转化生物质的系统和方法

专利名称：转化生物质的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及生物质处理方法，更具体说，涉及将生物质转化为羧酸和醇的 系统和方法。 背景在农业和工业处理中仍然无法利用或不能有效利用大量的生物质，具体是木质 素纤维素生物质。通常难以处理这些生物质或者费用昂贵。因此，利用这些生物质 来生产有用的化学物质的方法非常有价值。有机酸是这类有用化学物质的一个例子。 历史上，用动物脂肪或植物油原料或用石油原料在基本上非水性系统中生产有机酸。 近来，用发酵由生物质制造的最引人注目的产品之一就是有机酸。可以通过使生物 质发酵来生产的另一种重要的工业化学物质是醇。然而，从全部发酵产物中提取有 机酸和醇并不容易，利用能量、水和反应化学物质的效率通常很低。概述根据本发明讲述，提供了将生物质转化成有用化学物质的系统和方法。 一具体 实施方式中，所述方法包括使生物质在一个或多个发酵罐中发酵生成含有羧酸铵盐 的发酵液，所述发酵罐含有选自碳酸铵和碳酸氢铵的缓冲液。所述方法还包括使羧 酸铵盐与高分子量胺反应来生成羧酸胺盐，和热裂解所述羧酸胺盐生成羧酸。在另 一实施方式中，所述方法包括使来自发酵罐的羧酸铵盐与低分子量胺反应生成低分 子量羧酸胺盐，将低分子量羧酸胺盐中的低分子量胺与高分子量胺交换形成高分子 量羧酸胺盐，和热裂解所述羧酸胺盐生成羧酸。又一实施方式中，所述方法包括使 来自发酵罐的羧酸铵盐与高分子量醇反应生成高分子量酯，氢化所述高分子量酯生 成醇。本发明具体实施方式
的技术优点可以包括能够利用碳酸铵或碳酸氢铵来缓冲发酵反应。如果将氨直接加入反应体系，pH可能太高而会破坏用来使生物质发酵的微 生物。利用碳酸铵或碳酸氢铵减少或消除了这一问题。此外，利用碳酸铵或碳酸氢 铵缓冲液与钙基缓冲液系统相比能够简化发酵液的下游处理。这种钙基缓冲液系统 可能导致钙盐形成而聚集在热交换器和其它设备表面。相反，本发明铵盐不会聚集在设备表面。本发明具体实施方式
的另一技术优点包括在下游处理中能够减少或消除固体处理。应该理解，本发明各种实施方式可以包括所列举的技术优点中的一些、所有的 优点，或不包括这些优点。另外，本领域技术人员可以容易地从本申请包括的附图、 说明书和权利要求书中看出本发明的其它技术优点。附图简要说明为了更完整地理解本发明及其特征和优点，现结合下列附图提供下面的描述， 附图中

图1显示根据本发明一具体实施方式
将生物质转化成羧酸的系统； 图2显示利用如图1所示系统将生物质转化成羧酸的方法的流程图； 图3显示根据本发明一具体实施方式
将生物质转化成羧酸的系统； 图4显示利用如图3所示系统将生物质转化成羧酸的方法的流程图； 图5显示根据本发明一具体实施方式
将生物质转化成醇的系统； 图6显示利用如图5所示系统将生物质转化成醇的方法的流程图； 实施方式详述根据本发明的讲述，提供了一种将生物质转化成有用化学物质的系统和方法。 一具体实施方式
中，所述方法包括使生物质在一个或多个发酵罐中发酵生成含有羧酸铵盐的发酵液，所述发酵罐含有碳酸铵或碳酸氢铵的缓冲液。所述方法还包括使 来自发酵罐的羧酸铵盐与高分子量胺反应来生成羧酸胺盐，和热裂解所述羧酸胺盐 生成羧酸。在另一实施方式中，来自发酵罐的羧酸铵盐可以与低分子量胺反应生成 低分子量羧酸胺盐。然后所述低分子量羧酸胺盐中的低分子量胺可以与高分子量胺 交换形成高分子量羧酸胺盐，然后热裂解所述羧酸胺盐生成羧酸。又一实施方式中， 来自发酵罐的羧酸铵盐可以与高分子量醇反应生成高分子量酯，可以氢化所述高分 子量酯生成醇。 一具体实施方式
中，在发酵罐中使用碳酸铵或碳酸氢铵能够改变生 成羧酸、酯和醇的下游处理方法。而且，本发明具体实施方式
可以简化从发酵液中 回收羧酸和/或醇。图1显示了根据本发明具体实施方式
