[发明专利]将生物质转化为羧酸和醇类的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物质转化为有用物质如羧酸和伯醇的方法，该方法包括联合 的预处理，发酵，脱水和处理工艺。更具体地，本发明涉及应用于木质纤维素 生物质的方法。

背景技术

大量生物质，特别是木质纤维素生物质在农业和工业加工过程中仍未能得 到利用或有效利用。这种生物质的处置经常存在困难或者成本较高。因此，用 这种生物质来生产有用的化学品的方法是颇有价值的。

有机酸是重要的商业化学品。历史上有机酸是由动物脂肪或植物油来源制 备，或者由基本上是非水性体系的石油来源制备。近年来，有机酸被确定为通 过发酵从生物质制备的最吸引人的产品。醇类也是可以通过生物质发酵制备的 重要工业化学品。然而，从完全发酵的产物中提取有机酸和醇类并非容易，并 且在能量、水和反应物化学品利用方面效率常常不高。

发明概述

本发明提供了将生物质转化为羧酸和/或伯醇的方法、工艺和设备。

根据一个实施方式，本发明提供了转化生物质的系统。该系统包括预处理 /发酵的子系统，可用于用石灰或生石灰以及空气对生物质进行预处理，产生处 理的生物质，并用接种物(inoculum)使处理的生物质发酵，产生含羧酸盐的发酵 肉汤。该系统还包括脱水子系统，可用于从发酵肉汤除去过量的水，产生浓缩 的产物。最后，该系统包括酸产生(acid springing)子系统，可用来将浓缩的产物 与低分子量叔胺或氨混合，从该羧酸盐产生低分子量的叔胺或氨的羧酸盐产 物，用高分子量叔胺替代低分子量叔胺或氨的羧酸盐产物中的低分子量叔胺或 氨，形成高分子量的叔胺的羧酸盐产物，热断裂高分子量叔胺的羧酸盐产物 中的胺-羧酸根键，产生混合的羧酸产物。

在更具体的实施方式中，所述系统还包括氢化子系统，可用于将混合的羧 酸产物与高分子量醇混合，形成酯，用氢化催化剂将该酯转化醇的混合物，将 该醇混合物与高分子量醇分离。

根据另一个实施方式，本发明提供一种制得发酵产物的方法。该方法包括： 用石灰或生石灰、水、接种物和空气处理生物质堆，产生发酵肉汤；用高分子 量羧酸对该发酵肉汤进行酸化，产生酸化的发酵肉汤；在汽提塔中汽提发酵肉 汤，产生汽提的发酵肉汤；在蒸发器中浓缩该汽提的发酵肉汤，产生浓缩的产 物；将该浓缩的产物与低分子量叔胺或氨和二氧化碳混合，产生低分子量的叔 胺或氨的羧酸盐；用高分子量叔胺交换低分子量叔胺或氨羧酸盐，产生高分子 量的叔胺的羧酸盐；加热该高分子量叔胺羧酸盐至能足以断裂酸/胺键的温度， 产生游离羧酸产物；和回收游离羧酸产物。

在更具体的实施方式中，所述方法还包括：将羧酸产物与高分子量醇混合， 形成酯；对酯进行氢化，形成醇产物；分离高分子量醇与醇产物；并回收醇产 物。

附图简述

结合附图，参照下面的详细描述能更好理解本发明，附图中：

图1所示是根据本发明实施方式的预处理和发酵系统；

图2所示是根据本发明实施方式的脱水系统；

图3所示是根据本发明实施方式的酸产生系统；

图4所示是本发明实施方式的氢化系统。

发明详述

本发明涉及用于生物质转化，特别是木质纤维素生物质转化为羧酸和醇类 特别是伯醇的的系统、方法和设备。

下面参见图1，该图提供预处理和过滤系统10，该系统中，生物质堆12 可以与石灰或生石灰(碳酸钙或氧化钙)和二氧化碳(未示出)混合，并堆积在深坑 14的顶部，深坑内填充有砂砾16。深坑14还可以衬有衬料18。生物质堆12 可以包含任何种类的生物质。在选定的实施方式中，生物质堆可包含木质纤维 素生物质，如加工后的甘蔗或高粱秆或玉米秸叶。多孔排水管20可以埋在砂 砾16中。生物质堆12上可盖上盖子22，防止下雨和碎片落入，特别是系统 10是在户外时。泵24可以将水34从深坑14循环到生物质堆12的顶部。当水 34循环通过堆12时，它流过热交换器26，热交换器可调节温度。冷却水或热 源28也可以循环通过热交换器26。