用於乙醇生產的中間產物製備方法以及得到的中間產物的製作方法

2023-04-27 04:55:06

專利名稱：用於乙醇生產的中間產物製備方法以及得到的中間產物的製作方法
用於乙醇生產的的中間產物製備方法以及得到的中間產物本發明涉及利用木質纖維素原料製備用於乙醇生產的中間產物的方法。本發明還涉及通過該方法得到的中間產物以及其用於生產乙醇的用途。多年來，為了用可更新的能量代替礦物能源進行過大量的研究。探討主要指向新碳氫燃料的製造農業碳氫燃料或生態碳氫燃料。生態碳氫燃料是一種用可再生非化石的有機材料生產的碳氫燃料。存在不同的技術生產生態碳氫燃料，特別是由來自動物或植物的天然原料、或來自工業或團體的廢料生產油、醇或氣態碳氫燃料。目前，從來自穀物、小麥或玉米或甜菜的糖發酵開始，開發了大量乙醇形式的農業碳氫燃料。但是，這些農業碳氫燃料的開發同時在產量方面存在嚴重的缺陷，特別是其陷入了與食用農作物和生態系統的直接競爭。另外，與碳氫燃料的非常巨大的消耗量相比，原料的生產能力是有限的。推算通過該途徑平均僅能滿足10%的需求。相反，可用的木質纖維素化合物的量很大，具有達到碳氫燃料需求量的40%的潛力。這些木質纖維素化合物特別包括木材、秸稈、來自農作物的具有很高幹物質比率的植物、農業聯產品、收集的植物廢料和工業或團體的廢棄物。木質纖維素生物原料主要由纖維素多糖和半纖維素多糖組成，通過共價鍵和氫鍵強烈連接成木質素網狀組織。用木質纖維素化合物生產乙醇是通過將纖維素水解成葡萄糖分子，單糖隨後用糖酵解法發酵成乙醇。為了易於得到纖維素，該方法需要預處理，以便使酶水解容易進行。在公知的方法中，為了水解半纖維素和易於得到纖維素，用化學方法對木質纖維素生物材料進行預處理。通常涉及通過在熱的鹼性介質中水解生物材料的預處理以便溶解半纖維素和部分木質素，或者通過在熱的弱酸性介質中水解預處理以便水解半纖維素。然而，這些公知的預處理方法滿足不了產量的要求，並且需要用濃縮產品。這就是為什麼本發明的目的是解決現有技術的缺陷，提供一種經濟有效的方法預處理木質纖維素生物材料以便將其轉化成乙醇。為此，本發明的目的是一種用木質纖維素原料製備用於乙醇生產的中間產物的方法，其特徵在於在溫度為60°C -180°C並且有一定量水存在下在擠壓機中將所述原料進行分離纖維，所述水量為所述原料質量的200% -450%。優選根據本發明的方法包括在溫度為60°C -180°C,在所述原料質量的 200% -450%的水量和相對於水量濃度不高-即，濃度為水體積的0. 5% -4% -的強酸或強鹼存在下，在擠壓機中將木質纖維素原料分離纖維。本發明還涉及通過實施該方法得到的中間產物。本發明意義上的中間產物是指分離纖維以後得到的生物材料。根據本發明的方法可以有利地得到中間產物，其能夠使纖維素酶水解的產量提高 8倍，從而提高乙醇的生產產量。
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現在詳細描述本發明。本發明的主題是一種預處理木質纖維素生物材料生產中間產物的方法，所述中間產物用於轉化為乙醇。本發明意義上的木質纖維素原料或木質纖維素生物材料是指所有木質纖維素化合物，特別是-貴族植物纖維，例如大麻或亞麻，-能量農作物，例如miscanthus、panic6rig6、柳樹、楊樹，-農業聯產品，例如所有類型的秸稈(穀物的、油料作物的，等等)、葡萄嫩枝、籽殼、向日葵的頭狀花序，玉米棒芯，-森林聯產品，例如碎木材，-木材工業的相關產品，例如鋸末或樹皮，-工業廢棄物，例如紡棉、紙、壽終正寢的產品(板、鐵路枕木等)或壓縮木料板的邊角料。根據本發明的方法包括在擠壓機中將原料或木質纖維素生物材料脫(分離)纖維，溫度為60°C _180°C，有所述原料質量的200% -450%的水量存在。優選木質纖維素原料還在強酸或強鹼存在下分離纖維，強酸或強鹼的濃度相對於水體積為0. 5% -4%。擠壓機是主要由一個或多個螺杆組成，螺杆按照規定速度在溫度可調的圓筒形套筒中不停轉動。優選根據本發明的方法使用單螺杆或雙螺杆擠壓機。雙螺杆擠壓機是由兩個螺杆和一個包圍這兩個螺杆的套筒組成的擠壓機，兩個螺杆配合工作，按相同方向轉動。所述兩個螺杆是相同的，由包括材料供應元件的組件構成， 裝備有開在螺紋中的窗口或切口。有利地，擠壓機僅用一個步驟就能實現一個或多個操作，特別是通過加壓和剪切的結合進行木質纖維素生物原料的分離纖維，其可將纖維分離，從木質素網狀組織中釋放纖維素，並增溶半纖維素。根據本發明，擠壓機的溫度為60°C -180°C,優選為90°C _120°C，最優選 IOO0C -110°c。此外，在擠壓機中所用水量是所述木質纖維素原料質量的200% -450%，優選為 300% -450%，最優選為所述木質纖維素原料質量的300% -400%。同樣，強酸或強鹼的用量相對於水體積為0. 5% _4%，優選0. 5% -1. 5%，最優選 0.8^-1.2 ^例如可以是鹽酸、硫酸或氫氧化鈉。強酸可以是無機酸或有機酸。這些特定參數(溫度、水量和/或強酸或強鹼的用量)的結合可以獲得比例特別高的、能夠被水解的木質纖維素中間產物。根據本發明的一個特別適合的方法的實例包括如下步驟-將木質纖維素原料混合到水中，水量為該木質纖維素原料質量的200%，優選存在濃度相對於水量為的強酸(硫酸H2S04)或強鹼(氫氧化鈉NaOH)，-將該混合物引入溫度為60°C-180°C的擠壓機中分離纖維，-在擠壓期間，在擠壓機的套筒中添加水，水量為所述木質纖維素原料質量的0% -200%。通過改變溫度、水量參數以及存在或不存在強酸或強鹼實施本方法來進行試驗。然後將得到的2克中間產物水解，每5mL纖維素酶(Trichoderma longibrachiatum)為 50mL，pH 值為 5，溫度為 50°C。得到的結果如下表所示
權利要求
1.一種利用木質纖維素原料製備中間產物的方法，所述中間產物用於生產乙醇，其特徵在於在溫度為60°c -180°c並且有一定量水存在下在擠壓機中將所述原料分離纖維，所述水量為所述原料質量的200% -450%。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於在溫度為60°C-180°C並且有所述原料質量的 200% -450%量的水以及有濃度相對於水體積為0. 5% -4%的強酸或強鹼存在下在擠壓機中將所述原料分離纖維。
3.根據權利要求2的方法，其特徵在於強酸或強鹼的濃度相對於水體積為 0. 5% -1. 5%。
4.根據上述任一權利要求的方法，其特徵在於溫度為90°C-120°C。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於溫度為100°C-110°C。
6.根據上述任一權利要求的方法，其特徵在於所述水量是所述木質纖維素原料質量的 300% -400%。
7.根據上述任一權利要求的方法，其特徵在於所述木質纖維素原料在雙螺杆擠壓機中進行纖維分離。
8.根據上述任一權利要求的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟-將木質纖維素原料混合到水中，水量為該木質纖維素原料質量的200%，含有相對於水體積為濃度的強酸或強鹼，-將該混合物引入到溫度為105°C的擠壓機中，-在擠壓期間，在擠壓機的套筒中添加水，水量為所述木質纖維素原料質量的 0% -200%。
9.用於乙醇生產的中間產物，可通過權利要求1-8之一的方法獲得。
10.根據權利要求9的中間產物用於乙醇生產的應用。
全文摘要
本發明涉及一種從木質纖維素原料製備中間產物的方法，該中間產物用於乙醇生產，其特徵在於在擠壓機中將所述原料進行纖維分離，擠壓機溫度為60℃-180℃，存在所述原料質量的200％-450％的水並且優選存在濃度不高的強酸或強鹼的。本發明還涉及通過該方法得到的中間產物以及其用於生產乙醇的用途。
文檔編號C12P7/10GK102239262SQ200980148788
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月4日 優先權日2008年12月5日
發明者亞歷山大·白裡安, 弗雷德裡克·巴塔伊, 斯特凡娜·蘇姆, 雅克·巴爾比耶 申請人:普瓦圖-夏朗德瓦拉格羅可再生碳公司