发酵过程的阀、排气口 和/或端口。在本发明方法中，生物催化剂是产生乙醇的微生物。所述微生物可天然产生乙 醇，或被遗传工程化以产生乙醇，或具有改善的乙醇生产。这些微生物中的任一种为产乙醇 物。在一个实施例中，产乙醇物为酵母或细菌。在一个实施例中，酵母为酵母属 (Saccharomyces)。在一个实施例中，细菌为发酵单胞菌属（Zymomonas)或发酵杆菌属 (Zymobacter)〇
[0065] 生物催化剂可工程化以改善在水解产物培养基中的乙醇生产。生物催化剂可工程 化以用于诸如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中的木糖利用，其描述于Matsushika 等人（Appl .Microbiol · Biotechnol · (2009)84:37-53)以及Kuyper等人（FEMS Yeast Res · (2005)5 :399-409)中。生物催化剂可工程化以用于诸如运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis)中的木糖利用，其描述于US 5,514,583、US 5,712，133、US 6,566，107、TO 95/ 28476，Feldmann等人（（1992)Appl Microbiol Biotechnol 38:354-361)，以及Zhang等人 (1995)Science 267 :240-243)中。经工程化以表达木糖利用代谢途径的菌株的示例包括 CP4(pZB5)(US 5514583)、ATCC31821/pZB5(US 6566107)、8b(US 20030162271;Mohagheghi 等人，（2004沖丨(^6(*11〇1丄6?.25;321-325)和21658(411'〇：#?了4-7858)。生物催化剂可工 程化以用于阿拉伯糖利用，如描述于US 5,843,760和US 2011/0143408中，其以引用方式并 入本文。可在发酵单胞菌属中工程化的附加改性的示例包括减少内源性himA基因的表达， 如US 7,897,396中所述，其以引用方式并入本文；减少葡萄糖-果糖氧化还原酶(GF0R)活 性，如US7，741，119中所述，其以引用方式并入本文;增加核糖-5-磷酸异构酶(RPI)活性，如 共同拥有和共同未决的US 20120156746中所公开的，其以引用方式并入本文;使用突变体， 高活性的启动子的作为木糖利用代谢途径的一部分表达木糖异构酶，如US 7,989,206和US 7,998,722中所公开的，其以引用方式并入本文;组I木糖异构酶的表达，如共同拥有和共同 未决的US 2011-0318801中所公开的，其以引用方式并入本文；以及调节在包含乙醇和乙酸 氨的应力培养物中生长的菌株，如US 2011-0014670中所公开的，以引用方式并入本文。 [0066]发酵在适用于所用的特定生物催化剂的条件下进行。可对条件，诸如pH、温度、氧 含量和搅拌进行调节。酵母和细菌生物催化剂的发酵条件是本领域所熟知的。
[0067] 此外，糖化和发酵可在相同的容器中同时进行，这被称为同时糖化和发酵(SSF)。 此外，局部糖化可在被称为HSF(混合糖化和发酵）的过程中的并发糖化和发酵的时间段之 前进行。
