CN101965424B - 以生产生物乙醇为目的预处理木质纤维素材料的方法以及生物乙醇生产方法 - Google Patents
以生产生物乙醇为目的预处理木质纤维素材料的方法以及生物乙醇生产方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101965424B CN101965424B CN200980102993.0A CN200980102993A CN101965424B CN 101965424 B CN101965424 B CN 101965424B CN 200980102993 A CN200980102993 A CN 200980102993A CN 101965424 B CN101965424 B CN 101965424B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- raw material
- formic acid
- lignin
- plants raw
- hemicellulose
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 15
- 239000012978 lignocellulosic material Substances 0.000 title description 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 19
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 15
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N EtOH Substances CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 32
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 9
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 6
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 5
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 5
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 5
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 5
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 5
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 5
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 3
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 3
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- SRBFZHDQGSBBOR-LECHCGJUSA-N alpha-D-xylose Chemical compound O[C@@H]1CO[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-LECHCGJUSA-N 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000007799 cork Substances 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 2
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 2
- 239000005418 vegetable material Substances 0.000 description 2
- 229960003487 xylose Drugs 0.000 description 2
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 description 1
- 240000005979 Hordeum vulgare Species 0.000 description 1
- 235000007340 Hordeum vulgare Nutrition 0.000 description 1
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 244000046109 Sorghum vulgare var. nervosum Species 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 description 1
- LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N ac1ldcw0 Chemical compound Cl.C1CN(C)CCN1C1=C(F)C=C2C(=O)C(C(O)=O)=CN3CCSC1=C32 LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 235000013334 alcoholic beverage Nutrition 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 125000000311 mannosyl group Chemical group C1([C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000008442 polyphenolic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003797 solvolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000707 stereoselective effect Effects 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B1/00—Preparatory treatment of cellulose for making derivatives thereof, e.g. pre-treatment, pre-soaking, activation
