[发明专利]生物质的超临界水解

说明书

披露了用于通过单级超临界水解处理生物质的方法，其中已经减小了该生物质的尺寸。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2012年7月13日提交的美国临时专利申请号61/671,264的权益，将其通过引用以其全文结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及使用超临界水解处理生物质的方法。更具体地说，本发明涉及使用单级超临界水解处理生物质的方法。

背景技术

存在用于将木质纤维素生物质转化成可发酵的C₅和C₆糖的方法，这些方法包括超临界水解、酸水解、以及酶水解。

在酸水解中，强无机酸像硫酸或盐酸用作溶剂来将纤维素固体转化为液相糖。目前的酸水解技术具有技术缺陷和经济缺点。技术上，使用稀酸的酸法需要高的温度和压力，这样的高温和高压可使制造设备遭受腐蚀，并且这些酸的去除需要大量的中和剂。使用浓酸的酸法可在较低的温度和压力下操作，但是它们需要用于去除并且回收该酸的显著的资金和操作费用。因此，稀酸系统需要显著的用于维修并且保养系统部件的操作费用，而浓酸系统在建造过程中需要显著的集资费用用于复杂的酸回收系统以及特殊材料。酸采购本身对于该系统就是显著的成本。

该技术的基础是众所周知的，尽管由于固有的经济挑战，现今没有大规模地实行。一些采取酸水解，集中在浓酸和特殊的回收系统上。这些酸技术中的一些通过回收不断增加的量的所使用的酸有潜力在某种程度上解决这种方法的操作费用问题，然而，这些大量的回收系统需要显著的资金支出，导致所产生的糖是不经济的。

酶水解涉及开发生物催化剂，这些催化剂可以溶解木质纤维素生物质中固有的半纤维素或纤维素。虽然在这个领域中已经有进展(已经研究了几十年)，这些挑战是双重的：经济和原料灵活性。目前，酶水解在市场上面临着一系列不同的挑战。首先，这些酶本身的成本是高的。其次，酶操作还面临着建立它们自己的酶生产设施或每周给予并且组织几批酶装运的问题-其中任何一种情况都需要上游资金费用上的大量投入。第三，酶还会花费几天来分解生物质，导致高的资金费用。虽然这些酶路线产生非常少的副产物，但是水解速度是非常慢的，需要大的反应器以及大量的昂贵的酶。酶在转化上也是相对无效率的，所以，生物质通常通过蒸汽爆破、常规的或专门的研磨技术、或使用消化器技术进行预处理。最后，对于不同类型的生物质，酶可能需要进行优化-一种可能花费非常长的时间、显著的钱成本、并且具有不确定结果的方法。

发明内容

将令人希望的是开发以下的方法，这些方法利用所有类型的原料，包括柳枝稷、玉米秸秆和穗轴、麦秸、以及软木，尤其是对于自水解可能是稳定的原料。还将令人希望的是开发以下的超临界水解方法，这些方法仅仅利用水在高温和高压下来快速地分解纤维素，因为它们将不使用显著的消耗品并且可以产生其自有进程能量的大部分。本发明的方法和组合物针对这些目的，以及其他重要目的。

在某些实施例中，本发明是针对能够使用超临界水利用由于缺少足够的酸官能度而不适合自水解的生物质(诸如，软木以及一些草)的方法，该超临界水对水解发生提供了一个酸性环境。通过在一个一步法中将一种细小的生物质颗粒(例如，小于约500微米)的浆料直接进料到一个超临界反应器中，该超临界水能够同时水解半纤维素和纤维素两者。