[0068] 就大规模发酵而言，通常使生物催化剂的较小培养物首先生长，其被称为种子培 养物。种子培养物通常以最终体积的约2%至约20%范围作为种菌加入发酵培养基中。 [0069]通常利用生物催化剂的发酵产生包含约6%至约10%的乙醇的发酵醪。所述发酵 醪可包含约7 %至约9%的乙醇。此外，发酵醪包含来自水解产物培养基和水解产物培养基 中糖的生物催化代谢的水、溶质和固体。具体地，发酵醪包含乙醛，所述乙醛的含量高于存 在于由谷物发酵产生的发酵醪中的那些。此外，当在糖化产生的水解产物用于发酵培养基 中之前，将氨用于生物质的预处理时，氨存在于发酵醪中。这些杂质具有高挥发性并且将在 蒸馏期间与乙醇产物共纯化。
[0070] 乙醇纯化
[0071 ]使包含乙醇、水、溶质和固体的由生物质水解产物发酵产生的发酵醪传送到醪塔 中，其中使富乙醇蒸气料流与包含溶质和固体的水料流(也被称为全釜馏物)分离。通常使 用压滤机、离心或其它固体分离方法将固体与醪塔水料流分离。包含溶质的剩余的水(也称 为稀釜馏物)通过蒸发序列以产生包含低挥发性溶质的糖浆和包含高挥发性溶质的水蒸 气，所述水蒸气可冷凝并进一步处理以除去杂质，然后再循环。处理可使用厌氧消化池。使 用厌氧消化池是本领域技术人员所熟知用于有机物质的细菌水解的，并且通常生产甲烷和 二氧化碳。该生物气可直接用作燃料，或升级至较高质量的生物甲烷燃料。蒸发序列在下文 进一步描述。
[0072]醪塔富乙醇蒸气料流通常为按体积计约30 %至55 %的乙醇。使富乙醇蒸气料流冷 凝并传送到精馏塔中，其中产生进一步的富乙醇精馏塔蒸气料流，以及贫乙醇水料流。该进 一步的富乙醇精馏塔蒸气料流通常为按体积计约90 %至95 %的乙醇，其接近乙醇/水共沸 物(按重量计，95.63%的乙醇和4.37%水）。使该料流过热并传送到分子筛中以进一步除水 从而产生分子筛乙醇产物，其是进一步纯化的乙醇产物。该乙醇产物为按体积计约99%的 乙醇。
[0073]在谷物乙醇方法中冷凝的分子筛乙醇产物通常为最终乙醇产物。在纤维素乙醇方 法中，对应的分子筛乙醇产物包含不存在于谷物乙醇产物中的一定含量的杂质，该纤维素 乙醇方法使生物质水解产物发酵。这些杂质的管理需要在纤维素乙醇方法中解决。具体地， 申请人已经测量了得自水解产物发酵方法的分子筛乙醇产物中的乙醛，并发现含量比通常 存在于谷物乙醇分子筛乙醇产物中的高200至500ppm。
[0074]为减少最终乙醇产品中乙醛的量，可使分子筛乙醇产物通过产物蒸馏塔。在该塔 中进行蒸馏，使得乙醛、氨和二氧化碳在塔顶浓缩，并且塔底料流是最终乙醇产物。蒸馏塔 的操作压力可与分子筛单元的操作压力有关，使得材料通过压力差流到塔中。操作压力还 可足够高使得回流可通过使用将冷却水用于热移除的冷凝器返回到塔中，使得塔顶具有最 小的乙醇损失。塔顶乙醇组合物可以为小于50 %，小于30 %或优选地小于15%的乙醇。在使 其通过产物蒸馏塔之前，分子筛乙醇产物流可通过冷凝器或分凝器。
[0075]来自产物蒸馏塔的乙醇产物是最终乙醇产物。与分子筛乙醇产物相比，该产物包 含含量降低的乙醛。通常，最终乙醇产物包含小于约800ppm的乙醛。最终乙醇产物可包含小 于80(^口111、70(^口111、60(^口111、50(^口111、40(^口111、或30(^口1]1的乙醛。此外，与分子筛乙醇产物相 比，最终乙醇产物通常包含含量降低的其它杂质，诸如二氧化碳和氨。通常最终乙醇产物包 含小于约1 Oppm的C〇2，和小于约1 ppm的氨。
[0076]杂质流从产物蒸馏塔中产生。处理该料流以免释放乙醛和其他杂质到大气环境 中。该料流可通过本领域技术人员已知的用于除去杂质的任何方法来处理，所述杂质诸如 乙醛、c〇2、和/或氨。在各种实施例中，在锅炉、催化转换器、催化氧化器、热氧化器、或以这 些单元的任何组合来处理产物蒸馏塔杂质流。