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
- D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
- D21C3/04—Pulping cellulose-containing materials with acids, acid salts or acid anhydrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
- C08B37/14—Hemicellulose; Derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08H6/00—Macromolecular compounds derived from lignin, e.g. tannins, humic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08H8/00—Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
- C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
- C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于预处理木质纤维素植物原料的方法，以获得能够水解和发酵用于生产生物乙醇的预处理后的材料，特征在于它包括以下连续步骤：(i)通过在95℃-110℃的反应温度下，将木质纤维素植物原料放置在含有甲酸和水的混合物中，使木质纤维素植物原料变性；(ii)随后，在大气压力下和在任何水解随后发酵作用之前，分离：*一方面，固相，主要由所述纤维素组成，构成第一共底物，随后能够水解和发酵用于生产生物乙醇；和*另一方面，液相，含有特别是含水溶液中的甲酸、木质素和半纤维素，构成第二共底物，随后能够水解和发酵用于生产生物乙醇。
Description
技术领域
本发明涉及以生产生物乙醇或乙醇和木质素为目的预处理木质纤维素植物材料的方法。
本发明涉及预处理构成一年生和多年生植物重要部分的木质纤维素植物材料的方法。
在下文中，术语“一年生植物”应理解为表示具有约1年的植物性寿命的任意植物(谷物，各种草，棉，麻，亚麻，高粱，甘蔗，芦苇等)，术语“多年生植物”应理解为表示生长延续较长时间段的植物(竹，硬木，软木等)。
本发明应用的木质纤维素植物原料是整个植物或这些植物的一部分(茎，皮等)或来自目的在于生产食物的工业过程的副产物(麦杆，水稻，大麦，甘蔗渣，甜高粱渣等)。
背景技术
由于以下原因，从构成植物壁(wall)的木质纤维素生产生物乙醇目前是重要的问题：
-木质纤维素植物原料(谷物秸秆，甘蔗渣，木材等)的可获得性；
-化石能源和特别是油的成本增加，以及在它们之后需要获得对一些炼制石油产品(特别是对于这些炼制石油产品作为燃料的用途)的替代品；和
-主要因为常规食物部分和从谷类生产生物乙醇之间的竞争所造成的近期谷物成本非常大的增加。
木质纤维素是表示为植物提供形状和结构的天然复合材料的术语。它是三种生物聚合物的组合，所述三种生物聚合物是：
*纤维素，所述纤维素是源于D-葡萄糖聚合成β-1，4-葡萄糖的有规立构多醣；
*木质素，所述木质素是源于酚丙稀醇聚合的多酚；和
*半纤维素，所述半纤维素是源于具有5(五)个碳原子的糖(例如木糖和阿拉伯糖)和/或具有6(六)个碳原子的糖(例如葡萄糖和甘露糖)的聚合的多醣。
各种糖的比例和分布取决于目标植物。
因此，一年生植物和硬木的半纤维素具有很大比例的木糖作为主要的单体，而软木的半纤维素的主要单体是甘露糖。
这三种大分子排列为超分子并且组织结构比淀粉颗粒结构或游离蔗糖结构复杂很多，这解释了为什么以生物乙醇形式利用木质纤维素产生了特别是在工业规模上的具体问题。
来自这些植物的纤维素和半纤维素是陆地生物质的重要部分。这两种生物聚合物因此构成了世界范围内可发酵糖的巨大储备，这是衍生自淀粉、谷类或马铃薯发酵的葡萄糖所无法比较的。
根据初始植物原料，用于生产生物乙醇的方法通常包括3步大的主要操作，也就是说连续地是：A)制备醪液，随后B)使醪液发酵，目的是获得发酵后醪液，随后D)蒸馏发酵后醪液，以生产生物乙醇。
对于这3步大的操作，可能加入第4步一般性的操作E)，所述操作E)由多次处理源于这3步主要操作的每一步的副产物组成。
所有用于制备醪液的操作A)的目的是制备包含能够进行发酵的植物原料的糊料或液体，也就是说可以被酵母发酵的糖的含水溶液，目的是获得最大可能的浓度，以减小用于制备醪液和用于其它后续操作所需的设备的容量。
在从木质纤维素来源进行生产的情况下，将纤维素和半纤维素转化成乙醇需要预先的不容置疑的解聚成糖单体的“步骤”，之后是它们的发酵。
自从1980年，已经因此出现了通过施加以下步骤的最佳功能，从而具体解决从木质纤维素来源进行生产的问题。
木质纤维→预处理→纤维素+木质素→(酶)水解→葡萄糖+木质素→发酵→蒸馏→乙醇/生物乙醇
虽然自从第一次将含糖液体转化成醇饮料就已经知道了发酵操作，并因此每年以数千万公吨的量进行，但是相同的操作对于预处理纤维素不是正确的，预处理纤维素目前为止在世界上还没有有利可图的工业应用。
多半个世纪，已经进行了涉及预处理植物材料从而制备能够在工业可接受的条件下水解成葡萄糖的纤维素的许多研究。
目前为止，研究的方法中没有一个实际上在工业规模上取得成功，尽管已经为之产生了大量的方法。
这些已知的预处理通常通过首先以酸性或碱性介质中的单体、低聚物和聚合物的形式在水中溶解一些半纤维素而进行。
随后处理木质纤维素，以获得可以通过以下预处理容易地发酵的单糖、寡糖或甚至多糖：
