專利名稱：木質(zhì)素的高溫分離方法
木質(zhì)素的高溫分離方法在纖維素和糖從生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其他有機(jī)化合物例如乙醇的過程中，木質(zhì)素的有效去除是重要的。美國專利公布200900381212 Al教導(dǎo)了通過將溶液溫度升高至超過臨界溫度(在此溫度下，木質(zhì)素釋放水)而除去來自造紙廠液體的木質(zhì)素。該專利還教導(dǎo)，在處理過程期間當(dāng)受熱的木質(zhì)素物質(zhì)(mass)達(dá)到分離臨界溫度時(shí)，木質(zhì)素固體因物質(zhì)隨后冷卻而沉淀， 而釋放的水聚積為上清液。雖然該方法對(duì)造紙廠液體可能奏效，但不能通過這種方式分離在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的水解和發(fā)酵過程期間釋放的木質(zhì)素。MM本說明書公開了用于從水性混合物分離木質(zhì)素的方法，其包括以下步驟a)將混合物加熱至超過臨界溫度的溫度和b)在臨界溫度或超過臨界溫度的分離溫度下從混合物分離木質(zhì)素。分離可通過離心、過濾、淘析或其它可接受技術(shù)包括重力來進(jìn)行。還公開的是，混合物可包含能將纖維素轉(zhuǎn)化為糖的酶，并且混合物可來源于生物質(zhì)原料和/或在加熱混合物的步驟之前有對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸汽爆破(steam explosion) 的步驟。進(jìn)行分離的時(shí)間可在生物質(zhì)至少部分已被水解為糖之后、在至少部分水解的生物質(zhì)已被轉(zhuǎn)化為醇之后或在醇與水分離的蒸餾步驟之后。還公開的是，混合物的PH超過3. 5或甚至7. 0。還公開的是，臨界溫度在60°C _98°C的范圍，或該范圍的較低溫度是70°C并且較高溫度是97 °C。艦?zāi)举|(zhì)素是來自生物質(zhì)原料的產(chǎn)物產(chǎn)生后留下的產(chǎn)物。例如在乙醇的生產(chǎn)過程中， 首先可對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)處理——通常用蒸汽爆破，水解為糖——通常在酶存在下，并且隨后使糖發(fā)酵以產(chǎn)生乙醇。通常通過蒸餾除去乙醇，留下水、木質(zhì)素、酵母和其它酶。從溶液中分離木質(zhì)素極其困難。認(rèn)為這是由木質(zhì)素對(duì)水的高吸收性造成的。US 20090038212宣稱含水量低的流態(tài)固體(liquid solid)可通過以下方式回收首先從混合物中分離木質(zhì)素凝膠，將木質(zhì)素加熱至超過臨界溫度的溫度，并且隨后使木質(zhì)素冷卻從而致使固體在無水的情況下沉淀。利用該方法以從包含水、酵母和用于酶水解纖維素的酶的水性混合物中分離木質(zhì)素的嘗試未能成功。在冷卻時(shí)木質(zhì)素不沉淀，并且事實(shí)上，在高速離心后各相仍幾乎不能分
1 O已發(fā)現(xiàn)的是，當(dāng)混合物的溫度保持在或超過臨界溫度時(shí)，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為醇的過程中形成的水性混合物中的木質(zhì)素可得到更有效分離。臨界溫度與溶液的木質(zhì)素的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相關(guān)。認(rèn)為一旦將木質(zhì)素加熱至超過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，其釋放吸收的水分。玻璃化轉(zhuǎn)變部分取決于木質(zhì)素類型、先前的熱處理 (例如水洗滌、蒸汽爆破和水解)以及吸收的水。因此，就本說明書的目的而言，臨界溫度是木質(zhì)素塑性固體釋放吸收的水的最低溫度，其被認(rèn)為接近特定木質(zhì)素(已在先前條件下被處理)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。盡管玻璃化轉(zhuǎn)變不同，但臨界溫度將出現(xiàn)在一個(gè)溫度范圍內(nèi)，界限下端比處理過的木質(zhì)素的起始玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低10°c并且上端為225°C。225°C的上端由被認(rèn)為是實(shí)際操作最高溫度的溫度確定，原因在于大量的水。更優(yōu)選的范圍是起始玻璃化轉(zhuǎn)變溫度至97°C。觀察已顯示超過某一溫度的更高溫度不會(huì)得到更好的分離。在實(shí)驗(yàn)中，在80°C和90°C下的分離得到的結(jié)果非常相似?；谀壳耙阎?，臨界溫度可接受的范圍是45°C至97°C、60°C至97°C、64°C至97°C、70°C至97°C、 74°C至 97°C、79°C至 97°C和 84°C至 97°C。然而，若已用其它方式處理木質(zhì)素，已知玻璃化轉(zhuǎn)變可顯著下降。盡管理論上沒有可加熱混合物的上限，但優(yōu)選將混合物加熱至超過臨界溫度但小于230°C，更優(yōu)選小于99°C。加熱可用任何方法進(jìn)行，其可在專業(yè)人員所需的時(shí)間內(nèi)將混合物的溫度升高至所
需溫度ο從混合物分離木質(zhì)素固體可用任何技術(shù)進(jìn)行，其包括但不限于離心、重力沉降、過濾、淘析。因?yàn)樵撨^程通常在水解后進(jìn)行，混合物可包含至少一種能將纖維素轉(zhuǎn)化為糖的酶。本領(lǐng)域公知很多酶并且已經(jīng)充分建立用于評(píng)估這樣的酶是否能將纖維素轉(zhuǎn)化為糖的技術(shù)。因?yàn)橥ǔ纳镔|(zhì)原料獲得混合物，所以在混合物的加熱之前通常有對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸汽爆破的步驟。生物質(zhì)特別為纖維素生物質(zhì)的蒸汽爆破為本領(lǐng)域熟知。木質(zhì)素分離的時(shí)點(diǎn)可在生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化期間的許多時(shí)點(diǎn)期間出現(xiàn)。例如，混合物的加熱和分離可在生物質(zhì)已至少部分被水解為糖之后并且在糖發(fā)酵為終產(chǎn)物之前進(jìn)行。加熱和分離還可發(fā)生在至少部分水解的生物質(zhì)已被轉(zhuǎn)化為醇(也稱為發(fā)酵步驟) 之后。木質(zhì)素的加熱和分離還可作為蒸餾步驟的一部分進(jìn)行，以將醇與混合物的水分離。pH也被認(rèn)為是有效的參數(shù)，因此加熱和分離可在混合物的pH超過7. 0或至少超過 3. 5的情況下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)如以下實(shí)驗(yàn)所示的，將通過洗滌、蒸汽爆破、水解和發(fā)酵而從生物質(zhì)原料得到的混合物加熱至80°C并且隨后經(jīng)冷卻、加熱或保持在該溫度以在表I所示溫度下將其分離。在所示溫度下，將樣品在3000rpm下在所示的時(shí)間內(nèi)離心。各樣品中似乎存在三相。第一相是液相，其為非常澄清的琥珀色并且在80°C和 95°C下分離的所有樣品中均不同。在室溫(名義上為23°C)下分離的樣品中，未觀察到明顯的相分離，并且事實(shí)上，各相看起來被輕微倒置，其中灰色固體樣物質(zhì)位于稍暗液相的上部。在50°C下離心4和8分鐘的樣品中，三相的存在最為明顯。
表I中的測(cè)量結(jié)果是包含所測(cè)量的肉眼觀察到的相的試管對(duì)沿著試管壁直線部分測(cè)量的物質(zhì)總量的高度的百分比。對(duì)于在80°C和95°C下分離的物質(zhì)而言，不含固體的液體量為約80%，由此可看出該方法的效率。表I-分離后液體部分的高度
權(quán)利要求
1.用于從水性混合物分離木質(zhì)素的方法，其包括以下步驟a)將所述混合物加熱至超過臨界溫度的溫度b)在所述臨界溫度或超過所述臨界溫度的分離溫度下從所述混合物分離木質(zhì)素。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述分離的至少一部分通過離心進(jìn)行。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述分離的至少一部分通過過濾進(jìn)行。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述分離的至少一部分通過重力進(jìn)行。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中所述混合物包含能將纖維素轉(zhuǎn)化為糖的酶。
6.權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的方法，其中所述混合物得自生物質(zhì)原料并且在加熱所述混合物的步驟之前有對(duì)所述生物質(zhì)原料進(jìn)行蒸汽爆破的步驟。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述混合物的加熱在所述生物質(zhì)至少部分已被水解為糖之后進(jìn)行。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述混合物的加熱步驟在至少部分水解的生物質(zhì)已被轉(zhuǎn)化為醇之后進(jìn)行。
9.權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的方法，其中所述混合物的加熱步驟的一部分作為蒸餾步驟的一部分進(jìn)行以將醇與水分離。
10.權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的方法，其中所述混合物的PH超過7.0。
11.權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的方法，其中所述混合物的pH超過3.5。
12.權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的方法，其中所述臨界溫度在45°C至98°C的范圍。
13.權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的方法，其中所述臨界溫度介于較高溫度和較低溫度范圍內(nèi)并且所述較高溫度是97°C并且所述較低溫度是60°C。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述較低溫度是70°C并且所述較高溫度是97°C。
15.權(quán)利要求13的方法，其中所述范圍的較低溫度是74°C。
全文摘要
本說明書描述了從得自生物質(zhì)原料的水性混合物中分離木質(zhì)素方法，其中所述分離在臨界溫度或超過臨界溫度通常超過60℃下進(jìn)行。
文檔編號(hào)D21C1/04GK102575422SQ200980160532
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者A·博納尼, P·科貝拉尼 申請(qǐng)人:貝塔可再生資源公司