[发明专利]用于从发酵生物质中分离乙醇的方法和设备

说明书

提供了一种用于从发酵生物质中分离乙醇的方法。将富含乙醇的发酵生物质直接用作蒸馏塔中的填充材料，并且使用所述塔底部处的少量水来有效地将热量传递至所述塔底部处的生物质。所述发酵生物质填料具有高的表面积与体积比，形成有效的填充材料。当蒸气在所述生物质上冷凝时，乙醇/水蒸气从所述生物质主体的扩散使乙醇浓度在所述生物质表面处富集。含有较低浓度乙醇的液滴从所述生物质向下滴落，并且含有较高浓度乙醇的蒸气从所述生物质向上升起，导致与最初在所述生物质中的乙醇浓度相比所述塔顶部处的更高乙醇浓度。

优先权数据

本国际专利申请要求于2017年3月30日提交的美国临时专利申请号62/478,619和2018年2月19日提交的美国专利申请号15/898,744的优先权，这些专利中的每一个特此通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及用于从发酵生物质中分离乙醇的方法和设备。

背景技术

存在许多用于发酵生物质以产生富含乙醇的生物质的有用技术。这通常被称为“固态发酵”。

美国专利号4,490,469描述了用于通过发酵生产乙醇的方法。此专利传授了将生物质压碎或浆化至小于10mm的浆料大小，任选地用酸或酶糖化所述浆料，将酵母悬浮液与所述浆料混合，等待发酵完成，并且然后通过从所述浆料压榨或挤压液体以产生富含乙醇的液体来分离乙醇。

美国专利号9,428,772描述了用于从富含碳水化合物的底物生产发酵产物的方法和系统。此专利传授了使用真空循环将水解催化剂和发酵生物体注入到木质纤维素生物质中，等待发酵完成，并且通过真空汽提分离乙醇。

美国专利号9,499,839描述了用于发酵富含碳水化合物的作物的方法。此专利传授了将发酵生物体注入到富含糖的生物质中，从所述生物质中排放出多余液体，等待发酵完成，并且通过真空汽提或压碎分离乙醇。

美国专利号9,631,209描述了用于发酵禾本科秸秆的方法。此专利传授了在将秸秆浸没在含有酵母的水中时在辊之间压碎秸秆，从秸秆中排放出多余液体，等待发酵完成，并且通过真空汽提或压碎分离乙醇。

用于生产乙醇的这些和许多其他固态发酵方法都具有以下缺点：压碎、压榨、或挤压通常仅从生物质中回收约50％的乙醇，并且真空汽提不是非常有用，因为产生的乙醇通常仅含有约30％至40％酒精体积分数(ABV)。

虽然存在许多国家(其中存在对30％至40％ABV的饮用乙醇(例如巴西的卡莎萨印度的土产酒(country liquor)、中国的白酒、和俄罗斯的伏特加酒)的稳健市场)，但是存在将乙醇用于发电机、内燃机、和烹饪的甚至更大市场。

本领域技术人员将认识到，75％ABV的乙醇是烧锅炉所需的最低浓度。85％ABV的乙醇通常是运行发电机或内燃机所需的最低浓度。燃料喷射系统需要至少92.5％ABV并且优选96％乙醇ABV。虽然50％ABV的乙醇将会点燃，但60％至65％ABV的乙醇是支持稳定的烹饪火焰所必需的最低浓度，并且80％ABV的乙醇是获得稳健的烹饪火焰所必需的。

产生高于80％ABV的乙醇浓度的最广泛使用的方法采用蒸馏塔。这通常以含有5体积％至40体积％乙醇的液体开始，在大气压或减压下使其沸腾，并且使用蒸馏塔产生更高浓度的乙醇。

本领域技术人员将认识到，存在两种类型的蒸馏塔，即使用塔板的那些蒸馏塔和使用塔填料的那些蒸馏塔，和蒸馏塔的两种操作模式(分批和连续)。

发明内容

一些变型提供了一种用于从发酵生物质中分离乙醇的方法，该方法包括以下步骤：

(a)提供富含乙醇的发酵生物质；

(b)将该富含乙醇的发酵生物质填充到立式蒸馏塔中；

(c)向该立式蒸馏塔的底部加入水；