-在高温(120-250℃)下和在高压下在“苛刻”条件下酸水解多醣，其中酸的浓度可以多至12wt％；
-在高压(1-3×106Pa)和高温(190-220℃)下蒸汽爆炸；
-添加促进目标植物变性(destructuring)的有机溶剂；和
-酶水解，之后使水解产物发酵，组合超声处理。
所有这些已知的预处理的确促进了将纤维素转化成醇，但是主要的缺点是产生了随后难以通过焚烧之外的其它方法进行利用的多糖污染后的木质残渣。
这些木质素的另外缺点是特别由于在大多数酸预水解中存在的木质素和糠醛，在预处理之后的水解步骤期间将会干扰酶的作用。
另外，这种预处理导致了明显的成本，这在工业规模上受到抑制，特别是由于设备的投资和需要使用蒸汽。
发明内容
为了克服这些缺点，本发明方法通过以下提供根本上不同的方案：在任何水解作用之前，通过在酸/含水介质中溶剂分解进行三种生物聚合物的分离，这使得可能分离线性非再组合低分子量和高附加值的木质素，随后使纤维素和半纤维素发酵。
本发明因此涉及能够获得工业表现的方法，无论使用的植物的属性如何，所述方法因此特别有利于在一年生植物的情况下用于开启新的物价稳定措施方法，特别是在谷物秸秆和甘蔗渣或甜高粱渣的情况下用于对由国际申请WO-A1-00/68494的申请人所已经建议的物价稳定措施增加一种新的物价稳定措施方法，WO-A1-00/68494涉及通过在甲酸/乙酸介质中分馏木质纤维素植物材料，从而生产纸浆、木质素、糖和乙酸的方法。
用于该目的，本发明提供预处理木质纤维素植物原料的方法，目的在于使该木质纤维素植物原料中含有的纤维素、半纤维素和木质素分离，从而获得能够水解和发酵用于生产生物乙醇的预处理后的材料，特征在于它包括以下连续步骤：
-(i)通过在95℃-110℃的反应温度下，将木质纤维素植物原料放置在含有甲酸和水的混合物中，使木质纤维素植物原料变性；
-(ii)随后，在大气压力下和在任何水解随后发酵作用之前，分离：
*一方面，固相，主要由所述纤维素组成，构成第一共底物(co-substrate)，随后能够水解和发酵用于生产生物乙醇；和
*另一方面，液相，含有特别是含水溶液中的甲酸、木质素和半纤维素(或多或少溶解后的)，构成第二共底物，随后能够水解和发酵用于生产生物乙醇。
通过预处理，需要精确反应温度值范围的本发明方法从木质纤维素植物原料获得了以下物质-第一次在工业和经济条件下同时获得了能够水解的两种共底物或底物，包括：
a)第一共底物，由磨碎的(ground)纤维素组成，即不含木质素和半纤维素的纤维素，具有用于它的后续酶水解的最佳条件；
b)第二底物，由源于半纤维素的“糖浆”组成，半纤维素的水解产物不含糠醛，且半纤维素的水解产物可以通过简单的操作与液相的其它组分、特别是与木质素分离，使得糖浆的残余木质素含量几乎为0。
本发明方法因此与已知方法不同之处在于已知方法在110℃的温度下将植物原料放置在无机酸中，从而导致大量产生糠醛。
另外，获得的木质素是线性非再组合低分子量的、具有非常高质量和高附加值的木质素。
本发明方法因此在目前获得了优良的经济平衡，因为木质纤维素植物原料的三种主要的大分子化合物或生物聚合物被利用或可以以生物乙醇的形式和以木质素的形式被回收，而在这两部分利用之间不存在任何的“污染”。
根据本发明的其它方面：
-混合物含有至少50wt％的甲酸；
-变性步骤(i)包括在95℃-110℃的反应温度下，将木质纤维素植物原料放置在含有甲酸、乙酸和水的混合物中；
-该混合物含有至少20wt％的甲酸和至少50wt％的乙酸；甲酸能够使木质纤维素材料变性和使得可能获得不含木质素和半纤维素的纤维素；它的含量取决于待处理的木质纤维素材料；乙酸作为溶剂，以将木质素和半纤维素携带入液相中；
-变性步骤(i)在大气压力下进行；
-分离步骤(ii)通过加压、例如利用压滤机进行。这种“面对”分离允许(不同于离心)完美的木质素-糖的分离；
-所述方法可以另外包括在所述变性步骤(i)之前的在先步骤，所述在先步骤包括在比反应温度低至少30℃的温度下在大气压力下进行木质纤维素植物原料的在先浸渍。
本发明也提供用于从木质纤维素植物原料生产生物乙醇的方法，特征在于它包括特别是以下连续步骤：
-根据本发明所要求保护的预处理方法预处理木质纤维素植物原料，以获得能够水解和发酵用于生产生物乙醇的预处理后的材料；
-水解、特别是酶水解所述预处理后的材料；
-使来自所述水解步骤的能够发酵用于生产生物乙醇的产物进行醇发酵。
Claims (10)
1.一种用于从木质纤维素植物原料生产生物乙醇的方法，所述方法包括以下连续步骤：
a)预处理木质纤维素植物原料，目的在于使该木质纤维素植物原料中含有的纤维素、半纤维素和木质素分离，从而获得包含待水解的第一共底物和第二共底物的预处理后的材料，
b)水解所述预处理后的材料；
c)使来自所述水解的产物进行醇发酵；
特征在于所述预处理步骤a)包括以下连续步骤：
-(i)通过在95℃-110℃的反应温度下，将木质纤维素植物原料放置在含有甲酸和水的混合物中，使木质纤维素植物原料变性；
-(ii)随后，在大气压力下和在任何水解随后醇发酵作用之前，分离：
*一方面，固相，主要由所述纤维素组成，构成第一共底物；和
*另一方面，液相，含有甲酸、木质素和半纤维素，构成第二共底物。
2.权利要求1的方法，其中所述水解是酶水解。
3.权利要求1的方法，其中步骤(ii)中的液相含有含水溶液中的甲酸、木质素和半纤维素。
4.权利要求1-3任一项的方法，特征在于所述混合物含有至少50wt％的甲酸。
5.权利要求4的方法，特征在于所述变性步骤(i)包括在95℃-110℃的反应温度下，将木质纤维素植物原料放置在含有甲酸、乙酸和水的混合物中。
6.权利要求5的方法，特征在于所述混合物含有至少20wt％的甲酸和至少50wt％的乙酸。
7.权利要求1-3任一项的方法，特征在于所述变性步骤(i)在大气压力下进行。
8.权利要求1-3任一项的方法，特征在于所述分离步骤(ii)通过过滤进行。
9.权利要求8的方法，特征在于所述分离步骤(ii)通过过滤利用压滤机进行。
10.权利要求1-3任一项的方法，特征在于它另外包括在所述变性步骤(i)之前的在先步骤，所述在先步骤包括在比反应温度低至少30℃的温度下在大气压力下进行木质纤维素植物原料的在先浸渍。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0850458 | 2008-01-25 | ||