[0077] 精馏和洗涤水再循环
[0078]在包括从分子筛乙醇产物中除去杂质的产物蒸馏塔的情况下，可通过精馏塔处理 增加负荷的乙醛和其它杂质但不影响最终乙醇产物。包含乙醛和其它杂质的水料流由使来 自发酵排出料流的蒸气通过洗涤器来获得。来自发酵蒸气洗涤器的洗涤水料流可传送到精 馏塔中。该料流包含来自发酵罐的乙醛和二氧化碳，以及一些乙醇。此外，如果在制备用于 发酵培养基的水解产物期间用氨预处理生物质，则该料流包含氨。该洗涤水料流从醪塔于 进料下方进入精馏塔，因为其相比于醪塔塔顶具有含量降低的乙醇，但在精馏塔上部足够 高以有利于从精馏塔的底部除去氨、二氧化碳和乙醛。
[0079] 此外，不同于如通常在谷物乙醇方法中那样在发酵蒸气洗涤器中使用新鲜的补充 水，在纤维素乙醇方法的这个方面中可通过在发酵蒸气洗涤器中使用来自精馏塔的贫乙醇 水来减少新鲜水的使用。贫乙醇精馏塔水料流的至少一部分可传送到发酵蒸气洗涤器中。 因此，贫乙醇精馏塔水和发酵蒸气洗涤器水可用于精馏塔和发酵蒸气洗涤器之间的水再循 环回路中。这些过程用水可用于再循环回路中但不具有附加的纯化步骤。在发酵蒸气洗涤 器中所需水的温度小于离开精馏塔的水的温度，所以通常热在过程间交换器中在进料到洗 涤器的水和从洗涤器返回至精馏塔的水之间互换，其中进料到洗涤器中的水的最终冷却使 用交换器来完成，其中通用流为冷却水或冷冻水。
[0080] 在该再循环过程中，可对洗涤器使用大量水以确保更有效地截留进入发酵排气蒸 气中的乙醛。二氧化碳的一部分还将被截留在从洗涤器离开的水料流中，而不是如典型的 那样释放到大气环境中。当使用该再循环过程时，更大量的乙醛和二氧化碳将存在于进一 步的富乙醇精馏塔蒸气料流中，其将传送到分子筛中。大部分乙醛和二氧化碳将与产物乙 醇一起通过分子筛。通过产物蒸馏塔从产物中除去乙醛和二氧化碳中的至少一部分，从而 将含量降低至与存在于谷物乙醇产物中的那些相当或更低的含量。产物中的杂质含量通常 如上所述。
[0081 ] 工艺流程图
[0082]图1的示意图示出表示从进料（100)进入发酵罐（101)到生产塔底料流（120)的纤 维素乙醇方法的工艺步骤的示例的流程图，所述塔底料流为来自产物塔（118)的最终乙醇 产物。到发酵罐的进料包括发酵培养基，所述发酵培养基包含纤维素类生物质水解产物和 生物催化剂接种体，其可混合或分别加入发酵罐中。
[0083]参见图1，来自发酵罐（101)的发酵醪流体（102)传送到临时储存容器，醪井（103) 中。发酵中释放的排出气(其主要为二氧化碳(C〇2)形成排出气流（104)，所述排出气流传送 到发酵蒸气洗涤器(也被称为C0 2洗涤器）（105)中，以回收乙醇和乙醛。C02排出料流（106)传 送到大气环境中。醪井中的发酵醪传送到醪塔（107)中，其中在蒸气塔顶产物（108;醪塔富 乙醇蒸气料流）中除去发酵醪中的乙醇与水，其中发酵醪的剩余物形成基本上不含乙醇的 液体和固体流，其被称为全釜馏物(125)。
[0084] 醪塔蒸气塔顶产物流（108)传送到醪塔冷凝器（109)中，从而产生传送到发酵洗涤 器(105)的少量排出料流(132)和液体塔顶料流(110)。所得的醪塔液体塔顶产物冷凝流(醪 塔富乙醇料流）（110)给料于精馏塔（111)。在精馏塔中，存在进一步的蒸馏，并且使精馏塔 塔顶流(进一步的富乙醇精馏塔蒸气料流）（112)过热并传送到分子筛单元（113)以进一步 从乙醇料流中除去水。另外，将从精馏塔的适当位置中获取的包含杂醇油的侧流蒸气产物 流(11