的发酵系统100。发酵系统100是一种可 用来由生物质生成羧酸的发酵系统。大体上，发酵系统100包括一个或多个发酵罐 102、脱水系统106、反应器108、蒸馏塔110和填料塔112。尽管根据本发明的讲述 可以采用任何数量的合适的发酵罐几何结构和排列，然而如图l所示，发酵系统IOO包括4个逆流发酵罐102a-d。这4个发酵罐102a-d包括逆流发酵罐系统，其中新鲜 生物质加到发酵罐102a顶部，新鲜水加到发酵罐102d底部，所述生物质和水以相 反方向流过发酵罐102。例如，未消化残渣从发酵罐102a底部运送到发酵罐102b， 未消化残渣从发酵罐102b底部运送到发酵罐102c，未消化残渣从发酵罐102c底部 运送到发酵罐102d和未消化残渣从发酵罐102d底部从发酵系统排出并丢弃。同时， 将来自发酵罐102d的液体送到发酵罐102c，将来自发酵罐102c的液体送到发酵罐 102b，将来自发酵罐102b的液体送到发酵罐102a，最终从发酵罐102a收集发酵液。
具体实施方式
中，可以使用螺旋压机(未显示)或其它合适的脱水设备来降低在 各发酵罐102间传送的固体中的液体含量。而且，可以给每个发酵罐102装配通过 固体物质的循环回路来帮助分配甲烷抑制剂，例如三碘甲烷、三溴甲烷和溴代乙磺 酸，和/或缓冲液例如碳酸氢铵或碳酸铵。在具体实施方式
中，由于铵离子已经是非 常有效的甲烷微生物的抑制剂，因此可以任选加入甲烷抑制剂。在发酵罐102内部，产酸微生物的混合培养物能促进生物质的发酵。尽管根据 本发明讲述可以采用各种合适的微生物，具体实施方式
中还是利用了适应高盐环境 的微生物，例如来自海洋环境或盐湖的接种菌。其它实施方式可以采用来自土壤或 牛瘤胃的微生物。这些微生物可以在相当大pH范围内存活(例如，5.0-8.0);然而， 在具体实施方式
中，当pH接近中性(即6.5-7.5)时发酵最有效。因此，可以用任何 适当的方式控制发酵罐102内部温度和pH。例如，在具体实施方式
中，可以通过调 节循环液体的温度来控制发酵罐102内部的温度。可以通过加入缓冲液的速率来调 节发酵罐102内部的pH。本发明具体实施方式
中，该缓冲液可以包含碳酸铵或碳酸 氢铵。将从发酵罐102中收集的发酵液进一步进行下游处理。
具体实施方式
中，该发 酵液可能含有下游处理步骤不希望有的浮渣。因此，具体实施方式
中可能采用各种 方法来除去浮渣。例如，具体实施方式
中，可以将所述发酵液泵送通过能够让羧酸 铵盐通过而留下浮渣的具有分子量截断功能的超滤器104。其它实施方式中，可以将 促凝剂和絮凝剂，例如那些用来使从甘蔗中提取的糖汁澄清的物质，加入发酵液来 形成可以通过过滤除去的沉淀。不考虑除去发酵液中浮渣的方式(如果有的话)，将来自发酵罐102的发酵液通 到脱水系统106，以除去发酵液中的水而形成接近饱和(即约50%)的羧酸铵盐溶液。 尽管根据本发明的讲述可以采用各种脱水系统，图1显示的脱水系统106是蒸汽压 缩系统。该系统106中，将来自浓縮盐溶液的蒸汽进行压縮，使它们在热交换器中冷凝。冷凝器内的冷凝热再为蒸煮器中的蒸发提供热量。用这种方式，热在该系统 中循环。只需要给压縮器提供小量轴功就能驱动该系统。将来自脱水系统106的浓縮羧酸铵盐送到加热的、均匀混合的反应器108中， 往溶液中加入高分子量("HMW")胺使它反应形成HMW-羧酸胺盐。
具体实施方式
中，所 加入的HMW胺包括三辛胺。其它实施方式中，三乙醇胺可以与HMW羧酸反应制备相 应的酯。
具体实施方式
中还可以加入表面活性剂来促进胺相和水相之间的接触。加热反应器108从所述溶液中馏出水和氨，所述水和氨被HMW胺取代形成HMW 羧酸胺盐。将来自反应器108的氨和水送到填料塔112，使它们在填料塔中与来自发 酵罐102的二氧化碳反应，根据塔所保持的pH值，形成碳酸氢铵或碳酸铵。然后可 以将所述碳酸氢铵或碳酸铵用作发酵罐102中的缓冲液。在具体实施方式
中，在将 该碳酸氢铵或碳酸铵送到发酵罐102之前可以先浓縮来帮助减少送到的水加入量。将来自反应器108的所述HMW羧酸胺盐送到反应蒸馏塔110中，使它们在那里 热裂解生成从塔110顶部排出的羧酸，和从塔110底部排出并再循环进入反应器108 中的HMW胺。在l个大气压下，典型的裂解温度根据羧酸的分子量约为150-20(TC。 酸的分子量越高，发生热裂解所需的温度越高。然后可以收集从塔110排出的羧酸。发酵系统100所采用的更易理解的方法请参阅图2，该图显示了利用与图1所 示相同的设备从生物质制备羧酸的方法的流程图200。流程图200从步骤202开始。 步骤204中，将生物质发酵生成二氧化碳和含有羧酸铵盐的发酵液。大体上，该步 骤采用多个逆流发酵罐使用碳酸铵或碳酸氢铵缓冲液来进行。然后在步骤206中除 去用多个发酵罐生成的所述发酵液中的浮渣。在本发明具体实施方式