| FR0850458A FR2926824A1 (fr) | 2008-01-25 | 2008-01-25 | Procede de pretraitement d'une matiere vegetale lignocellulosique en vue de la production de bioethanol. |
| PCT/EP2009/050690 WO2009092749A1 (en) | 2008-01-25 | 2009-01-22 | Process for pretreating a lignocellulosic material with a view to producing bioethanol, and bioethanol production process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101965424A CN101965424A (zh) | 2011-02-02 |
| CN101965424B true CN101965424B (zh) | 2014-02-26 |
Family
ID=39712151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200980102993.0A Active CN101965424B (zh) | 2008-01-25 | 2009-01-22 | 以生产生物乙醇为目的预处理木质纤维素材料的方法以及生物乙醇生产方法 |
Country Status (17)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8551747B2 (zh) |
| EP (1) | EP2235254B1 (zh) |
| KR (1) | KR101662744B1 (zh) |
| CN (1) | CN101965424B (zh) |
| AU (1) | AU2009207678B2 (zh) |
| BR (1) | BRPI0906378B1 (zh) |
| CA (1) | CA2712315C (zh) |
| DK (1) | DK2235254T3 (zh) |
| EA (1) | EA019155B1 (zh) |
| ES (1) | ES2495115T3 (zh) |
| FR (1) | FR2926824A1 (zh) |
| MX (1) | MX2010007998A (zh) |
| PL (1) | PL2235254T3 (zh) |
| PT (1) | PT2235254E (zh) |
| SI (1) | SI2235254T1 (zh) |
| WO (1) | WO2009092749A1 (zh) |
| ZA (1) | ZA201004916B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108137329B (zh) * | 2015-09-09 | 2021-12-17 | 植物材料工业公司 | 用于提取二氧化硅的方法 |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2932815B1 (fr) * | 2008-06-23 | 2015-10-30 | Cie Ind De La Matiere Vegetale Cimv | Procede de pretraitement de la matiere premiere vegetale pour la production, a partir de ressources sacchariferes et lignocellulosiques, de bioethanol et/ou de sucre, et installation. |
| MX2011009269A (es) | 2009-03-03 | 2011-09-26 | Poet Res Inc | Fermentacion de biomasa para la produccion de etanol. |
| KR101155306B1 (ko) | 2009-10-07 | 2012-06-12 | 서울대학교산학협력단 | 유기용매 전처리에 의한 바이오매스에 대한 효소가수분해 개선방법 |
| CA2795503C (en) | 2010-03-19 | 2020-02-18 | Poet Research, Inc. | System for treatment of biomass to facilitate the production of ethanol |
| EP2547778B1 (en) | 2010-03-19 | 2019-09-04 | POET Research, Inc. | System for the treatment of biomass |
| US8460901B2 (en) | 2010-05-18 | 2013-06-11 | Georgia Tech Research Corporation | Formic acid treatments of biomass feedstock |
| US8497097B2 (en) | 2010-08-11 | 2013-07-30 | Georgia Tech Research Corporation | Chlorine dioxide treatment of biomass feedstock |
| FR2966154B1 (fr) | 2010-10-13 | 2014-05-16 | Cie Ind De La Matiere Vegetale Cimv | Procede perfectionne d'hydrolyse enzymatique de la cellulose |
| MX2013008370A (es) | 2011-01-18 | 2014-01-20 | Poet Res Inc | Sistemas y metodos para la hidrolisis de biomasa. |
