[发明专利]生产生物产品的方法

说明书

公开了一种从木质纤维素原料开始生产生物产品的方法，其包括在一个或多个预水解容器中的木质纤维素原料的预水解步骤，以产生包含水和水溶性半纤维素的液体预水解产物，然后是水溶性半纤维素的多步水解。水解步骤在分开的容器中进行。液体预水解产物在第一水解容器中经过部分水解步骤，以生产第一水解产物。含有残余水溶性半纤维素的第一水解产物的一部分在至少一个预水解容器中再循环并进行第二水解步骤。将含有单体糖的第一水解产物的另一部分移出并转化为生物产品，优选在精制水解步骤后进行。所述方法还产生半纤维素耗尽的原料，其优选进行处理以生产纤维素纸浆。生物产品包括下组的任意化学品：多元醇、二醇、醇、和羧酸、或乳酸、或乙二醇、丙二醇或其混合物。

背景

在纸浆工业中，不同的方法用于由木质纤维素原料(通常是软木和硬木)生产纤维素纸浆。即使还可以使用机械处理，大多数扩散方法包括木质纤维素原料用化学品进行蒸煮处理，用于使得木质素和半纤维素中大部分溶解，由此生产在所谓“粗浆”液体溶液中的纤维素纤维悬浮液。通过洗涤处理，粗浆分离为含有纤维素纤维的流和一种或多种流出物流，包括废蒸煮化学品和溶解的木质素和半纤维素。净纸浆(原料)可以在漂白设备中进行漂白或者未进行漂白，这取决于最终用途。

在用于生产高纯度纤维素最终产品的溶解纸浆工艺中，木质纤维素原料的半纤维素的至少一部分通过在用化学品处理所提取半纤维素耗尽的木质纤维素原料之前的水热预水解工艺进行溶解。

预水解工艺的示例可以在US8262854和EP2430233中发现。

US8262854中公开了用于处理木质纤维素材料的改进方法，其包括预水解-传质方法，在水解本身所需时间过程中产生了浓缩的水解产物体积。改进的方法包括：通过直接蒸汽将煮解器和碎屑内容物加热至所需的水解温度，开始将所储存的热的水解产物流送至碎片床(chip bed)的顶部以产生水解产物的滴流床型向下的流，收集滴流床型水解产物的第一个级分作为产物级分，加入萃取液并继续滴流以收集第二水解产物级分，其将从煮解器排出至热水解产物储罐中用作下一批的第一滴流流体。

EP2430233中公开了包含蒸汽相预水解步骤的置换分批蒸煮过程，其中副产物的回收得到改善。在本发明的回收步骤中，在预水解阶段中达到目标P因子后，将热洗液从底部引入煮解器。洗液通过真空筛浆机循环到煮解器的顶部和底部，直到预水解的碎片在洗液之下。从煮解器中回收含有副产物的热洗液，煮解器的内容物通过用碱液替换洗液进行中和。

纸浆行业所有方法的一个共同特点是它们非常高能耗的。流出物流通常被送到回收锅炉，在这里它们将进行燃烧，由溶解的木质素和半纤维素产生热量。在回收锅炉中，化学品也从流出物流回收并在工艺中循环。因为于热量是低价值的产品，所以传统的制浆方法仅利用了木质纤维素原料的部分优点。考虑到半纤维素具有低热值(约为木质素的一半)，燃烧半纤维素产生热量对于半纤维素增值并不是一个方便的策略。此外，洗涤步骤的流出物流被稀释，并且它们必须经过许多蒸发步骤以在燃烧之前增加干物质含量，这是以能量平衡为代价的。

单体糖转化为生物化学品或生物产品是本领域已知的。在该申请中，生物化学品或生物产品是指来自下组的任意化学品：多元醇、二醇、醇、和羧酸、或乳酸、或乙二醇、丙二醇或其混合物。即，由单体糖可获得的转化产物。US8198486公开了由生物质产生丙二醇、乙二醇、和其它多元醇、二醇、酮、醛、羧酸和醇的方法。该方法包括在水相再形成条件下使生物质原料溶液的含水物流的一部分在催化剂上进行反应以产生氢，然后使氢和水性原料溶液在催化剂上进行反应以产生丙二醇、乙二醇和其他多元醇、二醇、酮、醛、羧酸和醇的通用混合物。

US20110312051公开了一种以连续或间歇方式进行的由包含糖类的原料产生至少一种多元醇的方法。所述方法涉及使得氢、水和含有糖类的原料与催化剂系统接触，从而产生含有至少一种多元醇的流出物流，并从流出物流中回收多元醇。所述多元醇可以选自下组：乙二醇和丙二醇。

在生物质精炼的概念中，已经提出了用于将半纤维素转化成各种增值产物(如多元醇、醇、羧酸和许多其它物质)的不同整合方法。