中，该步骤可 以通过采用滤出浮渣的超滤器或能使浮渣形成沉淀然后可以滤出的促凝剂或絮凝剂 来进行。步骤208中，然后用脱水系统，例如蒸汽压縮系统来浓縮所述去除浮渣的发酵 液。所述脱水系统将发酵液浓縮成接近饱和(即，约50%)的羧酸铵盐溶液。然后在步 骤210中，将该接近饱和的羧酸铵盐与HMW胺在加热的、均匀混合的反应器中反应 来生成羧酸胺盐。作为该方法的一部分，还会生成水和氨。在步骤214中，将该水 和氨与多个发酵罐排出的二氧化碳反应来生成碳酸铵或碳酸氢铵，后者可用于缓冲 多个逆流发酵罐中的发酵反应。然后使步骤210生成的羧酸胺盐在步骤212中在反应蒸馏塔中热裂解生成羧酸 和HMW胺。HMW胺从塔底部排出，可用来在步骤210中与羧酸铵盐反应。另一方面， 所述羧酸从塔顶部排出，并可以收集。在步骤216，流程图200结束。图3显示了依据本发明另一实施方式的发酵系统300。与发酵系统IOO(图l)类 似，发酵系统300可用于由生物质生成羧酸。然而，与仅利用HMW胺的发酵系统IOO 不同，发酵系统300还利用低分子量("LMW")胺，例如三乙胺、甲基二乙胺、二甲基 乙醇胺或乙醇胺来生成羧酸。总体上，发酵系统300包括一个或多个发酵罐302，脱水系统306，蒸馏塔308、 310和312，和填料塔314。尽管根据本发明的讲述可以采用任何数量的合适的发酵 罐几何结构和排列，图3显示了发酵系统300包括4个逆流发酵罐302a-d，其中新 鲜生物质加到发酵罐302a顶部，新鲜水加到发酵罐302d底部。这些发酵罐302可 与上面有关图1所述的发酵罐102的操作类似。将从发酵罐302a收集的发酵液送到下游处理。
具体实施方式
中，该发酵液还可 能含有下游处理步骤中不希望有的浮渣。
具体实施方式
中，可以采用任何合适的方 法除去该浮渣。例如，在具体实施方式
中，可以将所述发酵液泵送通过能够让羧酸 铵盐通过而留下浮渣的具有分子量截断功能的超滤器304。其它实施方式中，可以将 促凝剂和絮凝剂，例如那些用来使从甘蔗提取的糖汁澄清的物质，加入发酵液来形 成可以通过适当过滤除去的沉淀。不考虑除浮渣方式(如果有的话)，将来自发酵罐302的发酵液送到脱水系统 306，以除去发酵液中的水而形成接近饱和(即约50%)的羧酸铵盐溶液。尽管根据本 发明的讲述可以采用各种脱水系统，图3显示的脱水系统306是蒸汽压縮系统。该 蒸汽压縮系统与上面有关图1所述的脱水系统106的操作类似。本方法中将来自脱水系统306的浓縮羧酸铵盐送到蒸馏塔308中，在该塔中加 入LMW胺生成LMW-羧酸胺盐，馏出水和氨。
具体实施方式
中，所加入的LMW胺可以 包括三乙胺、甲基二乙胺、二甲基乙醇胺、乙醇胺或任何其它合适的L丽胺。具体 实施方式中，LMW胺是标准沸点高于约10(TC，这样使所述胺比水更不易挥发的水溶 性胺。而且，具体实施方式
中，L丽可以是叔胺，有助于避免可能形成酰胺。不考虑 所选的LMW胺，塔308顶部带有分凝器，能够将回流液(主要是水)送回塔中防止LMW 胺蒸气损失。将未送回塔308的所述氨和水送入填料塔314，使它们在那里与来自发 酵罐302的二氧化碳反应，取决于塔所保持的pH，形成可用作发酵罐302中的缓冲 液的碳酸氢铵或碳酸铵。
具体实施方式
中，在将所述碳酸氢铵或碳酸铵送到发酵罐 302之前可以先浓縮来帮助减少送到发酵罐的水加入量。将蒸馏塔308底部物质送到蒸馏塔310，使LMW羧酸胺盐中的LMW胺与HMW胺 交换生成HMW羧酸胺盐和L丽胺。所述LMW胺从塔310顶部排出并再循环进塔308。本发明具体实施方式
中，为了避免热裂解或形成酰胺，可以在真空下操作塔308来 降低塔内温度。H丽羧酸胺盐从第二塔底部排出，进入反应蒸馏塔312。在反应蒸馏塔312内，将所述HMW羧酸胺盐热裂解，生成从塔顶部排出的羧酸， 和从塔底部排出并再循环进蒸馏塔310的HMW胺。在1个大气压下，典型的裂解温 度根据羧酸的分子量约为150-20(TC。酸的分子量越高，发生热裂解所需的温度越高。发酵系统300所采用的更易理解的方法请参阅图4，该图显示了利用图3所示 的设备从生物质制备羧酸的方法的流程图400。流程图400从步骤402开始。步骤 404中，将生物质发酵生成二氧化碳和含有羧酸铵盐的发酵液。大体上，采用多个逆 流发酵罐使用碳酸铵或碳酸氢铵缓冲液来进行。然后在步骤406中除去用多个发酵 罐生成的所述发酵液中的浮渣。在本发明具体实施方式