| CN102260230B (zh) * | 2011-05-17 | 2013-06-19 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种利用生物质两步水解制取糠醛的方法 |
| WO2013006856A1 (en) | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Poet Research Incorporated | Systems and methods for acid recycle |
| FI123052B (fi) * | 2011-09-23 | 2012-10-15 | Chempolis Oy | Esikäsittelymenetelmä vesiliukoisten sokereiden tuottamiseksi lignoselluloosamateriaalista |
| CN103131018B (zh) * | 2011-11-22 | 2015-12-16 | 济南圣泉集团股份有限公司 | 一种木质纤维素生物质的综合利用工艺 |
| CN103183801B (zh) * | 2013-03-20 | 2015-04-15 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | Cimv小麦秸秆木质素聚氨酯薄膜的制备方法 |
| EP3072117B1 (en) | 2013-11-20 | 2018-09-26 | Annikki GmbH | Process for fractionating lignocellulosics |
| CN103772715A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-05-07 | 北京林业大学 | 一种溶剂处理制备液化竹甲酸木质素的方法 |
| FR3021975B1 (fr) | 2014-06-05 | 2018-03-30 | Compagnie Industrielle De La Matiere Vegetale - Cimv | Procede de production, notamment d'ethanol, par hydrolyse enzymatique sequencee de la cellulose et des hemicelluloses d'une matiere premiere lignocellulosique |
| ES2562073B2 (es) * | 2014-09-02 | 2016-09-12 | Universidade Da Coruña | Procedimiento de bioconversión selectiva de gases que contienen monoxido de carbono, en etanol, sin acumulación de ácido acético |
| EP3313999B1 (en) | 2015-06-24 | 2021-04-28 | Genencor International B.V. | Polypeptides having demethylating activity |
| RU2593724C1 (ru) * | 2015-06-25 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН) | Способ получения биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья |
| BR112018009790A8 (pt) * | 2015-11-16 | 2019-02-26 | Ptt Global Chemical Public Co Ltd | processo para fracionamento de biomassa lignocelulósica |
| ES2828302T3 (es) | 2017-03-08 | 2021-05-26 | Compagnie Ind De La Matiere Vegetale Cimv | Procedimiento para la extracción simultánea de lignina y sílice a partir de biomasa y elastómero reforzado con una mezcla de lignina y sílice |
| CN108070621A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-05-25 | 南阳师范学院 | 一种玉米秸秆的综合利用方法 |
| EP3527531A1 (en) * | 2018-02-16 | 2019-08-21 | Michel Delmas | A lignocellulosic biomass based process for production of lignins and syngas, and electricity production efficient syngas |
| MX2020012737A (es) * | 2018-05-28 | 2021-05-14 | Pierson Capital Environmental Beijing Ltd | Metodos y composiciones eficientes para la recuperacion de productos a partir de un pretratamiento de materiales vegetales con acidos organicos. |
| CN108611897A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-10-02 | 鲁东大学 | 一种提取果蔬残渣制备流平剂的方法 |
| CN112048933B (zh) * | 2020-09-07 | 2022-11-15 | 齐鲁工业大学 | 化机浆和半化学浆的生产方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1183126A (zh) * | 1995-05-03 | 1998-05-27 | 斯文·西格勒 | 由含纤维素的材料制备纸浆的方法,该纸浆本身及其用途 |
