8304213和US 8304535。
[0010] 用于纤维素类生物质制备醇的方法面临典型的谷物乙醇植物中不存在一些的挑 战。主要挑战是相较于谷物乙醇方法中的污染物含量，与乙醇共同分离的污染物的含量增 大。具体地，当生物质水解产物是发酵培养基的主要组分时，乙醒在乙醇产物中形成主要污 染物。基于谷物的方法中制备的乙醇通常包含约2(K)ppm至5(K)ppm的乙醒，而使用生物质水 解产物制备的乙醇通常包含更高含量的乙醒。考虑乙醒的有害性质及其挥发性(将在汽油 共混物上方产生显著蒸气压），纤维素乙醇产物的目标含量可类似存在于谷物方法的燃料 乙醇的那些。此外，在产生水解产物的糖化之前，当氨用于生物质预处理时，氨是乙醇产物 中的另一个潜在污染物。
[0011] 此外，与谷物乙醇方法相比，纤维素乙醇方法具有增大的耗水量，原因是发酵液中 乙醇浓度减小，所述乙醇浓度通常在5%至10%乙醇的范围内（对于基于谷物的乙醇制备而 言在11%至15%的乙醇范围内）。因此水的再循环在纤维素乙醇方法中是很重要的，W限制 引入工艺的新鲜补给水的量。
[0012] 因此，将在谷物乙醇工业内建立的工作方法简单转移给纤维素乙醇方法不足W经 济地生产能与之相比的乙醇产品。从而，纤维素乙醇呈现出一系列新的挑战，并且应当针对
【背景技术】而非基于谷物的方法的上下文来考虑能够满足那些挑战的方法。
[0013] 仍然需要开发使用有效地处理污染物诸如乙醒的生物质水解产物发酵来制备乙 醇的有效方法，从而制备在纤维素方法中普遍存在的污染物较低的乙醇产物。此外，期望水 料流的再循环W减少新鲜水的使用。
【发明内容】
[0014] 由纤维素发酵制备燃料乙醇面临着乙醇污染物和水使用的挑战，运在能与之相比 的谷物乙醇方法中没有显示。为了除去乙醇污染物，申请人提供具有进一步乙醇纯化步骤 的系统。通过处理水料流的再循环使工艺更加有效，从而减少新鲜补给水的输入。
[0015] 因此本发明提供了用于生产乙醇的方法，该方法包括：
[0016] a)提供培养基，该培养基包含由纤维素类生物质制备的水解产物；
[0017] b)在产生乙醇的微生物存在下，在发酵罐中对所述培养基进行发酵W产生包含乙 醇的发酵膠；
[0018] C)使所述发酵膠进入膠塔中，其中产生膠塔富乙醇蒸气料流；
[0019] d)对所述膠塔富乙醇蒸气料流进行冷凝，W形成膠塔富乙醇料流；
[0020] e)使所述膠塔富乙醇料流进入精馈塔中，其中产生另外的富乙醇精馈塔蒸气料流 和贫乙醇精馈塔水料流；
[0021] f)使所述另外的富乙醇精馈塔蒸气料流通过分子筛，其中产生分子筛乙醇产物料 流；W及
[0022] g)使所述分子筛乙醇产物料流通过产物蒸馈塔，其中产生最终乙醇产物和污染物 料流。
[0023] 在一个实施例中，所述最终乙醇产物具有小于约8(K)ppm的乙醒。
[0024] 在一个实施例中，所述方法还包括：
[0025] h)将(e)的所述贫乙醇精馈塔水料流的至少一部分传送至与来自所述发酵罐的排 出料流连接的发酵蒸气洗涂器，W产生包含水、醇、乙醒和二氧化碳的洗涂器水料流;W及
[0026] i)将所述洗涂器水料流传送至所述精馈塔；
[0027] 其中所述贫乙醇精馈塔水和发酵蒸气洗涂器水在所述精馈塔和发酵蒸气洗涂器 之间形成水再循环回路。
【附图说明】
[0028] 图1是纤维素乙醇工艺流程图的示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下列定义和缩写用于解释权利要求和说明书。
[0030] 如本文所用，术语"包含/包括"、"具有、"含有"或它们的任何其它变型将被理解为 是指包括指定的整数或整数组但不排除任何其它整数或整数组。例如，包含一系列元素的 组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些元素，而可W包括其它未明确列出 的元素，或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备所固有的元素。此外，除非明确指明 相反，"或"是指包含性的"或"而非排他性的"或"。例如，条件A或B满足下列中的任一项:A为 真实的（或存在的)且B为虚假的（或不存在的），A为虚假的（或不存在的)且B为真实的(或存 在的），W及A和B均为真实的(或存在的）。
[0031] 如本文所用，如整个说明书和权利要求中所使用的，术语"由...组成"或诸如 "由...组成"的不同时态的变型表明包括任何列举的整数或整数组，但是无附加整数或整 数组可加入到指定的方法、结构或组合物中。
[0032] 如本文所用，如整个说明书和权利要求中所使用的，术语"基本上由...组成"或诸 如"基本上由...组成"的不同时态的变型表明包括任何列举的整数或整数组，并且任选地 包括未显著改变指定的方法、结构或组合物的基本或新颖特性的任何列举的整数或整数 组。
[0033] 同样，设及元素或组分实例的数目（即次数)在本发明的元素或组分前的不定冠词 "一个"或"一种"旨在是非限制性的。因此，应将"一个"或"一种"理解为包括一个或至少一 个，并且元素或组分的词语单数形式也包括复数指代，除非有数字明显表示单数。
[0034] 如本文所用，术语"发邸'或"本发邸'为非限制性术语，并且不旨在意指本发明的 任何单独实施