中，该步骤可以通过采用滤 出浮渣的超滤器，或能使浮渣形成沉淀然后可以滤出的促凝剂或絮凝剂来进行。步骤408中，然后利用脱水系统，例如蒸汽压縮系统来浓缩所述去除浮渣的发 酵液。所述脱水系统将发酵液浓縮成接近饱和(即，约50%)的羧酸铵盐溶液。然后在 步骤410中，将该接近饱和的羧酸铵盐溶液与LMW胺反应生成LMW羧酸胺盐。作为 该方法的一部分，还会排出水和氨。在步骤416中，将该水和氨与来自发酵罐的二 氧化碳反应生成碳酸铵或碳酸氢铵，后者可用于缓冲发酵罐中的发酵反应。然后使来自步骤410的LMW羧酸胺盐中的LMW胺在步骤412中与HMW胺交换生 成HMW羧酸胺盐和LMW胺。然后在步骤410中将所述L丽胺用于生成更多LMW羧酸 胺盐。然后使所述HMW羧酸胺盐在反应蒸馏塔中热裂解生成羧酸和HMW胺。腿W胺从 塔底部排出，可用来在步骤412中与LMW羧酸胺盐反应。所述羧酸从塔顶部排出， 并可以收集。在步骤418，流程图400结束。与将生物质转化成羧酸的系统IOO(图l)和300(图3)不同，可以采用本发明其 它实施方式来将生物质转化成醇。图5显示了按照该一实施方式的发酵系统500。如 图5所示，发酵系统500包括一个或多个发酵罐502，脱水系统，蒸馏塔508和512， 氢化反应器510和填料塔514。尽管根据本发明的讲述可以采用任何数量的合适的发酵罐几何结构和排列，图 5显示了发酵系统500包括4个逆流发酵罐502a-d，其中新鲜生物质加到发酵罐502a 顶部，新鲜水加到发酵罐502d底部。最终从发酵罐502a中收集发酵液。这些发酵 罐502可与上面有关图1和3分别所述的发酵罐102和302的操作类似。将从发酵罐502a收集的发酵液送到下游处理。
具体实施方式
中，该发酵液还可 能含有下游处理步骤中不希望有的浮渣。
具体实施方式
中，可以采用任何合适的方法除去该浮渣。例如，在具体实施方式
中，可以将所述发酵液泵送通过能够让羧酸铵盐通过而留下浮渣的具有分子量截断功能的超滤器504。其它实施方式中，可以将促凝剂和絮凝剂，例如那些用来使从甘蔗提取的糖汁澄清的物质，加入发酵液来形 成可以通过过滤除去的沉淀。将来自发酵罐502的去浮渣发酵液通到脱水系统506，以除去发酵液中的水而 形成接近饱和(即约50%)的羧酸铵盐溶液。尽管根据本发明的讲述可以采用各种脱水 系统，图5显示的脱水系统506是与上面有关图1和3所述的蒸汽压縮系统的操作 类似的蒸汽压縮系统。将来自脱水系统506的浓縮羧酸铵盐送到反应蒸馏塔508中与具有4个或更多 碳原子的HMW醇混合。在反应蒸馏塔508中，所述羧酸铵盐与醇反应形成留在塔底 部的HMW酯。通常，该反应在碱性条件下进行。回流有助于减少HMW醇和HMW酯从 塔顶部损失。将从塔508顶部排出的水和氨送到填料塔514，使它们在那里与来自发 酵罐502的二氧化碳反应，根据塔所保持的pH，形成碳酸氢铵或碳酸铵，用于缓冲 发酵罐502中的溶液。将从反应蒸馏塔508底部排出的HMW酯送到氢化反应器510， 使它们在那里转化成LMW醇和HMW醇。为了加快氢化，本发明具体实施方式
可以使 用合适的催化剂，例如拉尼镍、铂或钯。将这些醇送到蒸馏塔512分离。LMW醇从蒸 馏塔512顶部排出，可以在那里收集，而HMW醇从塔512底部排出，并再循环进反 应蒸馏塔508。发酵系统500所采用的更易理解的方法请参阅图6，该图显示了利用图5所示 的设备从生物质制备羧酸的方法的流程图600。流程图600从步骤602开始。步骤 604中，将生物质发酵生成二氧化碳和含有羧酸铵盐的发酵液。大体上，采用多个逆 流发酵罐使用碳酸铵或碳酸氢铵缓冲液来进行。然后在步骤606中除去用多个发酵 罐生成的所述发酵液中的浮渣。在本发明具体实施方式