| CN1340627A (zh) * | 2000-02-24 | 2002-03-20 | 能源环境和技术研究中心 | 使用新的耐热型酵母从木素纤维素生物质中生产乙醇的方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4228171C2 (de) * | 1992-08-25 | 1995-06-14 | Kaemmerer Projekt Agentur Gmbh | Verfahren zur Gewinnung von Zellstoffen |
| FI95159C (fi) * | 1994-02-11 | 1995-12-27 | Valtion Teknillinen | Menetelmä ja laite selluloosakuitujen erottamiseksi ligniinistä |
| US6022419A (en) * | 1996-09-30 | 2000-02-08 | Midwest Research Institute | Hydrolysis and fractionation of lignocellulosic biomass |
| ES2209424T3 (es) * | 1999-05-06 | 2004-06-16 | Compagnie Industrielle De La Matiere Vegetale | Procedimiento de produccion de pasta de papel, ligninas, azucares y acido acetico mediante funcionamiento de material vegetal lignocelulosico en un medio de acido acetico/formico. |
| ES2357037T3 (es) * | 2004-01-16 | 2011-04-15 | Novozymes, Inc. | Métodos para degradar materiales lignocelulósicos. |
| FR2885371B1 (fr) * | 2005-05-03 | 2007-08-03 | Cie Ind De La Matiere Vegetale | Installation pour la mise en oeuvre d'un procede de production de pate a papier, de lignines et de sucres et procede de production au moyen d'une telle installation |
| JP4619917B2 (ja) * | 2005-10-14 | 2011-01-26 | 月島機械株式会社 | リグノセルロースの前処理方法 |
| EP2420570B1 (en) * | 2006-02-10 | 2013-12-04 | Verenium Corporation | Arabinofuranosidase enzymes, nucleic acids encoding them and methods for making and using them |
-
2008
- 2008-01-25 FR FR0850458A patent/FR2926824A1/fr not_active Withdrawn
-
2009
- 2009-01-22 ES ES09703748.5T patent/ES2495115T3/es active Active
- 2009-01-22 EP EP09703748.5A patent/EP2235254B1/en active Active
- 2009-01-22 EA EA201070882A patent/EA019155B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-01-22 SI SI200930996T patent/SI2235254T1/sl unknown
- 2009-01-22 BR BRPI0906378A patent/BRPI0906378B1/pt active IP Right Grant
- 2009-01-22 CN CN200980102993.0A patent/CN101965424B/zh active Active
- 2009-01-22 KR KR1020107017610A patent/KR101662744B1/ko active IP Right Grant
- 2009-01-22 AU AU2009207678A patent/AU2009207678B2/en active Active
- 2009-01-22 US US12/863,597 patent/US8551747B2/en active Active
- 2009-01-22 PT PT97037485T patent/PT2235254E/pt unknown
- 2009-01-22 DK DK09703748.5T patent/DK2235254T3/da active
- 2009-01-22 PL PL09703748T patent/PL2235254T3/pl unknown
- 2009-01-22 WO PCT/EP2009/050690 patent/WO2009092749A1/en active Application Filing
- 2009-01-22 CA CA2712315A patent/CA2712315C/en active Active
- 2009-01-22 MX MX2010007998A patent/MX2010007998A/es active IP Right Grant
-
2010
- 2010-07-13 ZA ZA2010/04916A patent/ZA201004916B/en unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1183126A (zh) * | 1995-05-03 | 1998-05-27 | 斯文·西格勒 | 由含纤维素的材料制备纸浆的方法,该纸浆本身及其用途 |
