[发明专利]醇的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自纤维素材料生产醇、尤其乙醇或丁醇、具体为乙醇的方法的改进及其方法，具体而言该方法涉及纤维素的酸水解。

背景技术

由发酵生物质所产生的醇迅速成为诸如天然气和石油等烃的重要替代品。尽管目前仍在关注从植物种子(例如玉米)生产乙醇，但对醇的需求量已危及到致力于食品生产的土地面积的减少且替代植物种子作为起始材料的理想选择是除种子以外的植物材料，例如草、木材、纸、玉米皮、稻草等。在此情况下，乙醇是通过首先将纤维素和半纤维素(为了方便起见本文将二者简单地称为纤维素)分解成可发酵糖来生产。该过程可用酶来实施，但最有效且最经济的是通过采用强酸(例如矿物酸，例如硫酸和盐酸)水解来完成。然而，对于以此方式大规模大批生产醇而言，所使用酸的大部分必须被回收并再循环。

在WO 02/02826(其内容以引用方式并入本文中)中，发明者提出这样一种乙醇的生产方法，其中强酸是通过使水解产物与有机萃取溶剂(例如甲基乙基酮)接触且分离固体木质素和沉淀的糖以得到包括水、萃取溶剂、酸和某些溶解糖的酸溶液来回收。随后在真空下蒸发掉酸溶液中的萃取溶剂以再循环且留下酸和糖的水溶液，使其进一步蒸发以得到浓缩的酸/糖混合物，再次供回收利用。

WO 02/02826中所使用的水解产物∶萃取溶剂比(参见实例1)为3∶8且因此用于回收萃取溶剂供再循环所需要的能量占将纤维素原材料转化为蒸馏乙醇所需总能量的主要部分。

发明内容

现在我们已发现，通过用呈非气态形式的加压流体亲脂溶剂清除酸/萃取溶剂溶液可有效地实现萃取溶剂回收且显著降低能量需求，所述加压流体亲脂溶剂在环境条件(例如20℃和1个大气压)下呈气态且基本上与水不混溶。

因而，从一个方面来看，本发明提供一种自纤维素材料生产醇、具体为乙醇或丁醇、尤其乙醇的方法，所述方法包括：用含水酸水解所述纤维素材料以产生水解产物；用与水混溶的有机萃取溶剂自所述水解产物萃取酸和水以得到(a)含有所述萃取溶剂的第一酸性水溶液和(b)含有糖的残余物；使所述残余物发生低聚糖裂解反应以得到可发酵糖的水溶液；使所述可发酵糖发酵并自所产生的发酵混合物蒸馏醇(例如乙醇)；使所述第一酸性水溶液与呈非气态形式的加压流体亲脂溶剂接触，所述流体溶剂基本上与水不混溶且在环境条件下呈气态，以得到第二酸性水溶液，和所述萃取溶剂与所述流体溶剂的溶剂混合物；将所述溶剂混合物解压以释放所述萃取溶剂供再循环；且任选地浓缩所述第二酸性水溶液供再循环。

加压亲脂溶剂以非气态即液态或超临界形式使用。举例而言，该溶剂可为CO₂、制冷剂气体(例如卤烃)、低碳醚、或低碳烷烃、烯烃或炔、或上述化合物的混合物。在这点上，低碳通常意指碳含量为1至4个碳原子，尤其1、2或3个碳原子。尤其理想的溶剂是适合燃烧的易燃材料以便为整个工艺过程中的一个或多个步骤提供能量。尤其优选的溶剂是市售可得到的呈液化形式的材料。因此，流体溶剂理想地是液化烃气体，例如液化石油气体(LPG)或液化天然气。

当然，加压溶剂如CO₂在环境条件下在水中可具有一些溶解度；然而，该溶解度通常应当不超过约5wt％，优选地不超过1wt％。

加压溶剂优选地在介于0℃与80℃间、尤其10℃与60℃间、更具体为15℃与50℃间的温度下与第一酸性水溶液接触。所使用的压力是在所使用的接触温度下足以使加压溶剂呈非气态流体形式的压力。若这样的压力尚不清楚，则其可通过实验容易地确定。

解压时需达到加压溶剂气化的压力。若在萃取溶剂的任何明显部分呈气态的温度下进行解压，则可冷却解压的材料以回收呈液态形式的萃取溶剂。