中，该步骤可以通过采用滤 出浮渣的超滤器或能使浮渣形成沉淀然后可以滤出的促凝剂或絮凝剂来进行。步骤608中，然后利用脱水系统，例如蒸汽压縮系统来浓縮所述去除浮渣的发 酵液。所述脱水系统将发酵液浓縮成接近饱和(S卩，约50%)的羧酸铵盐溶液。然后在 步骤610中，将该接近饱和的羧酸铵盐溶液与HMW醇反应生成HMW酯。作为该方法 的一部分，还会排出水和氨。在步骤616中，将该水和氨与来自发酵罐的二氧化碳 反应生成碳酸铵或碳酸氢铵，后者可用于缓冲发酵罐中的发酵反应。然后使来自步骤610的HMW醇在步骤612中氢化生成HMW醇和LMW醇。然后在 步骤614中将这些醇在蒸馏塔中分离。HMW醇从塔底部排出，可用来在步骤610中与羧酸铵盐反应。所述LMW醇从塔顶部排出，并可以收集。在步骤618，流程图600结 束。通过用碳酸铵或碳酸氢铵缓冲所述发酵反应，具体实施方式
能够提供明显优于 其它系统的益处。例如，如果将氨直接加入发酵罐，发酵罐内pH会变得太高而破坏 用来发酵生物质的微生物。另外，采用碳酸铵或碳酸氢铵缓冲液，相比钙盐会聚集 在热交换器或其它设备表面的钙基缓冲液系统，能够简化发酵液的下游处理。尽管已经在附图和上述具体描述中说明了本发明方法和设备的具体实施方式
， 应该理解本发明并不限于所公开的实施方式，在不偏离由以下权利要求书所提出和限定的本发明精神的前提下能够有许多重新排列、变化和替代。
权利要求
1.一种将生物质转化成羧酸的方法，包括在一个或多个发酵罐中使生物质发酵生成含有羧酸铵盐的发酵液；使所述羧酸铵盐与高分子量胺反应生成羧酸胺盐；和热裂解所述羧酸胺盐生成羧酸；其中所述发酵罐含有选自碳酸铵和碳酸氢铵的缓冲液。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个发酵罐包括多个逆 流发酵罐。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括通过使二氧化碳与在羧酸铵盐与高分子量 胺反应期间释放的水和氨反应来生成缓冲液。
4. 如权利要求1所述的方法，还包括在羧酸铵盐与高分子量胺反应前先浓缩发 酵液来浓縮羧酸铵盐。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括对发酵液去除浮渣。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵罐含有产酸微生物的混合 培养物。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微生物适应于高盐环境。
8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微生物是天然接种菌。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微生物来自土壤或牛瘤胃。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵罐的pH保持在约6. 5-7. 5。
11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述发酵罐含有甲烷抑制剂。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述甲垸抑制剂是三碘甲垸、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三乙 醇胺。
14. 一种将生物质转化成羧酸的系统，包括 能够用生物质生成含有羧酸铵盐的发酵液的一个或多个发酵罐； 能够使羧酸铵盐与高分子量胺反应生成羧酸胺盐的反应器；和 能够热裂解羧酸胺盐生成羧酸的反应蒸馏塔；其中所述发酵罐含有选自碳酸铵和碳酸氢铵的缓冲液。
15. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述一个或多个发酵罐包括多个逆流发酵罐。
16. 如权利要求14所述的系统，还包括能够在羧酸铵盐与高分子量胺反应前先浓縮羧酸铵盐的脱水系统。
17. 如权利要求14所述的系统，还包括能够使二氧化碳与反应器中释放的水和 氨反应生成缓冲液的填料塔。
18. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述发酵罐含有产酸微生物的混 合培养物。
19. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微生物适应于高盐环境。
20. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微生物是天然接种菌。
21. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微生物来自土壤或牛瘤胃。
22. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括能够去除用发酵罐生成的 发酵液的浮渣的去浮渣系统。
23. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述发酵罐的pH保持在约6. 5-7. 5。
24. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述发酵罐含有甲垸抑制剂。
25. 如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述甲垸抑制剂是三碘甲烷、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
26. 如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三 乙醇胺。
27. —种将生物质转化成羧酸的方法，包括在一个或多个发酵罐中使生物质发酵生成含有羧酸铵盐的发酵液； 使所述羧酸铵盐与低分子量胺反应生成低分子量羧酸胺盐； 使低分子量羧酸胺盐中的低分子量胺与高分子量胺交换形成高分子量羧酸胺 盐；和热裂解所述高分子量羧酸胺盐生成羧酸； 其中所述发酵罐含有选自碳酸铵和碳酸氢铵的缓冲液。
28. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述一个或多个发酵罐包括多个 逆流发酵罐。
29. 如权利要求27所述的方法，还包括通过使二氧化碳与在羧酸铵盐与低分子 量胺反应期间释放的水和氨反应来生成缓冲液。
30. 如权利要求27所述的方法，还包括在羧酸铵盐与低分子量胺反应前先浓縮发酵液来浓缩羧酸铵盐。
31. 如权利要求27所述的方法，还包括对发酵液去除浮渣。
32. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述发酵罐含有产酸微生物的混 合培养物。
33. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述微生物适应于高盐环境。
34. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述微生物是天然接种菌。
35. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述微生物来自土壤或牛瘤胃。
36. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述发酵罐的pH保持在约6. 5-7. 5。
37. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述发酵罐含有甲垸抑制剂。
38. 如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述甲垸抑制剂是三碘甲烷、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
39. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三 乙醇胺。
40. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺是叔胺。
41. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺是水溶性的。
42. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺的标准沸点高于 约IO(TC。
43. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述低分子量胺是三乙胺、甲基 二乙胺、二甲基乙醇胺或乙醇胺。
44. 一种将生物质转化成羧酸的系统，包括 能够用生物质生成含有羧酸铵盐的发酵液的一个或多个发酵罐； 能够使羧酸铵盐与低分子量胺反应生成低分子量羧酸胺盐的蒸馏塔； 能够将低分子量羧酸胺盐中的低分子量胺与高分子量胺交换来生成高分子量羧酸胺盐的蒸馏塔；和能够热裂解高分子量羧酸胺盐生成羧酸的反应蒸馏塔； 其中所述发酵罐含有选自碳酸铵和碳酸氢铵的缓冲液。
45. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述一个或多个发酵罐包括多个 逆流发酵罐。
46. 如权利要求44所述的系统，还包括能够去除用发酵罐生成的发酵液的浮渣 的去浮渣系统。
47. 如权利要求44所述的系统，还包括能够在羧酸铵盐与低分子量胺反应前先浓縮羧酸铵盐的脱水系统。
48. 如权利要求44所述的系统，还包括能够使二氧化碳与反应器中释放的水和氨反应生成缓冲液的填料塔。
49. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述发酵罐含有产酸微生物的混 合培养物。
50. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述微生物适应于高盐环境。
51.如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述微生物是天然接种菌。
52. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述微生物来自土壤或牛瘤胃。
53. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述发酵罐的pH保持在约6. 5-7.5。
54. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述发酵罐含有甲垸抑制剂。
55. 如权利要求54所述的方法，其特征在于，所述甲烷抑制剂是三碘甲烷、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
56. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述高分子量胺包括三辛胺或三 乙醇胺。
57. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述低分子量胺是叔胺。
58. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述低分子量胺是水溶性的。
59. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述低分子量胺的标准沸点高于 约100°C。
60. 如权利要求44所述的系统，其特征在于，所述低分子量胺是三乙胺、甲基 二乙胺、二甲基乙醇胺或乙醇胺。
61. —种将生物质转化成醇的方法，包括在一个或多个发酵罐中使生物质发酵生成含有羧酸铵盐的发酵液； 使所述羧酸铵盐与高分子量醇反应生成高分子量酯；和 氢化所述高分子量酯生成醇；其中所述发酵罐含有选自碳酸铵和碳酸氢铵的缓冲液。
62. 如权利要求61所述的方法，其特征在于，所述一个或多个发酵罐包括多个 逆流发酵罐。
63. 如权利要求61所述的方法，还包括将醇分离成低分子量醇和高分子量醇。
64. 如权利要求62所述的方法，其特征在于，所述高分子量醇含有至少4个碳 原子。
65. 如权利要求61所述的方法，其特征在于，所述发酵罐含有产酸微生物的混合培养物。
66. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，所述微生物适应于高盐环境。
67. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，所述微生物是天然接种菌。
68. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，所述微生物来自土壤或牛瘤胃。
69. 如权利要求61所述的方法，还包括通过使二氧化碳与在羧酸铵盐和高分子 量醇反应期间释放的水和氨反应来生成缓冲液。
70. 如权利要求61所述的方法，，还包括在羧酸铵盐与高分子量醇反应前先浓縮 发酵液来浓縮羧酸铵盐。
71. 如权利要求61所述的方法，还包括对发酵液去除浮渣。
72. 如权利要求61所述的方法，还包括使所述发酵罐的pH保持在约6. 5-7. 5。
73. 如权利要求61所述的方法，其特征在于，所述发酵罐含有甲烷抑制剂。
74. 如权利要求73所述的方法，其特征在于，所述甲垸抑制剂是三碘甲垸、三 溴甲烷或溴代乙磺酸。
75. 如权利要求61所述的方法，其特征在于，所述氢化高分子量酯来生成醇包 括使用催化剂。
76. 如权利要求75所述的方法，其特征在于，所述催化剂是拉尼镍、铂或钯。
77. —种将生物质转化成醇的系统，包括能够用生物质生成含有羧酸铵盐的发酵液的一个或多个发酵罐； 能够使羧酸铵盐与高分子量醇反应生成高分子量酯的反应蒸馏塔；和 能够氢化所述高分子量酯生成醇的氢化反应器； 其中所述发酵罐含有选自碳酸铵和碳酸氢铵的缓冲液。
78. 如权利要求77所述的系统 逆流发酵罐。
79. 如权利要求77所述的系统 醇的蒸馏塔。
80. 如权利要求77所述的系统 浓縮羧酸铵盐的脱水系统。
81. 如权利要求77所述的系统 水和氨反应来生成缓冲液的填料塔。
82. 如权利要求77所述的系统 合培养物。，其特征在于，所述一个或多个发酵罐包括多个 ，还包括能够将醇分离成低分子量醇和高分子量 ，还包括能够在羧酸铵盐与高分子量醇反应前先 ，还包括能够使二氧化碳与反应蒸馏塔中释放的 ，其特征在于，所述发酵罐含有产酸微生物的混
83. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述微生物适应于高盐环境。
84. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述微生物是天然接种菌。
85. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述微生物来自土壤或牛瘤胃。
86. 如权利要求77所述的系统，还包括能够去除用发酵罐生成的发酵液的浮渣 的去浮渣系统。
87. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述发酵罐的pH保持在约6. 5-7. 5。
88. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述发酵罐含有甲烷抑制剂。
89. 如权利要求88所述的系统，其特征在于，所述甲烷抑制剂是三碘甲烷、三 溴甲垸或溴代乙磺酸。
90. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述高分子量醇含有至少4个碳 原子。
91. 如权利要求77所述的系统，其特征在于，所述氢化反应器使用催化剂。
92. 如权利要求91所述的系统，其特征在于，所述催化剂是拉尼镍、钼或钯。
全文摘要
根据本发明的讲述，提供了将生物质转化成有用的化学物质的系统和方法。
具体实施方式
中，本方法包括使生物质在一个或多个发酵罐中发酵生成含有羧酸铵盐的发酵液，所述发酵罐含有碳酸铵或碳酸氢铵的缓冲液。所述方法还包括使来自发酵罐的羧酸铵盐与高分子量胺反应来生成羧酸胺盐，和热裂解所述羧酸胺盐生成羧酸。在另一实施方式中，来自发酵罐的羧酸铵盐与低分子量胺反应生成低分子量羧酸胺盐，然后将低分子量羧酸胺盐中的低分子量胺与高分子量胺交换形成高分子量羧酸胺盐，然后热裂解生成羧酸。又一实施方式中，来自发酵罐的羧酸铵盐与高分子量醇反应生成高分子量酯，氢化所述高分子量酯生成醇。
文档编号C12P7/02GK101223278SQ200680025774
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月12日 优先权日2005年7月12日
发明者C·B·格兰达, F·K·阿戈波戈布, M·T·霍尔兹阿普, R·R·戴维森, Z·傅 申请人:得克萨斯A&M大学系统