| CN1340627A (zh) * | 2000-02-24 | 2002-03-20 | 能源环境和技术研究中心 | 使用新的耐热型酵母从木素纤维素生物质中生产乙醇的方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108137329B (zh) * | 2015-09-09 | 2021-12-17 | 植物材料工业公司 | 用于提取二氧化硅的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2235254B1 (en) | 2014-07-02 |
| EP2235254A1 (en) | 2010-10-06 |
| CN101965424A (zh) | 2011-02-02 |
| CA2712315A1 (en) | 2009-07-30 |
| BRPI0906378A8 (pt) | 2015-12-01 |
| ZA201004916B (en) | 2011-03-30 |
| FR2926824A1 (fr) | 2009-07-31 |
| BRPI0906378B1 (pt) | 2016-06-14 |
| AU2009207678B2 (en) | 2013-09-12 |
| AU2009207678A1 (en) | 2009-07-30 |
| MX2010007998A (es) | 2010-09-22 |
| EA019155B1 (ru) | 2014-01-30 |
| CA2712315C (en) | 2017-04-25 |
| BRPI0906378A2 (pt) | 2015-06-16 |
| ES2495115T3 (es) | 2014-09-16 |
| PL2235254T3 (pl) | 2015-04-30 |
| WO2009092749A1 (en) | 2009-07-30 |
| US20100285553A1 (en) | 2010-11-11 |
| SI2235254T1 (sl) | 2014-10-30 |
| KR20100105874A (ko) | 2010-09-30 |
| PT2235254E (pt) | 2014-09-02 |
| DK2235254T3 (da) | 2014-08-11 |
| US8551747B2 (en) | 2013-10-08 |
| EA201070882A1 (ru) | 2010-12-30 |
| KR101662744B1 (ko) | 2016-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101965424B (zh) | 以生产生物乙醇为目的预处理木质纤维素材料的方法以及生物乙醇生产方法 | |
| US9187862B2 (en) | Bagasse fractionation for cellulosic ethanol and chemical production | |
| de Carvalho et al. | Cold alkaline extraction as a pretreatment for bioethanol production from eucalyptus, sugarcane bagasse and sugarcane straw | |
| US9150936B2 (en) | Conditioning of biomass for improved C5/C6 sugar release prior to fermentation | |
| US9187770B2 (en) | Process for the production of alcohols and/or solvents from lignocellulosic biomass with washing of the solid residue obtained after hydrolysis | |
| AU2011315717B2 (en) | Process for producing bioethanol by enzymatic hydrolysis of cellulose | |
| Boboescu et al. | Ethanol production from residual lignocellulosic fibers generated through the steam treatment of whole sorghum biomass | |
| US9932707B2 (en) | Bagasse fractionation for cellulosic ethanol and chemical production | |
| US20160017380A1 (en) | Method for producing alcohols and/or solvents from lignocellulosic biomass with washing of the solid residue obtained after fermentation | |
| US11021720B2 (en) | Process for producing, in particular ethanol, by sequenced enzymatic hydrolysis of cellulose and hemicelluloses of a lignocellulosic raw material | |
| Medina et al. | Sugar cane bagasse prehydrolysis using hot water | |
| NZ619497B2 (en) | Conditioning of biomass for improved c5/c6 sugar release prior to fermentation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |